Bor karbür katkılı toz karışımının çeliklerin bor kaplanmasında kullanılması ve karakterizasyonu
The use of b4c added powder mixtures in boride coating of steels and its characterization
Yazar: ELİF ÖZKAN
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRÜ TALAŞ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Demir borür = Iron boride

Özet:
Bor ve bor kaplamalar üstün özellikleri dolayısıyla endüstride geniş kullanım alanına sahiptir. Borlama; metalik malzeme yüzeyinin mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla yapılan termokimyasal bir yüzey modifikasyon metodudur. Borlama yüzey işlemi genellikle 700-1050 ºC ve 1-12 saat sürelerde uygulanır. Borlama işlemi katı, sıvı ve gaz ortamında uygulanabilir. Bor kaynağı olarak amorf bor, bor karbür, susuz boraks, tabakanın düzenli büyümesini sağlayan aktivatör KBF4, işlem sıcaklığında oksijeni tutarak redükleyici bir ortam oluşturan ve ortamdaki malzemelerin ana malzemeye yapışmasını önleyen dolgu malzemesi ve deoksidanlardan (SiC vb.) oluşan karışımlar kullanılır. Bu karışımlar çoğu zaman ticari bir sır olarak ilgili firma tarafından yayınlanmaz ve kullanımı bazı durumlarda sınırlandırılır.

Bu çalışmada AISI 1040 çeliğinden imal edilmiş olan Ø10x6 mm boyutlarında işlenmiş numuneler, 900 °C sıcaklıkta, 2 saat süre de kuyu tipi fırında katı borlama işlemine tabii tutulmuştur. Bor kaynağı olarak BOREN bünyesince farklı kombinasyonlarla oluşturulmuş katkılı B4C (bor karbür) tozları kullanılarak borlama işlemi yapılmıştır. Borlama yüzey işlemi tamamlanan numuneler metalografik etüt için hazırlanmıştır. Numunelerin yüzeyinde oluşan borür tabakalarındaki değişimlerin tesbiti amacıyla XRD analizi yapılmış, Optik Mikroskop'ta iç yapılarına, tabaka kalınlıklarına bakılmış ve SEM cihazı ile tabaka morfolojisi incelenmiştir. Ardından numunelerin sertlik değerleri ölçülmüş ve aşınma dirençlerine bakılmıştır. Katkılı bor tozlarıyla yapılan analizler sonucunda, incelenen çeliğin yüzeyinde bor fazlarının oluştuğu tespit edilmiştir. Oluşan fazların kaplama kabiliyeti, referans olarak aldığımız Ticari Ekabor II tozuyla yapılan borlama işleminden elde edilen sonuçlara yakın olduğu tesbit edilmiştir.

Abstract:
Boron and boron coatings have a wide usage area in the industry due to their superior properties. Boronizing; It is a thermochemical surface modification method used to improve the mechanical properties of the metallic material surface. Boronizing; surface treatment is generally applied at 700-1050 ºC and 1-12 hours. Boronizing process can be applied in solid, liquid and gas environments. As a boron source, amorphous boron, boron carbide, anhydrous borax, activator KBF4, which ensures the regular growth of the layer, filling material and deoxidants (SiC etc.) mixtures are used. These mixtures are often not published by the relevant company as a trade secret and their use is limited in some cases.

In this study, Ø10x6 mm processed samples made of AISI 1040 steel were subjected to solid boronizing process in a well type furnace at 900 °C for 2 hours. As a boron source, boriding process was carried out by using doped B4C (boron carbide) powders created in different combinations by BOREN. The samples, whose boronizing surface treatment was completed, were prepared for metallographic study. In order to determine the changes in the boride layers formed on the surface of the samples, XRD analysis was carried out, the internal structures and layer thicknesses were examined in the Optical Microscope and the layer morphology was examined with the SEM device. Then, the hardness values of the samples were measured and their wear resistance was checked. As a result of the analyzes made with doped boron powders, it was determined that boron phases were formed on the surface of the examined steel. It has been determined that the coating ability of the formed phases is close to the results obtained from the boriding process with the Commercial Ekabor II powder, which we took as a reference.