Fiziksel buhar kaplama (PVD) ile büyütülmüş TiN, CrN ve DLC filmlerde artık gerilme-adezyon ilişkisi

Abstract

Yüksek sertlik değerleri, yüksek termal ve kimyasal kararlılıkları ve düşük elektriksel dirençleri nedeniyle TiN, CrN ve elmas benzeri karbon (DLC) son yıllarda endüstride sıklıkla kaplama malzemesi olarak kullanılırlar. Bu malzemeler mekanik aletler üzerindeki sert koruyucu kaplamalardan, mikro-elektronik endüstrisindeki difüzyon bariyerlerine kadar geniş uygulama alanlarına sahiptirler. Bu çalışmada AISI M2 yüksek hız takım çeliği taban malzemesi üzerine PVD yöntemiyle büyütülmüş TiN, CrN ve DLC ince filmlerde oluşan artık gerilmelerin malzemenin adezyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. PVD ile büyütülen filmlerin yapısal özellikleri ve artık gerilme değerleri XRD analizleriyle belirlenmiştir. Filmlerin mekanik özellikleri, SEM cihazıyla incelenmiştir. Kaplamaların mekanik özellikleri adezyon, mikro sertlik ve çizik testleri kullanılarak analiz edilmiştir. Tribolojik özellikler ise ball-on-disk yöntemi kullanılan aşınma testleriyle belirlenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, en yüksek sertlik ve artık gerilme değeri TiN kaplı numunede, en düşük sertlik ve artık gerilme değeri ise CrN kaplı numunede ölçülmüştür. Beklenen şekilde en düşük artık gerilmeye sahip olan CrN kaplı numune en iyi adezyon davranışını göstermiştir. Yüksek sertlik ve artık gerilmenin adezyon davranışı üzerine olumsuz etkisi gözlenmiş ve daha düşük artık gerilmelere neden olacak yüzey işlemleri ile adezyonun iyileştirilebileceği tespit edilmiştir.

Due to their high hardness values, high thermal and chemical stability and low electrical resistances, TiN, CrN and diamond like carbon (DLC) have been used as coating material frequently in the industry in recent years. These materials range from hard protective coatings on mechanical tools to diffusion barriers in the microelectronic industry. In this study, residual stress-adhesion relationship between TiN, CrN and DLC thin films grown by PVD method on AISI M2 high speed tool steel base material was investigated. The structural properties and residual stress values of PVD-deposited films were determined by XRD analysis. The mechanical properties of the films were examined by SEM. The adhesion between the base material and the coating material was analyzed using micro hardness and scratch tests. Tribological properties were determined by wear tests using ball on disk method. As a result of the study, the highest hardness and residual stress values were determined in the TiN coated specimen, while the lowest hardness and residual stress values were determined in the CrN coated specimen. The CrN coated specimen, which had the lowest expected residual stress, showed the best adhesion behavior. High hardness and residual stress have adversely affected the adhesion behavior and it has been found that the adhesion process can be improved by surface treatments which result in lower residual stresses.