Titanyum yüzeylerin katodik ark alüminyum plazması ile alaşımlanması
Alloying of titanium surfaces by cathodic arc aluminum plasma
Yazar: TUNCAY TURUTOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, katodik ark fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile farklı bias voltajları uygulanan kaplama ve yayındırma işlemleri ardışık bir şekilde gerçekleştirilerek titanyum taban malzeme yüzeyinde titanyum-alüminyum metaller arası bileşiklerinden oluşan yayındırma katmaları üretilmiştir. Bu amaç doğrultusunda yöntem doğru akım ve alternatif akım olmak üzere iki farklı bias güç kaynağı kullanılarak uygulanmıştır.
Doğru akım bias güç kaynağının kullanıldığı kaplama-yayındırma işleminde katodik ark plazmasında bulunan iyonların düşük bias voltajlarında taban malzeme üzerine biriktirilmesinin ardından yine aynı plazmanın daha yüksek bias voltajı etkisi altındaki iyonları tarafından bombardıman edilerek yayındırılması ile titanyum-alüminyum metaller arası bileşiklerinden oluşan temel bir yayındırma katmanı elde edilmiştir. Daha sonra temel yayındırma katmanı değişik bias voltajları ve süreleri ile bombardıman edilerek (kaplama-yayındırma ve bombardıman işlemi) yeni titanyum-alüminyum metaller arası bileşiklerden oluşan yayındırma katmanları üretilmiştir.
Alternatif akım bias güç kaynağının kullanıldığı elektron ısıtma çalışmalarında katodik ark plazmasında bulunan iyonların negatif bias voltajında biriktirilmesi ve pozitif bias voltajında elektron ısıtma yolu ile yayındırılması ile titanyum alüminyum metaller arası bileşiklerinden oluşan yayındırma katmanları elde edilmiştir. Numune sıcaklıklarının elektron akımı ile kontrol edildiği yöntemde, sabit, artan ve azalan sıcaklık profilleri kullanılarak değişik faz içeriklerine sahip titanyum-alüminyum yayındırma katmanları üretilmiştir.

Abstract:
In this study, cathodic arc physical vapor deposition process was used in a novel approach. Application of different bias voltages during coating and diffusion processes facilitates the production of titanium-aluminum intermetallic layers on the titanium substrate. This method was applied by two different processes, depending on the type of bias power supply.
In the first process, bias voltage is applied by means of direct current power supply. Aluminum layer was deposited on a titanium surface using low bias voltage in cathodic arc plasma. After the deposition of aluminum layer, titanium surface was bombarded increasing the bias to higher voltages in the same ion plasma to form the intermetallic phases of the titanium and aluminum. In consequence of the bombardment process, aluminum rich titanium-aluminum intermetallic layer was formed on the titanium surface. In the next step, the intermetallic layer was further bombarded to modify the phase constituents.
In the second process, bias voltage is applied by alternating current power supply. In alternating current, bias changes to negative and positive voltages alternative periodically. In the negative voltage period, aluminum ions are pulled to titanium substrate surface and a coating is formed. In the positive voltage period, electrons are pulled to substrate and newly formed coating surfaces. This process is called electron heating and can be used to enhance the diffusion process between the substrate and the coating. By controlling the bias current, temperature of substrate surface can be controlled. As a result, titanium-aluminum intermetallic layers consisting of different Ti-Al phases were produced.