Titanyum ve alaşımlarının termal oksidasyon özelliklerine TiN kaplamanın etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalısmada, yüksek sıcaklık termal oksidasyonun TiN kaplı olan ve olmayan Cp-Ti(Grade 2) ve Ti-6Al-4V (Grade 23) alasımının yüzey özelliklerine etkisi incelenmistir.Termal oksidasyon islemleri fırın ortamında farklı sıcaklıklarda ve 48 saatlik sürelerdeyapılmıstır. Oksidasyon islemleri öncesi ve sonrası hem yüzeyden hem de kesittenkarakterizasyon çalısmaları yapılarak TiN kaplı olan numunelerle kaplı olmayanorijinal numuneler sertlik, oksit tabakası özellikleri, oksidasyon kinetikleri, yüzeyözellikleri ve olusan oksit tabakası kalınlıkları ve oksijen difüzyon bölgesi derinlikleriaçısından karsılastırılmıstır. Oksit tabakası ve oksijen difüzyon bölgesinin sertligi, yüzeyve kesit özellikleri, yüzey pürüzlülügü, çizik direnci ve yüzey hasar davranısları optikmikroskop incelemeleri, X-ısınları difraksiyonu analizleri, sertlik, Rockwell C ve çiziktestleri uygulanarak degerlendirilmistir. Oksidasyon sonucunda tüm numunelerde TiO2ile oksijen difüzyon bölgesinin birlesiminden olusan yüzey tabakası olusmustur. TiNkaplama kaplı numunelerde oksidasyonu bir miktar azaltıcı etki göstermistir ve termaloksidasyonun ilk asamalarında ortadan kalkmıstır. Kesitten ve yüzeyden yapılan sertlikölçümlerinde TiN kaplı numunelerin yüzeyinde olusan oksit tabakalarının TiN kaplıolmayan numunelere göre daha yüksek sertliklere sahip oldugu görülmüstür. Oksijendifüzyon bölgelerinde ise TiN kaplı numuneler TiN kaplı olmayan numunelere göredaha düsük sertlik göstermistir. Sonuçları literatürdeki çalısmalarlakarsılastırdıgımızda, mühendislik açısından yeter yakınsaklıgı sagladıgı gözlenmistir.Anahtar Kelimeler: Titanyum, Ti-6Al-4V, Titanyum nitrür, Termal Oksidasyon

In this study, the effect of high temperature thermal oxidation on surface properties ofuncoated and TiN coated CP (Grade 2) titanium and Ti-6Al-4V (Grade 23) alloy wasinvestigated. Thermal oxidation was carried out at different temperatures for durationsup to 48 hours in furnace atmosphere. Before and after oxidation processes the hardness,oxide layer adherence, oxidation kinetics, surface properties, oxide layer and oxygendiffusion zone thicknesses of uncoated and TiN coated CP titanium and Ti-6Al-4V alloywas compared by both surface and cross section characterizations. The hardness,surface and cross section properties, the surface roughness, the scratch resistance to thedeformation and damage behaviours of oxide layer and oxygen diffusion zone have beenevaluated using, optical microscopic investigations, X-ray diffraction analysis,indentation, scratch and Rockwell C tests. TiN coating provide little protection againstoxidation in coated samples and it was rapidly removed during the first stage of thermaloxidation. Oxidation has introduced hard surface layers composed of TiO2 and oxygendiffusion zone beneath it in all samples. It was founded that surface and cross sectionhardness of oxide layer of TiN coated samples were increased more than compared withuncoated samples, however in oxygen diffusion zones the hardness of TiN coatedsamples were decreased compared with uncoated samples by thermal oxidation. Thecomparison of the results with the examples given in the literature was in a goodagreement.Keywords: Titanium, Ti-6Al-4V, Titanium nitride, Thermal oxidation