Fiziksel buhar biriktirme ve akımsız Ni-B kaplama yöntemleri uygulanmış Ti-6Al-4V alaşımlarının aşınma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of wear properties of Ti-6Al-4V alloys coated with physical vapor deposition and electroless Ni-B methods
Yazar: MÜRSEL ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET YILDIRIM
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Fiziksel buhar biriktirme = Physical vapour deposition ; Sertlik = Hardness ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Ti-6Al-4V alaşımları mükemmel korozyon direncine, düşük yoğunluğa, yüksek tokluğa, yüksek biyouyumluluğa ve üst düzey mekanik özelliklere sahiptir. Bu eşsiz özelliklerinden ötürü havacılık (uçak motorları) ve biyomedikal uygulamalarda (diş ve eklem protezleri) sıklıkla kullanılmaktadır. Fakat aşınma dirençlerinin düşük olması bu alaşımların en temel dezavantajları olarak bilinmektedir. Ti-6Al-4V alaşımlarının aşınma dirençlerini veya tribolojik özelliklerini iyileştirmek için yüzeylerine farklı kaplamalar yapılmaktadır. Bu kapsamda mevcut tez çalışmasında fiziksel buhar depolama (PVD, AlTiN/TiN, AlCrN ve CrN/TiN/AlN) ve akımsız Ni-B kaplama (ısıl işlem görmüş ve görmemiş) yöntemleri uygulanmış Ti-6Al-4V alaşımlarının aşınma özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir.  Kaplamaların faz analizleri x–ışını kırınımı (XRD) yöntemi ile, kaplama kalınlıkları optik mikroskop ve taranalı elektron mikroskobu (SEM) ile, sertlik derinlikleri enine kesit incelemesi ile aşınma davranışları ise abrasif aşınma testi, yüzey pürüzlülük testi, adhezyon (yapışma) testi ve aşınma izi incelemeleri ile incelenmiştir. Alşaımların yüzeylerinde akımsız Ni-B kaplama ile 700-900 HV sertliğe ve 15-16 μm kalınlığa sahip Ni tabakası, PVD kaplama ile aşırı sert (1770-3216 HV) ve 1-2 μm kalınlığa sahip seramik nitrür tabakası bulunmaktadır. Yapılan tüm kaplamaların Ti-6Al-4V alaşımlarının aşınma direncini arttırdığı gözlemlenmiştir. PVD kaplama uygulanmış numunelerin aşınma dirençleri akımsız Ni-B kaplama uygulanan numunelerin aşınma dirençlerine kıyasla daha yüksektir. PVD kaplamalar kendi aralarında kıyaslandığında benzer aşınma davranışları sergiledikleri görülmüştür. Ayrıca PVD kaplamalara uygulanan adezyon testinde kaplamaların yüksek adezyon (yapışma) kuvvetine sahip olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Ti-6Al-4V alloys exhibit excellent corrosion resistance, low density, high toughness, high biocompatibility and superior mechanical properties. Due to these unique properties, they are frequently used in aerospace (aircraft engines) and biomedical applications (dental and joint prostheses). However, low wear resistance is the main disadvantage of these alloys. Various coatings improve the wear resistance or tribological properties of Ti-6Al-4V alloys. In this manner, in the current thesis, the wear properties of Ti-6Al-4V alloys, caotd with physical vapor deposition (PVD, AlTiN/TiN, AlCrN and CrN/TiN/AlN) and electroless Ni-B coating (heat treated and untreated) methods, were investigated in detail. Phase analyzes of the coatings are determined by x-ray diffraction (XRD) method, coating thickness were measured by optical microscope and scanning electron microscope (SEM), hardness depths were calculated by cross-sectional examination and wear behavior was investigated by abrasive wear test, surface roughness test, adhesion test and examination of wear tracks.  For Ni-B coated specimens, Ni layer with a hardness of 700-900 HV and a thickness of 15-16 μm is present, while an extremely hard (1770-3216 HV) ceramic nitride layer with a thickness of 1-2 μm is peresent for PVD coated specimens. It has been observed that all type of coatings increased the wear resistance of Ti-6Al-4V alloys. Compared to wear resistance of electroless Ni-B coated samples, the PVD coated samples exhibited realtivleys higher wear resistance. Wear behaviors of PVD coated specimens were similar to each other. In addition, in the adhesion test applied to PVD coatings, it was understood that the coatings had high adhesion strength.