Farklı tribotest ortamlarında CrN/AlN çok tabakalı kaplamaların tribolojik özelliklerinin araştırılması
Research on tribological properties of CrN/AlN multilayer coatings at the different tribotest conditions
Yazar: ABDURRAHMAN KADİR AKSAKALLI
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
TiN, CrN, AlN ve DLC gibi tek tabakalı sert kaplamalar yüksek sertlik ve düşük sürtünme katsayısı sergilerler, bu sebeple bu kaplamalar makine parçalarının aşınma, oksidasyon ve korozyon direncini iyileştirmek için kullanılırlar. Özellikle CrN filmler endüstrinin çeşitli dallarında iyi mekanik performans, termal özellikler ve anti-oksidasyon davranışı gösterirler. Son yıllarda geçiş metal nitrür filmlerin iki türünün birleşimi ile elde edilen çok tabakalı kaplamalar üzerinde araştırma yapılmaktadır. Bu kaplamalar tek tabakalı nitrür kaplamalar ile karşılaştırıldığında, çok iyi sertlik, adezyon ve aşınma direnci gibi mekanik ve kimyasal özellikler sergilemektedirler. Bu çalışmada, Kapalı Alan Dengesiz Manyetik Alanda Sıçratma (CFUBMS) yöntemi kullanılarak, D2 takım çeliği taban malzemeler üzerine çok tabakalı CrN/AlN filmler kaplanmıştır. Çok tabakalı filmlerin yapısal ve mekanik özellikleri XRD, SEM, EDS ve nanosertlik cihazları kullanılarak analiz edilmiştir. CrN/AlN çok tabakalı filmlerin tribolojik özellikleri farklı test ortamlarında (nemli hava, kuru azot ve saf su) pin-on-disk tribo-test sistemi kullanılarak belirlenmiştir.Çalışma sonucunda çok tabakalı CrN/AlN filmlerde süper kafes CrN(200) ve AlN(200) fazları elde edildi. Cr hedef akımının artması ile kaplamaların sertlik ve elastisite modülü değerlerinin artış gösterdiği tesbit edildi. Süper kafes filmlerin farklı ortamlarda yapılan aşınma deneyleri sonucunda sürtünme ve aşınma davranışları birbirine paralel olarak değişti. En yüksek sertlik değerlerinde en düşük sürtünme katsayısı ve aşınma oranları elde edildi. Farklı ortamlardaki sürtünme katsayıları ve aşınma oranları azalan değerlere göre kuru azot, nemli hava ve saf su ortamlarında gerçekleşti.

Abstract:
The single layer hard coatings such as TiN, CrN, AlN and DLC coatings exhibit high hardness and low friction coefficient, therefore these coatings were used to improve wear, oxidation and corrosion resistance of machine parts. Specifically, CrN films demonstrate good mechanical performance, thermal properties and anti-oxidation behavior at the various kinds of industries. Multilayer coatings composed of two kinds of transition nitride films have been investigated in recent years, these coatings have been exhibit superior mechanical and chemical properties, such as hardness, adhesion and wear resistance, when compared to single layer nitride coatings. In this study, multilayer CrN/AlN films were deposited on D2 steel substrates and silicon wafers by Closed-Field Unbalanced Magnetron Sputtering (CFUBMS).The structural and mechanical properties of these films were analyzed by using XRD, SEM, EDS and nanohardness tester. The tribological properties of CrN/AlN multilayer coatings were determined by using a pin-on-disc tribometer at different test conditions (humid air, dry nitrogen and distillated water).As a result of study, super-lattice CrN(200) and AlN(200) phases were obtained in multilayer CrN/AlN films. It is determined that the hardness and elastic modulus of the coatings were increased with the increasing Cr target current. As a result of wear tests of super-lattice films made in different environments, friction and wear behaviors have been changed in parallel to each other. The lowest friction coefficient and wear rates have been obtained with the highest hardness values. Friction coefficients and wear rates for the dry nitrogen, humid air and pure water environments have been obtained to decrease respectively.