Ni-B akımsız kaplamalarda bor konsantrasyonunun optimizasyonu
Optimization of boron concentration in the Ni-B electroless coatings
Yazar: YASİN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. HATEM AKBULUT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmamızda, savunma sanayiinde önemli bir yeri olan akımsız nikel-bor
kaplamanın altlık malzeme olarak seçilen St-37 yumuşak çelik (St - 37 DIN 17100)
malzeme üzerine otokatalitik kimyasal indirgeme yöntemiyle indirgeyici madde
olarak NaBH4 kullanılarak farklı NaBH4 konsantrasyonlarında biriktirilmesi,
kaplama numunelerinin kesit ve yüzey görüntüleri, sertlikleri, mikroyapıları ve 400
oC'da 2 saat uygulanan ısıl işlemin ve NaBH4 konsantrasyonunun bu özelliklere
etkisi ayrıca ısıl işlem uygulanmış numunelere uygulanan aşınma testinde NaBH4
konsantrasyonunun aşınma davranışına etkisi incelenmiştir. Isıl işlemsiz halde
akımsız nikel-bor kaplamaların amorf ve kristalin bölgelerin karışımından oluştuğu,
yüzeylerinden uniform, porozitesiz ve tipik karnabahar-vari bir görünüm sergilediği,
kesit görüntülerinden ise kaplamaların yine porozitesiz, üniform kaplama kalınlığına
sahip oldukları ve kesitte kolonsal ve dendiritik yapının birlikte büyüdüğü
görülmüştür. Artan NaBH4 konsantrasyonu ile mikroyapıdaki amorf bölgelerin
konsantrasyonunun arttığı, yüzey ve kesit görüntülerinde ise mikroyapıdaki tanelerin
boyutu azalmış ve daha sık ve homojen bir tane dağılımı görülmüştür, kaplama
kalınlığı 1,4 g/L NaBH4 konsantrasyona kadar artmış ondan sonra azalma eğilimi
göstermiştir ısıl işlem, kaplama kalınlığında bariz bir değişim göstermemiştir. Isıl
işlemle birlikte kaplama yapısında meydana gelen kristalizasyon ve artan NaBH4
konsantrasyonyla kaplama bünyesine dahil olan bor içeriğindeki artış sertlik
değerlerinde artış sağlamıştır. Akımsız nikel-bor kaplamalarının aşınma testleri
incelendiğinde, artan NaBH4 konsantrasyonuyla aşınma sonrası meydana gelen
aşınma izi genişliğinde azalma görülmüş, dolayısıyla spesifik aşınma hızları da buna
bağlı olarak azalmıştır, spesifik aşınma hızlarındaki azalma, kaplamaların
sertliklerinde meydana gelen artışla ilgili olup en iyi aşınma direnci 2,6 g/L NaBH4
konsantrasyonlu kaplama banyosunda elde edilmiştir. Aşınma sonrası her bir
numunedeki SEM mikrografları incelendiğinde 0,8 g/L NaBH4 konsantrasyonlu
banyoda gerçekleştirilen kaplama numunesinde kaplamadaki nikel ve karşıt
malzemedeki demir atomları arasındaki çözünürlük nedeniyle bir adhezyon
(tutunma) un yanında kayma yönü boyunca ince kanalların oluşumu gözlenirken,
diğer numunelerde belirgin bir adhezyon gözlenmeyip kayma yönü boyunca oluşan
ince kanallar daha net bir şekilde ortaya çıkmıştır.

Abstract:
important place in the defence industry on St-37 mild stell chosen as a substrate
material with the autocatalytic chemical reductin method by using NaBH4 as a
reduging agent with different NaBH4 concentrations, cross-sections and surface
images of the coating samples, their hardness, microstructures, the effects of heat
treatment applied at 400 oC and 2 hours and NaBH4 concentration on these
properties and in addition, the effect of NaBH4 concentration on the wear behaviour
was investigated in the wear test applied to heat treated samples. It was observed
that in the coated state, electroless nickel-boron coatings consist of a mixture of
amorphous and crystalline regions, uniform, without porosity and typical
cauliflower-like appearance, whereas, the cross-sectional images, have a without
porosity, uniform coating thickness and columnar and dendritic structure grow
together. The concentration of amorphous regions in the microstructure increased
with increasing NaBH4 concentration, and in the surface images and cross-sections,
the size of grains in the microstructure decreased and a more frequent and
homogenous grain distribution was observed. The thicknesses of the coating
increased up to 1,4 g/L NaBH4 concentration and showed a tendency to decrease
after this concentration. The heat treatment did not show a significant change in the
thicknesses of the coatings. Crystallization in coating structure with heat treatment
and the incrase in boron content which is included in the coating structure with
increasing NaBH4 concentration increased the hardness values. When the wear tests
of the electroless nickel-boron coatings were examined, the specific wear rates were
decreased due to the decrease in the wear trace width after the wear depending on
NaBH4 concentration. When the SEM micrographs in each sample were examined,
an adhesion due to the solubility between the nickel atoms in the coating and the
iron atoms in the counter materials and furthermore, the formation of thin grooves
along the sliding direction observed, whereas in the other samples, no clear adhesion
was observed, but thin grooves formed along the sliding direction appeared more
clearly.