Yüksek entropili CoCrFeNiX (X= Ti, Nb, Hf, Zr) alaşımlarının üretilerek Nh3 gazı ortamında nitrürlenmesi ve karakterizasyonu
Nitriding and characterization of high entropy CoCrFeNiX (X= Ti, Nb, Hf, Zr) alloys by production in Nh3 gas atmosphere
Yazar: DOĞANCAN CEYLAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET TARAKÇI
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Mikrosertlik = Microhardness

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı oranlarda Hf, Ti, Nb, Zr elementleri orta entropili
CoCrFeNi alaşımına katkılanarak ötektik kompozisyondaki yüksek entropili alaşımlar
ile ötektik olmayan yüksek entropili alaşımların farkları kıyaslanarak bunun yanında
bu alaşımlara nitrürlemenin etkisini tespit etmek amaçlanmıştır. Kontrollü atmosferde
vakum ark ergitme yöntemiyle ötektik ve ötektik altı kompozisyonlarda yüksek
entropili alaşımlar üretilmiştir. Alaşımlar döküldüğü haliyle 510 oC sıcaklıkta 72 saat
boyunca gaz nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Alaşımlar ve nitrürlenmiş
alaşımların XRD, SEM-EDS, Mikrosertlik Testi ile karakterizasyonu
gerçekleştirilmiştir. CoCrFeNi alaşımına katkılanan Nb, Ti, Hf, Zr, elementleri
alaşımın kristal yapısını değiştirmeden YMK yapıda katı çözelti oluşturmuştur.
Katkılama neticesinde YMK fazına ek olarak Laves fazlarının da oluştuğu tespit
edilmiştir. Zr ve Hf elementlerince katkılanan (CoCrFeNi)88,85(Zr)11,15 ve
(CoCrFeNi)90,5(Hf)9,5 alaşımları tamamiyle ötektik morfolojiye sahipken Ti ve Nb
katkılanan alaşımlarda kısmen ötektik yapı elde edilmiştir. Tüm nitrürlenen alaşımlar
üzerinde yoğun ve sürekli bir nitrür tabakası elde edilmiştir. CoCrFeNi alaşımı
içerisine ilave edilen Nb, Ti, Hf, Zr, elementlerinin katkılanma miktarı arttıkça
yüzeydeki nitrür tabakaların kalınlıkları genel olarak azalma eğilimindedir. Katı
çözelti CoCrFeNi-XN (X=Nb, Zr, Ti, Hf) nitrür fazının yanı sıra nitrürleme
sonucunda katkılama miktarına ve katkılama elementine bağlı CrN, Fe3N, Hf3N2,
Nb4N5, Ti2N, Zr7O11N2 gibi nitrür ve oksinitrür fazların oluştuğu ve bu nitrür fazların
da katı çözelti şeklinde bulunduğu tespit edilmiştir. CoCrFeNi ve
(CoCrFeNi)89,52(Nb)10,48 alaşımlarını sertlikleri en düşük ve en yüksek olup, sırasıyla
258 HV ve 738 HV'dir. Nitrürleme sonrasında ise en düşük ve en yüksek sertlik
değerleri sırasıyla CoCrFeNi (1164,78 HV) (CoCrFeNi)88,85(Zr)11,15 (1543,13 HV)
alaşımlarında elde edilmiştir. Genel olarak sertlik artışı katı çözelti sertleşmesi ve
nitrürleme sonucu oluşan nitrür fazların kombine etkisinden kaynaklanmaktadır.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to compare the differences between high-entropy alloys in
eutectic composition and non-eutectic high-entropy alloys by adding different amounts
of Hf, Ti, Nb, Zr elements to the medium-entropy CoCrFeNi alloy, and also to
determine the effect of nitriding on these alloys. High entropy alloys in eutectic and
sub-eutectic compositions were produced by vacuum arc melting in a controlled
atmosphere. The alloys, as cast, were subjected to gas nitriding at 510 oC for 72 hours.
Characterization of alloys and nitrided alloys was carried out by XRD, SEM-EDS,
Microhardness Test. Nb, Ti, Hf, Zr elements added to the CoCrFeNi alloy formed a
solid solution with FCC structure without changing the crystal structure of the alloy.
It was determined that, as a result of doping, Laves phases were also formed in addition
to the FCC phase. While (CoCrFeNi)88.85(Zr)11.15 and (CoCrFeNi)90.5(Hf)9.5 alloys
doped with Zr and Hf elements have a completely eutectic morphology, a partially
eutectic structure was obtained in the alloys doped with Ti and Nb. A dense and
continuous nitride layer was obtained on all nitrided alloys. As the doping amount of
Nb, Ti, Hf, Zr elements added into the CoCrFeNi alloy increases, the thickness of the
nitride layers on the surface generally tends to decrease. In addition to the solid
solution CoCrFeNi-XN (X=Nb, Zr, Ti, Hf) nitride phase, nitride and oxynitride phases
such as CrN, Fe3N, Hf3N2, Nb4N5, Ti2N, Zr7O11N2 are formed as a result of nitriding,
depending on the doping amount and doping element, and these nitride phases are also
formed. It was found to exist in solid solution form. CoCrFeNi and
(CoCrFeNi)89.52(Nb)10.48 alloys have the lowest and highest hardness, 258 HV and 738
HV, respectively. After nitriding, the lowest and highest hardness values were obtained
in CoCrFeNi (1164.78 HV) (CoCrFeNi)88.85(Zr)11.15 (1543.13 HV) alloys,
respectively. In general, the increase in hardness is due to the combined effect of solid
solution hardening and nitride phases formed as a result of nitriding.