Ti₂AlN Max Fazı Kaplamalarının Üretilmesi Yapısal ve Tribolojik Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışma kapsamında, özellikle aşınma gibi yüzey özellikleri ile doğrudan ilişkili hasar mekanizmalarına karşı yüksek dayanım sergileyen Ti2AlN kaplamalar, kapalı dengesiz manyetik alanda sıçratma sistemi (CFUBMS) kullanılarak üretilmiştir. Kaplamaların üretimi esnasında argon (Ar) ve azot (N2) gazları kullanılmış olup taban malzeme olarak AISI 52100 rulman çeliği seçilmiştir. Elde edilen kaplama kalınlıkları 1,3-2,3 µm aralığında değişmektedir. Farklı azot akış oranlarında biriktirilen filmlere 700-750-800°C sıcaklıklarda ısıl işlemler uygulanmıştır. Kaplamaların yapısal özellikleri X-ışını kırınımı (XRD), Taramalı elektron mikroskobu (SEM), tribolojik özellikleri aşınma testi, 3D profilometre ve mekanik özellikleri nano sertlik testleri ile karakterize edilmiştir. Yapılan testler sonucunda üretilen filmlerin kalınlığı azot akışına bağlı olarak değişiklik göstermiştir. Kaplamaların aşınma oranları, sıçratma parametreleri ve ısıl işlem derecelerine göre farklılıklar sergilemiş olup en düşük sürtünme katsayısı 0,53 ve en düşük aşınma oranı ise 2,96x10-4 mm3 /(N.m) olarak belirlenmiştir. Ayrıca kaplamaların en yüksek sertlik değeri 22,8 GPa, elastik modül 294,1 GPa olarak ölçülmüştür.Within the scope of this study, Ti₂AlN coatings, which exhibit high resistance to damage mechanisms directly related to surface properties such as wear, were produced using a closed field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS) system. During the coating process, argon (Ar) and nitrogen (N2) gases were used, and AISI 52100 bearing steel was selected as the substrate material. The obtained coating thicknesses varied between 1.3–2.3 µm. Films deposited at different nitrogen flow rates were subjected to heat treatments at 700, 750, and 800°C. The structural properties of the coatings were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM); tribological properties were examined through wear tests and 3D profilometry; and mechanical properties were evaluated by nanoindentation hardness tests. As a result of the tests, the coating thicknesses were found to vary depending on the nitrogen flow rate. The wear rates of the coatings also changed depending on the sputtering parameters and heat treatment temperatures. The lowest coefficient of friction was determined as 0.53, and the lowest wear rate was found to be 2.96×10-4 mm3 /(N.m). Additionally, the highest measured hardness and elastic modulus of the coatings were 22.8 GPa and 294.1 GPa, respectively.