Corrosion Behavior of TiN Coated AISI D2 Steel

Öz

In this study, the corrosion behaviors of nitride and titanium nitride (TiN) layers deposited on AISI D2 steel samples are reported. Steel was at first nitrided in a nitrogen and ammonia atmosphere at 575 °C for 8 h and then titanium nitride coating treatment was performed in the powder mixture consisting of ferro-titanium, ammonium chloride and alumina at 1000°C for 2h by pack diffusion coating. TiN coating layer thickness realized on the AISI D2 steel is 6,71 ± 0,9 μm. The hardness of TiN layers is 1450±30 HV0.005 which is much higher than that of the hardness of nitrided layers (920 ± 20 HV0,005) and substrates (550±14 HV0,005). Micro-structural investigation, phase analysis and corrosion tests were realized on the titanium nitride coated steel. The corrosion properties of uncoated and coated samples were characterized by potentiostatic polarization test. Nitrided and TiN coated steel specimens exhibited higher corrosion resistance than uncoated steel in 0.5M H2SO4 solution. Conclusively, the application of nitride and TiN films on AISI D2 steel increased surface hardness and corrosion resistance. TiN coating exhibits the highest corrosion resistance. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Anahtar Kelimeler

• -

TiN Kaplı AISI D2 Çeliğinin Korozyon Davranışı

Öz

Bu çalışmada, nitrürlenmiş AISI D2 soğuk iş takım çeliği yüzeyinde kutu difüzyon tekniği ile oluşturulan titanyum nitrür (TiN) kaplama tabakasının korozyon davranışı incelenmiştir. Çelik numuneler öncelikli olarak 575°C’de 8 saat süre ile azot ve amonyak içeren gaz ortamda nitrürlenmiştir. Nitrürlenmiş numunelerin yüzeyinde 1000°C’de 2 saat süreyle, ferro-titanyum, amonyum klorür ve alüminadan oluşan toz karışımı içerisinde kutu difüzyon kaplama yöntemi ile TiN tabakası oluşturulmuştur. AISI D2 yüzeyinde oluşturulan TiN kaplamanın kalınlığı 6,71 ± 0,9 μm olarak tespit edilmiştir. TiN kaplamanın sertlik değeri 1450±30 HV0.005 olarak ölçülmüş olup bu değer nitrürlenmiş yüzeyin sertliğinden (920 ± 20 HV0,005) ve altılık malzemenin sertlik değerinden (550±14 HV0,005) daha yüksektir. Çalışmada çelik yüzeyinde oluşturulan TiN tabakasının mikroyapı incelemeleri, faz analizi ve korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Korozyonu engellemede kaplama tabakasının verimliliği potansiyodinamik çalışmalarla test edilmiştir. Kaplanmamış ve kaplanmış numunelere 0.5M H2SO4 çözeltisi içerisinde korozyon testi uygulanmıştır. Sonuç olarak AISI D2 çeliği yüzeyinde oluşturulan nitrür ve TiN tabakasının yüzey sertliğini ve korozyona karşı direncini arttırdığı tespit edilmiştir. En yüksek korozyon direnci TiN kaplama tabakasında görülmüştür

Anahtar Kelimeler

• Kaplama, TiN, Korozyon, Kutu difüzyon

Kaynakça

1. Braica, M., Balaceanua, M., Braica, V., Vladescua, A., Pavelescua, T., G., Albulescub, M., 2005. Synthesis and characterization of TiN, TiAIN and TiN/TiAIN biocompatible coatings, Surface & Coatings Technology. 200, 1014– 1017.
2. Carter, F.G., Paul, D.E., Materials Science & Engineering, ASM International, June 2007, USA, 351.
3. Dehri, İ., Özcan, M., Sözüsağlam, H., 2000. Polyester Kaplamalı Galvanize Çelik Üzerine SO2 ve NH3 Gazlarının Korozif Etkilerinin EIS Yöntemi ile Belirlenmesi. 7. Uluslar arası Korozyon Sempozyumu, İstanbul.
4. Dehri, İ., Özcan, M., Sözüsağlam, H., 2000. Polyester Kaplamalı Galvanize Çelik Üzerine SO2 ve NH3 Gazlarının Korozif Etkilerinin EIS Yöntemi ile Belirlenmesi. 7. Uluslararası Korozyon Sempozyumu, İstanbul.
5. Ding, X.Z., Zeng, X. T., Samani, M. K., and Chen, G. C. K., 2010. Thermal conductivity of CrAlN and TiAlN coatings deposited by lateral rotating cathode arc. SIMTech technical reports, Volume 11 Number 2, 81- 85.
6. Erdem, F., Altanlar, S., Ada, H.D., Bereket, G., 2010. Ankara şeker fabrikası difüzyon ünitesi ve buharlaştırıcı borularında kullanılan çeliklerin korozyon davranışlarının incelenmesi. 11-19.
7. Hsu, C., H., Chen, M., L., Lai, K., L., 2006. Corrosion resistance of TiN/TiAlN-coated ADI by cathodic arc deposition. Materials Science and Engineering, A 421 182–190.
8. Kayalı, Y., Büyülsağış, A., Yalçın, Y., 2010. Farklı ortamlarda borlanmış 316L paslanmaz çeliğin korozyon davranışları, XII. International Corrosion Symposium, 304-313.

9. Li, Y., Qu, L., Wang, F., 2003. The electrochemical corrosion behavior of TiN and (Ti,Al)N coatings in acid and salt solution. Corrosion Science, 45, 1367– 1381.
10. Ma, L.W., 2005. Deformation mechanisms in Ti-based thin film structures, Doctorate thesis, University of New South Wales, 252.
11. Patel, J. Menghani, K. B. Pai, M. K. Totlani, 2010. Corrosion behavior of Ti2N thin films in various corrosive environments. J. Mater. Environ. Sci., 1 (1), 34-43.
12. Souto, R.M., Alanyalı, H., 2000. Electrochemical
13. characteristics of steel coated with TiN and TiAlN
14. coatings. Corrosion Science, 42, 2201-2211.
15. Sastri, V.S., 2011. Green Corrosion Inhibitors, John Wiley & Sons, Inc., Canada.
16. Şengil, İ.A., 1992. Korozyon. İ.T.Ü. Sakarya Mühendislik Fakültesi Matbaası, 1501, 60-61.
17. Ungan, G., Kaya, A., Çakır, A., 2010. Elektrokimyasal olarak MgO ile kaplanmış Ti6Al4V alaşımının korozyon özelliklerinin incelenmesi. XII. International Corrosion Symposium, 89-94.
18. Yoon, S.Y., Lee, K.O., Kang, S.S., Kim, K.H., 2002.
19. Comparison for mechanical properties between
20. TiN and TiAlN coating layers by AIP technique.
21. Journal of Materials Processing Technology. 130– 131, 260.
22. Yoo, Y.H., Le, D.P., Kim, J.G., Kim, S.K., Vinh, P.V., 2008. Corrosion behavior of TiN, TiAlN, TiAlSiN thin films deposited on tool steel in the 3.5 wt.% NaCl solution. Thin Solid Films, 516, 3544-3548.
23. Wang, D.O. Northwood, X. Nie, J. Housden, E. Spain, A. Leyland, A. Mat, 2010. Corrosion properties and contact resistance of TiN, TiAlN and CrN coatings in simulated proton exchange membrane fuel cell environments. Journal of Power Sources, 195, 3814– 3821.