YÜZEY İŞLEMLERİ

8/2/2019 YZEY LEMLER

1/59

GR

Makine paralarnn mrleri ve takmlarn kullanm sreleri, anma nedeni ile snrldr.Gnmzde ayn parann gittike daha byk sayda retilme talepleri yaygnlaanotomasyona karlk anma nedeni ile metal ileme makinelerinin durma sreleri, fiyatfaktrn devaml arttrmaktadr. Bu nedenle anmann nlenebilmesi her geen gn ekonomikanlamda daha byk nem kazanmaktadr. Anmann lkenin gayri safi milli hslasnda %5'inzerinde kayplara neden olduu bilinen bir husustur. Takm mrlerini uzatma iin yeni nesiltakm elikleri retilmektedir. Takmlarda kullanlan malzemeleri, daha pahal yenileri iledeitirme yerine, yalnz yzeyin anma zelliklerini gelitirmek ise soruna ekonomik ve

pratik bir yaklamdr. Bu alanda sert seramik film kaplamalar ile son yllarda byk aamalarsalanmtr. Bu teknolojilerde kullanlan nitrr, karbr, oksit vb. sert seramik kaplamalarn,anmaya kar dayankl olduklar uzun zamandr bilinmektedir. Bu malzemelerin gevrek ve

ok krlgan olular, dolu malzemeden kullanlmalarn engellemektedir. Ayrca fiyatlar daolduka yksektir. Bu tr malzemeler sert seramik film olarak elikler ve sert metaller zerinekaplandklarnda yzey sertlii ok yksek, ktlesel olarak tokluu yeterli kesici takmlarn vekalplarn retilmesi mmkn olmaktadr

Malzemelerin anmalar ve korozyon sebebiyle teknolojik ve ekonomik adan bykkayplar meydana gelmektedir. Ortaya kan kayplarn nde gelen kayna korozyona karverilen savata bavurulan yntemlerdir. Korozyona dayankl malzemeler, yzeykaplamalar, andrc ortamlara yaplan ilaveler ve grevini yapamayacak derecede

bozulmu paralarn yenileri ile deitirilmeleri bir anlamda korozyonun maliyetinioluturmaktadr. A.B.Dde korozyonun yllk maliyeti 8 milyar dolar olarak tahminedilmektedir. Ayn lkede korozyonun at kayplar iin ;

Otomobil yakt sistemlerinde korozyon;100milyon dolar/yl

Otomobil radyotrleride korozyon; 52milyon dolar/yl

Otomobil eksost sistemlerindeki korozyon; 500milyon dolar/ yl olarakbelirlenmitir.

Kaplamlara ihtiya duyulan yerlerin sadece %5 inde kullanlmaktadr.

Kullanm alanlar ;

1. elektrik elektronik sanayiinde hizmet eden kaplamalar2. tribolojik amal kaplamalar

3. korozyondan korunma amacna ynelik kaplamalar

4. dekoratif amal kaplamalar olarak incelenebilir.

Malzemelerin anma ve korozyonu gnmz sanayinde olduka yksek ekonomik kayplaraneden olan byk teknik problemlerden biridir. Yzey ilemleri bu anma ve korozyonetkilerinin azaltlmasnda ok daha iyi yzey zellikleri vermektedir. Ancak gnmzdekaplanmas gereken takmlarn sadece %5i kadar kaplanmaktadr

lerleyen teknolojinin altnda ince sert seramik film kaplamalarn, tribolojik amal

uygulamalardaki kullanm oranlar her geen gn artmaktadr.

1


2/59

Gaz halinde yaplan kaplama tekniklerinden olan kimyasal buhar biriktirme (CVD) vefiziksel buhar biriktirme (PVD) teknikleri endstriyel uygulamalarda geni kullanmalanlarna sahiptirler. zellikle PVD ynteminin dierlerine nispeten daha dk ilemscaklklarnda yaplabilmesi ve geni kaplama kalnlk aralklarnda kaplamalarn eldeedilmesi, PVD yntemine daha geni kullanm alanlar sunmaktadr.

PVD ynteminin ilk uygulamas, Faraday'n 1850 ylnda metalleri vakum altndabuharlatrarak rettii kaplamalar olarak kabul edilebilir. Kundt ise 1888 ylnda, buyntemi kullanlarak retilmi ince filmlerin yanstma zellikleri zerine baz almalaryapmtr. Daha sonraki yllarda ise, ince metalik film tabakalarn kinetii, gazlarndifzyonu ve gaz-metal reaksiyonlar zerine bir takm aratrmalarda bulunulmutur.Vakum teknolojisinde salanan gelimeler sonucunda ise, II. Dnya Sava sralarnda PVDteknii endstriyel olarak kullanlmaya balanmtr.

Daha ok, balangta dekoratif amal yaplan kaplamalarda kullanlan PVD ynteminintakm mrlerinin arttrlmasnda olduka nadir durumlarda kullanlmas sz konusu idi.Yksek hz takm eliklerinin PVD yntemi ile kaplanmas kullanm asndan olduka

snrl kalmtr. Bunun gereklemesi retim mhendisleri ve takm reticileri iin oldukauzun yllar almtr. Kesme ve ekil verme takmlarnn PVD yntemi ile kaplanmas 70liyllarn ortasnda balam ve 1980 ylnda Mitsubishi tarafndan dili kesme takmlarndayapld gibi Balzers ve Ghring tarafndan burgu delicilerin TiN ile kaplanmasgelitirilmi ve kaplama yaplarak endstrinin hizmetine girmitir. O zamandan beri PVDkaplamalar iki esas dorultuda;

a) Sertliin iyiletirilmesi,

b) Termal direncin iyiletirilmesi

imdilerde ise deiik PVD kaplama yntemleri ile farkl tiplerdeki kaplama-altyap

malzeme balar gibi ok deiik kaplama yaplar elde edilebilmektedir. Metal ve plastikendstrisinde farkl birok ilemler kullanlmaktadr. Bunlar; kesme, ekil verme, zmbalamave plastik enjeksiyon kalplamadr. Ancak, bu ilemler iin bir takm eksiklikler szkonusudur. TiN adhesif anmay azaltc ynde iyidir; fakat btn alma malzemeleri iingeerli deildir. (Ti,Al)N oksidasyon direnci gerektiren yerlerde daha iyi kullanm imkanvermektedir. Anmann sz konusu olduu, yada tok malzemelerin istenmedii yerlerdeTi(C,N) kaplamalar daha iyi zelliklere sahiptir. Daha kaln bir kaplamaya ihtiya varsakorozyon direnci iin CrN kaplamalar kullanlabilmektedir.

PVD ile retilmi nitrit esasl sert kaplamalar, zellikle TiN ve son zamanlarda CrNtabakalar kesme mlerini uzatmak ve performanslarn gelitirmek iin tribolojikuygulamalarda kullanlmaktadrlar.

Kaplama yntemlerini ise kaplama malzemesinin bulunduu fiziksel hale gre drt ana gruptatoparlayabiliriz.( ekil 1.1)

1. buhar fazndan yaplan kaplamalar

2. zeltiden yaplan kaplamalar

3. sv yada yar sv halden yaplan kaplamalar

4. kat halden yaplan kaplamalar

Buhar fazndan yaplan kaplamalar (kuru prosesler) iki blmde incelenebilir:

1. PVD ( physical vapor desposition)

2. CVD (chemical vapor desposition)

2


3/59

BLM 1

1.1 YZEY LEMLER

Malzeme biliminin geliimine paralel olarak i yap ile mekanik ve fiziksel zellikler arasndakurulan balar ve bunlarn bilinli olarak uygulan gnmzde kullanlan yzey ilemlerini de

beraberinde getirmitir. Tabii ki bu ilemler en yaygn kullanm alann amzn metali olandemir ve demir-esasl rnler arasnda bulmutur (sementasyon, nitrrleme, galvanizleme vb.).Son yllarda ok hzl gelien teknoloji ile birlikte yzey ilemleri de eitlenmekte ve termal

pskrtme, iyon alamas gibi ileri tekniklerin laboratuar dzeyinden seri retim safhasnagirmesini salamaktadr.

1.1.1 Yzey lemlerinin Amac

Metal yzeylere uygulanan ilemler ama olarak ana balk altnda toplanabilir.1.1.1.1 Ana metalin anma ve srtnme zelliklerinin gelitirilmesi

Genel olarak anmaya dayanm, sertlik ile doru orantldr. Ancak bir malzemenin sertliiarttka gevreklii de artmakta, dolaysyla yk tama kapasitesi dmektedir. Bu nedenle uy-gulanacak yzey ilemi, her iki zellii (sertlik ve tokluk) tek bir parada birletirmeyi

amalayabilir. Bylece ilem sonras oluturulan metal yzeyindeki sert tabaka anmaya kardiren salarken, ekirdei oluturan ana metal, nispeten yumuak ancak tok yaps ile paraya

binen yk kaldrabilecektir. Bu amaca klasik bir rnek olarak sementasyon, nitrrleme vekesici ular zerine kapanan ince TC tabakas verilebilir.

Srtnme ile ilgili uygulamalarda srtnme katsays n plana kmaktadr. Dk yk altndaalan metal paralar zerine teflon, ar yk altnda alan paralar zerine kaplanan Babbitalam bu tr uygulamalara rnek verilebilir.

3


4/59


5/59

basnl hava yardm ile iparasnn nceden temizlenmi yzeyi zerine gnderilir ve oradabir tabaka oluumu balatlr.

Pskrtlen tabakalarn ana malzemeden ayrlmasn nlemek iin bu tr gzenekli tabakalarda

genellikle zel yapma malzemeleri kullanlmaldr. Tel-alev pskrtme yntemi iin ennemli malzeme gruplar deiik karbon oranlar ieren yaln karbonlu elikler, kromlu elikler,paslanmaz elikler, molibden, yatak bronzlar, beyaz yatak metalleri ve demir olmayanmetallerden bazlardr.

Pskrtlen tabakalarn ilenmesi sz konusu malzemenin zelliklerine gre tornalama, delme,frezeleme ya da talama biiminde olur. Yntemin karakteristik kullanm alanlar arasndakaymal yatak yzeyleri, dili kutusu paralar, piston segmanlar, rulmanl yatak yzeyleri,hidrolik pistonlar, hidrolik silindirleri, su trbini paralar ve korozyondan korunmas gerekenyerler saylabilir.

1.2.3 Arkl pskrtme

Bu tip pskrtmede yanma gaz ve oksijen gereksinmesi yoktur. Pskrtme tabancas iindeniletilen iki metal tel bir gerilim kaynana balanmtr. Tabanca azn terk eden iki metalarasnda ksa devre ark oluur ve teller ortaya kan bu ark iinde erirler. Bu srada basnlhava, alevle pskrtme ynteminde olduu gibi eriyik metali tozlatrarak hazrlanm yzeye

pskrtlr, yzeyde tabaka oluumu izlenir.

Arkl pskrtmenin stn yn ilemdeki hzn yksek oluudur. Alevle pskrtme yntemindesaatte en ok 8 kg. elik tel ilenirken (pskrtlebilirken), arkl bir dzende akm iddetinegre ayn elikten 15-20 kg tel ilenebilir.

Arkl pskrtme yntemi ile elde edilen tabakalarn ana malzemeye yapma zellikleri dahaiyidir; paracklar daha yksek bir sl ve kinetik enerji ile ana malzemeye arpmakta ve oradamikro kaynaa benzer bir olayla yapmaktadr.

Karakteristik kullanm alanlar ise kondansatrler, kurutma silindirleri, kalp retimi, bronzyataklar, beyaz metal yataklar ve korozyondan korunmas gerekli yerlerdir.

5


6/59

ekil 1.1. Arkl Pskrtme Dzenei

1.2.4 Alevle pskrtme (Toz)

Isl pskrtmelerdeki tel yerine kaplama maddesi toz biiminde de pskrtlebilir. Bu durumda

toz malzeme gaz alevi iinden geerken erir ve yzey zerine itilir. Damlacklarn ncedenhazrlanm yzeyler zerine iletilmesi genellikle basnl hava yardm ile olur. Bu yntem,metal pskrtme yntemleri arasnda en ok uygulananlardandr. Malzemenin seimi, yzeyincinsine, tabaka kalnlna ve istenen yapma kalitesine gre yaplr.

Standart metallerle elde edilen pskrtme tabakalar zellikler ve kullanma yerleri bakmndantel pskrtme ile elde edilenlerle karlatrlabilir. Bunlar genellikle yapkan tabakalar zerine

pskrtlrler. Yaln karbonlu ve paslanmaz elikler, molibden alamlar, yatak bronzlar ilebakr ve alminyum gibi demir olmayan metaller bu gruptandr.

Seramikler ve karbrler anmaya dayankl ve korozyon direnci yksek kaliteli pskrtmetabakalarnn elde edilmesinde kullanlr. Alminyum oksit, titan oksit ve krom oksitmalzemeler en sert sl pskrtme tabakalarndan saylrlar, yalama yaplmaksznkullanlabilirler ve korozyon bakmndan da yksek dayanmldrlar. Wolframkarbrler, krom,nikel ve kobalt balantlar iinde ok yksek anma dayanm gsterirler ve yksek niteliklimakine paralarnn yzey kaplamalarnda kullanlr. Cermetler seramik ve metal tozlarnnkarm olduklarndan her iki bileenin zelliklerini birlikte gsterirler.

ekil 1.2. Alevle Pskrtme Dzenei

1. Pskrtlen tel

2. Yanc gaz-oksijen karmnn geii

3. Basnl havann geii

4. Gaz karmnn yksek bir hzla geii5. Yanc gazlarn ayrt blge

6


7/59

6. Parlak koni ksm

7. Birincil yanma blgesi (~3200 0C)

8. kincil yanma blgesi (~2000 0C)

1.2.5 Plazma pskrtme

Plazma pskrtme yntemi, sl pskrtme tabakalar iin yksek scaklkta eriyen metallerden,oksitlerden, karbrlerden, borrlerden vb. yararlanma olana verir. Sz edilen bu ma1zemelergaz oksijen alevi iinden pskrtlemezler. Byle malzemeler iin ok yksek scaklklar(4000 - 20000 C) ile plazma demetinin ses st hz gereklidir. Sonuta ok youn ve homojen

bir pskrtme tabakas ortaya kar. Ancak bu tabakann en belirleyici zellii ana malzemezerindeki yapabilme stnldr. Plazma pskrtme yntemi olduka yksek elektrikselgler ve pskrtlecek malzeme trne gre deien plazma gazlarna (hidrojen, azot argon,

helyum ve bunlarn belli oranlardaki karmlar), uygun bir soutma sistemine ihtiya vardr.Bu yntem metal pskrtme yntemleri arasnda her ynden en yksek nitelikli kaplamatabakalarn veren, ok ynl istemleri karlayabilen bir yntemdir.

Kompresr ve trbin kanatlar, tekstil makineleri, pompa paralar, vantilatr kanatlar,mekanik szdrmazlk elemanlar plazma pskrtmesinin en ok kullanld alanlardr.

ekil 1.3. Plazma Pskrtme Dzenei

A- Toz Gnderimi E- Koruyucu Gaz

B- Plazma Gaz F- Su Pompas

C- Toz Gnderme Gaz H- Akm Kaynaklar

D- Paras

Tablo 1.1. Metal kaplama yntemlerinde kaplama kalnl, scakl ve ba gc

7


8/59

YNTEM LEMSICAKLII

C

KAPLAMA

KALINLI

I(MKRON)

METALYZEY

TUTUCULU

K

Termal Pskrtme 100-150 50-500 B-C

Kladlama 50-1200 50-100000 B

Evaporasyon 200-1600 0,1-1000 B-C

yon Kaplama 100-500 0,02-10 A-B

Kimyasal Buhar 150-2200 0,5-1000 A

Daldrma 25-500 5-50 C

Sol Gel 25-850 0,3-10 D

Elektro kimyasal

25-100 0,1-5000 C

Kimyasal 25-100 0,1-50 C

8


9/59

Kimyasal Dnm 25-600 0,1-10 B

A: Mkemmel B: yi C: Orta D: Zayf

9


10/59

KAPLAMAYNT

EMLER

BuharY

ntemleri

Dierleri

Tablo1.2.

Metal

KaplamaYntemlerininSnfla

ndrlmas

10


11/59

1.3 METAL YZEYLERN TEMZLENMES

1.3.1 Yal Maddelerin Alnmas

Metalik yzeyler yakn zamanda temizlenmemi veya paslanmay nlemek iin yzeylerindeya olabilir. Bu yalar almak iin eitli yntemler uygulanr.

1.3.1.1Organik zcler

Temizlenecek cisim gazolin, benzen veya karbon tetra klorr ile ykanr. Gazolin ve benzenucuz olduklarndan tercih edilirler. Ancak tutuma olaslklar ve benzenin zehirli zelliklerikullanlma alanlarn snrlarlar.

1.3.1.2 Alkali zelti kullanlmas

Yalar scak alkali ile sabunlamaya tabi tutulurlar ve metalik yzeyden alnrlar. Emlsiyontekil edici maddeler ise NAOH, Na2CO3 zeltileri ve sabundur. Elektro kaplama iletmelerigenellikle hazr metal temizleyicileri satn alrlar.

1.3.1.3 Elektriksel temizleme ilemi

Temizlenecek cisim alkali zelti ieren bir tanka balanr. Akm uygulanarak temizlenecekcisim zerinde hareketli hidrojen gaz k balar. Temizleme ilemi kk gaz habbecikleriyardmyla, kaldrma ilemi ile birlikte katot yzeyinde serbest alkali oluumu ile olur.

1.3.1.4 Dalama

Kaplamay imkansz klan oksit vb. eylerin para yzeyinden giderilmesi iin madenin cinsinegre muhtelif asit karklar kullanlr. Paralarn bu vastalarla temizlenmesine paralarndalanmas denir. Kaplanacak paralarn dalanmadan nce esasl olarak yadan temizlenmesigerekir. Paralarn dalanmasnda slfrik asit, fosforik asit, hidrofluorik asit vb. asitlikarmlar kullanlr.

1.3.1.5 Kabuklarn ve Dier Oksitlerin Alnmas

11


12/59

Bir takm nedenlerle kaplanmas gereken maddelerin yzeyini, ince bir metal oksit tabakasnkaplar. Bunu nlemek iin yzey koruyucu bir madde ile kaplanr. Fakat bu oksit tabakaskoruyucu madde srlmeden nce de meydana gelmi olabilir. Bu tabakalar gidermek iineitli yntemler vardr.

1.3.1.6 Demir ve elii asitle temizleme( Pikaj ilemi)

Demirden yaplm cisimler iin genellikle H2SO4 ve HCl tavsiye edilse de HCl tercih edilir.Nedeni H2SO4den daha abuk etki eder. HCln pahal olmas pek ok hallerde H 2SO4nkullanlmasn gerektirir. Asidin oksit kabuu zerine etkisi, metale dkldnde metallekabuk arasnda oluan hidrojen habbeciklerinin meydana getirdii mekanik ayrma ve ayrcazeltilerin etkisi eklinde olur.

1.3.1.7 Oksit tabakasnn elektrolitik yolla kaldrlmas

nce bir tabaka halinde oksit kabuu ihtiva eden demir veya elik 60 0Cdeki %30luk H2SO4zeltisinde katot olarak balanrsa, kabuk demire indirgenir. Absorbe edilen hidrojen, metalikrlgan yapar. Ayn banyoda demir anot olarak da kullanlr. Bu taktirde demirin fizikselzelliklerinde bir bozulma olmamasna ramen metal kayb olduka byktr.

1.3.1.8 Kum pskrtme

Dkmler kum pskrtme ile temizlenir. Dkm zerine basnl hava ile kum pskrtlr veoksit kabuu mekanik olarak kaldrlr. Tm tedbirlere ramen ince kum solunum sisteminegirer. Kum pskrtme kapal yerlerde yaplmaldr. Kum pskrtme temizlenecek cisminyzeyini etkiler ve bazen de mat bir yzey elde edildiinde son ilem olarak kullanlr.

1.3.1.9 Tel fra ile fralama

Tel fralar pek etkilidir, yalnz bana ya da zmpara,snger ta,silisyum karbr gibi

andrclarla ve alkali zeltilerle birlikte de kullanlrlar.

1.3.1.10 Dnen fralar

Ufak cisimler dnen fralar ile kolayca temizlenirler. Temizlenecek cisim elik bilya , kum,zmpara veya dier uygun bir andrc ile sabun veya baka bir alkali ile birlikte dnen varileyerletirilir. Bu andrclar ya ve kuru olarak kullanlrlar. Yuvarlanma ile kabuklar przler,sivri ular,kntlar,girintiler giderilir.

12


13/59

Tablo 2.1. Yzey Temizleme lemleri

TEMZLE

MEYNTEM

YAVE

GRESS

TALAPARALARI VE

KESME

LEMNDEKULLANILAN

LUBRKANTLAR

PARLAT

MAPASTASI

OKST

TABAKASI

Solvent -- X - -

Buhar X X X -

Alkalin X X X X

Asit X X X X

Tuzbanyosu

- - - X

Ultrasonik - - X X

2.BLM

13


14/59

PVD YNTEMYLE YZEY KAPLAMA TEKNKLER

,

2.1 PVD

2.1.1Genel Bilgi

PVD yntemleri, dier yzey sertletirme yntemlerine nazaran pahalolmasna ramen, yksek hzda ileme (YH) teknolojilerin gelimesi ve bugelimeye oranla yzeyleri ark PVD prosesi ile sert seramiklerle kaplanmkesici takmlarn YH de tavsiye edilir hale gelmesi, PVD yntemini tercihedilir hale getirmitir. PVD prosesi, kaplanacak malzemenin vakum altndabuharlatrlmas esasna dayanr. Fiziksel buhar biriktirme teknii genelde,elektronik uygulamalarnn yannda, kesici takmlarda, kalp malzemelerinde

ve dier anmaya maruz kalan makine elemanlarnn ince sert seramikfilmlerle kaplanp, mrlerinin arttrlmasn amalamaktadr. PVD kaplamametodu ou yzey ilemlerine ve kaplamalarna referans olmutur.Metalurjik amal, PVD uygulamasnn temel esas, vakum altndabuharlatrlan bir elementin, herhangi bir kimyasal reaksiyona izinvermeden tanmas ve kaplanacak kaplama malzemesi, zerinebiriktirilmesidir. Buharlatrc kaynanda gaz fazna geirilen malzeme,kaplanacak paraya ular. Fakat, bu atomlarn para yzeylerineulaabilmesi, ortamda baka atomlarla arpma sz konusunun olmaddurumda gerekletirilir. PVD ilemi tam olarak bir yzey sertletirme ilemiolmasnn nedeni, kaplanacak olan matriks malzemenin kaplama

scaklnn, malzeme AC1 dnm scaklnn altnda olmas ve skontrolnn ok hassas yaplarak, tamamen sertletirme ileminin yzeydeolumasndandr.

Buhar faznda biriktirme ilemi iin, alt ana kademe gerekletirilir:

- Kaplanacak matriks malzemenin hazr hale getirilmesi,

-Kaplama malzemesinin hazr hale getirilmesi

- Kaplama malzemesinin kat veya sv fazdan buhar fazna geirilmesi,

- Buhar fazndaki malzemeye ilave olarak, ortama reaktif gaz (Argon)

verilmesi- Buhar faznn, kaynaktan matriks malzeme yzeylerine tanm

- Buhar faznn yzeyde youmas, film ekirdeklerinin oluumu ve geliimi

PVD yntemi, ana grup altnda incelenir.

Buharlatrma

Sratma

yon kaplama

Bu teknikleri birbirinden ayran nokta, kaplama malzemesinin

buharlatrlmasnn ayr yntemlerle yaplmasdr. Farkl buharlatrmateknikleri, kaplamann yaps, zellikleri ve biriktirme hz gibi parametreleri

14


15/59

olduka etkilemektedir. Kesici takmlarn sert seramiklerle kaplanmasnda enyaygn kullanlan teknikler, Manyetik Alanda Sratma (MagnetronSputtering) ve Ark Fiziksel Buhar Biriktirme (Ark PVD) dir. Bu tekniklerinuygulamada belirli avantaj ve dezavantajlar mevcut olsa da, her ikisi deoptimum zelliklere sahip sert seramik kaplama retebilmektedir. ki

yntemin birbirinden temel fark, Ark PVD tekniinin iyonizasyon orannnok yksek olmas, kaplamaya taban yzeyinin yapmasnn daha iyi olmasve manyetik sratma tekniine gre kaplama yzeyi kalitesinin daha iyiolmasdr.Bugn, PVD yntemi kullanlarak TiN, TiAlN, TiCN, CrN, WC-C, ZrNg.b. sert seramik kaplamalar retilmektedir.Sert seramik kaplamalar,zerinde bilimsel ve teknolojik olarak youn ilginin odakland konu halinegelmitir. Bu kaplamalarn gelitirilmesindeki asl hedef, yksek hzda imalat(YH) sistemlerinde kullanlacak kesici takmlarn ve kalplarn, anmakorozyon ve srtnme zelliklerinin en iyiletirilmesini salamaktr. Yani, YHsistemlerinde, konvansiyonel takm tezgahlarna gre, kesici takmlarnmaruz kald artan sl ve mekanik ykleri karlayabilmesi iin, daha sert vetok, srtnme ve anma zellikleri daha iyi, kesme srasnda kesme svskullanmn gerektirmeyecek kaplamalarla, takmlarn kaplanmas olarakaklayabiliriz. Bu amaca ynelik, kesici takm malzemeleri Ark PVD yzeysertletirme yntemiyle, yeni gelimi tm seramik elementlerlekaplanabilme imkan bulmutur. Ti elementinin kullanlmasnn ana nedeni,hegzegonal sk paketli (HSP) yapya sahip olduundan dolay, anmamukavemetine, korozyona dayanm ve kzl sertlik dayanmna sahipolmasdr. Ti elementi, anmaya dayanmyla, zellikle imalat sektrndekesici takmlar, kesme ve delme kalplarnda, tbbi cihazlarda, biyolojikuyumluluu nedeniyle vcut ii ve d protezlerde ve uzay sektrnde

uygulama alan bulmutur. TiN kaplamalar, kaplama parametrelerine balkalarak, yzeylere iyi yapma zellii, sl oklar altnda kimyasal kararll,yksek sertlik ve dk srtnme katsaysndan dolay kayganlk zellii,kesici takmlarda ve kalp malzemelerinde oluan abrazif, adhezif,oksidasyon ve difzyon gibi anma mekanizmalarna kar koruyucu vazifesigrr (Ezugwu ve Okeke, 2001). Kaplama teknolojilerinin gelimesi ile de, Tiun birok elementle (Al, Cr vs.) kimyasal reaksiyona sokularak, ok tabakakatmanl (multi-layer) yzey sertletirme ilemleri de uygulama alanbulmutur.

2.1.2PVD Yntemleri :

2.1.2.1Termal BuharlatrmaTermal buharlatrma en eski ve en yaygn olarak kullanlan vakum biriktirme tekniklerinden

biridir. Buharlatrma prosesinde kaplama malzemesi, kaynak malzemesini belli bir scakla(tipik olarak 1000-2000 C) vakumda (10 -6-l Pa veya 10 -8-10-2 Torr) stmakla meydanagetirilir. Bu ekilde buhar basnc (>1 Pa veya10 -2 Torr) anlaml bir ekilde, evreleyen oda

basncn geer ve younlama iin yeterli buhar retir.

Kaplama malzemesi elektriksel olarak ntr bir durumdadr ve kaynan yzeyinden tipikolarak 0,1-0,3 eV aralndaki termal enerjilerde kar. Kaynak-taban malzemesi arasuzaklk, 150-450 mm arasnda deiir. Birok malzeme (metaller, alamlar, metalleraras

bileikler, ve refrakter bileikler) hemen hemen herhangi bir taban malzemesi zerine

(polimerler dahil) uygun bir teknik kullanlarak kaplanabilir. Taban malzemesi havada asl,topraklanm veya elektriksel olarak polarize edilmi olabilir.

15


16/59

Taban malzemesi normal olarak, youn eeksenli tane morfolojisine sahip metal ve refrakterbileiklerinin kaplamalar iin yksek bir scakla (200-1600 C) n stlmtr. Yksektaban malzemesi scaklklarnda biriktirilmi birok refrakter bileiin kaplamalar, daha iyiyapma, daha yksek sertlik ve daha yksek anma direnci gsterirler.

Ayrmaya uramayan saf metal, alam ve bileiklerin birou, vakumda direkt olarakbuharlatrlabilir. ok bileenli alamlar veya bileikler termal olarak buharlatrldzaman bileenler, farkl buhar basnlar nedeniyle farkl hzlarda buharlaabilir.

ok az bileik, ayrmaya uramadan buharlar. Daha genel bir anlamda, bir bileikbuharlatrld veya sratld zaman, malzeme bileik halde olduu gibi buhar faznagei yapmaz, fakat ksmlar halinde gei yapar. Sonradan bu ksmlar, byk bir olaslklataban malzemesi zerinde bileii tekrar oluturmak iin yeniden birlemek zorundadr.

Uygun stokiyometrik kaplamalara sahip alam ve bileiklerin hazrlanmasnda kullanlantatmin edici yntemler reaktif buharlatrma ok kaynakl buharlatrmay ierir.

Kaplamann stokiyometrisi biriktirme hz, eitli molekler ksmlarn oranlar,

ortamda bulunan dier gazlarn arpmas, taban malzemesi zerinde bileii yenidenoluturmak iin ksmlarn reaksiyon hz gibi birok faktre baldr. Reaksiyona girenmaddeler arasndaki reaksiyonu tevik etmek ve iyonlarla enerjik ntrlerin oluumunusalamak iin, reaktif buharlatrmada bazen plazma kullanlr. Bu prosese, aktive edilmireaktif buharlatrma (ARE) ad verilir.

ARE prosesi iyi yapmal, olaanst mekanik zellikli ve yksek biriktirme hzl geni bireitlilikteki malzemelerin tribolojiksel kaplamalarn retmede kullanlr. Asal veya reaktifgazlarn oluturduu bir iyon n tarafndan meydana gelen doru akm iyon arpmas,

buharlatrlm kaplamalarn yapmasn ve mekaniksel zelliklerini gelitirmek iin ayrcakullanlabilir.

Kaynak malzemesi normal olarak toz, tel veya ubuk eklindedir. Kaynak malzemesi;1. Rezistans,

2. Radyasyon,

3. Radyofrekans (RF) endksiyonu,

4. Elektrik ark,

5. Elektron nlar,

6. Lazer kaynaklar

gibi iletim yollaryla stlr.

Rezistansl stma ile biriktirme, yksek buhar basncna sahip malzemelerin kaplamalarnnveya ince kaplamalarn retilmesi iin kullanlr. Dier iletim, radyasyon, ve endksiyonstma yntemleri daha kaln kaplamalarn ve orta seviyede buhar basncna sahipmalzemelerin kaplamalarnn biriktirilmesi iin kullanlr.

Bunlar, ok basit ve ucuz proseslerdir. Fakat basit rezistansl stma, taban malzemesindenkaynaklanan muhtemel kirliliin dezavantajlarndan ve yksek ergime noktasna (> 1500C) sahip malzemeleri buharlatrmada aciz kalan giri gcnn snrl olmasndan olumsuzynde etkilenir.

Radyasyonla stma, ergimeden nce buharlaan malzemelerin biriktirilmesinde

kullanlmaktadr. Bir sblimasyon kaynann kullanlmasyla, reaktif olmayan tabanmalzemelerinin bulunmas problemi ortadan kaldrlabilir.

16


17/59

Endksiyonla stma daha etkilidir, fakat daha yksek maliyet ve daha byk alan gerektirir.Daha refrakter maddeler ve yksek biriktirme hzlar, elektron n ve vakum ark stmasgibi yksek g younluklu yntemler gerektiririler.

Elektron n buharlatrmas, ergime scaklklar 3500 Cye kadar olan malzemelerinbiriktirilmesinde kullanlabilir.

Lazer n stma yntemleri ise, ara sra kullanlr. Elektron n veya lazer stmaproseslerinde, tankn yannda bulunan buharlaan malzemenin paralar dk scaklklardatutulabilir; bu ekilde de etkileimler (kirlilik) en aza indirilebilir. Elektron n veya lazern ile retilmi kaplamalar en saflardr. Lazer n stma, uygulamayla ilgilisnrlamalara sahiptir ve popler deildir.

Buharlatrma ileminde, 25 m/dak'ya ulaan buharlatrma hzlar kullanlr ve 75m/dak'lk hzlar elde edilmitir. Buhar kayna malzemesi iin srekli bir besleme sistemi,zel alam ve bileiklerin yksek biriktirme hzlar iin kullanlr. Biriktirme hz, esasolarak kaynan stma scaklna ve buharlaan malzemenin alanna baldr.

Kendi kendini destekleyebilen yaplar zerine, l mm kalnla ulaan kaplamalarbiriktirilebilir. Tipik kaplama kalnlklar, 0,1-100 m aral arasnda deiir. Birok tabanmalzemesi kaplanabilir. En nemli gereklilik, malzemenin vakumdaki alma artlarndakararl olmasdr. Kaplama buharyla kar karya kald zaman gaz veya buharkarmamaldr. Youn, eeksenli tane morfolojisine sahip metal ve refrakter bileiklerinkaplamalarnn yan sra, daha iyi yapma iin de taban malzemeleri normal olarak yksekscaklklara ilk stmaya tabi tutulur.

Buharlatrmann balca avantajlar, dier vakum biriktirme prosesleriylekarlatrldnda daha basit, daha ucuzdur ve yksek biriktirme hzlarna sahiptir.Buharlatrma prosesi, buhar trlerinin dk kinetik enerjileri nedeniyle ounlukla dk

kaplama yapmasyla sonulanr; bu yzden de, dier vakum biriktirme proseslerine gretribolojiksel uygulamalar asndan biraz daha az tercih edilir. Fakat buharlatrmaprosesinin basitlii ve dk maliyeti ile yksek biriktirme hzlar, onu birok uygulamalariin ilgi ekici hale getirir.

Yksek taban malzemesi scaklklar, ince taban malzemelerinin erilip arplmasna nedenolabilir ve metalik taban malzemelerinin sl ilemini deiiklie uratabilir. Direkt

buharlatrma prosesi, bileik kaplamalarn stokiyometrisinin kontroln tam olarak salamadayetersiz kalr. Buharlatrmann birok kusurunun nne, biriktirme srasnda ortama reaktif gazvererek, buharlaan malzemenin atomlarn iyonize ederek ve taban malzemesine bias voltajuygulayarak geilebilir

2.1.2.2Sratmaya dayal teknikler

Vakum ortamnda kat haldeki kaplama metali (hedef malzeme) yzeyinin enerjili iyonlarlabombardman edilerek malzemenin buharlatrld sratma yntemi, ince film kaplamalarnbiriktirilmesinde kullanlan ok nemli proseslerden biridir. Sratma ile altmetal yzeyi istenenbir metalle kaplanabildii gibi, reaktif kaplama denilen ve buharlatrlan malzemenin istenilenbir gazla altmetal yzeyinde bileik oluturmas salanabilir. Bylece sert seramik filmler veyabileik malzemelerden retilen kaplamalar yaplabilir.

Sratma sistemi, negatif d.c. veya r.f. potansiyel uygulamal bir hedef malzeme ile altmetaltutucusunun bulunduu bir vakum odasndan oluur. Altmetal tutucusu hedef malzeme ilekarlkldr ve topraklanabilir, negatif potansiyel uygulanabilir veya kendi halinde braklabilir.Ayn zamanda stlabilir veya soutulabilir. Sistem basnc, 10-3 10-2 mbar aralnda tutulur

17


18/59

ve erare etkisi veya plazmann balatld bir ortam salamak iin sratma gaz olarak argonile doldurulur. Sistem ematik olarak ekilde gsterilmitir.

Hedef malzemeye 2-3 kVluk negatif potansiyel uygulayarak oluturulan plazmadaki pozitifiyonlar, hedefe arparak momentum deiim mekanizmas ile hedef atomlarn yerlerindenkarrlar. Hedef malzemesinin atomlarnn bu ekilde malzemeden uzaklatrlmas sratmaolarak bilinir. Sratlan iyonlarn bazs altmetal yzeyine giderek orada birikir ve bir filmoluturur. Sratma srasnda hedef yzeyine pozitif ykl iyonlarn arpmas ile baka araetkimeler de meydana gelebilir. rnein arpmann etkisi ile kan ikincil elektronlar, ntrhaldeki sratma gaz atomlarnn ilave iyonizasyonuna neden olabilir.

Sratma ile, birok malzeme baarl bir ekilde biriktirilmesine ramen, birikme hznn veplazma iindeki iyonlama etkisinin dk olmas, altmetal scaklnn ykselmesi sisteminkullanmn snrlamtr. Son yllarda sratma teknolojisindeki gelimelerin ou, manyetikalanda yaplmtr. Bunun nedeni, manyetik alanda sratma yntemi ile yaplan kaplamalarn,mikroelektronik, optik, trbin baklar, manyetik ve optik diskler, kesici takmlar ve solarkontrol endstrisi gibi birok endstriyel alanda kullanlmasdr.

ekil 2.2.2 Sratma sistemi

Sratma sistemindeki eksiklikleri gidermek amacyla sratma kaynaklarnda yaplandeiiklikler, daha gelimi sistemleri ortaya karmtr. Bu sistemler gelime srasna greaada verilmitir.

(1) Diyot sratma sistemi

(2) Konvansiyonel manyetik alan

(3) Dengesiz manyetik alan

(4) Elektron uas, r.f. veya mikrodalga dearj kullanan gelimi iyonizasyonlu manyetik alan

(5) Dk basnl manyetik alan(6) Yksek hzl manyetik alan ve kendi kendine sratmal manyetik alan

18


19/59

(7) Ferromanyetik malzemeler iin sratma kayna

Diyot sratma, sratma etkisinin zayf olmas nedeniyle ok kullanlmamtr. Konvansiyonelve dengesiz manyetik alanda sratma sistemleri, manyetik alan (~200 gauss) kullanlr. Bununiin kalc mknatslardan veya elektromknatslardan yararlanlr. Gelimi iyonizasyonlumanyetik alan ve dk basnl manyetik alan sistemleri, mikronst kaplama teknolojisinde

byk gelimelere neden olmulardr. ok hzl manyetik alan ve kendi kendine sratmalmanyetik alan sistemleri 200 W cm-2 ve zerindeki ok byk hedef g younluklarndaalrlar. Ferromanyetik malzemelerin sratlmasnn g olmas nedeniyle, gelitirilensistemlerin hibiri endstriyel retim iin uygun olmamtr. Bu konudaki almalargnmzde de devam etmektedir.

2.1.2.2.1Manyetik Alanda Sratma

Manyetik alanda sratma yntemi, farkl bileimde sert kaplamalar biriktirmek iinkullanlmasna ramen, nceleri takm kaplama prosesi olarak baarl olamamtr. Ancak dahasonra, manyetik alanda sratma sisteminde yaplan deiiklikler, yntemi en gelimi sratmasistemi haline getirmitir. Bu yntemde hedef malzemesi, su soutmal mknats veyaelektromknatslardan oluan tutucunun zerine yerletirilmitir. Hedefin merkez ekseni,mknatsn bir kutbunu oluturur. kinci kutbu ise, hedefin kenarlarna yerletirilen mknatslartarafndan halka eklinde oluturulur. Mknatslarn bu ekilde dzenlenmesi, elektrik vemanyetik alanlarn hedef zerinde birbirine dik olmasn salar. Manyetik alanlar dairesel veyadikdrtgen eklinde dzenlenebilir. Dairesel dzenli manyetik alanlardaki manyetik alann eklive hareket yolu ekilde gsterilmitir. Hareket yolunu ifade eden ExB deerinde, E elektrik

alan, B ise manyetik alan ifade etmektedir. ExB hareket yolu hedef yzeyine paraleldir vekapal halka oluturur. Bylece iyon bombardman ile katod yzeyinden yaynan ikincilelektronlar, bu blgede zellikle tutularak iyonizasyonun artmasna ve plazmann daha younolmasna neden olurlar.

yonizasyon etkisinin artmas, ana sratma sistemlerinden daha dk alma basnlarndaplazma oluturabilen manyetik alanlar meydana getirir. alma basncnn drlmesi ile,sratlan hedef atomlarnn gaz fazndaki sanmas daha az olacandan altmetale ulaantanecik says artar ve bunun sonucunda birikme hzlar nispeten yksek (dakikada birkamikron) olur. Pratikte birikme hzn kontrol eden faktrler ise, hedef malzemesi, altmetal-hedefmesafesi, hedef blgesindeki g younluu, hedef alan ve basntr.

Manyetik alanda sratma yntemleri, dengeli ve dengesiz manyetik alanda sratma ad altndaiki genel grupta toplanr. Yntemler temelde ayn olmasna ramen, hedef malzeme nndeoluturulan plazmann kapanma eklindeki farkllk nedeniyle birbirinden ayrlmaktadr.

19


20/59

ekil 2.2.2.1. Dairesel dzenli manyetik alan

2.1.2.2.2 Konvansiyonel Dengeli Manyetik Alanda Sratma

Konvansiyonel dengeli manyetik alanda sratma ynteminde, hedef metalinin n ksmnda

oluan kapal plazma, plazmann youn olduu blgedir ve normal alma koullarnda,hedeften itibaren yaklak 60 mm. mesafededir. Youn plazma blgesi iine yerletirilenaltmetaller, film bymesi srasnda yeterli miktarda iyon bombardmanna uradklarndanfilmin fiziksel ve kimyasal zellikleri istenildii gibi deitirilebilir. Film zelliklerindekideiimler, yzeye arpan iyon enerjisi, birikme hz ve altmetalde llen iyon akm younluuile kolayca kontrol edilebilir. Ancak alt metal plazma blgesinin dna yerletirilirse, burada

plazma younluu az olacandan (iyon akm younluu 1mA/cm2) filmin mikroyapsn vezelliklerini etkileyen iyon bombardman yetersiz olacaktr. (ekil 3a). Bu nedenlekonvansiyonel manyetik alanda sratma ile, byk ve karmak paralar zerine ok youn vekaliteli kaplamalar yapmak ok zor olacaktr. Ancak bu yntemle altmetal fazla snmadndan

plastikler gibi scakla hassas malzemeler zerine de kaplama yapmak mmkndr.

Konvansiyonel manyetik alanda sratma ynteminde, film birikmesi srasnda iyonbombardmann arttrmak iin altmetale negatif potansiyel uygulanr. Ancak iyonbombardmann daha fazla arttrmak amacyla negatif potansiyelin byk seilmesi, hem taneii hatalarn oluumuna hem de film iindeki gerilmeyi arttracandan, zellikle sertkaplamalarn birikmesi srasnda istenmeyen etkiler ortaya kabilir. Altmetale iyi yapmayankt kalitede kaplamalar elde edilir. Filmin mikroyapsn ve yapmasn gelitirmek iin,dk negatif potansiyel-yksek akm younluu tavsiye edilmektedir. Dk negatif

potansiyel deerinde 2mA/cm2den daha byk akm younluklarnn, tamamen youn, sertkaplamalar verdii tespit edilmitir. Yine de ok kaliteli kaplamalar bu yntemle elde etmekmmkn olmamtr. Kaplama kalitesini gelitirmek amacyla iyonizasyonu arttrlm yeni

sratma sistemleri gelitirilmitir. Sratma sistemlerinde plazma iyonizasyonunu arttrma ikiekilde mmkn olmutur.

1. lave gaz iyonizasyonu

2. Plazma kapanmas (kapal plazma alan kullanm)

lave gaz iyonizasyonu, scak katot elektron emisyon kayna veya delik katot ark elektronkayna kullanarak salanabilir. Plazma kapanmas ise, dengesiz manyetik alanlar veyamanyetik aynalarn kullanm ile mmkn olmutur . Bu yazda daha ok dengesiz manyetikalanlar zerinde durulacaktr.

ekil 3. Konvansiyonel ve dengesiz manyetik alanda plazma kapanmasnn karlatrlmas

20


21/59

2.1.2.2.3 Dengesiz Manyetik Alanlar

Window ve Savvides , konvansiyonel manyetik alan ynteminde mknatslarn manyetik alankonfigurasyonunu deitirerek bu yntemi gelitirmilerdir. Dengesiz manyetik alan

ynteminde, manyetik alann d mknatslar, merkezdeki mknatsa gre daha kuvvetliseilerek plazmann manyetik alan izgilerini takip etmesi ve alt metale kadar yaylmassalanabilir. (ekil 3b). Manyetik alann dengesini bu ekilde bozarak, plazmann, hedef vealtmetal arasnda, manyetik alan yardmyla kapanmas salanr. Byle bir konfigurasyon,sratma srasnda retilen ikincil elektronlardan ounun, manyetik alan izgileri boyuncahedef metalden altmetale doru gitmesini salar. Pozitif iyonlar da elektrostatik ekimleelektronlar takip edeceinden altmetal yaknnda iyonizasyon geliir ve altmetal yzeyindekiiyon bombardman artar

Biriken filmin iyon bombardmann daha fazla arttrabilmek iin ilave manyetik alan dzenleride kullanlmtr. Altmetalin arkasna, merkezi kutupla zt kutuplu mknatslar yerletirerek,elektromknatslar kullanarak veya d kutuplarn mukavemetini arttrmak iin kuvvetli, nadirtoprak mknatslar kullanarak iyon enerji akm arttrlabilir [7,8,14]. Yine de tek mknatskayna kullanarak karmak ekilli paralar zerine niform kaplama yapmak olduka zordur.Bu nedenle dairesel birikme odasnn duvarlarna birden fazla dikdtgen mknatslar monteedilerek, altmetalin mknatslarn arasnda kalmas ve bylece kaplamann homojenliininkontrol salanr. Bunun iin birden fazla manyetik alan sistemi biraraya getirilerek kapal alandengesiz manyetik alanda sratma yntemi gelitirilmitir

2.1.2.2.4 Kapal Alan Dengesiz Manyetik Alanda Sratma

Kapal alan dengesiz manyetik alan sisteminde, iki veya daha fazla manyetik alan vardr. kitane dengesiz manyetik alan birbirine ters olacak ekilde, yani ayn kutuplar karlkl (ayna

grnts) veya zt kutuplar karlkl (kapal alan) olacak ekilde yerletirilerek (ekil 4), iftlimanyetik kapal alan meydana getirilir. Ayna grnts dzeninde, her iki manyetik alanizgilerinin birbiri ile etkilemesi ekilden de grld gibi, yana doru yaylmaktadr. Byle

bir dzen, izgileri takip eden ikincil elektronlarn plazmadan kamasna neden olabilir. Sonutaaltmetal blgesinde plazma younluu der ve birikme srasnda iyon bombardman azalr.Kapal alan dzeninde ise, mknatslar arasndaki manyetik alan izgileri, plazma iindekielektronlar iin kapal bir tuzak oluturur. Kapal alan dzeninde elektronlarn dar kamaihtimali ok az olduundan, alt metal blgesinde youn bir plazma elde edilir, bu da byyenfilmin urayaca iyon bombardmann arttrr. ok kaliteli filmler biriktirebilmek, alt metalenegatif potansiyel uygulayarak mmkn olur. Sistemdeki iyonizasyonla ilgili olan altmetaleuygulanan negatif potansiyel, konvansiyonel iyon kaplama ile karlatrldnda ok dktr

(yaklak 50V)Manyetik alanda sratma yntemleri iinde en pratik ve ok ynl olan bu yntem, byk vekarmak ekilli altmetaller zerine yksek birikme hzlarnda kaliteli metal ve alamkaplamann yansra ok katl tabakalar oluturmak, oksit, nitrr ve karbr gibi seramik kaplamayeteneine de sahiptir.

Teer ve ark. tarafndan gelitirilen oklu manyetik alan dzenleri, karmak paralar zerinetitanyum nitrr, alam nitrrler, elmas benzeri karbon ve molibden dislfit biriktirmek iinkullanlmtr. Homojen bir birikme salamak iin dnen parann etrafna drtl dengesizmanyetik alan yerletirilmitir. Byle bir dzende, komu manyetik alanlardaki farkl mknats

polariteleri, manyetik alann kapanmasn srekli yaparak kapal alan olumasn salar.

Altmetale yksek iyon akm gnderebilme ve enerjiyi deitirebilme yetenei, dengesizmanyetik alanda sratma yntemini ok ynl kaplama sistemi yapmtr. ok kaliteli metal

21


22/59

kaplamalar, kaplama parametrelerini geni bir aralkta deitirerek kolayca biriktirebilir. Ayrcailetken olmayan altmetaller zerine titanyum oksit, indiyum kalay oksit ve silisyum oksit gibikaplamalar, reaktif sratma ile biriktirilebilir

Kaliteli ve niform birikme, mknatslar numune etrafna yerletirerek salanabildii gibi,birikme srasnda mknatslar etrafnda birka eksende dnebilen (1,2 veya 3 eksenli) numunelerkullanlarak da yaplabilir. Tek metal bileikleri (rn: TN ZrN, CrN) ve birok saf metalinreaktif birikmesi iin tek eksenli dnme yeterlidir. Numunenin iki eksende dnmesi, karmakekilli paralarda niformluun ok iyi kontrol ve karmak nitrr alamlarnn (rn; TZrN,CrZrN) ve ok tabakal yaplarn birikmesi iin gereklidir. Pratikte kullanm az olmasnaramen, eksende dnebilen numuneler zerine kark alamlarn homojen birikmesi demmkn olmutur

ekil 4. iftli manyetik alan sistemlerinde manyetik alan dzeni

a)Ayna grnts b)Kapal alan

2.1.2.2.5 Darbeli Manyetik Alanda Sratma

AI2O3 gibi yaltkan malzemelerin fiziksel buhar biriktirme yntemi ile kaplanmas, r.f. diyotsratma kullanlarak AI2O3 hedeften veya argon/oksijen atmosferinde AI hedeften reaktifolarak yaplmtr. Bu ekilde yaplan AI2O3 kaplamann birikme hznn dk ve yapsnn daamorf olmas, onlarn takm malzemeleri kaplamasnda kullanmn snrlamtr. Kapal alandengesiz manyetik alanda sratma yntemi ile yaltkan malzemelerin reaktif kaplanmassrasnda birikme hz mm/saat (metalik kaplamalarda mm/dak) deerine dmekte ve sratmasrasnda meydana gelebilecek ark dearjlar, hedeften makrotaneciklerin kmasna nedenolduundan hatal ve homojen olmayan filmler meydana getirmektedir.

Gelitirilen darbeli manyetik alanda sratma yntemi, bu problemleri byk lde ortadankaldrmtr. Yaltkan malzemelerin biriktirilmesi srasnda, manyetik alan dearjn ortafrekanslarda (10-200 kHz) darbeli yaparak yani hedefe, dnml pozitif ve nagatif darbeleruygulayarak, dearj kararl yaplabilir ve film iinde hata oluumu engellenir. Film biriktirmehz da m/dak deerine yaklar.

Darbeli manyetik alanda sratma ynteminde, tek manyetik alan dearj darbeli ise, sistem tekkutuplu darbeli sratma olarak tariflenir. Bu durumda yaltkan tabakann yklenmesi zamanalacandan darbe sresi snrldr, sonuta ark meydana gelebilir. Eer iki manyetik alan ayn

darbeyi destekleyecek ekilde birletirilirse, iki kutuplu darbeli sratma sistemi geliir. Bylebir sistemde, her manyetik alan dnml olarak dearjn anot ve katotu olabileceinden,periyodik kutup deiimi yaltkan tabakalarn dearjn gelitirir, bylece ark oluumu nlenir.

22


23/59


24/59

kaplanacak malzemeni yzeylerine youmas olarak tanmlayabiliriz. Tekniin avantaj,kaplanacak malzemenin yksek enerjili metal iyonlaryla bombardman sonucu yzeyin ok iyitemizlenmesi, ara yzeyde ok ince de olsa bir yaynma katmannn olumasdr. Bu katmannolumas, daha sonra yaplacak sert seramik kaplamann yzeye ok iyi yapmasnsaylayacaktr. Mevcut literatrde, kesici takmlarn performanslarn arttrc bir ok alma

yaplmtr. Bu almalar, genellikle frezelemede kullanlan sinter karbr takmlarn vematkaplarn mrlerini arttrmaya younlamtr. Silva ve Wallbank (1999) kesici takmlarnileme esnasnda meydana gelen snn llmesi ve tahmin edilmesiyle ilgili yaptklaralmalarnda, kesici takmlarn esas kesme kenarnda yaklak 550-700 oC scaklklmlerdir. Sonu olarak, kesici takmlarda oluan bu scaklklarn ileme parametrelerine

bal olarak, takm mrn ve ilenen gerecin yzey tamln byk oranda etkilediikansndadrlar. Dalinsek (2001) v.d., yksek hzda kesmede (HSC) kullanlan kesici takmlardaoluan anma mekanizmalar ve sebep ilikilerini inceledikleri almada, Sinterlenmi karbr

parmak freze takmlarda zerine, PVD sratma kaplama prosesi ile tek katl (CrN, TiN vs.) veok katl (TiAlN) kaplama yapmlardr. Kaplanan takmlarda oluabilecek anmamekanizmalarn incelemilerdir. Bu incelemeler sonucu, i paras oksidasyonunun ve yksek

scaklklarda oluan difzyon anma mekanizmasnn, takm anmasn hzlandrdnbelirtmilerdir. Buna ilaveten, takm yzeylerine uygulanan kaplamann abrazif ve adhezifanma mekanizmalarn byk oranda azalttn gzlemlemilerdir. Deneyleri srasnda,kaplanm takmlarla tala kaldrma ileminde, takm tezgah titreiminde azalma ve imalzemesi yzey tamlnn istenilir dzeyde olduunu tespit etmilerdir. He v.d. (1996) TiNn kuru srtnmeye mukavemetini inceledikleri almada, anma testlerini yapmak iin kurusrtnme (Pin on Disk) deney seti kurmulardr. Bu deney seti, kendi ekseni etrafnda dnenCAP ( Ark PVD) yntemiyle TiN kaplanm Yksek Hz elii disk ve kaplamay anmayazorlayan batc utan(PCD) ibarettir. Bu deneyde, diske belirli bir hz verilmi, batc uca ise 20-50 gr. arlnda yk verilerek TiN tabaka andrlmaya allmtr. Sonu olarak, Yksekdnme hzlarnda ve yksek andrma yklerinde, TiN tabakann dk srtnme katsaysndandolay dk abrazif ve adhezif anma gzlemlenmitir. Yilbas ve Nizam (1998) TiN kaplAISI H11 ve kaplamasz AISI M7 matkaplarn anma zelliklerini test etmilerdir. Kaplanmmatkaplarda, dk srtnme katsaylarndan dolay, anmaya dayankll ve matriksmalzemede oksidasyon ve korozyon dayanmn gzlemlemilerdir. Bunun yan sra,matkaplarn alma prensibi gerei, i yaplarnda, burulma ve ar titreimden dolay mikroatlaklklar oluur. Oluan mikro atlaklklarn yzeye ulamasn geciktirdiini belirtmilerdir.Ezugwu ve Okeke (2001) nn yapt almada ileme operasyonunda ortalama gtketimiyle kabul edilebilir yzey przlln elde etmek ve ileme verimliliini iyiletirmekiin, Sinterlenmi Karbr den imal edilmi sa vida ekme takmna PVD prosesiyle TiNkaplamtr. Kaplanan takmlarn performanslarn EN 19T ve EN 24T i malzemesinde

denemilerdir. Kesme hz 220 m/dak ilerleme oran 0.44 mm ileme parametrelerinde takmanmalarn incelemilerdir. Sonuta, kesici takmlarda ve srekli tekrarl yklere maruz kalanmakine elemanlarnda da, yzey sl ilemi nermilerdir. Wang (2000) almalarnda, eliktornalamada kesici takma etkiyen kesme kuvvetlerine, ok katl yzey kaplamalarnn etkilerinitartm ve Karbr takmlar zerinde bu konuyla ilgili deneylerini yapmtr. Deneylerinde,takmlara kaplanan sert kaplamalar, takmlarn yan yzeyinde meydana gelen kuvvet

bileenlerinin, dk srtnme katsaysndan dolay azaldn iddia etmitir. Bunun yan sra,kaplanm ve kaplanmam torna takmlarnda kesme kuvvetleri bileenleri kyaslanmtr.lmleri sonucu, Fa (lerleme kuvveti), Fp (Takm kuvveti) kaplanan takmlarda daha azolmutur. Kaplanan takmlarda azalan kesme kuvvetleri, takm tezgahna etkileyen kuvvetleriazaltarak takm tezgah ileme verimini arttrdn ortaya koymulardr. Hogmar v.d. (2000)

tribolojik kaplamalarn, metal kesme ve ekil verme takmlarnda ve dier makineelemanlarnda tribolojik zelliklere etkisini aratrmlardr. Onlara gre, tribolojik kaplamalar

24


25/59

kesici takmlarn, kesme-ekil verme kalplarn ve dier makine elemanlarn kullanmmrlerini ve ilem verimliliini arttrmaktadr. Kaplamalar ilem verimlilii asndan, anmadayanmlar arttrlan takmlar ve kalplar yksek kesme hzlarnda alabildiklerinden dolay,

prodktiviteyi arttrd kansndalar. Bunun yan sra, srtnmeler ve anmalar azaldndandolay, enerji tketimi minimize edilmi ve takm tezgahlarnda mevcut olan soutma, yalama

tehizat masraflarnn da azaltldn ortaya koymulardr. Avuncan (1998) talal imalattakullanlan kesici takmlarn, yksek hzda imalatta ve seri imalatta kullanlmasnn ekonomiksentezini yapmtr. Yapt incelemelerde seri imalatta srekli takm malzemesi kayb,iletmelerin ekonomisini sarstn dnmektedir. Dolaysyla ok pahal takmlarn(seramik vetipleri, Cermet vs.) yerine, taban malzemesi ucuz takmlarn, yzeylerinin sert seramikkaplamalarla kaplanmasn nermektedir. Trkz v.d. (2000) almalarnda, takmlarn anmamekanizmalar tarafndan ok byk malzeme kayplarna neden olduklarn ortayakoymulardr. Dolaysyla kaplanm takmlarn, konvansiyonel takmlara gre, talal ilememaliyetlerinin analizini yapma ihtiyac duymulardr. Bu analiz sonucu, sert seramikkaplamalarn , takm maliyetini ve ileme maliyetini % 12- 81 oranlarnda drdn tespitetmilerdir. Tamura ve Tokunaga (1998) almalarnda, geni aplardaki elik borularn ve

martensitik paslanmaz eliin, dzgnce kesilebilmesi iin, testere disklerinin yzeylerini, PVDyntemiyle TiCN kaplanlardr. Sonuta, kesilmesi olduka zor olan malzemeler iin, TiCNkaplanan testereler , konvansiyonel testerelere gre 4 kat daha fazla kesme performansnnarttn gzlemlemilerdir.

2.1.2.5 E- BEAM PVD

E-Beam PVD ynteminde kaplama malzemesi elektron demeti ile buharlatrlarak vakumsistemi iindeki taban malzeme zerine biriktirilir. Kaplama ilemi srasnda kaplama kalnle zamanl olarak kontrol edilebilir.

Termal rezistans ve E-Beam btnleik PVD sistemi ile her eit cam zerine metalik, oksit

florr, nitrr ve slfr esasl kaplamalar yaplabilmekte, optik sanayisine ynelik reflekte; anti-reflekte(yanstmasz) ve reflekte (yanstc) kaplamalar uygulanmaktadr.

stenilen optik zelliklere sahip renkli otomobil farlarnn, k filtrelerinin, seici geirgen veyayanstmasz gzlk camlarnn; merceklerin ve lenslerin kaplamalar yaplabilinir.

2.2 Kaplama teknikleri

yon kaplama tekniiyle biriktirilmi yaygn kaplama eitleri

Metaller Ag, Au, Pb, Sn, Al, Cu, Ni, Cr, Co, Ti

Alamlar Cu-Pb, Cu-In, Ag-Pb, Ag-In, Cu-Ag-Pb-In, Pb-Sn, Al-Zn, Cu-Al-Fe,

Co-Cr, Pt-W, Ti-6Al-4V

Ametaller Grafit, sert karbon, politetrafloretilen

Oksitler AI203, Cr203, SiO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, In2O3

Karbrler WC, TiC, Cr-C, SiC, B 4C, TiCN, (Ti-Ta-Nb)C, VC, NbC,Mo2C

Nitrrler AlN, Cr-N, TiN, HfN, ZrN, NbN, TaN, WN, Si 3N4, (Ti-Zr)N, (Ti-Al)N

25


26/59

2.2.1 TiN, TiNEX

Titanyum nitrr ince film kaplamalar iinde ilk retilen ve hala en yaygn olarak kullanlangenel kesme amal kaplamadr. Demir, elik vb. malzemeler, metal ileme plastik kalplar,

anmaya maruz paralar, tbbi ve dekoratif paralar iin genel amal bir kaplamadr.Matkap ular, frezeler, baklar, brolar, kesme-bkme kalplar, zmbalar, fellow veazdrma aklar gibi bir ok takm ve kalpta kullanlmakta, performans ynnden kaplanan

paralarn mrnde 3-30 kat arasnda bir art salanmaktadr. 2900-3300 HV ykseksertlie ve dk srtnme katsaysna sahip olan TiN, metalin metale srtnmesindendolay oluan anmalar nler, kayganl arttrr, oluacak korozyonu azaltr, yapma sarma gibi problemleri minimuma indirger. Kesme annda u birikintilerinin bymesiniengelleyerek i paras yzeyinin temiz kmasn salar ayrca sl iletkenliinin dkolmas nedeniyle takma s transferini engelleyerek takm ve tezgahla daha yksekdevirlerde alma olana salar. Srtnme katsays dk olduu iin kesme ve srtnmekuvveti azalr, kaygan yzey de tala akn kolaylatrr.

Kalnl 2-5 m arasndadr. Kaplama sonras ilave bir ilem gerektirmez. Isl genlemekatsays takmlarn sl genleme katsaysn ald iin takm yzeyinden pul pul dklmez.TiN kaplama: dkme demir, paslanmaz elik, alaml ve alamsz elikler ve alminyummalzemelerin ilenmesinde en iyi zmdr. Kimyasal adan inert olmas ve gz alc altnsars rengi ile metal kesme ve ekillendirme ilemlerinin yan sra medikal implantlarda vedekoratif amal baka birok alanda uygulama sahas bulmaktadr. (ekil 1)

TiN kaplamann malzemeye salad zellikler u ekilde zetlenebilir:

Yksek sertlik

Mkemmel yapma zellii Youn mikro yap

Anmaya kar daha dayankl yzey

Uzun mr

Kimyasal salamlk

Biyolojik uyumluluk

Yksek korozyon direnci

2.2.2 TiAlN

TiAlN ve AlTiN kaplama zellikle yksek scaklklarda alan kalp ve takmlar iinidealdir. Yksek kesme scaklnda iyi sl iletkenlii ve kimyasal kararll ile kesici ussn tala paralarna aktarr. Bylece daha yksek hzlarda almaya olanak vererek dahahzl retim, daha az bakm daha az bileme, daha az ayar salayarak retimin daha verimliolmasn ve kesici takm mrnn daha uzun olmasn salar.

zellikle srekli tala kaldran takmlarda iyi performans gstermektedir. Ayrca TiNkaplamaya gre fazla bir mr art salamaktadr.

Sertlii 3200-4000 HV arasnda, kaplama kalnl ise 2-5 m dr.

TiAlN ve AlTiN n oksitlenme scakl 800 C dir. Bu uygulamalarda eriilen en yksekscaklktr. Yksek scaklklarda iyi performans gstermesinin nedeni, kaplama esnasnda

26


27/59

sl iletkenlii iyi olan l (alminyum) eklenmesidir. yi sl iletkenlii ile malzemenin slyorulmasn nleyerek kalplar anmaya kar korur.

TiAlN ve AlTiN kaplama: titan, nikel alamlar, paslanmaz elik, alaml elik ve dkmedemir, scak dvme malzeme, basnl dkm ve fkrtma (ekstrzyon) kkenli malzeme ileyksek hzda alan kuru ve sertletirilmi elik malzemenin ilemelerinde iyi sonuvermektedir. (ekil 2)

2.2.3 TiCn

TiCN yksek sertlik gerektiren uygulamalarda, zmbalarda zellikle yksek hzda alantala kaldran takmlarda iyi performans salamaktadr. Sertlii 3600-4400 HV, kaplamakalnl 2-5 m dir.

Yzey przll ve srtnme katsays TiN e gre daha iyidir. Delme ve talal imalatannda daha yksek makine hzlarnn kullanlmasna olanak salayarak verimlilii arttrr.lenen paralarda yksk yzey kalitesi salar. Srekli ve darbeli mekanik gerilim altndaalan kesme ularnda performans ok iyidir.

Baz uygulama rnekleri: eitli zmbalar, matkap ular, raybalar, brolar, dili azdrmabaklar ve elmas ulardr. (ekil 3)

2.2.4 ZrN

ZrN, mkemmel yzey zelliklerine sahiptir. Sertlii, elastik modl ve taban malzemeyeyapma kabiliyeti yksek, alaml bir kaplamadr. ZrN kaplamann en nemli zellii sonderece przsz ve kaygan bir yzeye sahip olmas ve ok yksek kimyasal kararlldr.Bu zellii sayesinde zellikle kesici takma svanan yumuak ve snek malzemelerin(alminyum, pirin, bakr, paslanmaz elik vb.) ilenmesinde sarmay ve yapmay ortadankaldrmakta, yksek sertlii sebebiyle takmn anmasn byk oranda azaltmaktadr.

ZrN kaplamalar alminyum, pirin, bakr, paslanmaz elik vb. Demir d metallerde vemetalimsi i paralarnn ilenmesinde olduka geni kullanm alan vardr.

ZrN kaplamalar kimyasal kararllnn yksek olmas nedeniyle, vcut iinde ve dndakullanlan implant malzemelerin kaplamasnda kullanlmaktadr. (ekil 4)

2.2.5 CrN

Bu kaplama malzemesi nispeten dk (1800 HV civar) sertlik deerine sahip ve ilenebilirliiyksek bir malzemedir. Ayrca mkemmel bir kaplama incelii ve yksek korozyon rezistans

gibi avantajlar da sunar. Ayrca alminyum, bakr ve titanyum alamlarnn yapmasnengeller. Bunlara ilaveten srtnme direncini ve plastik malzemelerin yapmadan serbeste

27


28/59

hareket etmelerini salar ve 700 C civarna kadar direncini korur. Cr-N Kaplamalar bilinen tmfiziksel buhar biriktirme yntemleriyle retilmektedirler. Ama endstriyel amal bir kaplamaolduundan ekonomiklik ve performans gz nne alnmaldr. Performans yksek fakat retimve donanm maliyeti yksek olan kaplama sistemleri ounlukla uygulama alan bulamaz.

retim parametrelerinin deimesiyle birlikte farkl faz yaplar(CrN, Cr2N)elde edilir. ki ayrfaz vardr: CrN ve Cr2N

CrN kaplamalar daha sert(3300 Hv)olmasna karn yapma zellikleri asndan Cr2Nkaplamalardan dk performans gsterir. Yumuak (27002800 Hv)bir faz olan Cr2N ise iyiyapma zelliklerine sahiptir. Bu yzden kullanm alanna gre sertlikten dn vermeyip iyiyapma performans salamak iin CrN+Cr2N ok katl kaplamalar retilir.

Cr-N kaplamalar dk scaklklarda retilebilmesi iin dk i gerilimlere sahip olduundandolay iyi derecede mekanik, srtnme ve anma direncine sahiptir. Bu zelliklerinden dolayuygulama alan bulmaktadr.

Cr-N kaplamalar metal ileme ve ekillendirme paralarnda, otomotiv sektrnde ve beyaz

eya endstrisinde zmbalama ve basma ilemi uygulayan paralarn kaplanmasndauygulanmaktadr. (ekil 5)

2.2.6 rnek Endstriyel Uygulamalar

PVD ION-BOND NCE FLM KAPLAMALI TAKIMLARLA, KAPLAMASIZTAKIMLARIN MUKAYESEL SONULARI

KALIP, ALETTP

KALIP, ALETBOYUTLAR

KALIP VEYAALETNMALZEMES

LENENMALZEME

KAPLAMASIZSONU

KAPLAMALISONU

METALENJEKSiYONKALIBI

244 x 100 mm QR O8O EN 8 1.500 ADET3.000ADET

AA BIAIKESCS

10 mm HSSNTRASYONEL

1 KESMEDENAZ

12KOMPLEKESM

KESME DELMEKALIBI

100 x 100 x 50

mm 150x 1 50 x25 mm

D2

D3

YUMUAK

ELK6.6 mm

10.000 PARA 40.000PARA

BKME VESIVAMAKALIBI

7O x 50 mm D3Ni/Co/FeALIIMI

500 BASKIDANSONRAPATLAMA

12. 000BASKIPARLATMAYAGEREKYOK

KLAVUZ STANDART TUNGSTENCARBR MONEL.A %50Ni, %50 Cu 4 PARADANSONRA KALIP100PARA,

28


29/59

AYARLAMARPM=500

KALIPAYARIGEREKSZ

RPM=2000

AZDIRMA 6 mm HSS BAKIR 4 PARA 20 PARA

ELMAS U40 x 100 mmZIMBALAR

SVERKA 21PASLANMAZELK

25 PARA2.500PARA

KLAVUZBIAI

15O mm M2 BZ 80HERBLEMEDE 214PARA

HERBLEMEDE 918

PARA

CONFLEXKESC

220 nm HSS EN 36 C210 PARAO,05" KENARAINMASI

447PARA0,04"KENARAINMASI

TRIPLEKBIAK

STANDART HSS EN 3987S PARA0,037" KENARAINMASI

13OPARAO.O29"KENARAINMASI

KESME BIAI(ELMAS U)

50 x 25 x 12mm

TUNGSTENCARBlDE

PASLANMAZELK

100 PARA500PARA

KESMEKALEM 100 x 254 x 62mm HSS VE DS ELK TP

2.000-3.000

PARADANSONRAHURDA

15.000PARA

NYZKULLANILIYOR

KESMEZIMBASI

8 x 117 mm HSS42 CrMo4-30mm

34 Delik 219 Delik

KESME KALIBI 150 x 85 mm HSS BZ 80214 Adet HerBilemede

918 AdetHerBilemede

29


30/59

KESMEZIMBASI

8,6 x 85 mm HSS 19MUB4 0 1.000 Adet

KESME KALIBI 25x25x25 mm RAB 1 BAKALT

48.000'de

Anma,150.000'deHurda

300.000

Adet,AnmaGrlmedi

lNKOENJEKSiYONKALIBI

ubuk Boyu:30 mm

H 13Erimi inko400C

5.000 ParadanSonra AsitleTemizleme

20.000ParadanSonraTemizleme

30


31/59

31


32/59

32


33/59

33


34/59

34


35/59

35


36/59

36


37/59

37


38/59

BLM:4

CrN KAPLAMALARI.

CrN, yksek sertlie sahip dayankl ve krlmaz bir sert seramik kaplama eididir.Oksidasyon direnci yksek olduundan (800C) zellikle metal enjeksiyon ve dvmekalplarnda yksek performans gstermektedir. Ayrca srtnme katsays dk olduundanderin ekme, form, plastik enjeksiyon ve bakalit kalplarnda kalp yzeylerini ve krlmayamsait ke kanatlarn rahat bir ortamda altrr. Kalpla malzeme arasnda malzeme transferiolumaz, yapmay nler, rnn kalptan ayrlmasn kolaylatrr, yolluklardan malzemeninakkanl hzlanarak tm noktalara soumadan homojen bir biimde dalr. Korozyon veasidik ortamlara kar yksek direnci olduundan bir takm kimyasal reaksiyona maruz kalanmakine paralarnda uygulanmaktadr.

Renk GmOksidasyon scakl 800 CSertlik 2400-2600 HVSrtnme katsays 0.4-0.5Kalnlk 3-5 mm

Kalplarda dk srtnme katsays ve de kimyasal olarak karsnda alt malzeme ileetkileime girmemesi sebebi ile sarma svama gibi sorunlarn nne geen yksek sertliisebebi ile izilmelerin nne geen kaplama eididir. Geleneksel olarak kullanlan sert kromkaplamadan ok daha sert ve de ok daha iyi tutunmas ile sert krom ve benzeri kaplamalardagrlen dklme gibi sorunlar yaanmaz.

Svama kalplar,Plastik Metal Enjeksiyon Kalplar, Maalar,Kat kesme Baklar gibi pekok yerde kullanlabilir.

38


39/59

TEKNK ZELLKLER

SERTLK (HV 0,05) 2800400

OKSDASYON SICAKLII( C) 700

SRTNME KATSAYISI 0,55

YZEY PRZLL (Ra m) 0,2

OPTMUM KALINLIK ( m ) 4-5

4.1 SPEKTROSKOP UYGULAMASI

4.1.1 Nicel Derinlik Profil Analizi (QDP) Kullanlan PVD lemininAyarlanmas, Gelitirilmesi ve Kontrol

CrN kaplamann,

NiP kaplamann,

CrN/NiP bileiminden oluan kaplamann kalnl, bileimi, ve homojenlii.

Bu uygulamann amac Scak Akm Optik Emisyon (GDOES)un PVD nin gelitirmearatrmalarnda nasl kullanldn gstermektedir. Bu ilemle ilgili tm bilgiler yakngemite elde edilmitir. Bu teknik PVD ileminin rutin kontrolnde ve bitmi rnlerin kalitekontrolnde kullanlmaktadr.

TiN ve CrN gibi bilinen PVD kaplamalar snrl bir korozyon direncinesahiptir(taneler aras boluklardan dolay).CrN kaplama, yorulma direncinin yksekliiyle

bilinmektedir, ancak korozyona kar zayftr. eliklerde sl ilem sonucunda yksek sertlikelde edilmesine ramen dk korozyon direnci oluur. Bu da kesici takm imalatnda malzemeseimini snrlar. Souk ileme takm elikleri ve hz elikleri bunlara iyi birer rnektir. PVDkapl takmlarn korozyon direncini arttrmak iin CrN PVD kaplama ile elik arasnda NiP ara

39


40/59

katman kullanlmaktadr.Bu uygulama normal PVD CrN kaplamalara gre daha iyi korozyondirenci ve tatminkar bir adhezyon elde edilmitir

CrN kaplama elik yzeye direkt olarak uyguland, NiP kaplama elik yzeye direkt olarakuyguland, CrN/NiP/elik kaplama ilemi baarl ekilde gelitirildi.

40


41/59

ekil-1de akland gibi 2 farkl CrN kaplama deerlendirilmitir.

Dk scaklkta yaplan CrN kaplama(CrN LT).

Yksek scaklkta yaplan CrN kaplama(CrN HT).

Birok NiP kaplama ayrca incelenmitir.

-7 mikrometre kalnlnda NiP kaplama.



Tm aratrmalarda ayn elik tabaka kullanlmtr.

4.2 Sadece CrN Kaplanm elik

ekil2 ve ekil- 3te ksmen kaplanm iki numunenin Derinlik-%Arlk grafikleri verilmitir.

ekil-2 %Arlk-Derinlik, ekil-3 ise Atomik yzde-Derinlik gsterilmitir. Tablolar ise CrNkaplamay oluturan Cr ve N nin atomik ve arlk yzdeleri ile CrN kaplamann kalnln

gstermektedir.

41


42/59

ekil 2 ve 3 CrN kaplamaya mkemmel birer rnektir lemin tekrarlanabilirliini gzel birbiimde gstermektedir. Sonu da gstermektedir ki tm rnekler ayn kalnlk ve bileimesahiptir.

Grafiklerin dorusal olmas CrN kaplamann homojen olduunu gsterir. CrN/elikarasndaki katmann kalnl temizlik ve przszlk bakmndan kaplama yzeyininhazrlanmasna dair bilgi verir. Bu grafikler 300 saniye iinde elde edilmektedir. Veriler eldeedilir edilmez grafikler ve hesaplamalar bilgisayar program tarafndan hazrlanr.

ekil-4 ortalama %77.8 Cr ve %21.2 N bileimin gsterir. Yksek scaklk(HT)ileminintekrarlanabilirlii iyidir fakat dk scaklk(LT)ileminin tekrarlanabilirlii daha iyidir. Tm

bu grafikler ve hesaplamalar 300 saniyeden daha az bir zamanda elde edilir.

LT ve HT yntemlerinden elde edilen sonular karlatrlmaktadr. Programn esnekliisayesinde izim ve ekil-6 daki grafik kolaylkla elde edilebilir.

42


43/59

Dk ve yksek scaklkta yaplan homojen CrN kaplamann benzer zelliklerinigrebiliriz.Her iki yntemde de tekrarlanabilirlik mkemmeldir.Tek farkllk CrNkalnlklarnn rapor edilebilirliidir.Yksek scaklktaki kaplama ileminde dk scaklagre daha kaln bir CrN tabakas elde edilir.

4.3 Sadece NiP Kaplanm elik

farkl NiP kaplamas elde edilmektedir(7,12 ve 22 mikrometre kalnlnda).Bazparalarn benzer tipleri analiz edilmitir. Elde edilen derinlik deerleri aadadr.

Kaplanacak yzeydeki nikel difzyonu, yzeye uygulanan n temizleme almas.hakknda bize bilgi vermektedir. Analiz edilen parada da kesinlikle ayn profiligsterir.Tm nicel derinlik profilleri ve ilgili hesaplamalar 400 saniyeden daha az bir sredeelde edilir.

Beklenilen NiP kalnl 12 mikrondur. Fakat resim 8 deki analizde grafik derinlii 15.7 mikronolarak gsteriliyor. ok homojen ve yeniden uygulanabilir bir NiP kaplama grebiliriz. Grafikderinlii analizi yaklak olarak 800 saniyede tamamlanmtr.

43


44/59

Beklenilen NiP kalnl 22 mikrondur. Ancak resim 9 da gsterilen grafik derinlik analizigerek kalnln 25.7 mikron olduunu gsteriyor.

Bu yntem yeniden uygulanabilir ve iki tanesi ayn P karaszl gsterir. Bu profil derinlikanalizi yaklak olarak 1000 saniyede tamamland.

44


45/59

3 Trl NiP yntemle profillerin ksmen kaplanmas elde edilmi ve kyaslanmas salanmtr.

Bu ksmen kaplamadan 3 ynteminde Ni ve P ierikli bir NiP kaplama saladn gryoruz. Pierikli profilin avantajlar 10 kat bytlerek farkl grnmlerde incelendi, nk masadaincelemek daha kolay. Profiller P un homojen olmadn aka gsterdi.

Kt P profili kalnl 7 mikron ilemle elde edilmitir, fakat en iyisi 12 mikron ilemlidir.Genelde NiP kaplamalarn kalnl beklenilenden daha fazla olmutur. Ara yzeyin gz nnde

bulundurulmasyla, NiP kaplama kalnlnn asl yzey kaplamann yaylmasnda nemli bir

etken olduunu ortaya karm oluruz. Btn rneklerdeki asl yzey bileimlerinin aynolmasna dikkat edilmelidir. Bu nokta daha sonra bu uygulamada gelitirilecektir.

4.4 TAM SRE: ELK ZERNE DK SICAKLIKLARDA NiP LE CrN

KAPLAMA

45


46/59

Her bir CrN yntemi (dk ve yksek scaklkta) her NiP katmana uyguland (7, 12, 22mikronda). Her NiP katmana dk scaklklarda uygulanan CrN ler 1. sersilerinin sonulargrafik 11, 12 ve 13 te gsteriliyor. Tamamlanm bu prosesin nicel derinlikteki profilanalizini elde etmek iin 600, 800 ve 1000 saniye gereklidir.

Sonularn daha kolay kyaslanmas iin tam srecin yazlmnn uygulanmasgerekmektedir.

46


47/59

4.4.1 Sonular ;

Dk scaklkl CrN kaplama ok homojen ve her rnek iin kalnl yaklak 2.9mikron olan bir kaplamadr. Yeniden uygulanabilirlii onaylanmtr.

NiP 7 ve NiP 22 nin nceki incelenen ekil 7, 9 ve 10 a gre homojen bir yzeysalamad ve ayn P karaszln gzlenmitir.

Resim 13 te NiP 22 katmann kalnlk bakmndan yeniden uygulanabilirliinin uygunolmad gzleniyor.

NiP 7, 12 ve 22 kalnlklar nceden incelenmilerle benzerdir fakat beklenilenkalnlklarla uyumaz. NiP kalnl arttnda yzey de Ni ve P emilimi artar.

4.5 TAM SRE: ELK ZERNE YKSEK SICAKLIKLARDA NiP LE CrNKAPLAMA

Aada grlen yksek scaklk profillerin hazrlanmasnda her bir NiP katmanabavurulmutur. tam srecin ksmi kaplamas resim 15 te gsterilmitir.

47


48/59

4.5.1 Sonular;

CrN yksek scaklklarda kaplama, kalnlk ve bileim bakmndan iyidir ve yenidenuygulanabilirlii mmkndr.

CrN yksek scakln kalnl yaklak 3.2 mikrondur. Bu resim 6 da incelenmikalnlklarla benzerdir.

CrN yksek scaklktaki uygulamasnn dk scaklktaki uygulamalarna gre kaygankaln bir CrN tabaka saladn grebiliriz.

Resim 14 teki NiP katmanlara dair nceki btn yorumlar resim 15 iin kullanlabilir birdeerdir.

4.6 YZEYN BLEM

Derin profil analizleri yzey bileiminin tamamlanmasn salayabilir.

48


49/59

Grafikler dz olduunda sinyallerin birletirilmesiyle yazlm yzey bileenlerinin dorusunuhesaplayacak ve sonular Tablo 1 deki gibi gsterecektir.

4.7 RAPOR RETCS

Rapor reticisi, QDP yazlmnn blm, operatrn kolayca gzel bir hazlamas iin yardmeder. Resim 17 deki gibi bir dokman otomatik olarak retilebilir. Raporlar bilgilerin deiikieriklerine gre, kaplama ieriine gre arlk, metin, amblem dier rmeklerleilikilendirilerek analizin dosya referans, tarih/saat ve daha fazlasna gre yazlabilir ve dekiiselletirilebilir.

49


50/59

Not: Dokman da gsterilen btn kalnlklar metrik sistemindedir. Ayrca yazlm metriksistemini US birimine de dntrebilir.

Figre 17: Example of Customized Report

4.7.1 Rapor Balklar

Bir ok rnek iin profil derinlii ksmi kaplamas ve btn hesaplamalar bu grafikten

yaplr

50


51/59

Her rnek iin kalnlk ve her katmann bileenleri

Yzey bileenleri

ZET

Bu uygulama notlar GD-OES tekniinin ok katmanl ve tek katmanl kaplamalardahomojenliin, kalnln ve bileiminin hzl bir ekil de incelenmesi iin ideal bir alet olduunugsteriyor.

GD-OES in Dier Faydalar

Ara tabakadaki g ve yap ve dalmnn incelenmesi

Sapmalarn gsterilmesi ve ilemin kontrol

Bitmi rnlerin kalite kontrol

Ar-Ge de beklenmeyen durumlarn gerekliinin aklanmas

51


52/59

52


53/59

4.8 KROM NTRR KAPLAMALI CELKLERDE TABAKALAR ARASINKELN ETKS

CrN kaplamal eliklerin zellikleri zerinde tabakalar arasnn nikelin etkileri incelendi.

Tabakalar aras nikel 150 nm ye kadarki eitli kalnlklardaki akmsz levhalarla birliktedzenlendi. CrN kaplamas, sputering gaz iindeki % 7,15 ve % 20 nitrojenle birliktetabakalar aras nikel etrafnda depo edilmitir. Sadece % 7 nitrojenli CrN kaplamasatlakszdr. Sonular ok kk tabakalar aras nikelin CrN kaplamal eliklerin izikdirencini arttrdn gstermektedir. Kaplama performansn arttrmak iin 2 dakika boyunca400 C de uygulanmas uygundur.

Scaklk davranyla birlikte, tabakalar aras nikelin yararl etkileri ak bir ekildeincelendi. En uygun tabakalar aras nikel kalnlk 65 nm civarnda olduu grlmektedir.

Nikel tabakalar olmadan kaplama zerindeki scaklk snrndan sonra iddetli atlaklargrlr. 25 nanometrelik bir tabakalar aras nikel ile, atlak miktar nemli bir lde azalr.65 nanometrelik bir tabakalar aras nikel ile kaplama yzeyi scaklk snrndan sonra esasenatlakszdr. Kaplanm eliin izik direnci, tabakalar aras nikel ve scaklk snr tarafndannemli lde etkilenir. Bir tabakalar aras nikel ile CrN kaplamasnn scaklk davran iin,entik izi temizlendi ve izik kalntlar miktarnn kzltesi davranlarndan daha kkolduu grld. Btn rneklerin izik izlerinin karlatrlmasnda, en iyi izik davran 65nanometrelik tabakalar aras nikel kapl olanda grlmtr.

4.9 BR DZEL MOTORU SLNDR YZEYNN SERAMK MALZEME LEKAPLANARAK AINMA DAVRANIININ DENEYSEL NCELENMES

Bu almada, bir dizel motorunun silindir yzeyi CrN ile kaplanarak anma davrandeneysel olarak incelenmitir. Deneysel alma iin seilen tek silindirli direkt pskrtmeli birdizel motorunun silindir yzeyi, katodik Ark PVD (Fiziksel Buhar

Biriktirme Yntemi) kullanlarak 1,8 0,2 m kalnlnda CrN seramik malzeme ilekaplanmtr. Deneysel almada kullanlan motor nce kaplanm olarak belirli yk ve devirsaylarnda 200 saat test edilerek, performans deerleri alnmtr. Daha sonra normal motorayn yk ve devir saylarnda bu motor da 200 saat test edilmi ve her iki motora ait performans

deerleri karlatrlmtr.Silindirin anma ve korozyon gibi etkilerini incelemek iin kaplanm ve kaplanmam

paralarn karlkl ayn blgelerinden numuneler alnmtr. Kaplanm ve normalyzeylerdeki mevcut fazlar ve bunlarn kimyasal bileenlerini analiz etmek iin SEM(Scanning Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersive Spectrograph), X- RAY, yzey

przll ve mikro sertlik analizleri yaplmtr.

Ayrca zgl yakt tketimi, efektif g, motor momenti, ya scakl, egzoz gazscakl, egzoz emisyonlarndaki deimeler kaplanm ve normal motor iin llmtr.

Yaplan analizler sonucunda, CrN kaplamal silindirlerde, anmann az ve anma

izgilerinin derinliinin dkme demir silindire gre daha dk olduu grlmtr. CrNkaplamal silindirin yzeyinde az da olsa mikro atlaklarn olduu tespit edilmi, bunakaplama ilemi srasnda gelien yksek i gerilmelerin sebep olduu sonucuna varlmtr.

53


54/59

CrN kaplanm yzeyin anma direncinin yksek, srtnme katsaysnn dk olmas,anmay nemli lde azaltmtr. Yaplan kaplama ileminde, kaplama kalnlnn dkolmas (1,8 0,2 m) s yaltm asndan kayda deer bir fayda getirmedii, bunun sonucuolarak motor performansnda nemli bir deiimin olmad gzlenmitir. Seramik kaplanmmotorda egzoz gaz scaklnn bir miktar ykseldii llmtr. Scaklk artnn yanmay

olumlu etkiledii, zellikle CO emisyonunu azaltt sonucuna varlmtr.

54


55/59

55


56/59

56


57/59

57


58/59

58


59/59

KAYNAKLAR

Titanit Ultra Sert Kaplamalar Ltd.ti. rn Katalou ve nternet Sitesiwww.titanit.com.tr

Hanbey, HAZAR Frat niversitesi Fen Bilimleri Enstits Makine Ana Bilim DalDoktora Tezi Sayfa:112

Havaclk ve Uzay Teknolojileri Dergisi Temmuz 2003 Cilt 1 Say 2(41-48)

LECO Corporation www.leco.com

BAAKTIN Kaplamaclk stanbul www.basaktin.com

TNKAP Sert Kaplamalar San.Tic.Ltd.ti

Surfaces and Interfaces in Nanostructered Materials 2,2006

Documents

YÜZEY İŞLEMLERİ