RF magnetron saçtırma tekniği ile AISI440C çeliğe yapılan ara tabakasız ve ara tabakalı MoS2 ince film kaplamaların tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Determination of the tribological properties of the coatings of non-interlayered and interlayered MoS2 thin film coatings on  AISI440C steel substrate by RF magnetron sputtering technique
Yazar: MEHMET POYRAZ
Danışman: DOÇ. DR. RECAİ FATİH TUNAY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında; rulman bilyaları, valfler, petrol pompaları, kesici takımlar, yaylar, kam, makas, cerrahi ve dişçilik aletlerinde tercih edilmekte olan, AISI440C çeliğinin sürtünme ve aşınma kaynaklı kayıplarının azaltılması, malzemenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu sebeple; AISI440C çeliği matris malzemeler, kayma sırasında düşük sürtünme ve aşınma sergileyen MoS2 ince filmlerle kaplanmıştır. Radyo Frekans Magnetron Saçtırma (RF magnetron sputtering) tekniği kullanılarak; ara tabakasız ve Ti/Cr ara tabakalı MoS2 ince filmler, AISI440C çelik matris malzemeler üzerinde, farklı kaplama parametreleriyle biriktirilmiştir. Kaplamalar sırasında değiştirilen kaplama parametreleri; matris biriktirme sıcaklığı ve RF saçtırma gücü farklılıklarıdır. Farklı parametrelerde kaplanmış filmlerin kalınlıkları, SEM taramalı elektron mikroskop kullanılarak, her bir numune için yan kesitlerinden ölçülmüştür. Kaplamalar sonrasında numunelerin yüzey topografyası, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak farklı büyütmeler için gözlemlenmiş, kaplama kalınlıklarının kompozisyon ve yapısı enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ile noktasal analiz edilmiştir. Her bir parametrede biriktirilen kaplamaların sertlik ve elastisite modülleri, nanoindentasyon sistemi kullanılarak belirlenmiştir. Farklı parametrelerde biriktirilen kaplamalı numunelerin tribolojik özelliklerini belirlemek için, nano tribometer aşınma test cihazı kullanılmıştır. Kuru atmosfer ortamında numunelere farklı yükler ve hızlar uygulanarak, numunelerin aşınma testlerine ait sürtünme katsayısı-yol ilişkisini gösteren veriler elde edilmiş, atmosfer ortamındaki ortalama sürtünme katsayısı, aşınma miktarları ve aşınma iz genişliklerine ulaşılmıştır. Ara tabakasız ve ara tabaka kaplamalı numunelerin aşınma oranları karşılaştırılmış, ara tabaka ve kaplama parametrelerinden matris kaplama sıcaklığı, RF saçtırma gücü değişikliklerinin tribolojik özellikleri nasıl değiştirdiği yorumlanabilmiştir. Tribolojik olarak en uygun kaplama çifti parametresinin optimizasyonu sağlanmıştır.

Abstract:
In this thesis; It is aimed to reduce the friction and wear losses of AISI440C steel, which is preferred in bearing balls, valves, oil pumps, cutters, springs, cams, scissors, surgical and dental instruments. Therefore; the AISI440C substrates are coated with thin films MoS2 which exhibit low friction and wear. Thin films with and without intermediate layer Ti/Cr on AISI440C steel substrates were deposited using RF Magnetron Sputtering technique with different coating parameters. Substrate deposition temperature and RF sputtering power differences are one of the coating parameters that are changed. The thicknesses of the films were measured from their side sections using a SEM microscope. After coating the surface topography of the samples was observed for different magnifications. The composition and structure of coating thicknesses were analyzed by energy dispersive spectroscopy (EDS). The hardness and elasticity modules of these coatings were determined using the nano indentation system. To determine the tribological properties of coated samples, a nano tribometer wear tester was used. By applying different loads and velocities to the samples in dry atmosphere environment, data showing friction coefficient-distance relation of wear tests have been obtained, average friction coefficient, wear amounts and wear trace widths have been reached. With tribological tests; wear rates of samples were compared. Intermediate layer usage, substrate deposition temperature and RF sputtering power changes can be interpreted as how they affect the tribological properties. Tribological optimization of the most appropriate coating pair parameter is provided.