AISI D3 soğuk iş takım çeliği yüzeyinde niyobyum karbür kaplamalarının oluşturulabilirliği, aşınma ve korozyon davranışlarının incelenmesi

Abstract

Korozyon ve aşınma hasarları endüstriyel ekonomilere her yıl yüksek maliyetler getirmektedir. Aşınma ve korozyon hasarları esas olarak malzemelerin yüzey ve yüzeye yakın katmanlarının özellikleri ile ilgili olduğundan, bu hasarları önlemek ve malzemelerin performansını iyileştirerek kullanım ömrünü uzatmak için yüzeyde sert bir kaplama veya ince film oluşturmak önemli bir çözümdür. Bu nedenle, yüzey mühendisliği ve teknolojisi alanı, malzemenin kimyasal ve fiziksel bileşimini korumak ve yüzey özelliklerini değiştirmek için geliştirilmiştir. Bu çalışmada AISI D3 çeliğinin yüzeyinde Termo-reaktif difüzyon yöntemi (TRD) kullanılarak 900, 1000 ve 1100°C'de 2,4,6 saat parametreleri ile Niyobyum karbür (NbC) kaplama tabakası oluşturulmuştur. Oluşan NbC kaplama tabakasının karakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılım Spektroskopisi (SEM-EDS), X-ray Difraktometre (XRD), mikrosertlik, nano-indentasyon, Vickers adhezyon testi, aşınma testi ve elektrokimyasal korozyon testi ile belirlendi. Korozyon testleri oda sıcaklığında %3,5 NaCl solüsyonunda elektrokimyasal olarak yapılmıştır. Aşınma testleri oda sıcaklığında 10 N yük altında 100-250 m kayma mesafesinde 6,3 mm çapında Al2O3 topuna karşı 200 mm/s hız ve 8,00 mm aşınma iz çapı parametrelerinde gerçekleştirilmiştir. TRD işlemi sonucunda, 8,75-17,10 µm kalınlık aralığında ve 1558-2286 HV0,025 sertlik aralığında, alt tabaka ile mükemmel adezyona sahip, kompakt, pürüzsüz ve çatlaksız NbC tipi bir tabakası elde edilmiştir. TRD sıcaklığına ve süresine bağlı olarak, NbC kaplamalar, işlemsiz AISI D3'e kıyasla aşınma direncini 5 kat’a kadar ve korozyon direncini 14 kat’a kadar iyileştirmiştir. NbC kaplamaların kalınlık ve mikrosertlik değerleri artan sıcaklık ve zamanla artmış olmasına karşın aşınma ve korozyon direnci özelliklerinde önemli değişiklikler gözlemlenmiştir. Aşınmış numunelerin yüzey morfolojileri, aşınma mekanizmasının işlem görmemiş numunede abrasiv aşınma olduğunu ortaya çıkardı. Buna karşılık NbC kaplı numunelerde ise baskın aşınma mekanizmasının oksidatif destekli adhesiv aşınma olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca korozyon direncinin büyük ölçüde yüzey pürüzlülüğü ve yüzey kusurlarına (özellikle mikro çatlaklara) bağlı olduğu tespit edilmiştir.