Bor esaslı fonksiyonel nanokompozit ince film sentezlenmesi: yapısal – mekanik – tribolojik özelliklerinin araştırılması
Boron based functional nanocomposi̇te thin film synthesis: investigation of structural - mechanical-tribological properties
Yazar: AYŞENUR KELEŞ
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Mikrosertlik = Microhardness ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bor esaslı filmler, mekanik, tribolojik ve kimyasal özellikleri nedeniyle endüstriyel uygulamalar için çok önemlidir. Bor esaslı filmler arasında, c-BN filmler üstün özelliklere sahiptir. Ancak, farklı güç kaynakları ile manyetik alanda sıçratma kullanarak sentezlenen c-BN filmlerin adezyon özellikleri ultra yüksek sertlik değerlerine ulaşıldığında genel olarak yetersizdir. Son zamanlarda, Yüksek Güç Darbeli Manyetik Alanda Sıçratma (HiPIMS) güç kaynakları kaplamaların adezyonunu arttırmak için kullanılmaktadır ve HiPIMS kullanılarak büyütülmüş c-BN hakkında henüz literatürde bir çalışma bulunmamaktadır. Bu noktadan hareketle; c-BN filmler, kapalı alan dengesiz manyetik alanada sıçratma (CFUBMS) ve HiPIMS teknikleri kullanılarak 4140 çelikler üzerine kaplandı. c-BN filmleri büyütmek için taban malzemede (4140 çeliği) dc, TiB2 ve Ti hedeflerde pulsed-dc ve B4C hedeflerde ise HiPIMS güç kaynağı kullanıldı. c-BN filmlerin büyümesi sırasında kaplama parametrelerinin optimize edilmesi için Taguchi L9 tasarımı kullanıldı. c-BN filmlerin yapısal özelliklerini araştırmak için SEM, XPS ve FT-IR analizleri; mekanik özelliklerini araştırmak için mikrosertlik ve scratch testleri; tribolojik özelliklerini belirlemek için ise pin-on-disk tribo testi yapıldı. Yapılan testler sonucu en yüksek adezyon değeri en düşük bası iç gerilmesine (2GPa) sahip R7 kaplamasında 43N olarak elde edildi. En yüksek sertlik değeri, en düşük sürtünme katsayısı ve aşınma oranı; en yüksek bası iç gerilmesine (8,89GPa) sahip R3 kaplamasından sırasıyla 56GPa, 0,128 ve 1,391*10-6mm3/Nm olarak elde edildi.

Abstract:
Boron based films are very important for industrial applications due to their mechanical, tribological and chemical properties. Among boron-based films, c-BN films have superior properties. However, the adhesion properties of c-BN films synthesized using sputter in a magnetic field with different power sources are generally insufficient when the ultra-high hardness values are reached. Recently, High Power Impulse Magnetic Field Sputtering (HiPIMS) power sources have been used to increase the adhesion of coatings, and there is no study in the literature on c-BN using HiPIMS. From this point; c-BN films were grown on 4140 steels using Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering (CFUBMS) and HiPIMS. Dc was applied to the substrate, pulsed-dc was applied to TiB2 ve Ti targets and HiPIMS was applied to two B4C targets. 9 different coatings were made by using Taguchi L9 design to determine the optimum parameters for c-BN films. The characteristic properties of c-BN films were analyzed using SEM, XPS and FT-IR, the mechanical properties were tested using a microhardness and scratch testers and the tribological properties were performed by a pin-on-disc tribotester under atmosphere. As a result of the tests, the highest adhesion value was obtained as 43N in the R7 coating with the lowest compressive internal stress (2GPa). Highest hardness value, lowest coefficient of friction and wear rate; from the R3 coating with the highest compressive internal stress (8,89GPa), were 56GPa, 0,128 and 1,391*10-6mm3/Nm, respectively.