Orta Karbonlu Çelik Üzerine Elektriksiz Çoklu Nanokompozit Kaplamaların Mikroyapı Ve Tribolojik Özellikleri

Abstract

Aşınma, korozyon ve yorulma gibi yüzey bozunma olayları, değişik ortamlar altında kullanılan birçok mühendislik elemanının kullanılmaz hale gelmesine sebep olmaktadır. Dolayısıyla bu olumsuz netice, ülke ekonomilerine malzeme ve enerji açısından kayıp olarak aksi yönde yansımaktadır. Bu kayıpları azaltma adına geçmişten günümüze kadar çok sayıda çözüm yöntemi geliştirilmiştir. Bugün gelinen son noktada, “etkili bir yağlayıcı (katı, yarı katı, sıvı, gaz) kullanılması” ve/veya “uygun bir yüzey işlemi (kaplama gibi) uygulanması” olarak iki temel kaide etrafında birleşilmiştir. Yüzey kaplama yöntemlerinden özellikle gaz ve plazma fazlarında gerçekleştirilen yüksek maliyetli birçok yöntem (fiziksel ve kimyasal buhar kaplama gibi) istenen özelliklere sahip mühendislik yüzeyleri sunabilmesine rağmen, çok basit işlem süreci ve düşük maliyet sunması nedeniyle elektrikli (electroplating) ve elektriksiz (electroless) kaplama işlemlerine olan ilgi daha fazla olmuştur. Elektrikli kaplama işlemi, bir elektrik akım kaynağı gerektirmekte ve elektrik akımının kaplanacak malzeme yüzeyine tamamen dağıtılamama ihtimalinden dolayı üniform kalınlıkta kaplama üretmede sıkıntılar doğurabilmektedir. Oysa daha ekonomik olan elektriksiz kaplama, elektriksel enerji kullanılmadan basit bir işlem süreci neticesinde delikli, girintili, oyuk ve karmaşık geometrilere sahip her tür malzeme üzerine üniform kalınlıkta film büyümesini sağlayacak bir özelliğe sahiptir. Elektriksiz kaplama işlemi, 1946’da Brenner ve Riddell’in bu işlemi icadından bu yana, çok çeşitli sanayi uygulamalarında karşılaşılan talepleri karşılamak için önemli ölçüde değişimler geçirmiştir. Elektriksiz kaplama türleri arasında, özellikle elektriksiz nikel kaplamalar, sert, kimyasal olarak soy, aşınma ve korozyona dirençli bir yüzey sunması nedeniyle ticari sektörde bu kaplamaların kullanım genişliğini daha çok artırmıştır. Ni-P, Ni-B ve çoklu olarak üç sınıfa ayrılan elektriksiz nikel kaplamalardan, Ni-P kaplamalar, günümüze kadar petrokimya sanayi, tıp, diş hekimliği, eczacılık, yazı ve dokuma sanayi, paketleme ve gıda sanayi, madencilik, ağaç ve kâğıt sanayi, otomotiv sanayi, kalıp ve döküm sanayi, elektronik sanayi ve onarım işlemleri gibi çok geniş bir ticari kullanım alanı bulmuştur. Elektrikli ve elektriksiz üretilen Ni-P kaplamaların üretimi ve özellikleri üzerine çok sayıda çalışma yapılmış olmasına rağmen, elektriksiz nikel kaplama türlerinden olan Ni-B çoklu nano partikül katkılı kaplamalar üzerindeki çalışmalar çok asgari düzeyde kalmıştır. Elektriksiz Ni-B kaplama, elektriksel enerji kullanılmadan, sulu çözelti içerisinde nikel iyonlarının katalitik işlemine ve buna müteakiben nikel metalinin çöktürülmesine bağlı olan bir kimyasal indirgenme işlemdir. Bu kaplama türü, iletken ve yalıtkan birçok türde farklı taban malzemeye uygulanabilir. Bu kaplamalar, yüksek korozyon ve yüksek aşınma direnci, yüksek sertlik ve mükemmel elektriksel özellikler sunması nedeniyle ağır iş yapan mühendislik elemanları, yakıt, gaz valf elemanları, pompalar, boru bağlantı elemanlar, otomotiv ve uzay sanayi, kimyasal işlemler ve eczacılık sanayi gibi çok geniş bir sahada kullanım potansiyeline sahiptir. Çoklu kaplamalara dair yapılan son çalışmalar çok asgari düzeyde dahi olsa, sertlik ve aşınma direnci açısından olumlu sonuçlar alındığından umut vericidir. Şöyle ki, Çoklu kaplamalardan Ni-B çoklu nano partikül katkılı kaplanmış elemanların daha sonra ısıtılması ile kimyasal ve mekanik özelliklerin iyileştiği görülmüştür. Tüm bunlara rağmen, Ni-B kaplamalarda kristal yapı–sertlik–sürtünme katsayısı–kaplama kalınlığı–aşınma–korozyon ilişkilerini açıklayan kaplama karakterizasyonuna dair literatürde herhangi bir çalışmanın olmadığı görülmektedir. Bu karakterizasyon bilgisinin elde edilmesi halinde, en uygun (optimum) kaplama parametrelerinin oluşturulması için gerekli zemin hazırlanmış olacaktır.

Bu çalışmada, sanayide çok geniş uygulama alanı bulan orta karbonlu çelik taban malzemeler üzerine–sodyumborhidrit indirgiyeci kullanılarak Elektriksiz kaplama yöntemi ile–yüksek sertlik, yüksek aşınma ve korozyon direncine sahip, katı yağlama özelliği sergileyebilen Ni-B çoklu kaplamaların üretilmesi hedeflenmektedir. Daha sonra üretilen bu kaplamaların yapısal, mekanik, tribolojik ve korozyon özellikleri araştırılacak ve kristal yapı–sertlik–sürtünme katsayısı–kaplama kalınlığı–aşınma-korozyon ilişkileri irdelenecektir. Kaplamaların yapısal özellikleri, XRD (x ışını kırınım ölçer), SEM (taramalı elektron mikroskop) ile, kimyasal bileşimleri ise EDS (enerji dağılım ölçer) ile araştırılacaktır. İstenilen kalitede Ni-B çoklu nano partikül katkılı kaplamaların üretilmesi halinde, bu çalışmanın mevcut literatürün geliştirilmesinde ve yeni fikirlerin oluşumuna zemin hazırlamada, yurdumuzda kaplama işlemi talepleri ya da kaplanmış malzemeye olan ihtiyaçların yurt dışından ithalatının azaltılmasında ve Ni-B’nin MoS2, grafit ve PTFE gibi hem bir katı yağlayıcı, hem de aşınma ve korozyona dirençli bir kaplama olarak iki görevi birlikte üstlenebilecek uygulamalar için bir basamak olacağı, düşük maliyetli bir işlem olması nedeniyle Ni-B çoklu nano partikül katkılı kaplamanın ticari olarak üretimi düşüncesinin şekillenmesine katkı sağlayacağı ve dünyada Ni-P kaplamalara alternatif ve rakip bir kaplama olarak yurt dışı kaplama sektörüne adım atma yolunda ışık tutacağı düşünülmektedir.