Eklemeli üretim yöntemi ile farklı orantasyon açılarında üretilmiş 316l paslanmaz çeliğinin plazma nitrürleme işleminden sonra, mekanik, tribolojik, elektrokimyasal ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical, tribological, electrochemical and magnetic properties after plasma nitriding process of 316l stainless steel produced in different orientations angles by additive manufacturing method
Yazar: MUSTAFA YAZICI
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties ; Ergitme = Smelting ; Kalıntı gerilmeleri = Residual stresses ; Lazerler = Lasers ; Plazma nitrürleme = Plasma nitriding ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, üç boyutlu eklemeli üretim yönetimiyle farklı yönlenmelerde üretilmiş (0°, 30°, 45°, 60°, 90°), 316L paslanmaz çelik numunelerine 400, 450 ve 500°C'larda 4 saat süre ile plazma nitrürleme işlemi yapıldıktan sonra, mekanik, tribolojik, elektrokimyasal ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada, 316L paslanmaz çelik tozu, seçici lazer ergitme yöntemi ile farklı açılarda numuneler üretilmiştir. Ayrıca geleneksel yöntem ile üretilmiş (GYÜ) olan numuneler ile kıyaslamalar yapılmıştır. Bu iki tür numuneye 400, 450 ve 500°C'lıklarda plazma nitrürleme işlemi 4 saat süre ile yapılmıştır. Nitrürleme işlemi yapılan numunelerin özelliklerini belirlemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM), X Işını kırınım difraktometresi (XRD), X Işını fotoelektron spektrometresi (XPS), artık gerilme (Stress analizi), mikrosertlik (vickers) ölçümleri, aşınma deneyleri, korozyon testleri ve fiziksel özelliklerin belirlenmesi için ölçümler yapılmıştır.
Bulgular: Analizler sonucunda, SLE üretim yöntemi ile elde edilen numuneler düşük üretim açılarında daha iyi tribplojik, mekanik ve elektrokimyasal özellik sergilemiştir. Ayrıca SLE üretim yöntemi ile GYÜ deneysel olarak kıyaslanarak optimum üretim yöntemi olarak SLE yöntemi belirlenmiştir.
Sonuç: SLE üretim yöntemi ile üretilen numunelerde 0°'lik üretim açısı diğer açılarda yapılan üretimlerden daha iyi malzeme özelliği sergilemiştir. Plazma nitrürleme işleminin mekanik özellikleri iyileştirdiği belirlenmiştir. Ancak elektrokimyasal özelliklere sadece 400°C'ta yapılan plazma nitrürleme işlemi olumlu katkı sağlamıştır. Benzer sonuçlar artık gerilme değerlerinde de gözlemlenmiştir. Aşınma ve sertlik değerlerinde ise en iyi sonuç 500°C'de 4 saat süre ile yapılan plazma nitrürlenmiş 0°'lik açı ile üretilen numnelerde elde edilmiştir. 500°C'de 4 saat süre ile yapılan plazma nitrürleme işleminde yapı içerisinde CrN ve Fe4N fazlarının yoğunluğunun arttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Purpose: In this study, 316L stainless steel samples produced in different orientations (0°, 30°, 45°, 60°, 90°) with three-dimensional additive manufacturing were subjected to plasma nitriding at 400, 450 and 500°C for 4 hours. It is aimed to examine the mechanical, tribological and electrochemical properties.
Method: In this study, samples were produced at different angles by selective laser melting of 316L stainless steel powder. In addition, comparisons were made with the samples produced by the traditional method (GYU). Plasma nitriding process was applied to these two types of samples at 400, 450 and 500°C for 4 hours. Scanning electron microscopy (SEM), X-Ray diffractometry (XRD), X-Ray photoelectron spectrometry (XPS), residual stress (Stress analysis), microhardness (Vickers) measurements, wear tests and corrosion tests were carried out to determine the properties of the nitrided samples.
Findings: As a result of the analysis, the samples obtained by the SLE production method showed better triblogical, mechanical and electrochemical properties at low production angles. In addition, the SLE method was experimentally compared with the SLE production method and the SLE method was determined as the optimum production method.
Results: In the samples produced with the SLM production method, the production angle of 0° exhibited better material properties than the productions made at other angles. It was determined that the plasma nitriding process improved the mechanical properties. However, only plasma nitriding at 400°C contributed positively to the electrochemical properties. Similar results were also observed for residual stress values. In terms of wear and hardness values, the best results were obtained in plasma nitrided samples produced at an angle of 0° at 500°C for 4 hours. It was observed that the density of CrN and Fe4N phases increased in the structure in the plasma nitriding process performed at 500°C for 4 hours.