Elektrolitik sert krom kaplanmış 1010 ve 1040 çelik yüzeylerin nitrürlenmesi ve nitrokarbürlenmesi

Abstract

Çelikler, bazı üstün mekanik özelliklerinden dolayı yüzyıllardır en çok kullanılan malzeme olma özelliğini sürdürmektedirler. Günümüzde çelik malzemeler, kimyasal bileşiminin ve içyapılarının farklı olmasından dolayı birçok farklı türde bulunmaktadırlar. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri ilave edilerek ve/veya çeşitli işlemlerle içyapı kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelikler elde edilir. Bu üstün özelliklerinin yanında çeliklerde bazı sınırlamalar söz konusudur. Bu sınırlamalar özellikle yüzey bölgesindeki malzeme özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bazı çelik türlerinin düşük korozyon direnci göstermesi çeliğin kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Korozyona uğrayan çelikte gözle görülebilen olumsuz değişikliklerin yanında, mukavemet azalması ve tribolojik yönden kötüleşme gibi özellik kaybı da gerçekleşmektedir. Aşınma ve korozyona karşı dirençsiz olan çelikler, yüzeylerindeki düşük olan özelliklerini geliştirmek amacıyla yüzey işlemlerine tabi tutulur. Yüzey işlemleri, malzeme yüzeyinde yeni bir tabaka oluşturacağı gibi yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirerek de yapılabilir. Alaşım elementleri çeliğin tamamen içerisine katılmakla beraber üretimden sonra çelik yüzeyinde biriktirme ve alaşımlama şeklinde de oluşturulabilir. Bölgesel olarak yapılan bu işlemler maliyetten kazanım ve farklı özelliklerin bir arada bulunması gibi avantajlar sağlamaktadır. Çalışma toplam 7 bölümden oluşmaktadır. İlk Bölümde Giriş, Tezin Amacı ve Literatür İncelemesi bulunmaktadır. 2. Bölümde çeliklerden ve çeliklerin yüzey özelliklerini geliştirmekten bahsedilmiştir. 3. Bölümde difüzyon ve mekanizmalarından bahsedildikten sonra difüzyon yöntemlerinden olan nitrürleme ve nitrokarbürleme sırasıyla 4. ve 5. Bölümlerde anlatılmıştır. 6. Bölüm deneysel çalışmalardan oluşmuştur. 7. Bölümde ise genel olarak sonuçlar incelenmiştir. Bu çalışmada, AISI 1010 ve AISI 1040 çelik yüzeyler elektrolitik olarak sert krom kaplanmış ve 3 farklı sıcaklıkta (600, 700 ve 800 0C), % 60 N2 + % 40 H2 atmosfer ortamında, 5 saat süreyle plazma nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, yine sert krom kaplanmış bu numuneler % 45 CO2 + % 29 NH3 + % 26 N2 gaz karışımında 560 0C' de 8 saat süreyle gaz nitrokarbürleme işlemleri uygulanmıştır. Yüzey işlemlerine tabi tutulan çelik numuneler, XRD analizleriyle karakterize edildikten sonra taramalı elektron mikroskobunda mikroyapısal incelemeleri gerçekleştirilmiş, EDS ve Line Scan analizleri yapılmıştır. Daha sonra yapışma ve sertlik testleri uygulanmış ve % 3.5' lik NaCl çözeltisi içerisinde korozyon testleri yapılmıştır. Elde edilen bulgularla, farklı koşul ve malzeme açısından numuneler karşılaştırılmıştır. Sonuçta, elektrolitik sert krom kaplanmış ve nitrokarbürlenmiş çelik numunelerde gaz nitrokarbürleme işlemindeki seçilen deney koşullarının uygun olmadığı tespit edilmiştir. Plazma nitrürlemede ise, en iyi koşulların, korozyon direnci ve yapışma özellikleri değerlendirilerek hem AISI 1010 hem de AISI 1040 çelikleri için 600 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde, sertlik değerleri göz önüne alınarak ise 800 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde elde edilmiştir.