Yüzey kaplama ile Ti6Al4V alaşımının aşınma ve korozyon direncinin artırılması
Improving wear and corrosion resistance of Ti6Al4V alloy with surface coated
Yazar: MUHARREM TEBER
Danışman: DOÇ. DR. ŞENGÜL DANIŞMAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma davranışı = Wear behavior ; Fiziksel buhar biriktirme = Physical vapour deposition ; Fiziksel buhar biriktirme = Physical vapour deposition ; Kaplama = Coating ; Kaplama malzemeleri = Coating materials ; Korozyon = Corrosion ; Sıçratma işlemi = Sputtering ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Titanyum karbür = Titanium carbide ; Titanyum nitrür = Titanium nitride

Özet:
Bu çalışmada, Fiziksel Buhar Biriktirme metotlarından manyetik alanda sıçratma kaplama tekniği ile TiN, TiAlN, TiCN kaplanmış ve kaplanmamış Ti6Al4V alaşımının aşınma ve korozyon davranışı incelenmiştir. Ana malzeme olarak 20 mm x 65 mm ölçülerinde ve 3 mm yükseklikte Ti6Al4V alaşımından hazırlanan numuneler kullanılmıştır. 
Günümüzde Ti6Al4V alaşımının kullanımı hızla artmaktadır. Bu durum Ti6Al4V üzerinde yapılan çalışmalarında artmasına neden olmuştur. Korozyon direncinin yüksek oluşu ve yüksek dayanıma sahip olması Ti6Al4V alaşımının imalat sanayisinde kullanılmasının en önemli sebeplerindendir. Ancak bu alaşımın zayıf tribolojik davranışı yüzey işlemlerini önemli kılmaktadır.
Bu çalışmada, aşınma deneyleri kuru sürtünme ve oda sıcaklığı şartlarında yapılmış, kayma hızı ve normal yük değişken parametreler olarak kullanılmıştır. Numuneler ve aşındırma elemanlarının ağırlık kayıpları ve numuneler üzerindeki aşınma iz genişlikleri tespit edilmiş, grafik çizici tarafından kayma mesafesine bağlı olarak kaydedilen sürtünme kuvvetlerinden, kararlı hal kayma rejimi ortalama sürtünme katsayıları tespit edilmiştir. Normal yük – iz genişliği ve normal yük – sürtünme katsayısı grafikleri de çizilmiştir.
TiN, TiAlN, TiCN kaplı ve kaplanmamış numunelerin sabit kayma hızlarındaki yük – iz genişliği grafiklerinden iz genişliklerinin yükle arttığı tespit edilmiştir. Aynı yük ve hız değerlerinde kaplanmamış ve TiAlN ile TiCN numunelerdeki iz genişliği değerleri TiN kaplılardakinden daha büyüktür. Bu da, TiN kaplı numunelerin daha yüksek bir aşınma direnci değerine sahip olduğunu ortaya koyar. Sabit kayma hızlarındaki sürtünme katsayısı değerlerinin, kaplanmamış Ti6Al4V numunelerde TiN, TiAlN, TiCN kaplılardakinden nispeten daha yüksek olduğu bulunmuş, artan yük değerleriyle de belirgin bir değişimin meydana gelmediği tespit edilmiştir. 
Korozyon testleri neticesinde elde edilen veriler doğrultusunda polarizasyon eğrileri çizilmiştir. Tafel analizleri ile korozyon akımı, korozyon potansiyeli ve korozyon hızı hakkında bilgiler elde edilmiştir. Yaptığımız korozyon testleri sonucunda elde ettiğimiz polarizasyon eğrileri ve tafel analizlerine göre korozyon direnci bakımından sıralama büyükten küçüğe doğru TiN, TiAlN, TiCN, Ti6Al4V şeklindedir. Genel olarak kaplamalı numunelerin korozyon direnci kaplamasız Ti6Al4V alaşımına göre daha yüksek çıkmıştır.

Abstract:
In this study, the wear and corrosion behaviours of Ti6Al4V alloys uncoated and coated with TiN, TiAlN, TiCN by using magnetron sputtering technique from phsical vapour deposition method were investigated. Ti6Al4V alloy specimens with 20 mm x 65 mm diameter and 3 mm height were used as substrate. DIN 100Cr6 rings with 26 mm diameter and 5 mm height were used as counter metarial. 
Today, the use of Ti6Al4V alloy increases rapidly. This situation has resulted with the increase of studies on Ti6Al4V as well. The main reason of that Ti6Al4V alloy has been used in manufacturing industry is its high corrosion resistance and high strength. However, the low tribological behavior of Ti6Al4V alloy that makes surface treatment important. 
In this study, wear experiments were performed in dry sliding and room temperature conditions, and sliding speed and normal load were used as variable parameters. The weight loss of the specimens and counter rings, and wear track width on the specimens were determined. The average coefficients of friction in steady-state sliding regime were determined from friction forces which were recorded against sliding distance by recorder. Also, normal load-wear track width, normal load-coefficient of friction graphs were plotted. 
It was found from the load-wear track width graphs of TiN, TiAlN, TiCN coated and uncoated specimens in constant sliding speeds that the wear track width is increased with the load. At the same load and speed values, wear track width of uncoated and TiAlN, TiCN specimens was larger than that of TiN coated specimens. This indicates that TiN coated specimens have a higher wear resistant. It was figured out that the friction coefficient at constant sliding speeds on uncoated specimens was relatively higher than that of TiN, TiAlN, TiCN coated specimens, and it was not observed that a clear variation with the increased load has not occured.  
According to the data obtained in the corrosion test results, polarization curves have been plotted. As a result of corrosion tests we have carried out in terms of corrosion resistance the ascending sort is as seen in following (TiN, TiAlN, TiCN, Ti6Al4V, respectively). Generally, it was ensured that the corrosion resistance of the coated samples has been higher than the uncoated Ti6Al4V alloy.