TiCN kaplamaların adezyon ve tribolojik özelliklerine Ta`nın etkisinin araştırılması

Abstract

TiCN kaplamalar, yüksek sertlik ve tokluk gibi olumlu özellikleri nedeniyle takım ömrünü artırmak için takım çeliklerinin yüzeylerine uygulanmaktadır. TiCN'nin yapısına farklı alaşım elementlerinin ilave edilmesi mekanik ve tribolojik özelliklerinde önemli ölçüde iyileşmelere yol açmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada, AISI H13 takım çeliğinin ömrünü artırmak için; TiCN ve Ta ilave edilmiş TiCN kaplamalar kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma (CFUBMS) sistemi ile kaplanmış ve Ta'nın TiCN kaplamaların yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Kaplama sisteminde bir Ta ve bir Ti hedef kullanılmıştır. Ar, N2 ve C2H2 gaz oranları sırasıyla 20 sccm, 5 sccm ve 5 sccm'de tutulmuştur. TiCN ve Ta-TiCN kaplamalar büyütülmeden önce; yapışmayı arttırmak için H13 takım çeliği üzerine Ti:TiN aratabaka kaplanmıştır. Proseste, Ta hedef akımı 0A, 3A ve 6A olarak değiştirilmiştir. Kaplamaların yapısal özellikleri SEM, XRD ve XPS ile belirlenmiştir. Kaplamaların mekanik özellikleri nanosertlik ve çizik (adezyon) testleri ile tespit edilmiştir. Tribolojik özelliklerin (sürtünme katsayısı ve aşınma oranı) belirlenmesinde ise pin-on-disk tribotest cihazı kullanılmıştır. TiCN'ye Ta ilave edilmesi ile kaplamaların kalınlığında artma ve tane boyutunda azalma gözlemlenmiştir. Artan Ta akımı ile TiCN kaplamalarda C-C (sp3) miktarı artmıştır. Artan sp3 miktarı ile kaplamaların sertliğinde artma meydana gelmiştir. Sonuçlar artan Ta miktarının, TiCN kaplamaların mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirdiğini göstermektedir. Ayrıca TiCN ve Ta-TiCN kaplamalar H13 çeliğinin mekanik ve tribolojik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirmiştir.

TiCN coatings are applied to the surfaces of tool steels to increase tool life due to their favorable properties such as high hardness and toughness. The addition of different alloy elements to the structure of TiCN leads to significant improvements in their mechanical and tribological properties. Therefore, in this study, to increase the life of AISI H13 tool steel; TiCN and Ta added TiCN coatings were deposited with closed area unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS) system and the effects of Ta on the structural, mechanical and tribological properties of TiCN coatings were investigated. One Ta and one Ti target were used in the coating system. Ar, N2 and C2H2 gas ratios were maintained at 20 sccm, 5 sccm and 5 sccm, respectively. Before TiCN and Ta-TiCN coatings were grown; Ti: TiN interlayer was deposited on H13 tool steel to increase adhesion. In the process, the Ta target current has been changed to 0A, 3A and 6A. Structural properties of coatings were determined by SEM, XRD and XPS. Mechanical properties of coatings were obtained by nanoindentation and adhesion tests. Pin-on-disc tribotest device was used to determine tribological properties (friction coefficient and wear rate). With the addition of Ta to TiCN, an increase in the thickness of the coatings and a decrease in grain size were observed. The amount of C-C (sp3) increased in TiCN coatings with increasing Ta target current. Increased sp3 amount increased the hardness of the coatings. The results show that the increasing amount of Ta improves the mechanical and tribological properties of TiCN coatings. In addition, TiCN and Ta-TiCN coatings significantly improved the mechanical and tribological properties of H13 steel.