Magnetron sıçratma yöntemi ile büyütülen TiNi/MoS2 kaplamaların yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmanın amacı son yıllarda kullanımı yaygınlaşan katı yağlayıcı MoS2 filmlerin şekil hafıza özelliğine sahip TiNi filmler ile beraber büyütülerek literatürde yeni bir tür olarak fonksiyonel tabakalı katı yağlayıcı kaplamaların üretilmesidir. MoS2 filmlerin ani darbe direncini, titreşim sönümlemesini ve ilk sürtünme katsayısını iyileştirmeyi amaçlanmıştır. Kaplama yöntemi olarak kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma yöntemi (CFUBMS) kullanılarak söz konusu fonksiyonel kaplamalar 52100 yatak çeliği ve D2 takım çeliği taban malzemeler üzerine büyütülmüştür. Büyütülen filmler Taguchi deney tasarımı yöntemine göre farklı seviyelerde büyütme gerçekleştirildi. TiNi filmlerin şekil hafıza özelliği göstermesi için kristal yapıda olması gerekir. Ancak üretilen TiNi filmler amorf yapıda biriktirildiği bilinmekte ve kristal yapı elde etmek için uygun bir ısıl işlemden geçirilmesi gerekmektedir. TiNi kaplamanın kristal hale getirilmesi için uygun şartlarda 550°C de 1 saat süreyle ısıl işlem yapılmıştır. İstenilen kristal yapı (oda sıcaklığında martenzitik içyapı) elde edildikten sonra numunelerin yüzeyine katı yağlayıcı tabaka olan MoS2 filmler büyütülmüştür. Böylelikle fonksiyonel tabakalı TiNi/MoS2 kaplamalar üretilmiştir. TiNi/MoS2 filmlerin yapısal özellikleri XRD, SEM atmosfer ortamında tribolojik özellikleri Pin-on-disc aşınma testi ve mekanik özellikleri ise Vickers mikrosertlik test cihazıyla tespit edilmiştir. TiNi/MoS2 filmlerin kimyasal kompozisyonu ve film kalınlığı sıçratma parametrelerine bağlı olarak değiştiği görülmüştür. Numunelerin aşınma oranları sıçratma parametreleri ve taban malzemeye göre farklılık gösterdiği ve aşınma oranı en düşük 0,35x10-5 olduğu belirlenmiştir. Ayrıca en yüksek sertlik değeri 436 Vickers ve en düşük sürtünme katsayısının da µ= 0,025 olduğu tespit edilmiştir. Filmlerin aşınma direnci için kaplama parametrelerinin birbiri üzerinden birleşik bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir.

The aim of this study is to produce functional layered solid lubricant coatings as a new type in literature by depositing the solid lubricant MoS2 films with TiNi films having shape memory feature which has become widespread in recent years. It is aimed to improve the sudden impact resistance, vibration damping and initial friction coefficient of MoS2 films. Using the closed area unbalanced magnetic field sputtering method (CFUBMS) as the coating method, the said functional coatings were grown on 52100 bearing steel and D2 tool steel base materials. The deposited films were carried out at different levels according to the Taguchi experimental design method. TiNi films must be crystalline in order to show shape memory. However, the TiNi films produced are known to be deposited in an amorphous structure and require proper heat treatment to obtain a crystalline structure. The TiNi coating was heat treated at 550°C for 1 hour under suitable conditions for crystallization. After obtaining the desired crystalline structure (martensite phase at room temperature), MoS2 films which are solid lubricant layer were deposited on the surface of the samples. Thus, functional layer TiNi/MoS2 coatings were deposited. Structural properties of TiNi / MoS2 films were determined by XRD, SEM tribological properties in atmospheric conditions Pin-on-disc wearing tester and mechanical properties by Vickers microhardness tester in atmosphere. TiNi/MoS2 films were found to vary depending on sputtering parameters the chemical composition and film thickness. It was determined that the abrasion rates of the samples differed according to the spatter parameters and base material and the lowest abrasion rate was found to be 0.35x10-5. It was also found that the highest hardness value was 436 Vickers and the lowest coefficient of friction was µ= 0.025. It has been observed that the coating parameters for the wear resistance of the films have a combined effect over each other.