Sıçratma yöntemiyle kompozit tialcrnbn kaplı h13 çeliğinin yapısalve tribolojik özelliklerinin araştırılması
The investigation of structural and tribological properties of composite tialcrnbn coated h13 steel with sputtering method
Yazar: LEVENT KARA
Danışman: DOÇ. DR. TEVFİK KÜÇÜKÖMEROĞLU ; PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tezde alüminyum alaşımlarının ekstrüzyon yöntemiyle imalatı işleminde yaygın bir şekilde kullanılmakta olan AISI H13 (X40CrMoV5-1) sıcak iş takım çelik malzemesinin aşınma direncinin arttırılması için yüzeyine TiAlCrNbN malzemesi darbeli DC kapalı alan dengesiz manyetik ortamda sıçratma yöntemi kullanılarak kaplandı.  Kaplama parametrelerinin en uygun hale getirilmesi için Taguchi L9(34) deney tasarım yöntemi kullanıldı. Darbe frekansı, görev zamanı, bias gerilimi ve çalışma basıncı değişken parametre olarak seçildi. Kaplamaların kalınlıkları ve morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. Kaplamaların kristolografik özellikleri X ışını difraksiyonu kullanılarak analiz edildi. Kaplamaların kimyasal bileşimleri EDS analizi ile belirlendi. Kaplamaların sertlik ve elastik modülleri nanosertlik cihazı ile ölçüldü. Adezyon dayanımları ise çizik testi ile belirlendi. Kaplamaların sürtünme ve aşınma deneyleri ball on disc tribometre cihazıyla oda sıcaklığında ve 450°C sıcaklıkta gerçekleştirildi. 
Sonuçlar TiAlCrNbN kaplama malzemesinin, taban malzeme olarak kullanılan AISI H13 çeliğinden daha yüksek sertliğe sahip olduğunu gösterdi. Yapılan istatistiki analizler sonucunda; kaplama kalınlığı, sertliği ve adezyon dayanımı üzerine çalışma basıncının dikkate değer bir etkiye sahip olduğu belirlendi. Ayrıca adezyon dayanımı, sertlik, elastik modül ve H3/E2 oranının   kaplamaların oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıktaki aşınma dayanımını önemli derecede etkilediği belirlendi.

Abstract:
In this thesis in order to increase wear resistance, the surface of heat treated AISI H13 (X40CrMoV5-1) hot work tool steel which is widely used in aluminum extrusion process as a mold material were coated with TiAlCrNbN coating material using pulsed DC closed field unbalanced magnetron sputtering method. Taguchi L9(34) experimental design method was used to obtain optimum deposition parameters. Pulsed frequency, duty time, bias voltage and working pressure were selected as variable parameters. The thickness and morphological properties of coatings were investigated using scanning electron microscopy. Crystallographic properties of TiAlCrNbN coatings were analyzed using X ray diffraction. Chemical composition of coatings were determined with EDS analysis. Hardness and elastic modulus of coatings were measured using nanohardness tester. Adhesion strength of coatings were determined using scratch resistance tester. The friction and wear experiments of TiAlCrNbN coatings were performed using ball on disc tirbometer under the room and 450°C temperature conditions.
Results showed that TiAlCrNbN coated samples have higher hardness than uncoated samples. As a result of statistical analysis, it was found that working pressure have considerable effect on the thickness, hardness, adhesion strength of coatings. Further it was determined that the adhesion strength, hardness, elastic module and H3/E2 ratio have significant influence on the wear resistance of coatings at room and elevated temperature.