Bor esaslı CN kaplamalarının sentezi ve tribolojik özelliklerin araştırılması
The synthesis and investigation of tribological properties of bor based CN coatings
Yazar: GÖKHAN GÜLTEN
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bor esaslı karbonitrür (BCN) filmler sahip oldukları mükemmel mekanik ve tribolojik özellikleri sayesinde son yıllarda kullanılan en ilgi çekici kaplama malzemelerindendir. Sahip olduğu bu üstün özellikler nedeniyle, bor esaslı karbonitrür filmlerin endüstriyel ve stratejik uygulamalarda koruyucu kaplamalar olarak kullanım önemi giderek artmaktadır. Aynı zamanda bor easaslı karbonitrür filmler yüksek sıcaklıklarda çok iyi derecede termal ve kimyasal kararlılık göstererek yağlayıcı kaplamalar olarak da kullanılır. Literatürde bor esaslı karbonitrür filmlerinin sentezi için kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve fiziksel buhar biriktirme teknikleri (PVD) başarı ile uygulanmaktadır. Bu çalışmada, bor esaslı karbonitrür ince filmlerinin 4140 çeliği üzerine sentezi için kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma (CFUBMS) ve yüksek güç darbeli manyetik alanda sıçratma (HiPIMS) hibrit sistemi kullanılmıştır. Sentezlenen BCN ince filmlerin yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Yapısal özelliklerin karakterizasyonu taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile yapılmıştır. Mekanik özelliklerinin belirlenmesi için mikrosertlik ve çizik testi uygulanmıştır. Tribolojik özellikleri ise pin-on-disk tribometre ölçüm cihazı kullanılarak atmosfere açık ortamda hesaplanmıştır. Hibrit sistem ile sentezlenen tüm filmlerin mikroyapılarının, çok yoğun ve kolonsuz bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. En yüksek sertlik değeri 17,6 GPa olarak hesaplanmıştır. En yüksek sürtünme katsayısı değeri 0,54 iken en düşük sürtünme katsayısı ise 0,45 olarak ölçülmüştür. Elde edilen en yüksek kritik yük değeri ise 55 N olarak belirlenmiştir.

Abstract:
BCN thin films are one of the most attractive materials in recent years based on their high hardness values, and excellent tribological properties. Having such characteristics, BCN thin films are becoming crucial for industrial and strategic applications as protective coatings. BCN thin films are also being used as lubricating coatings for high temperature applications due to good thermal and chemical stabilities. To synthesize BCN thin films several different deposition techniques have been carried out successfully such as chemical vapor deposition-CVD and physical vapor deposition-PVD techniques. In this work, BCN coatings were deposited on 4140 steel substrates by a hybrid closed-field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS) and high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) system using different deposition parameters. We studied the structural, mechanical and tribological behaviours of BCN thin films. To characterize the structural behaviours of the BCN coatings SEM techniques were used. Micro-hardness and scratch tester were used to determine mechanical properties of the BCN thin films. Tribological properties such as friction coefficient of the films were calculated by pin-on-disc tribometer in ambient air. Microstructure of all films has dense and non-columnar structure due to the coatings by hybrid system. The highest hardness value was calculated as 17,6 GPa. The highest coefficient of friction was 0,54 and the lowest coefficient of friction was 0,45. The highest critical load values was determined as 55 N.