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

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.

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

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.

___

  • [1] Voevodin A.A., Zabinski J.S. 2015. Nanocomposite and nanostructured tribological materials for space applications, Composites Science and Technology, 65 (5): 741-748.
  • [2] Gao X., Fu Y., Jiang D., Wang D., Yang J., Weng L., Hu M., Sun J. 2018. Structural, Mechanical, and Tribological Properties of WS2-Al Nanocomposite Film for Space Application, Tribology Letters, 66 (4): 137.
  • [3] Tsai D.-C., Chang Z.-C., Kuo B.-H., Chen B.-C., Chen E.-C., Shieu F.-S. 2018. Wide variation in the structure and physical properties of reactively sputtered (TiZrHf)N coatings under different working pressures, Journal of Alloys and Compounds, 750: 350-359.
  • [4] La J., Song M., Kim H., Lee S., Jung W. 2018. Effect of deposition temperature on microstructure, corrosion behavior and adhesion strength of Zn-Mg coatings on mild steel, Journal of Alloys and Compounds, 739: 1097-1103.
  • [5] Hajihoseini H., Kateb M., Ingvarsson S., Gudmundsson J.T. 2018. Effect of substrate bias on properties of HiPIMS deposited vanadium nitride films, Thin Solid Films, 663: 126-130.
  • [6] Dubey P., Martinez G., Srivastava S., Chandra R., Ramana C.V. 2017. Effect of bias induced microstructure on the mechanical properties of nanocrystalline zirconium tungsten nitride coatings, Surface and Coatings Technology, 313: 121-128.
  • [7] Lin J., Sproul W.D., Moore J.J. 2012. Tribological behavior of thick CrN coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology, 206 (8): 2474- 2483.
  • [8] Pakala M., Lin R.Y. 1996. Reactive sputter deposition of chromium nitride coatings, Surface and Coatings Technology, 81 (2): 233-239.
  • [9] Vite M., Moreno-Ríos M., Hernández E.A.G., Laguna-Camacho J.R. 2011. A study of the abrasive resistance of sputtered CrN coatings deposited on AISI 316 and AISI H13 steel substrates using steel particles, Wear, 271 (9): 1273-1279.
  • [10] Zhou F., Chen K., Wang M., Xu X., Meng H., Yu M., Dai Z. 2008. Friction and wear properties of CrN coatings sliding against Si3N4 balls in water and air, Wear, 265 (7): 1029-1037.
  • [11] Ruden A., Restrepo-Parra E., Paladines A .U., Sequeda F. 2013. Corrosion resistance of CrN thin films produced by dc magnetron sputtering, Applied Surface Science, 270: 150-156.
  • [12] Qi Z., Wu Z., Zhang D., Wei B., Wang J., Wang Z. 2017. Effect of sputtering power on the chemical composition, microstructure and mechanical properties of CrNx hard coatings deposited by reactive magnetron sputtering, Vacuum, 145: 136-143.
  • [13] Hurkmans T., Lewis D.B., Paritong H., Brooks J.S., Münz W.D. 1999. Influence of ion bombardment on structure and properties of unbalanced magnetron grown CrNx coatings, Surface and Coatings Technology, 114 (1): 52-59.
  • [14] Mayrhofer P.H., Tischler G., Mitterer C. 2001. Microstructure and mechanical/thermal properties of Cr–N coatings deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology 142-144: 78-84.
  • [15] Tu J.-N., Duh J.-G., Tsai S.-Y. 2000. Morphology, mechanical properties, and oxidation behavior of reactively sputtered Cr–N films, Surface and Coatings Technology, 133-134: 181-185.
  • [16] Bertrand G., Savall C., Meunier C. 1997. Properties of reactively RF magnetron-sputtered chromium nitride coatings, Surface and Coatings Technology, 96 (2): 323-329.
  • [17] Singh S.K., Chattopadhyaya S., Pramanik A., Kumar S. 2018. Wear behavior of chromium nitride coating in dry condition at lower sliding velocity and load, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96 (5): 1665-1675.
  • [18] Thornton J.A. 1977. High Rate Thick Film Growth, Annual Review of Materials Science, 7 (1): 239-260.
  • [19] Mahieu S., Depla D. 2009. Reactive sputter deposition of TiN layers: modelling the growth by characterization of particle fluxes towards the substrate, Journal of Physics D: Applied Physics, 42 (5): 053002.
  • [20] Shinmitsu T., Shi J., Hashimoto M. 2002. Effects of substrate-bias on the structure of sputterdeposited Co–Pt film, Surface and Coatings Technology, 151-152: 55-58.
  • [21] Gilewicz A., Warcholinski B., Murzynski D. 2013. The properties of molybdenum nitride coatings obtained by cathodic arc evaporation, Surface and Coatings Technology, 236: 149-158.
  • [22] Lee H.Y., Lee D.K., Kang D.H., Lee J.J., Joo J.H. 2005. The effect of r.f. substrate bias on the properties of carbon nitride films produced by an inductively coupled plasma chemical vapor deposition, Surface and Coatings Technology, 193 (1): 152-156.
  • [23] Grasser S., Daniel R., Mitterer C. 2012. Microstructure modifications of CrN coatings by pulsed bias sputtering, Surface and Coatings Technology, 206 (22): 4666-4671.
  • [24] Li F., Kang Y., Fu L., Qiao Z., Liu W., Yang J. 2016. Friction and wear behavior of nanoeutectic Fe1.87C0.13 under air and vacuum conditions, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 230 (4): 481-487.
  • [25] Wu J.-s., Li J.-f., Zhang L., Qian Z.-Y. 2017. Effects of environment on dry sliding wear behavior of silver–copper based composites containing tungsten disulfide, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 27 (10): 2202-2213.
  • [26] Amirat M., Sawalem M., Zaïdi H. 2013. Influence of the Gas Environment on the Transfered Film of the Tribologic Brass (CuZn)/XC48 Steel COUPLE, Applied Mechanics and Materials, 367: 32-39.
Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2012
  • Yayıncı: Bitlis Eren Üniversitesi Rektörlüğü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Bafa Gölü Sularında Element Konsatrasyonlarının Belirlenmesi ve Su Kalitesi Açısından Değerlendirilmesi

Melik KARA

Malatya'daki Gökkuşağı Alabalığı (Oncorhynchus mykiss) Kuluçkahanelerinin Yapısal, Biyolojik ve Teknik Yönden İncelenmesi

Murat KARABULUT, Kenan KÖPRÜCÜ

Malatya'daki Gökkuşağı Alabalığı (Oncorhynchus mykiss) Kuluçkahanelerinin Yapısal, Biyolojik ve Teknik Yönden İncelenmesi

Murat KARABULUT, Kenan KÖPRÜCÜ

Yüksek Sıcaklık Uygulamalarında Kullanılmak Üzere Kimyasal İşlemden Geçirilmiş Hibrit Jüt - Keten Doğal Kompozitlerin Geliştirilmesi

Mehmet Fatih ÖKTEM, Büşra ALTINTOP

Bazı Astragalus Türlerinin HPLC Kullanılarak Yağda Çözünen Vitamin İçeriklerinin Belirlenmesi

Muammer BAHŞİ, Murat KÜRŞAT, Ökkeş YILMAZ, İrfan EMRE

Düz tüp içerisinde burulmuş şerit kullanarak ısı geçişinin iyileştirilmesi

İbrahim Halil YILMAZ, Taha Tuna GÖKSU

Tarihi Yığma Yapıların Malzeme Karakteristiklerinin Hasarsız Yöntemlerle Belirlenmesi: Diyarbakır Ulu Camii Örneği

Muhammet KARATON, Hüseyin Suha AKSOY

İki Bacaklı Bir Robotun Yapay Sinir Ağı Desteği ile Denge Sağlaması

Ahmet Burak TATAR, Beyda TAŞAR, Alper Kadir TANYILDIZI

Van İli Güneş ve Hidroelektrik Enerjilerinin Potansiyeli ve İlin Ekonomisine Katkıları

Abuzer YAMAN, Ahmet YAKIN, Rasim BEHÇET

Emotiv Epoc ile Durağan Hal Görsel Uyarılmış Potansiyel Temelli Beyin Bilgisayar Arayüzü Uygulaması

Abdullah Talha SÖZER, Can Bülent FİDAN