Yüksek Entropili TiAlVNi-(n) Kaplamaların Üretilmesi, Yapısal, Mekanik, Tribolojik ve Korozyon Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Yüksek entropili alaşımlar (YEA) ya da çok bileşenli alaşımlar olarak bilinen yeni nesil alaşımlar, özgün bileşimleri, mikro yapısal özellikleri ve ayarlanabilir nitelikleri sayesinde son yıllarda yoğun ilgi görmektedir. Bu tez çalışması kapsamında kapalı alan dengesiz magnetron sıçratma yöntemiyle Taguchi L9 (33) deney tasarımı kullanılarak TiAlVNi-(N) yüksek entropi alaşımlı filmler üretilmiştir. TiAlVNi-(N) YEA filmlerin yapısal, mekanik, tribolojik, adezyon ve korozyon özellikleri araştırılmıştır. Üretilen TiAlVNi-(N) filmlerin kimyasal bileşimleri %8,3-30,1 arasında olduğu belirlenmiştir. TiAlVNi-(N) filmlerin film yapısının yoğun ve homojen bir yapıda olduğu ayrıca film kalınlıklarının ise 1,538-1,971 µm arasında değiştiği belirlenmiştir. Üretilen TiAlVNi-(N) YEA filmlerin amorf yapıda olduğu belirlenmiş ve kristal yapıya dönüşümü için 850 °C'de ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem sonrası TiAlVNi-(N) YEA filmlerin XRD analizlerinde güçlü TiN ve VN fazları ve bunların yanında intermetalik fazların varlığına rastlanmıştır. XPS sonuçları filmlerde TiN ve VN fazlarının filmin yapısında olduğunu kanıtlamıştır. Isıl işlem sonrası TiAlVNi-(N) YEA filmler en yüksek 27,6±1,4 GPa sertlik ve 438,1±30,7 GPa elastisite modülü değerleri ile yüksek mekanik özellikler sergilemiştir. Tribolojik test sonuçları, ısıl işlem sonrası TiAlVNi-(N) YEA filmlerin aşınma oranlarının 10-5-10-6 seviyelerinde olduğunu ve aşınmaya karşı yüksek direnç sağladığını göstermiştir. Bunun yanında ısıl işlem sonrası TiAlVNi-(N) YEA filmlerde 89 N kritik yük değeri ile en yüksek seviyeye ulaşan adezyon değerleri ısıl işlemin filmler üzerindeki olumlu etkisini ortaya koymuştur. Korozyon özellikleri incelendiğinde, ısıl işlem sonrası TiAlVNi-(N) YEA filmlerde 0,248x10-6,mm.yr-1 en düşük korozyon hızına ve 1.039.402 Ω.cm2 en yüksek polarizasyon direnci değerlerine ulaşılmıştır.High entropy alloys (HEA), also known as multi-component alloys, have attracted great attention in recent years due to their unique compositions, microstructural properties, and tunable characteristics. Within the scope of this thesis study, TiAlVNi-(N) high entropy alloy films were produced by using the closed-field unbalanced magnetron sputtering method with the Taguchi L9 (3³) experimental design. The structural, mechanical, tribological, adhesion, and corrosion properties of TiAlVNi-(N) HEA films were investigated. The chemical compositions of the produced TiAlVNi-(N) films were determined to be in the range of 8.3–30.1%. It was also determined that the film structure of the TiAlVNi-(N) films was dense and homogeneous, and the film thicknesses varied between 1.538–1.971 µm. The produced TiAlVNi-(N) HEA films were found to be amorphous in structure, and heat treatment was applied at 850 °C for transformation into a crystalline structure. After heat treatment, strong TiN and VN phases and, in addition to these, the presence of intermetallic phases were observed in the XRD analyses of TiAlVNi-(N) HEA films. XPS results confirmed that TiN and VN phases were present in the film structure. After heat treatment, TiAlVNi-(N) HEA films exhibited high mechanical properties with the highest hardness value of 27.6±1.4 GPa and an elastic modulus of 438.1±30.7 GPa. Tribological test results showed that after heat treatment, the wear rates of TiAlVNi-(N) HEA films were at the levels of 10-5–10-6, providing high resistance to wear. In addition, the adhesion values of TiAlVNi-(N) HEA films, which reached the highest level with a critical load value of 89 N after heat treatment, revealed the positive effect of heat treatment on the films. When the corrosion properties were examined, after heat treatment, TiAlVNi-(N) HEA films reached the lowest corrosion rate of 0.248x10-6 mm.yr-1 and the highest polarization resistance value of 1,039,402 Ω.cm2.