Magnetron Sıçratma Yöntemi İle Büyütülen MoS2 Filmlere Uygulanan Termal Oksidasyon İşleminin Yapısal ve Tribolojik Özelliklere Etkisinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmanın amacı son yıllarda katı yağlayıcı olarak kullanımı oldukça yaygınlaşan MoS2 filmlerin farklı sıcaklıklarda yapılan termal oksidasyonu ile oluşan yeni modifiye filmin yapısal, mekanik ve tribolojik değişimlerinin araştırılmasıdır. Bu yeni filmin MoS2 filminden daha düşük sürtünme katsayılı, fazla gevrek olmayan, yüksek sertliğe, düşük aşınma hızına sahip olması amaçlanmıştır. Kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma yöntemi (CFUBMS) kullanılarak söz konusu MoS2 kaplamalar AISI D2 takım çeliği taban malzemeler üzerine büyütülmüştür. Dört farklı sıcaklıkta termal oksidasyonu yapılan MoS2 filmlerin yapısal özellikleri XRD, SEM cihazları ile tribolojik özellikleri atmosfer ortamında Pin-on-disc aşınma testi ile ve mekanik özellikleri ise Vickers mikro sertlik test cihazıyla tespit edilmiştir. Termal oksidasyon sıcaklıklarının MoS2 filmlerinin kimyasal kompozisyonunu etkilediğini ancak, film kalınlığında ise herhangi bir değişikliğe yol açmadığı belirlenmiştir. Numunelerin aşınma hızları oksidasyon sıcaklığına ve uygulanan yüke bağlı olarak farklılık gösterdiği, en düşük aşınma hızının 350 °C'de okside olan filmde 4 N yük uygulanmak suretiyle 1.97x10-8 mm3/Nm olduğu belirlenmiştir. Ayrıca en yüksek sertlik değeri 400 °C'de okside olan filmde 655 Vickers ve en düşük sürtünme katsayısının ise 350 °C'de okside olan filmde 1 N yükte μ= 0.005 olduğu tespit edilmiştir.

The aim of this study is to investigate the structural, mechanical and tribological changes of the newly modified film formed by the thermal oxidation at different temperatures of MoS2 films, which are widely used as solid lubricants in recent years. It is aimed that the new film have lower friction coefficient, less brittle, high hardness, low wear speed than MoS2 film. The MoS2 coatings were produced on AISI D2 tool steel substrates by using the closed field unbalanced magnetron sputtering system (CFUBMS). Structural properties of MoS2 films were determined by XRD, SEM, tribological properties were investigated in atmospheric environment by Pin-on-disc wear test, and mechanical properties were obtained by Vickers microhardness test. Our results revealed that the wear speeds of the films differ depend on the oxidation temperature and load applied. The lowest wear speed was 1.97x10-8 mm3 / Nm by applying 4 N load at 350°C. Additionally, while the highest hardness value was determined with 655 Vickers at 400°C, the lowest friction coefficient was recorded as μ= 0.005 under 1N load in oxidized film at 350°C