Kesikli elektrolitik kaplama yöntemiyle üretilen Ni-B-TiN MMC'lerin aşınma ve korozyon davranışları
Wear and corrosion behaviors of Ni-B-TiN MMCs produced with pulse co-electrodeposition
Yazar: FATİH DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR ASLAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektrokaplama = Electroforming ; Metal kaplama = Metal coating ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Nikel kaplama = Nickel plating

Özet:
Çalışmanın temel amacı Ni-B-TiN kompozit kaplamaların oluşumunu etkileyen parametreleri (partikül konsantrasyonu, akım yoğunluğu ve iş çevrimi) optimize etmek ve elde edilen kaplamaların mekanik, tribolojik ve korozyon özelliklerini incelemektir. 
TiN partiküllerinin elektrolit içindeki süspansiyonu, zeta potansiyel tekniği ile incelenmiştir. Kaplama yüzeyi, enine kesitlerde biriken partiküller ve aşınmış yüzeyler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile analiz edildi ve homojen, yoğun ve pürüzsüz bir yüzeye sahip kompozit kaplama elde edildi. Biriktirilen kaplamaların faz yapıları X-ışını kırınımı (XRD) ile analiz edildi. X ışını kırınımı (XRD) modelleri kullanılarak, kaplamaların kristal boyutu ve kafes bozulması hesaplanmıştır. Altlık üzerine biriktirilen Ni-B-TiN kompozit kaplamaların mekanik özelliklerini geliştirmek ve metaller arası çökeltme sağlamak üzere 1 saat boyunca 400oC'de ısıl işleme tabi tutuldu. XRD sonuçlarında Ni (111) fazının baskın olduğu ve ısıl işlem sonrasında Ni2B ve Ni3B fazlarının oluştuğu gözlendi. Kaplamaların enine kesitlerinde nano-indentasyon sertlik testleri yapıldı. Tribolojik ölçümler için pistonlu bilyalı disk testleri yapıldı. Aşınma testleri, 5 N yük altında oda sıcaklığında (25oC), % 45±2 bağıl nem ortamında gerçekleştirildi ve sonuçlar incelendi. Aşınma testi sonuçları, kaplama sürtünme katsayısının ve aşınma oranının azaldığını göstermiştir. Kaplamaların korozyon özellikleri, ağırlıkça % 3,5 NaCl çözeltisi içerisinde incelenmiş ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) uygulanmıştır. Mikro-yapılar, kaplama kalınlığı, mekanik özellikler, tribolojik ve korozyon testleri, Ni-B-TiN kompozit kaplama mekanizmalarının Gugliemi'nin absorpsiyon modeli tarafından yönetildiğini göstermiştir.
Bu çalışmada, darbeli akım kaplama (PC) yöntemiyle TiN nano-partikülleri içeren bir nikel Watts banyosu kullanılarak Ni-B-TiN kompozit kaplamalar başarıyla elde edilmiştir. Bu modele ve deneysel sonuçlara göre, 15 g/L elektrolit içindeki TiN partikül içeriğinin, 4,5 A/dm2 akım yoğunluğu ve % 40 iş çevriminde en iyi özellikleri elde etmek için optimum konsantrasyon olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, novel Ni-B-TiN metal matrix composite (MMC) coatings were successfully produced using a pulse current deposition (PED) method using a nickel Watt bath containing TiN nanoparticles. The main purpose is to provide the deposition optimization (particle concentration, current density, and duty cycle) of the Ni-B-TiN composite coating and morphology, mechanical, tribological and corrosion properties of composite coatings.
The suspension of TiN particles in the electrolyte was investigated by the zeta potential technique. The morphologies deposited in the coating surface and cross-sections were analyzed by worn surfaces scanning electron microscope (SEM) and a composite coating with a smooth, dense, and smooth surface was obtained. Phase structures of the deposited layers were analyzed by X-ray diffraction (XRD). By using X-ray diffraction (XRD) models, the crystallite size and lattice distortion of the coatings were calculated. The Ni-B-TiN composite coatings deposited on the substrate were heat treated at 400oC for 1 h to improve the mechanical properties and to provide intermetallic precipitation. XRD results showed that Ni (111) phase is dominant and Ni2B, Ni3B and TiN phases are formed. Nano-indentation hardness tests were performed on the cross-sections of the coatings and piston ball disc tests were performed for tribological measurements. Wear tests were performed under 5N load at room temperature (25oC), in 45 ± 2% relative humidity environment and the results were examined. The wear test results showed that the coefficient of friction and wear rate of the coating decreased. The corrosion properties of the coatings were examined in wt. 3,5% NaCl solution and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was also applied. Microstructures, coating thickness, mechanical properties, tribological and corrosion tests have shown that the co-deposition of Ni-B-TiN composite coating mechanisms is managed by the absorption model of Gugliemi.
In this study, novel Ni-B-TiN metal matrix composite (MMC) coatings were successfully produced using a pulse current deposition (PC) method using a nickel Watt bath containing TiN nanoparticles. Based on this model and experimental results, the TiN particle content in the 15 g/L electrolyte was shown to be the optimum concentration to achieve the best properties at 4,5 A/dm2 current density and 40% duty cycle.