FeCr matrisli Ta ilaveli kompozit kaplamanın mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
The investigation of microstructure and mechanical properties of a FeCr matrix composite coating with added Ta
Yazar: ALPER ANLAROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. SONER BUYTOZ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Hem metal ve alaşımların yüzey sertliğini hem de yorulma mukavemetini, aşınma direncini ve korozyon direncini artırmak için birçok teknik kullanılmaktadır. Fiziksel buhar biriktirme, kimyasal buhar biriktirme, lazer ışını kaplama ve tungsten inert gaz (TIG) yüzey kaplama gibi prosedürler, bu metotlara örnek olarak gösterilebilir. Tungsten inert gaz (TIG) yüzey kaplama yöntemi, bu teknikler arasında önemli bir araştırma alanı olmuştur. TIG yöntemi, diğer gelişmiş tekniklere kıyasla daha ekonomik olması, düşük yatırım maliyeti, düşük bakım maliyeti ve kullanımının kolaylığı gibi özelliklere sahip olduğundan dolayı tercih edilmektedir. Tantal (Ta), yüksek ergime noktası, üstün korozyon direnci ve yüksek mukavemet özellikleri ile karakterize edilerek birçok endüstriyel uygulamada kullanılan bir kimyasal elementtir. Tantal kaplamaları, AISI 304 çeliğin yüzey özelliklerini artırabilir. Ancak, Ta elementinin doğrudan çelik yüzeyine kaplanması genellikle mümkün olmadığı için, genellikle Fe-Cr gibi matrislere katılarak alaşım oluşturulmaktadır. Bu bağlamda, AISI 304 çelik üzerine Fe-Cr-Ta alaşımı TIG yöntemiyle uygulanır. Demir-krom (Fe-Cr) içeren alaşımlar, düşük maliyetle birlikte yüksek mukavemet ve mükemmel korozyon direnci özelliklerine sahiptir. Bu çalışmada, AISI 304 çelik yüzeyi, farklı oranlarda (%0, 5, 10, 15, 20) tantal (Ta) tozları ilave edilerek Fe-Cr matrisi içinde TIG yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Üretim parametreleri belirlenirken, altlık malzemenin ergime sıcaklığı yerine, temel olarak Fe-Cr matrisinin ergime sıcaklığı esas alındı. Kaplama işlemi sonrasında mikroyapı ve faz analizi için optik mikroskop, SEM (Scanning Electron Microscope), EDX (energy dispersion spectroscopy) ve XRD (X-ray diffraction) cihazları kullanılmıştır. Mikrosertlik ölçümü ve Charpy çentik darbe deneyi gerçekleştirilerek takviye oranına bağlı mekanik özellikler değerlendirildi. Analiz sonuçlarına göre, mikroyapıda dendritik yapıların varlığı tespit edildi. Sertlik ve darbe deneylerinde elde edilen sonuçlar, takviye miktarına bağlı olarak farklılık gösterdi.

Anahtar Kelimeler: Nadir element, TIG yöntemi, Kompozit malzeme

Abstract:
Many techniques are used both to increase the surface hardness of metals and to improve fatigue strength, wear resistance and corrosion resistance. Procedures such as physical vapor deposition, chemical vapor deposition, laser beam coating and tungsten inert gas (TIG) surface coating are examples of these methods. Tungsten inert gas (TIG) surface coating method has been an important research area among these techniques. The TIG method is preferred because it is more economical compared to other advanced techniques, has low investment cost, low maintenance cost and ease of use. Tantalum (Ta) is a chemical element used in many industrial applications, characterized by its high melting point, superior corrosion resistance and high strength properties. Tantalum coatings can improve the surface properties of AISI 304 steel. However, since it is usually not possible to coat Ta directly on the steel surface, the alloy is usually formed by adding it to matrices such as Fe-Cr. In this context, Fe-Cr-Ta alloy is applied on AISI 304 steel by TIG method. Iron-chromium (Fe-Cr) containing alloys have high strength and excellent corrosion resistance properties along with low cost. In this study, the surface of AISI 304 steel was coated using the TIG method in Fe-Cr matrix by adding tantalum (Ta) powders at different ratios (0, 5, 10, 15, 20 %). When determining the manufacturing parameters, the melting temperature of the Fe-Cr matrix was taken as a basis instead of the melting temperature of the base material. Optical microscope, SEM (Scanning Electron Microscope), EDX (energy dispersion spectroscopy) and XRD (X-ray diffraction) were used for microstructure and phase analysis after the coating process. Microhardness measurement and Charpy notch impact test were performed to evaluate the mechanical properties depending on the reinforcement ratio. According to the analysis results, the presence of dendritic structures in the microstructure was determined. The results obtained in hardness and impact tests differed depending on the amount of reinforcement.

Keywords: Rare element, TIG (Tungsten Inert Gas) welding method, Composite material