100Cr6 malzeme üzerine RF magnetron püskürtme tekniği ile farklı kalınlıklarda TiN nano kaplamanın mikroyapı özellikleri ve elektrokimyasal korozyon direnci üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of TiN nano coating on 100Cr6 material with RF magnetron sputtering technique on microstructural properties and electrochemical corrosion resistance
Yazar: BURCU ÇİL
Danışman: PROF. DR. MAHMUT İZCİLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Yatak çeliklerinde temasın yüzeyde olması ve yorulma, aşınma ve korozyon hasarlarının yüzeyde başlaması nedeniyle yatak çeliklerinin yüzey özelliklerinin hasar oluşumlarını engelleyici nitelikte olması gerekmektedir. AISI 52100(100Cr6) yatak çeliği üzerinde düşük sıcaklıklı (150°C'den düşük) PVD TiN kaplamalarla ilgili az sayıda çalışmanın olması nedeniyle oda sıcaklığında RF Magnetron Sıçratma yöntemiyle TiN nano kaplamalar üretilmiştir. TiN kaplamaları düşük sıcaklıklarda vakum ortamında tavlamanın numunelerin elektrokimyasal korozyon direnci ve mikroyapısına olan etkileri incelenmiştir. Çalışmanın deneysel bölümünde iki farklı nano kalınlıkta TiN tabakası 100Cr6 çelik numuneler üzerine oda sıcaklığında kaplanmıştır. Kaplanan numuneler difüzyon fırınında 200℃, 300℃, 400 ℃ sıcaklıklarda vakum ortamında 1 saat tavlanmıştır. Numunelerin kaplama kalınlıkları ve yüzey morfolojisi sırasıyla kesitten ve yüzeyden alınan SEM görüntüleriyle incelenmiştir. Kaplamaların elementel bileşimleri SEM-EDS sistemi ile, kristalografik yapıları ise XRD cihazı ile, yüzey pürüzlülük ölçümleri AFM cihazı ile incelenmiştir. Farklı nano kalınlıklarda TiN kaplanan ve tavlanan çelik numunelerin elektrokimyasal korozyon özellikleri Potansiyodinamik Polarizasyon (PDP) tekniği ile tafel eğrileri çizilerek belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda kaplamaların tavlama sıcaklığının artmasıyla, tane büyümesinin bir sonucu olarak yüzey pürüzlülüğü artmıştır. Korozyon testleri sonucunda numune yüzeylerinden elde edilen SEM görüntülerinde birtakım çatlaklar ve çukurcuklar görülmüştür. Sonuç olarak 100Cr6 çelik numuneleri kaplanmanın ve kaplamaların tavlama sıcaklığını arttırmanın elektrokimyasal korozyon direncini arttırdığı görülmüştür.

Abstract:
The surface properties of the bearing steels must be of a nature to prevent damage, since the contact in the bearing steels is on the surface and the fatigue, wear and corrosion damages start on the surface. TiN nano coatings were produced at room temperature by the RF Magnetron sputtering method, due to the few studies on low temperature (less than 150°C) PVD TiN coatings on AISI52100(100Cr6) bearing steel. The effects of annealing TiN coatings at low temperatures in a vacuum environment on the electrochemical corrosion resistance and microstructure of the samples were investigated. In the experimental part of the study, two different nano-thickness TiN layers were coated on 100Cr6 steel samples at room temperature. The coated samples were annealed in a diffusion furnace at temperatures of 200°C, 300°C, 400°C for 1 hour in a vacuum environment. Coating thickness and surface morphology of the samples were examined with SEM images taken from the section and the surface, respectively.  The elemental compositions of the coatings were examined with the SEM-EDS system, their crystallographic structures with the XRD device, and the surface roughness measurements with the AFM device. Electrochemical corrosion properties of TiN-coated and annealed steel samples at different nano-thicknesses were determined by drawing Tafel curves by Potentiodynamic Polarization (PDP) technique. As a result of the experimental studies, the surface roughness of the coatings increased because of the grain growth with the increase of the annealing temperature. As a result of corrosion tests, some cracks and pits were seen in the SEM images obtained from the sample surfaces. As a result, it was observed that plating 100Cr6 steel samples and increasing the annealing temperature of the coatings increased the electrochemical corrosion resistance.