Production of NiCoFeCu Medium Entropy Alloy Coatings by Electrodeposition

Yıl 2025, Cilt: 1 Sayı: 2, 106 - 115, 31.07.2025

Mehmet Demir , Halil Güvenç

Öz

Abstract: In this study, the production of NiCoFeCu based medium entropy alloys (OEA) was carried out by using the electrodeposition method. The effects of electrodeposition parameters were investigated and optimised by Taguchi design of experiments method. Four main parameters, namely temperature, pH, current density and stirring speed, were determined and each of them was evaluated at three different levels. The number of full factorial experiments was significantly reduced by using the L9 orthogonal array for the experimental design. SEM images of the coatings on 5754 aluminium substrate clearly show the decisive influence of the parameters on the surface morphology. It was found that homogeneous and dense coatings were generally formed at high temperature (45°C), optimum pH (3.5), high current density (200 mA/cm²) and appropriate stirring speed (100 rpm). In addition, the elemental ratios in the coatings were aimed to approach the ideal values (25% atomic ratio of each metal) and the verification experiments carried out with the optimum parameter combinations of the Taguchi method gave results close to this target. Additionally, ANOVA analysis was performed to evaluate the statistical effects of the parameters. It has been shown that the optimum parameters obtained using the Taguchi experimental design significantly improve the quality of the coatings and the main objective of depositing equal amounts of each metal, increasing the time and cost effectiveness of this approach.

Anahtar Kelimeler

Electrodeposition , MEA , Coating , Taguchi

Proje Numarası

223M596

NiCoFeCu Orta Entropili Alaşım Kaplamaların Elektrodepolama Yöntemi ile Üretimi

Öz

Bu çalışmada NiCoFeCu esaslı orta entropili alaşımların (OEA) üretimi, elektrodepolama yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elektrodepolama parametrelerinin etkileri, Taguchi deney tasarımı metodu ile incelenmiş ve optimize edilmiştir. Sıcaklık, pH, akım yoğunluğu ve karıştırma hızı olmak üzere dört ana parametre belirlenmiş ve her biri üç farklı seviyede değerlendirilmiştir. Deneysel tasarım için L9 ortogonal dizisi kullanılarak tam faktöriyel deneylerin sayısı önemli ölçüde azaltılmıştır. 5754 alüminyum altlık üzerine yapılan kaplamaların SEM görüntüleri, parametrelerin yüzey morfolojisi üzerindeki belirleyici etkisini açıkça göstermektedir. Homojen ve yoğun kaplamaların genellikle yüksek sıcaklık (45°C), optimum pH (3.5), yüksek akım yoğunluğu (200 mA/cm²) ve uygun karıştırma hızı (100 rpm) koşullarında oluştuğu belirlenmiştir. Ayrıca, kaplamalardaki element oranlarının ideal (%25 atomik oranında her bir metal) değerlere yaklaşması hedeflenmiş ve Taguchi yönteminin optimum parametre kombinasyonlarıyla gerçekleştirilen doğrulama deneyleri bu hedefe yakın sonuçlar vermiştir. Ayrıca, parametrelerin istatistiksel etkilerini değerlendirmek amacıyla ANOVA analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, elektrodepolama yönteminde Taguchi deney tasarımı kullanılarak elde edilen optimum parametrelerin, kaplamaların kalitesini ve ana hedef olan her bir metalin eşit miktarda biriktirilmesi hedefini belirgin şekilde iyileştirdiği ve bu yaklaşımın zaman ve maliyet etkinliğini artırdığı gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Elektrodepolama , OEA , Kaplama , Taguchi

Destekleyen Kurum

Tübitak

Proje Numarası

223M596

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenen ve proje numarası 223M596 olan TÜBİTAK 1001 – Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı kapsamında gerçekleştirilmiştir. Sağladığı finansal ve akademik destek için TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

Kaynakça

• [1] Erdoğan, A. (2018). Yüksek Entropili Alaşımlar: Özellikleri ve Uygulama Alanları. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(3), 597–610.
• [2] George, E. P., Raabe, D., & Ritchie, R. O. (2019). High-entropy alloys. Nature Reviews Materials, 4(8), 515–534.
• [3] Bahrami Mousavi, S., Rastegari, S., & Zamanian, A. (2012). Effect of process parameters on Ni-Co alloy coatings using Taguchi approach. Materials Research, 15(2), 204–209.
• [4] Azem, F. A., Birlik, I., Delice, T. K., & Dalmış, R. (2024). Corrosion Performance of Electrodeposited Ni Nanocomposite Coatings Reinforced with Metal Oxide Particles. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 26(76), 28-33.
• [5] Aliyu, A. M., & Srivastava, V. C. (2022). Multicomponent electrodeposition of high-entropy alloy coatings: Process, properties and perspectives. Surface and Coatings Technology, 435,
• [6] Freitas, E. S., Souza, C. A. C., & Da Silva, R. A. G. (2023). High-entropy alloy coatings produced by electrodeposition: A review of recent advances. Journal of Alloys and Compounds, 926,
• [7] Haché, M., Côté, D., & Gauthier, M. (2023). Recent advances in the electrodeposition of high-entropy alloys: Fundamentals, techniques, and applications. Electrochimica Acta, 445,
• [8] Shojaei, S., Mirzaee, O., & Hadianfard, M. J. (2022). Electrodeposition and characterization of high-entropy alloy coatings for corrosion and wear resistance. Journal of Materials Science & Technology, 117, 42–54.
• [9] Bhushan, R., & Rai, R. N. (2021). Optimization of wire electric discharge machining parameters using Taguchi method and Grey Relational Analysis. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 32, 18930–18947.
• [10] Saxena, K. K., & Arif, A. F. M. (2021). Application of Taguchi–ANOVA approach for optimization of multiple performance characteristics in abrasive water jet cutting of CFRP composites. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 43(7), 366.
• [11] Şirvancı, M. (1997). Taguchi Yöntemi ile Kalite İyileştirme. İstanbul: Alfa Basım Yayım.
• [12] Li, W., Liu, P., & Liaw, P. K. (2018). Microstructures and properties of high-entropy alloy films and coatings: a review. Materials Research Letters, 6(4), 199-229.
• [13] Wang, S., Xue, Y., Ban, C., Xue, Y., Taleb, A., & Jin, Y. (2020). Fabrication of robust tungsten carbide particles reinforced CoNi super-hydrophobic composite coating by electrochemical deposition. Surface and Coatings Technology, 385.
• [14] Jeyaraj, S., K. P. Arulshri, S. Ramesh, and G. Muthukumaran. 2018b. “Experimental Investigations and Effects Studies on Electrodeposited Ni-Cr Composite Coating Using Robust Design Approach.” Materials Today: Proceedings 5(2):6999–7008.
• [15] Aydın, E. (2023). Taguchi Optimizasyon Metodunun İmalat Mühendisliği Alanında Kullanımı: Minitab Örneği. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 28(3), 1049-1068.
• [16] Chen, Y., Wen, X., Li, H., Zhu, F., Fang, C., Li, Z., ... & Jiang, W. (2023). Effects of deposition current density, time and scanning velocity on scanning jet electrodeposition of Ni-Co alloy coating. Journal of Manufacturing Processes, 101, 458-468.
• [17] Yu, S. H., Kao, C. P., Ma, C. W., Fang, J. K., Yang, P. F., & Yu, S. H., Kao, C. P., Ma, C. W., Fang, J. K., Yang, P. F., & Chang, H. C. (2024). Application of the Taguchi method to minimize the non-uniformity of copper deposition in electroplating with numerical model. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 156, 105379.