CrN Kaplanmış AISI 52100 Çeliğinin Atmosfer ve Vakum ortamlarında Aşınma Davranışının İncelenmesi

Investigation of Wear Behavior of CrN Coated AISI 52100 Steel under Atmospheric and Vacuum Environment

Özet

Bu çalışmada farklı taban malzeme bias gerilimleri uygulanarak üretilen CrN kaplamalarının morfolojik, yapısal,kimyasal ve aşınma dayanımı özellikleri incelenmiştir. Sanayide yaygın bir şekilde kullanılan AISI 52100 çeliğitaban malzeme olarak seçilmiştir. Kaplama yöntemi olarak fiziksel buhar biriktirme yöntemi kullanılmıştır.Kaplamaların morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu kullanılarak incelenmiştir. Kaplamalarınkristolografik yapıları X ışını difraksiyonu yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Kaplamaların kimyasalbileşenleri EDS analizi ile incelenmiştir. Kaplamaların aşınma dayanımı özellikleri 5x10-3 mbar vakum ve normalatmosfer ortamlarında sabit hız, süre ve yük deney parametrelerinde disk üzeri bilye deney düzeneği kullanılarakincelenmiştir. Aşınma hacimleri temassız optik profilometre ile ölçülmüştür. Aşınma mekanizmaları aşınmaizlerinden alınan SEM ve EDS analizleri ile karakterize edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan kaplamaparametreleriyle elde edilen CrN kaplamaların aşınma dayanımlarını belirlemek için yapılan deneylerden eldeedilen sonuçlara göre; atmosfer şartlarında CrN kaplanmış bütün numunelerin, kaplanmamış numunelere göredaha düşük aşınma miktarına sahip olduğu gözlenmiştir. Atmosfer koşullarında en düşük aşınma miktarı, tabanmalzemelere 200 Volt bias uygulanan numunelerden elde edilirken, vakum ortamında en düşük aşınma miktarıtaban malzemelere 100 Volt bias gerilimi uygulanan numunelerden elde edilmiştir. Atmosfer ortamında aşınmamekanizması bütün numunelerde oksidatif ve abrazif olarak gözlemlenirken, vakum ortamında aşınmamekanizması adhezif olarak gözlenmiştir.

Abstract

In this study, it has been investigated morphological, structural, chemical and wear resistance properties of CrN coatings produced by applying different bias voltages on substrate material. AISI 52100 steel which is widely used in industry was selected as a substrate material. Physical vapor deposition method was used as the deposition method. The morphological properties of the coatings were investigated using scanning electron microscopy. Crystallographic structures of the coatings were analyzed using X-ray diffraction method. The chemical components of the coatings were examined by EDS analysis. The wear resistance properties of the coatings were investigated by using a ball on-disk method at constant speed, duration and load test parameters in 5x10-3 mbar vacuum and normal atmosphere. Wear volume were measured by contactless optical profilometer. The wear mechanisms are characterized by SEM and EDS analyzes taken from wear traces. From the wear tests, it was observed that all the samples coated with CrN under atmospheric conditions had a lower amount of wear than the uncoated specimens. The lowest amount of wear in atmospheric conditions was obtained from samples subjected to 200 Volt bias to substrate materials while the lowest amount of wear in vacuum was obtained from samples subjected to 100 Volt bias voltage to substrate materials. The wear mechanism in the atmospheric environment was observed oxidatively and abrasive in all samples, while the wear mechanism in the vacuum environment was mainly adhesive.