Karşıt yüzeylerde meydana gelen aşınmalar açısından kaplamaların karşılaştırılması

0.0E+00 5.0E-06 1.0E-05 1.5E-05 2.0E-05 2.5E-05 A şı n m a h acm i ( m m 3 )

MoN +1.35Ag +8Ag +24Ag

Kaplama tipi

2N-10cm/s 2N-20cm/s 5N-20cm/s

Şekil 6.30: MoN-Ag kaplamalara karşı kullanılan Al2O3 toplarda hıza ve yüke bağlı olarak meydana gelen aşınma hacimleri.

0.0E+00 5.0E-06 1.0E-05 1.5E-05 2.0E-05 2.5E-05 A şı nm a ha cm i ( m m 3 )

Mo2N +0.5Ag +10Ag +22Ag

Kaplama tipi

2N-10cm/s 2N-20cm/s 5N-20cm/s

Şekil 6.31: Mo2N-Ag kaplamalara karşı kullanılan Al2O3 toplarda hıza ve yüke bağlı olarak meydana gelen aşınma hacimleri.

Tablo 6.3: Kuru ortamda alumina topa karşı yapılan sürtünme-aşınma deneyi sonuçları. 2N-10 cm/s 2N-20 cm/s 5N-20 cm/s Kaplama S.K. A. H. top (μm3₎ A. H. disk (μm3₎ S.K. A. H. top (μm3₎ A. H. disk (μm3₎ S.K. A. H. top (μm3₎ A. H. disk (μm3₎

MoN 0.36 5.2E-6 Çizik 0.29 3.7E-6 Çizik 0.37 2.6E-5 Çizik

+1.35Ag 0.35 2.6E-6 Çizik 0.35 2.1E-6 Çizik 0.36 8.7E-6 Çizik +8Ag 0.28 4.8E-6 Çizik 0.27 2.0E-6 Çizik 0.30 1.7E-5 Çizik

+24Ag 0.55 0 2.1E+6 0.56 0 3.8E+6 0.40 0 5.59E+6

Mo2N 0.47 4.7E-6 Çizik 0.41 3.2E-6 Çizik 0.40 1.1E-5 Çizik

+0.5Ag 0.42 7.6E-6 Çizik 0.41 4.6E-6 Çizik 0.33 4.5E-6 Çizik

+10Ag 0.31 3.3E-9 Çizik 0.50 0 Çizik 0.39 1.2E-5 Çizik

+22Ag 0.66 7.9E-9 6.4E+6 0.50 0 6.5E+6 0.75 0 8.91E+6

A.H: Aşınma hacmi

Deneyler sonucunda elde edilen tüm sonuçlar orijinaldir. Bu konuda yapılan çalışmalar incelendiğinde genelde Mo-N kaplamaların üretiminde, katodik ark sistemi dışındaki sistemlerin kullanıldığı görülmektedir. Katodik ark kullanılarak üretilen kaplamaların özellikleri, diğer kaplama sistemleriyle üretilen kaplamalardan oldukça farklıdır. Diğer kaplama sistemleri kullanımında elde edilen kaplamalarda Mo2N fazının baskın olduğu karışık fazlar içeren kaplamalar üretilmiştir. Tez çalışmasında üretilen kaplamalarda MoN ve Mo2N fazları ayrı-ayrı üretilmiş ve içerisine ilave edilen Ag içeriğine bağlı olarak filmlerin sürtünme-aşınma özellikleri incelenmiştir. MoN kaplamaların sertlik değerleri Mo2N kaplamalara nazaran çok yüksek değerlerdedir. MoN ve Mo2N kaplamalara Ag ilavesi ile elde edilen çok sert/yumuşak faz ve sert/yumuşak fazların birbirleri ile kullanımı sonucunda sürtünme ve aşınma özelliklerinin nasıl değiştiği literatürde ilk kez bu tez kapsamında incelenmiştir.

Kuru şartlarda, Al2O3 karşıt malzeme kullanılarak yapılan disk üzeri pin deneylerinden elde edilen sonuçlar her bir malzeme grubu için yükün ve hızın değişimine bağlı olarak irdelenerek aşağıda özetlenmiştir. Kaplamalara ilave edilen Ag içerikleri için MoN-1.35 Ag ve Mo2N-0.5Ag için “az Ag içeriği”, benzer şekilde 8 ve 10 Ag içeriği için “orta Ag içeriği”, 24 ve 22 Ag içeriği için ise “yüksek Ag içerikli” tabirleri kullanılmıştır.

1) Katkısız MoN ve Mo2N kaplamalara 2N -5N yüklemelerde ve 10cm/s-20cm/s hızlarda yapılan deneyler sonucunda kaplamalı numunelerde derinliği olmayan küçük birkaç çizik dışında herhangi bir aşınma meydana gelmemiştir. Karşıt malzemelerde meydana gelen aşınmalar açısından her iki kaplama grubunda da hızın

arttırılmasıyla birlikte aşınma miktarlarında azalma görülmektedir. Hızın artması ile birlikte sürtünme sonucu oluşan oksitlerin yapısal özellikleri de değişmektedir. Mikro-Raman incelemelerinden, oluşan oksit yapısının 2N-10cm/s için amorfa yakın özellikte olduğu görülmüştür. Hızın 20cm/s olması durumunda ise yapıda nanokristalin yapıya benzer dönüşümler olduğu mikro-Raman incelemelerinde görülmektedir. Aynı hız değerinde yükün 5N’a çıkarılması ile birlikte aşınma izlerinde kristalin MoO3 yapının hakim olduğu tespit edilmiştir. Nano kristalin oksit yapılarının oluşumu sonucunda literatürdeki çalışmalara [104] benzer olarak yüksek hızlarda her iki kaplama grubunda da sürtünme katsayısı ve karşıt yüzey aşınmaları açısından önemli bir azalma olduğu görülmektedir.

Hızın bir diğer önemli etkisi, hıza bağlı olarak aşınma hareketinin frekansının artmasıdır. Literatürde çelik malzemeler üzerine yapılan çalışmalarda, frekansın 9Hz in üstünde olması durumunda aşınma tipinin oksidatif, 4Hz in altındaki frekanslarda ise adezif aşınma yapısına uyduğu rapor edilmiştir [105]. Aşınma sistemi farklı olmasına rağmen tez çalışmasında elde edilen sonuçlar da frekansın etkisinin bir göstergesidir. Deneysel çalışmalar sırasında aşınma her kaplama grubunda aynı frekansın uygulanabilmesi için tüm deneyler eşit çaplarda yapılmıştır. Hızın 10cm/s olması durumunda elde edilen hareket frekansı 2.3Hz, 20cm/s hızda ise 7Hz’dir. Farklı frekanslar altında aşınma modundaki değişim nedeniyle karşıt malzemelerde meydana gelen aşınma miktarları yükselen frekansla birlikte azalmıştır. Aynı frekansta yükün 5N’a çıkarılması durumunda ise mekanik özellikler daha etkili hale gelmektedir. Özellikle yüksek Ag içeriğine sahip MoN-Ag kaplamada meydana gelen plastik deformasyon, bunun en açık göstergesidir (Şekil 6.19).

MoN kaplamalarda hızın 10cm/s den 20cm/s ye çıkarılması ile Al2O3 toplarda meydana gelen aşınma miktarı %27, Mo2N kaplamlarda ise %23 oranında azalmış, yükün arttırılması ile 20cm/s hız için MoN kaplamanın aşınma miktarında %68, Mo2N kaplamada ise %35 oranında bir artışa neden olmuştur. İki kaplama grubu kendi aralarında karşılaştırıldığında ise Mo2N kaplamalara karşı kullanılan Al2O3 toplarda meydana gelen aşınmanın MoN kaplamaya kıyasla daha az olduğu görülmektedir.

2) Düşük Ag içeriğine sahip kaplamalarda da yukarıda açıklanan yapıya benzer olarak, hızın arttırılmasıyla gerek sürtünme katsayısında gerekse aşınma miktarlarında bir miktar azalma meydana gelmiştir. Aşınma miktarları dikkate

alındığında MoN kaplamaya at.%1.35 gibi az miktarda Ag ilavesi ile kaplamada önemli bir aşınma meydana gelmeksizin karşıt malzemede meydana gelen aşınma miktarında düşük hızlarda %50 ye varan bir azalma, yüksek yükleme ve hızda ise %27 oranında bir azalma meydana gelmiştir. İlave edilen Ag ile mekanik özeliklerde bir miktara azalma olmasına rağmen karşıt malzeme aşınmasında ciddi miktarda azalma meydana gelmektedir.

3) Orta Ag içeriğine sahip kaplamalarda her iki kaplama grubu için de önemli bir aşınma meydana gelmemiştir. MoN-Ag grubu için saf MoN kaplamaya nazaran sürtünme katsayısı ve aşınma miktarlarında önemli azalma meydana gelmiştir. Fakat asıl önemli faklılık Mo2N-Ag grubunda görülmektedir. Mo2N-at.%10Ag kaplamalarda tüm deney koşullarında çizilmeler dışında aşınma izine rastlanmazken karşıt malzeme aşınmasında çok yüksek miktarda azalma meydana gelmiş, 2N- 20cm/s deney koşulunda ise hiçbir aşınma oluşmamıştır. MoN-Ag kaplama serisinde aynı şartlarda aşınma kayıplarında azalma meydana gelmesine rağmen aşınmanın tamamen ortadan kalkması söz konusu değildir. Yükselen Ag içeriğine bağlı olarak sert-yumuşak faz yapısının etkin olduğu yatak malzemelerine benzer bir davranış görülmüş, tüm kaplama grupları içerisinde sürtünme ve aşınma açısından en iyi sonuçlar orta Ag içeriğine sahip kaplamalarda elde edilmiştir.

4) Yüksek Ag içeriğine sahip kaplama grubunda, artan Ag içeriğine bağlı olarak kötüleşen mekanik özelliklerin ve kaplamanın düşük sertliği nedeniyle karşıt yüzeylerde aşınma olmamasına rağmen kaplamalarda önemli aşınma meydana gelmiştir. MoN-Ag kaplamalarda meydana gelen aşınma miktarı Mo2N kaplamalara kıyasla daha azdır. MoN kaplamalar mekanik özellikler açısından Mo2N kaplamalardan daha üstün özelliklere sahip olmanın yanında mekanik olarak oluşan aşınma izlerinden de görülebileceği üzere mekanik yükleme sonucunda Ag’ün hareket yönüne bağlı olarak yüzeye sıvanması sonucunda (Şekil 6.19) aşınma miktarlarıda Mo2N-at.%24Ag kaplamadan daha iyi sonuçlar vermiştir.

Yüksek Ag içeriğine sahip kaplamaların sürtünme katsayısı değerleri, diğer tüm kaplamalardan daha yüksek seviyelerdedir. Bunun temel nedeni kaplama içerisindeki Ag’ün karşıt malzemeye sıvanması ve buna bağlı olarak yüksek Ag-Ag adezyonunun meydana gelmesidir.