Katodik ark FBB tekniği ile seramik karo dekorasyonu için TiN kaplamaların üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of TiN coatings for ceramic tile decoration by cathodic arc PVD technique
Yazar: TUGAY TOSUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BELGİN TANIŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Malzemeleri vakum altında fiziksel yöntemlerle buharlaştırmak, daha sonra bu buharı bir taban malzeme üzerinde biriktirmek esasına dayanan Fiziksel Buhar Biriktirme (FBB) yöntemleriyle üretilen sert ve aşınmaya dayanıklı kaplamalar parlak renk ve yüzey özellikleri ile dekoratif amaçlı olarak da kullanılmaktadır. Endüstride geleneksel yöntemlere göre daha ucuz ve aşınmaya dayanıklı dekoratif FBB kaplamaların başarılı uygulamaları bu tekniğin günümüzde seramik karo dekorasyonuna adaptasyonuna öncü olmuştur.
Bu çalışmada Katodik Ark FBB tekniğinin seramik karoların metalik renklerde dekorasyonunda uygulanabilirliği araştırılmıştır. Kaplama ünitesinde titanyum hedef metali fiziksel olarak buharlaştırılarak, sır pişirimi yapılmış porselen karo yüzeyleri reaktif azot gazı atmosferlerinde TiN bileşiminde kaplanmıştır. Kaplama ünitesine beslenen reaktif gaz akışı, katod akımı ve kaplama süresi proses parametreleri olarak belirlenmiştir. Bu parametrelerin kaplamaların renk özelliklerine etkisi araştırılmış ve altın benzeri renklendirme için optimum proses parametreleri belirlenmeye çalışılmıştır. Deneysel sonuçların değerlendirilmesi için, CIE L*a*b* renk analizi, XRD ve SEM karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. 90 sn süreyle kaplama işlemi uygulanan K2 (550 sccm N2 gaz debisi-150 A akım) ve K6 (650 sccm N2 gaz debisi-200 A akım) kodlu numunelerin ticari TiN kaplamalara benzer L*a*b* renk değerlerine sahip oldukları görülmüştür. Bu numunelerin benzer şekilde ağırlıklı olarak TiN ve Ti2N fazları içerdiği ve TiN ince film kaplamaların karakteristik granül benzeri yüzey morfolojisini sergiledikleri tespit edilmiştir. Bu sonuçlardan K2 ve K6 numunelerinin N/Ti=1 stokiyometrisini karşıladığı ve endüstriyel kaplama işlemlerinde bu numunelere uygulanan kaplama parametrelerinin referans olarak alınabileceği düşünülmüştür. Ayrıca stokiyometrik olmayan kaplama parametreleri ile altın tonlarının yanı sıra; metalik efekte sahip mor, mavi-yeşil ve gri gibi farklı renklerde kaplamaların da üretilebileceği görülmüştür.

Abstract:
Materials with physical method under vacuum evaporate, then this vapor to accumulate over a base material on the basis of Physical Vapor Deposition (PVD) method are produced hard and wear-resistant coatings with bright color and surface features also used as decorative purposes. In the successful application of decorative and wear resistant PVD coatings than conventional methods in the industry has been a pioneer adaptation of this technique on ceramic tile decoration.
In this study, the applicability of the Cathodic Arc PVD technique of decoration of ceramic tiles in metallic colors were investigated. Titanium target metal evaporated with physically in reactive nitrogen gas atmosphere was covered fired glaze porcelain tile surfaces. Reactive gas flow rate to feed coating unit, cathode current and deposition time were selected as process parameters. The effect of these parameters were investigated on the coating colour properties and optimum process were tried to select for goldlike coloring. To evaluate experimental results, CIE L*a*b* colour analysis, XRD and SEM characterization techniques were used. It is seen that K2 and K6 coded samples which applied 90 sec coating process have same L*a*b* colour values with commercially TiN coatings. Similarly, these samples predominantly contained TiN and Ti2N phases and TiN thin film coatings exhibited characteristic granular-like surface morphology. From this results, K2 and K6 samples compensate N/Ti=1 stoichiometry and it is considered that the parameters which applied to these samples can be taken as reference in industrial coating process. Besides with nonstoinhiometric coating parameters, it is seen that diffirent colour coating can be produced such as  purple with metallic effect, blue-green and grey.