Magnetron sıçratma ile Tantal-Oksit kaplama öncesi uygulanan alkali, alkali-asit ve kumlama yüzey işlemlerinin 7075 Alüminyum alaşımlarının aşınma davranışlarına etkileri

Year 2023, Volume: 38 Issue: 2, 795 - 806, 07.10.2022

Canser Gül Sevda Albayrak Hanifi Çinici İrem Burcu Algan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1024352

Cited By: 2

Abstract

Alüminyum alaşımları yüksek özgül dayanımları nedeni ile birçok sektörde yaygın kullanım alanı olan ve günümüzün gelişen teknolojisine uyum sağlayabilmek için sürekli geliştirilmeye devam eden alaşımlardır. Bu alaşım grupları içinde çökelme sertleşmesi ile sertleştirilebilen alaşım gruplarından olan 2XXX ve 7XXX serisi alaşımlarının kullanımı daha da yaygındır. Bu çalışma kapsamında 7075 alüminyum alaşımlarının aşınma dayanımlarının geliştirilmesi amacı ile RF sıçratma yöntemi ile amorf tantal-oksit tabakası kaplanmıştır. Kaplama tabakası; parlak, kumlanmış, alkali ve alkali asit işlemleri sonrasında numune gruplarına uygulanmış olup, kaplama öncesi uygulanan yüzey işlemlerinin kaplama sonrası aşınma performanslarına etkisi incelenmiştir. Kaplama sonrası yüzey morfolojilerine olan etki taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) kullanılarak, yapısal analizleri X-ışını difraksiyonu (XRD) yöntemi ile incelenmiştir. Numunelerin aşınma davranışı oda sıcaklığında kuru kayma koşullarında gerçekleştirilen ball-on disk aşınma testi ile ve aşınma sonrasında gerçekleştirilen SEM incelemeleri, aşınma izi profil ölçümleri, ortalama hacim kaybı hesapları ve sürtünme katsayısı değerlendirmeleri ile gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi sonrasında, çatlak, boşluk ve heterojenlik içermeyen amorf yapıda Ta2O5 eldesi sağlanmıştır. Kaplama kalınlıkları ≅2,5-5µm olarak ölçülmüştür. Tüm numuneler arasında en yüksek aşınma dayanımı alkali ve alkali asit işlemleri sonrasında kaplanmış olan numunelerde gözlemlenmiş olup, parlatılmış ve işlem görmemiş numune ile kıyaslandığında aşınma sonrası hacim kayıplarının %69-77 oranında azaldığı gözlemlenmiştir.

Keywords

Alüminyum alaşımı, AA7075, Tantal-oksit, RF sıçratma yöntemi, Yüzey işlemi, Aşınma

References

• Abolhasani, A., Zarei-Hanzaki, A., Abedi, H.R., and Rokni, M.R., The room temperature mechanical properties of hot rolled 7075 aluminum alloy, Materials and Design, 34, 631-636, 20212, 2012.
• Al-Kuhaili, M.F., Co-sputtered tantalum-doped tin oxide thin films for transparent conducting applications, Materials Chemistry and Physics, 257, 123749, 2021.
• Bansal, N. P., Low-temperature synthesis, pyrolysis and crystallization of tantalum oxide gels, Journal of Material Science, 29, 5065–5070, 1994.
• Bayazid, S.M., Farhangi, H., Asgharzadeh, H., Radan, L., Ghahramani, A., and Mirhaji, A., Effect of cyclic solution treatment on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 7075 Al alloy, Materials Science & Engineering A, 649, 293-300, 2016.
• Bright, T.J., Watjen J.I., Zhang Z.M., Muratore, C., Voevodin, A. A., Koukis, D. I., Tanner, D. B., and Arenas, D. J., Infrared optical properties of amorphous and nanocrystalline Ta2O5 thin films, Journal of Applied Physics, 114, 083515, 2013.
• Chandradass, J., Thirugnanasambandham, T., Jawahar, P., and Kannan, T.T.M., Effect of silicon carbide and silicon carbide/alumina reinforced aluminum alloy (AA6061) metal matrix composite, Materials Today: Proceedings, 45, Part 7, 7147-7150, 2021.
• Chen, X, Bai, R, and Huang, M., Optical properties of amorphous Ta2O5 thin films deposited by RF magnetron sputtering, Optical Materials, 97, 109404, 2019.
• Demirel, M.Y., and Karaağaç, İ., 7075-T6 Alaşımının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Tavlama İşleminin Etkisinin Deneysel Olarak Araştırılması, Politeknik Dergisi, 23(2), 283-289, 2020.
• Di, C., Yan, X., Yang, Y., Ye, W., ZAhao, M., Li, D., Wear behaviors and high-temperature oxidation resistance properties of tantalum carbide layer, Ceramics International, 47(23), 32766-32774, 2021.
• Dobrzański, L.A., Włodarczyk, A., and Adamiak, M., Structure, properties and corrosion resistance of PM composite materials based on EN AW-2124 aluminum alloy reinforced with the Al2O3 ceramic particles, Journal of Materials Processing Technology, 162–163, 27-32, 2005.
• Durmuş, H., Gül, C., Çömez, N., Uzun, R.O., From Metal Chips to Composite: Effect of age-hardening on mechanical and wear properties of Al2O3 reinforced AA7075 composites, Science of Sintering, 52, 177-186, 2020.
• Dwivedi, P., Siddiquee, A.N., and Maheshwari, S., Issues and Requirements for Aluminum Alloys Used in Aircraft Components: State of the Art, Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 62, 212–225, 2021.
• Fernández-Abia, A. I., Barreiro, J., López de Lacalle, L.N., González-Madruga, D., Effect of mechanical pre-treatments in the behaviour of nanostructured PVD-coated tools in turning, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 73(5-8), 1119-1132, 2014.
• Grilli, M.L., Yilmaz, M., Aydogan, S., and Çırak, B. B., Room temperature deposition of XRD-amorphous TiO2 thin films: investigation of device performance as a function of temperature, Ceramic International, 44, 11582–11590, 2018.
• Gül, C., Albayrak, S., Çinici, H., Characterization of Tantalum Oxide Sol–Gel-coated AZ91 Mg Alloys, Transactions of the Indian Institute of Metals, 73, 1249–1256, 2020.
• Huang, H.L, Chang, Y.Y., Chen, H.J., Chou, Y. K., Lai, C.H., Chen, M.Y.C., Antibacterial properties and cytocompatibility of tantalum oxide coatings with different silver content, Journal of Vacuum Science & Technology, A32, 02B117, 2014.
• Jimmy Wu, S.-J., Houng, B., and Huang, B.-S., Effect of growth and annealing temperatures on crystallization of tantalum pentoxide thin film prepared by RF magnetron sputtering method, Journal of Alloys and Compounds, 475, 488–493, 2009.
• Karacif, K. Hardness and corrosion properties of functionally graded AA5083/Al2O3 composites produced by powder metallurgy method, International Journal of Materials Research, 111(9), 719-725, 2020.
• Kehal, A., Saoula, N., Abaidia, S.-E.-H., Nouveau, C., Effect of Ar/N2 flow ratio on the microstructure and mechanical properties of Ti-Cr-N coatings deposited by DC magnetron sputtering on AISI D2 tool steels, Surface and Coatings Technology, 421, 127444, 2021.
• Kern, M. and Thompson, V.P., Effects of sandblasting and silica-coating procedures on pure titanium, Journal of Dentistry, 22(5), 300-306, 1994.
• Krainer, S., and Hirn, U., Contact angle measurement on porous substrates: Effect of liquid absorption and drop size, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 619, 126503, 2021.
• Ma, Y., Li, L., Qian, J., Qu, W., Luo, R., Wu, F., Chen, R., Materials and structure engineering by magnetron sputtering for advanced lithium batteries, Energy Storage Materials, 39, 203-224, 2021.
• Mu, J., Wang, H., Qin, B., Zhang, Y., Chen, L., Zeng, C., Improved wear and corrosion resistance of biological compatible TiZrNb films on biomedical Ti6Al4V substrates by optimizing sputtering power, Surface and Coatings Technology, 428, 127866, 2021.
• Nguyen, C. L., Preston, A., Tran, A.T.T., Dickinson, M., and Metson, J. B., Adhesion enhancement of titanium nitride coating on aluminum casting alloy by intrinsic microstructures, Applied Surface Science, 377, 174-179, 2016.
• Pradeep Devaneyan, S., Peter Pushpanathan, D., Senthilvelan, T., and Ganesh, R., Enhanced corrosion and wear behavior of nano titanium carbide reinforced polyurethane PMC coating on aluminium 7075, Materials Today: Proceedings, 5(5), Part 2, 11491-11497, 2018.
• Poolcharuansin, P., Chingsungnoen, A., Passaja, N., Horprathum, M., Bradley, J.W., Measurement of negative ion fluxes during DC reactive magnetron sputtering of Ti in Ar/O2 atmosphere using a magnetic-filtering probe, Vacuum, 194, 110549, 2021.
• Schwankl, M., Kellner, R., Singer, R. F., and Körner, C., The influence of sandblasting on the morphology of electroless deposited zinclayers on aluminum sheets, Applied Surface Science, 283, 202-208, 2013.
• Shanbhag, V. V., Yalamoori, N. N., Karthikeyan, S., Ramanujam, R., and Venkatesan, K., Fabrication, surface morphology and corrosion investigation of Al 7075-Al2O3 matrix composite in sea water and industrial environment, Procedia Engineering, 97, 607-613, 2014.
• Sheng, L., Xiao, Y., Jiao, C., Du, B., Li, Y., Wu, Z., Shao, L., Influence of layer number on microstructure, mechanical properties and wear behavior of the TiN/Ti multilayer coatings fabricated by high-power magnetron sputtering deposition, Journal of Manufacturing Processes, 70, 529-542, 2021.
• Soares, E., Bouchonneau, N., Alves, A., Alves, K., Filho, O.A., Mesguich, D., Chevallier, G., Laurent, C., and Estournes, C., Microstructure and mechanical properties of AA7075 aluminum alloy fabricated by spark plasma sintering (SPS), Materials, 14(2), 488-493, 2021.
• Uzun, A., Asikuzun, E., Gokmen, U., Cinici, H., Vickers Microhardness Studies on B4C Reinforced/Unreinforced Foamable Aluminium Composites, Transactions of the Indian Institute of Metals, 71, 327-337, 2018.
• Wei, B.-J., Cheng, Y.-L., Liu, Y.-Y., Zhu, Z.-D., Cheng, Y.-L., Corrosion and wear resistance of AZ31 Mg alloy treated by duplex process of magnetron sputtering and plasma electrolytic oxidation, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 31(8), 2287-2306, 2021.
• Wang, X., Zeng, X., Wu, G., Yao, S., Lai, Y., Effects of tantalum ion implantation on the corrosion behavior of AZ31 magnesium alloys, Journal of Alloys and Compounds, 437(1-2), 87-92, 2007.
• Wang, H.-Y., Zhu, R.-F., Lu, Y.-P., Xiao, G.-Y., Zhao, X.-C., He, K., Yuan, Y.F., Li, Y., and Ma, X.-N., Preparation and properties of plasma electrolytic oxidation coating on sandblasted pure titanium by a combination treatment, Materials Science and Engineering: C, 42, 657-664, 2014.
• Wang, Z., Georgarakis, K., Nakayama, K.S., Li, Y., Tsarkov, A.A., Xie, G., Dudina, D., Louzguine-Luzgin, D.V., and Yavari, A.R., Microstructure and mechanical behavior of metallic glass fiber reinforced Al alloy matrix composites, Scientific Reports, 6, 24384, 2016.
• Zhang, Z. H., Liu, S. F., Sun, Z. M., and Yan, X. D., Evaluation on Microstructure of Aluminum Alloys Dedicated to Plasma Etcher, Materials Science Forum, 689, 343–349, 2011.
• Zlamal, T., Mrkvica, I., Szotkowski , T., Malotova, S., The Influence of Surface Treatment of PVD Coating on Its Quality and Wear Resistant, Coatings, 9(7), 439., 2019.
• Zhou, D., Huang, L., Yuan, J., Li, C., Influences of different sputtering current on the microstructure and electrical properties of silicon nitride thin films deposited on cemented carbide tools, Ceramics International, 47(22), 32160-32167, 2021.