TiZrNbCuN ve TiZrNbN nanokompozit ince filminin sentezlenmesi: yapısal – mekanik – tribolojik özelliklerinin araştırılması
Synthesis of TiZrNbN and TiZrNbCuN nanocomposites and thin films: the investigation of structural-mechanical and tribological properties
Yazar: HOSSEIN AHMAD AGHDAM
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Geçiş metal nitrür filmleri, kesici takımlar için yaygın olarak kullanılan kaplamalardır. Ancak gelişen teknoloji ile geçiş metallerinin nitür-karbür kaplama türlerinin mekanik tribolojik özelliklerine bağlı performanslarını yükseltilmesi öngörülmektedir. Bu nedenle Cu gibi yumuşak bir metal, geçiş metal nitrürlerinin mekanik ve tribolojik özelliklerini geliştirmek için kullanılır. Bu çalışmada Kesici takımların sertlik, sürtünme ve aşınma özelliklerinin iyileştirilmesi için M2 yüksek hız takım çelikleri üzerine TiZrNbN ve TiZrNbN-Cu nakompozit ince filmleri kaplandı.
Yöntem: TiZrNbN ve TiZrNbN-Cu filmleri, kapalı alan dengesiz manyetik sıçratma yöntemi ile (CFUBMS) M2 yüksek hız çelik taban malzeme üzerinde biriktirilmiştir. Mikroyapı ve kalınlık SEM cihazı ile incelenmiştir, kimyasal bileşim EDS ile belirlenmiştir. Kristal faz oryantasyonu, tane büyüklüğü ve kristal yapıları XRD ile değerlendirilmiştir. Filmlerin mekanik özellikleri ve kritik yük değerleri sırasıyla mikro sertlik testi ve çizik test cihazı ile karakterize edilmiştir. Filmlerin tribolojik özellikleri, pin-on-disc tribometre ile analiz edilmiştir.
Bulgular: Sertlik değerleri ve tane büyüklükleri sırasıyla 10-51GPa ve 13-45 nm arasında hesaplandı. Tane boyutu, küçüldükçe sertlik değerinin arttığı gözlemlenmiştir. Sürtünme katsayısı değerlerinin TiZrNbN kaplamaları için 0,4- 0,8 arasında değişirken, TiZrNbNCu kaplamaları için 0,1-0,8 arasında değiştiği görülmüştür.
Sonuç: Elde edilen sonuçlara göre, TiZrNbNCu filmlerinin mekanik özellikleri TiZrNbN'den daha iyi olduğu gözlemlendi. Farklı kaplama parametrelerinin kullanılması, filmlerin adezyonunu, aşınma direncini ve yorulma özelliklerini geliştirdiği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: TiZrNbN-Cu, Manyetik alanda sıçratma, Pulse DC, Sürtünme, Aşınma, Multi-Pass

Abstract:
Purpose: Transition metal nitride films are common used films for cutting tools. But with the developing technology, mechanical and tribological properties of transition metal nitride films are inadequate. Therefore, soft metal such as Cu is used to improve the mechanical and tribological properties of transition metal nitrides. In this study, TiZrNbN and TiZrNbN-Cu nucomposite thin films were coated on M2 high speed tool steels to improve the hardness, friction and wear properties of cutting tools.
Method: TiZrNbN and TiZrNbN-Cu films were deposited on M2 high speed steel substrate with closed field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS). The microstructure and thickness were examined with SEM. The chemical composition was determined by EDS. The crystal phase orientation, grain size and texture coefficient were evaluated by XRD. The mechanical properties and critical load values of the films were obtained by microhardness test and scratch tester, respectively.Tribological properties of films were analyzed with a pin-on-disc tribometer.
Findings: The hardness values and grain sizes were calculated ranging from 10- 51GPa and 13-45 nm, respectively. With decreasing the grain size hardness value increased. Friction coefficient values varied between 0.4-0.8 for TiZrNbN coatings, and between 0.1-0.8 for TiZrNbNCu coatings.
Results: According to the results, the mechanical properties of TiZrNbN doped Cu is better than TiZrNbN. Using of the different coating parameters improved adhesion, wear resistance and fatigue properties of films.

Keywords: TiZrNbN-Cu, Magnetron sputtering, Pulse DC, Tribology, Friction, Wear, Multi-Pass