1040 çeliğinin farklı veri döngülerinde akımlı nikel fosfor kaplanması ve aşınma sonuçlarının karşılaştırılması
The electrodeposition of nickel posphorus on 1040 steel in different data cycles and comparison of wear results
Yazar: ATAKAN ÖNDÜÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA AKÇİL
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Özellikle sanayi sektöründeki gelişmelerle ortaya çıkan çelik, birçok alanda kullanılması ve kolayca ulaşılabilir olması sebebiyle hem ekonomik anlamda hem de teknolojik anlamda birçok yeniliğe imza atmıştır. En basit tanımıyla demir (Fe) ve karbonun (C) birleşmesiyle oluşan bir alaşımdır. Bileşiminde %0,2-%2,1 oranlarında karbon bulunan ve demirle karbonun karışmasından elde edilen çelik malzemeler içerisindeki C seviyesine göre gruplandırılırlar. 1040 çeliği (AISI C45) piyasada karbon çeliği olarak da adlandırılmaktadır. İçerisinde düşük miktarlarda mangan, silisyum, kükürt ve fosfor gibi elementleri bulundurun 1040 çeliği %0.37 – 0.44 arası karbon içermektedir. Kullanım alanları oldukça yaygın olan 1040 çeliğinin mevcut özelliklerini korumak ve daha da iyileştirmesini sağlamak amacıyla yüzeylerine kaplama işlemi yapılmaktadır. Bu çalışmada 1040 çeliğinin yüzeyine farklı iş çevrimlerinde (data cycle) sabit akımda akımlı nikel fosfor kaplama yapılmıştır.  Malzemelerin dayanıklılığını arttırmak için yüzey kaplama işlemleri oldukça önemli bir yer kaplamaktadır. Mevcut özelliklerini korumak ve çeşitli uygulamalarda performanslarını arttırmak amacıyla birçok parçada kaplama işlemlerine başvurulmaktadır. Malzeme kaplama işlemlerini daha da ileri seviyelere taşıyabilmek adına mühendislik, kimya ve malzeme bilimcileri bir araya gelmiş ve mevcut durumu daha iyi bir noktaya taşıyabilmek adına aktif bir şekilde çalışmaktadır. Kaplanacak malzeme metal, cam, plastik veya seramik gibi farklı malzeme grupları olabilir. Bu durumda kaplama yöntemleri farklılık göstermektedir. Malzemeyi kaplarken hangi amaca hizmet ettiğini bilmekte olmazsa olmaz durumlardan bir tanesidir. Malzemede istenilen görsel iyileştirmemi, korozyon direnci mi, elektriksel özellik kazandırmak mı yoksa aşınma direnci kazandırmak mı gibi sorularına cevap verildikten sonra kaplama yöntemi seçilmelidir. Bu çalışmada 1040 çeliğinin aşınma ve sertlik değerlerini daha da iyileştirmek adına Nikel ve Fosfor elementlerini kullanarak akımlı Ni-P kaplaması gerçekleştirilmiştir. Uygun ortamda kaplama işlemi yapıltıktan sonra sonuçları kıyaslanmış ve gerekli yorumlar yapılmıştır. Kaplamaların yüzey görüntüleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kimyasal bileşimi X-Işını Kırınımı (XRD) ve Enerji Dağılım Spektroskopisi (EDS) yöntemiyle belirlenmiştir. Kaplamaların sertliklerini karşılaştırmak için mikros sertlik yöntemiyle sertlikleri ölçülmüştür. Kaplamaların aşınmaları kuru ortamda, oda sıcaklığında ball on disk yöntemiyle yapılmıştır. Dört farklı çevrimi kullanılarak üretilen dört kaplama içerisinde en yüksek sertlik değerleri 3 iş çevrimindeki kaplamada ölçülmüştür. Yine bu kaplamaların aşınma testlerinde en düşük sürtünme katsayısı ve aşınma oranı 1 iş çevrimindeki kaplamada görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler: AISI 1040, Akımlı Kaplama, Nikel Kaplama, Aşınma Testi, XRD, SEM

Abstract:
Steel, which emerged especially with the developments in the industrial sector, has made many innovations both economically and technologically, as it is used in many areas and is easily accessible. In its simplest definition, it is an alloy formed by the combination of iron (Fe) and carbon (C). Steel materials, which have 0.2%-2.1% carbon in their composition and are obtained from the mixture of iron and carbon, are grouped according to the C level in them. 1040 steel (AISI C45), commonly known as carbon steel, comprises minimal quantities of elements such as manganese, silicon, sulfur, and phosphorus, typically containing carbon within the range of 0.37% to 0.44%. Surface plating is applied to 1040 steel, widely used across various domains, to preserve and further improve its existing properties. 
This study involved the application of a consistent nickel-phosphorus plating on the surface of 1040 steel using different data cycle. Surface coating processes occupy a very important place in order to increase the durability of materials. Coating processes are used in many parts in order to maintain their current properties and improve their performance in various applications. In order to further advance material coating processes, engineering, chemistry and materials scientists have come together and are actively working to improve the current situation.The material to be coated can be different material groups such as metal, glass, plastic or ceramic. In this case, coating methods differ. It is one of the indispensable situations to know what purpose it serves when coating the material.  The coating method should be selected after answering the questions such as visual improvement, corrosion resistance, electrical properties or wear resistance. In this study, Ni-P coating was carried out using Nickel and Phosphorus elements to further improve the wear and hardness values of 1040 steel. After the coating process was carried out in the appropriate environment, the results were compared and the necessary comments were made. Surface images of the platings were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM), and their chemical composition was determined through X-ray Diffraction (XRD) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). To compare the hardness of the platings, microhardness measurements were employed. Wear testing of the platings was performed under dry conditions at room temperature using the ball-on-disk method. The plating produced in the third cycle exhibited the highest hardness values among the four platings developed in different cycles. In the wear tests, the plating from the first data cycle displayed the lowest coefficient of friction and wear rate.
Keywords: AISI 1040, Electroplating, Nickel Plating, Wear Test, XRD, SEM