BibTex RIS Kaynak Göster

Wear Behavior of Cr-Al-N Coated AISI D2 Steel by Thermo Reactive Diffusion Technique

Yıl 2014, Cilt: 14 Sayı: 3, 297 - 302, 01.12.2014

Öz

In this work, the wear test of uncoated, nitrided, chromium aluminum nitride coated AISI D2 cold work tool steel against silicon nitride ball realized at 0.1 m/s sliding speeds and under the loads of 2.5N, 5N and 10N.Steel samples were nitrided at 575 °C for 8 h in the first step of the coating process, and then chromium aluminum nitride coating was performed thermo-reactive deposition technique (TRD) in a powder mixture consisting of ferro-chromium, aluminum, ammonium chloride, alumina and naphthalene at 1000°C for 2 h. Nitro-chromized samples were characterized by X-Ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM), micro-hardness and ball on disk wear tests. The coating layer formed on the AISI D2 steel was compact and homogeneous. The depth of the layer was 11,8±1,3m. The average hardness of the layer was 2067±160 HV0.01. The coefficient of friction of nitrochromized layer of AISI D2 steel against silicon nitride ball was changing between 0.153 and 0.446, and wear rate of the coating layer ranged from 1.59x10-4 mm3/m and 6.07x10-4mm3/m depending on applied load and sliding speeds. Sliding speeds of steels with chromium aluminum nitride coating process 2-4 times decreased. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. Giriş

Kaynakça

  • Bobzin, K., Lugscheider, E., Nickel, R., Bagcivan, N., Kramer, A., 2007. Wear behavior of Cr1-xAlxN PVD- coatings in dry runnig conditions. Wear, 263, 1274–1280.
  • Barshilia, H.C., Selvakumar, N., Deepthi, B., Rajam, K.S., 2006. A comparative study of reactive direct current magnetron sputtered CrAlN and CrN coatings. Surface & Coatings Technology, 201, 2193-2201.
  • Benabdallah H. S. and Boness, R. J., 1999. Boness, Tribological behavior and acoustic emissions of alumina, silicon nitride and SAE52100 under dry sliding. J. Mater. Sci. Vol. 34, 4995-5004.
  • Coatings Technology. Surface and Coatings Technology, Vol., 169-170, 367–370.
  • Çeğil, Ö. And Şen, Ş., 2010. Termoreaktif Difüzyon Yöntemiyle Çeliklerin Yüzeyinde Ti-Al-N Esaslı Kaplamaların Oluşturulması Ve Özelliklerinin İncelenmesi. Symposium, Denizli, 1351-1359. International Materials
  • Ding, X. Z., Tan, A.L.K., Zeng, X.T., Wang, C., Yue, T., Sun, C.Q., 2008. Corrosion resistance of CrAlN and TiAlN coatings deposited by lateral rotating cathode arc. Thin Solid Films, 516, 5716–5720.
  • Ding , X.Z., Bui, C.T., Zeng, X.T., 2008. Abrasive wear resistance of Ti1-xAlxN hard coatings deposited by a vacuum arc system with lateral rotating cathodes. Surface & Coatings Technology, 203, 680–684.
  • Ding X. Z. and Zeng, X. T., 2005. Structural, mechanical and tribological properties of CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering. Surface & Coatings Technology, 200, 1372 – 1376.
  • Ding X. Z. and Zeng, X. T., 2005. CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering, Zeng, SIMTech. Reports, Vol. 6, No. 3.
  • Kimura, A., Kawate, M., Hasegawa, H., Suzuki, T., 2003. Anisotropic lattice expansion and shrinkage of hexagonal TiAlN and CrAlN films Surface and
  • Lin, J., Mishra, B., Moorea, J.J., Sprou, W.D., 2008. A study of the oxidation behavior of CrN and CrAlN thin films inair using DSC and TGA analyses. Surface & Coatings Tech. 202, 3272-3283.
  • Mimaroglu, A., Sen, U., Unal, H., 2008. Abrasive Wear Volume Maps for PA6 and PA6 Composites Under Dry Working Condition. Appl Compos Mater, 15, 13–25.
  • Martini, C., Palombarini, G., Poli G., Prandstraller, D., 2004. Sliding and abrasive wear behaviour of boride coatings. Wear, Volume: 256-6, 608-613.
  • Nouveau, C., Labidi, C., Martin, J. P. F., Collet , R., Djouadi, A., 2007. Application of CrAlN coatings on carbide substrates in routing of MDF. Wear, 263, 1291-1299.
  • Ozdemir, O., Sen, S., Sen, U., 2007, Formation of chromium nitride layers on AISI 1010 steel by nitro- chromizing treatment. Vacuum, 81, 567-570.
  • Pulugurtha S. R. and Bhat, D.G., 2006. A study of AC reactive magnetron sputtering technique for the deposition of compositionally graded coating in the Cr–Al–N system. Surface & Coatings Technology, 201, 4411-4418.
  • Romero, J., Gomez, M.A., Esteve, J., Montala, F., Carreras, L., Grifol, M., Lousa, A., 2006. CrAlN coatings deposited by cathodic arc evaporation at different substrate bias. Thin Solid Films, 515, 113- 117.
  • Romero, J., Gomez, M.A., Esteve, J., Montala, F., Carreras, L., Grifol, M., Lousa, A., 2006. CrAlN coatings deposited by cathodic arc evaporation at different substrate bias. Thin Solid Films, 515, 113- 117.
  • Unal, H., Sen, U., A. Mimaroglu, 2005. Abrasive wear behaviour of polymeric materials. Materials and Design, 26, 705–710.
  • Yu, C., Wang, S., Tian, L., Li, T., Xu, B., 2009. Microstructure and mechanical properties of CrAlN coatings deposited by modiŞed ion beam enhanced magnetron sputtering on AISI H13 steel. J. Mater. Sci., 44, 300-305.
  • Yu, C., Tian, L., Yinghui, W., Wang, S., 2009. The effect of substrate bias voltages on impact resistance of CrAlN coatings deposited by modiŞed ion beam enhanced magnetron sputtering. Applied Surface Science, 255,40.

Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı

Yıl 2014, Cilt: 14 Sayı: 3, 297 - 302, 01.12.2014

Öz

Bu çalışmada, kaplanmamış, nitrürlenmiş ve krom alüminyum nitrür (Cr-Al-N) kaplanmış AISI D2 çeliklerinin silisyum nitrür bilyeye karşı 0.1 m/s, hızda ve 2.5 N, 5 N ve 10 N yükler altında aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Çelik numuneler ilk olarak azot ve amonyak atmosfer içerisinde 8 saat boyunca 575°C’ de nitrürlenmiş; daha sonra krom alüminyum nitrür kaplama işlemi ferro krom, alüminyum, amonyum klorür ve alümina içeren toz karışımı içinde 1000°C’ de 2 saat süreyle termo-reaktif difüzyon (TRD) tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Çelik üzerine kaplanan krom alüminyum nitrür tabakalarının mikro yapısal incelemesi, faz analizi ve aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. AISI D2 çeliği üzerinde oluşan krom alüminyum nitrür tabakasının kalınlığı 11,8 ± 1,3 μm tespit edilmiştir. Kaplama tabakasının ortalama sertliği 2067±160HV0.01 olarak ölçülmüştür. Silisyum nitrür bilyeye karşı krom alüminyum nitrür kaplanmış AISI D2 çeliğinin sürtünme katsayısı 0.153 ile 0.446 arasında ve kaplama tabakasının uygulanan yüke bağlı olarak aşınma hızı 1.59x10-4 mm3/m ve 6.07x10-4 mm3/m arasında değişmektedir. Çeliklerin aşınma hızları krom alüminyum nitrür kaplama işlemi ile 2-4 kat azalmıştır

Kaynakça

  • Bobzin, K., Lugscheider, E., Nickel, R., Bagcivan, N., Kramer, A., 2007. Wear behavior of Cr1-xAlxN PVD- coatings in dry runnig conditions. Wear, 263, 1274–1280.
  • Barshilia, H.C., Selvakumar, N., Deepthi, B., Rajam, K.S., 2006. A comparative study of reactive direct current magnetron sputtered CrAlN and CrN coatings. Surface & Coatings Technology, 201, 2193-2201.
  • Benabdallah H. S. and Boness, R. J., 1999. Boness, Tribological behavior and acoustic emissions of alumina, silicon nitride and SAE52100 under dry sliding. J. Mater. Sci. Vol. 34, 4995-5004.
  • Coatings Technology. Surface and Coatings Technology, Vol., 169-170, 367–370.
  • Çeğil, Ö. And Şen, Ş., 2010. Termoreaktif Difüzyon Yöntemiyle Çeliklerin Yüzeyinde Ti-Al-N Esaslı Kaplamaların Oluşturulması Ve Özelliklerinin İncelenmesi. Symposium, Denizli, 1351-1359. International Materials
  • Ding, X. Z., Tan, A.L.K., Zeng, X.T., Wang, C., Yue, T., Sun, C.Q., 2008. Corrosion resistance of CrAlN and TiAlN coatings deposited by lateral rotating cathode arc. Thin Solid Films, 516, 5716–5720.
  • Ding , X.Z., Bui, C.T., Zeng, X.T., 2008. Abrasive wear resistance of Ti1-xAlxN hard coatings deposited by a vacuum arc system with lateral rotating cathodes. Surface & Coatings Technology, 203, 680–684.
  • Ding X. Z. and Zeng, X. T., 2005. Structural, mechanical and tribological properties of CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering. Surface & Coatings Technology, 200, 1372 – 1376.
  • Ding X. Z. and Zeng, X. T., 2005. CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering, Zeng, SIMTech. Reports, Vol. 6, No. 3.
  • Kimura, A., Kawate, M., Hasegawa, H., Suzuki, T., 2003. Anisotropic lattice expansion and shrinkage of hexagonal TiAlN and CrAlN films Surface and
  • Lin, J., Mishra, B., Moorea, J.J., Sprou, W.D., 2008. A study of the oxidation behavior of CrN and CrAlN thin films inair using DSC and TGA analyses. Surface & Coatings Tech. 202, 3272-3283.
  • Mimaroglu, A., Sen, U., Unal, H., 2008. Abrasive Wear Volume Maps for PA6 and PA6 Composites Under Dry Working Condition. Appl Compos Mater, 15, 13–25.
  • Martini, C., Palombarini, G., Poli G., Prandstraller, D., 2004. Sliding and abrasive wear behaviour of boride coatings. Wear, Volume: 256-6, 608-613.
  • Nouveau, C., Labidi, C., Martin, J. P. F., Collet , R., Djouadi, A., 2007. Application of CrAlN coatings on carbide substrates in routing of MDF. Wear, 263, 1291-1299.
  • Ozdemir, O., Sen, S., Sen, U., 2007, Formation of chromium nitride layers on AISI 1010 steel by nitro- chromizing treatment. Vacuum, 81, 567-570.
  • Pulugurtha S. R. and Bhat, D.G., 2006. A study of AC reactive magnetron sputtering technique for the deposition of compositionally graded coating in the Cr–Al–N system. Surface & Coatings Technology, 201, 4411-4418.
  • Romero, J., Gomez, M.A., Esteve, J., Montala, F., Carreras, L., Grifol, M., Lousa, A., 2006. CrAlN coatings deposited by cathodic arc evaporation at different substrate bias. Thin Solid Films, 515, 113- 117.
  • Romero, J., Gomez, M.A., Esteve, J., Montala, F., Carreras, L., Grifol, M., Lousa, A., 2006. CrAlN coatings deposited by cathodic arc evaporation at different substrate bias. Thin Solid Films, 515, 113- 117.
  • Unal, H., Sen, U., A. Mimaroglu, 2005. Abrasive wear behaviour of polymeric materials. Materials and Design, 26, 705–710.
  • Yu, C., Wang, S., Tian, L., Li, T., Xu, B., 2009. Microstructure and mechanical properties of CrAlN coatings deposited by modiŞed ion beam enhanced magnetron sputtering on AISI H13 steel. J. Mater. Sci., 44, 300-305.
  • Yu, C., Tian, L., Yinghui, W., Wang, S., 2009. The effect of substrate bias voltages on impact resistance of CrAlN coatings deposited by modiŞed ion beam enhanced magnetron sputtering. Applied Surface Science, 255,40.
Toplam 21 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Bülent Kılınç Bu kişi benim

Özkan Çeğil Bu kişi benim

Uğur Şen Bu kişi benim

Şaduman Şen Bu kişi benim

Yayımlanma Tarihi 1 Aralık 2014
Gönderilme Tarihi 8 Ağustos 2015
Yayımlandığı Sayı Yıl 2014 Cilt: 14 Sayı: 3

Kaynak Göster

APA Kılınç, B., Çeğil, Ö., Şen, U., Şen, Ş. (2014). Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(3), 297-302.
AMA Kılınç B, Çeğil Ö, Şen U, Şen Ş. Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Aralık 2014;14(3):297-302.
Chicago Kılınç, Bülent, Özkan Çeğil, Uğur Şen, ve Şaduman Şen. “Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği Ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 14, sy. 3 (Aralık 2014): 297-302.
EndNote Kılınç B, Çeğil Ö, Şen U, Şen Ş (01 Aralık 2014) Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 14 3 297–302.
IEEE B. Kılınç, Ö. Çeğil, U. Şen, ve Ş. Şen, “Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı”, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 14, sy. 3, ss. 297–302, 2014.
ISNAD Kılınç, Bülent vd. “Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği Ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 14/3 (Aralık 2014), 297-302.
JAMA Kılınç B, Çeğil Ö, Şen U, Şen Ş. Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2014;14:297–302.
MLA Kılınç, Bülent vd. “Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği Ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 14, sy. 3, 2014, ss. 297-02.
Vancouver Kılınç B, Çeğil Ö, Şen U, Şen Ş. Termo-Reaktif Difüzyon Tekniği ile Cr-Al-N Kaplanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma Davranışı. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2014;14(3):297-302.