Fe-8V AlaĢımı ve Saf Demirin Kutu Borlama Yöntemiyle Kaplanması

Transkript

1 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), May 2011, Elazığ, Turkey Fe-8V AlaĢımı ve Saf Demirin Kutu Borlama Yöntemiyle Kaplanması Y. Gençer* 1, M. Tarakçı 1, K. Ö. Gündüz 1, S. Cengiz 1, A. Çalık 2 1 GebzeYüksek Teknoloji Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Gebze-Kocaeli, gencer@gyte.edu.tr 2 Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Ġmalat Mühendisliği, Isparta Pack Boronizing of Fe-8V Alloy and Pure Iron Abstract In this study, the pack boronizing of Fe-V (8 at. %) and pure iron were carried out at 900, 1000 and 1100 C for 3 hours. The microstructure, phase content, microhardness, chemical composition of the coatings were characterized by X- Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, and Vickers microhardness measurements respectively. The Coating was in tooth shaped for boronized pure iron whereas V addition to the substrate made it much more compact. Both coatings were also well-adherent to the substrates. In addition precipitates containing Fe-V-B were observed in the boride layer during the boronizing of substrates including vanadium. Moreover a transition zone were formed under the boride layer which is also containing Fe-V-B precipitates, however the precipitates in the transition zone were including less boron than the precipitates in the boride layer. The coating thickness of the boride layers increased almost linearly with the increasing boronizing temperature for both substrates, on the other hand addition of vanadium into the substrates dramatically decreased the boride layer thickness. The microhardness of the boride layers, which are independent of the coating thickness, were 20 times higher than the microhardness of the substrates. Keywords Pack boronizing, vanadium, iron boride, Fe-V alloys, vanadium boride I. GĠRĠġ Borlama; demir ve alaģımlarına, demir dıģı metallere ve alaģımlara, intemetaliklere uygulanabilen termokimyasal bir yüzey modifikasyon tekniğidir [1-10]. Borlama iģleminin diğer geleneksek yüzey modifikasyon tekniklerine göre en büyük avantajı iģlem sırasında çok sert borür bileģiklerinin ( HV) oluģmasıdır. Borür tabakasının yüksek sertlik ve düģük sürtünme katsayılarına sahip olması birçok aģınma mekanizmasına karģı (adezyon, tribooksidasyon gibi) çok daha dirençli bir malzeme elde edilmektedir. Aynı zamanda borürlerin kararlı kimyasal yapıları yüksek sıcaklarda oksidasyon direncini arttırmakta ve eriyik metallere karģı malzemeyi çok daha dirençli hale getirmektedir [1]. Borlama iģlemi bir çok ortamda farklı metotlarla yapılabilmesine karģın ekipman gerektirmemesi ve maliyetlerin diğer borlama yöntemlerine göre daha düģük olması, tozun bileģenin kolayca değiģtirilebilmesi gibi bir çok avantajından dolayı en çok kullanılan yöntem kutu borlama tekniğidir. Bu yöntemde bor kaynağı (B 4 C, ya da amorf bor), aktivatör (NH 4 Cl, KBF 4 ) ve seyreltici (SiC) tozlarının bir karıģımıdır [1, 7]. Borlama iģlemi esnasında, sırası ile metalik kafes içerisine bor atomlarının difüzyonu ve emilimi ile oluģan arayer bor bileģikleri, tek ya da çok fazlı bir yapıda oluģabilmektedir [1]. Borlama sırasında oluģan borür tabakasının özelliklerini (morfoloji, oluģan fazlar, mikrosertlik ve kalınlık ) etkileyen bir çok faktör bulunmasına karģın bu faktörlerin en önemlilerinden biri uygulanan malzemenin yapısı ve kimyasal bileģenidir [1]. Çelikler içerisinde alaģım elementlerinin borlama davranıģına etkisi incelendiği söylense de bileģimlerinde birçok baģka alaģım elementi bulunduğundan dolayı bu elementlerin bireysel olarak borür tabakasını nasıl etki ettiğine dair bulgular çok sınırlıdır. Bu elementlerin bireysel olarak etkilerinin bulunabilmesi için, bu elementlerin demir ile ikili alaģımlarının üretilip bu alaģımların borlanma davranıģını incelemek daha konuyu aydınlatmak açısından daha faydalı bir yol olacaktır. Literatürde bu Ģekilde yapılan çalıģmalarda nikel, krom, ve titanyum saf demir içerisine katılmıģ ve bu alaģım elementinin de kaplama kalınlığını düģürdüğü ve sertlik değerlerini arttırdığı tespit edilmiģtir [11-13]. Ayrıca nikel borür tabakası içinde çözünürlüğü düģük olduğundan borür tabakası altında birikirken, krom borür tabakasına girerek tabakayı modifiye etmektedir [12]. Vanadyum, çelikler içerisinde ağırlıkça %15 e varan miktarlarda eklenmesi, mikro alaģım elemanı olarak kullanıldığında karbür yapıcı ve tane küçültücü etkisi olması, yüksek miktarlarda kullanıldığında (ağırlıkça % 3-15) aģınma, sertlik ve tokluk gibi özellikleri arttırması sebebiyle önemli bir alaģım elementidir [14]. Ayrıca vanadyum, VB, VB 2, VB 3 gibi kararlı borürler oluģturabilmektedir [15]. Erdemir in yaptığı bir çalıģmaya göre, saf bakır üzerine kaplanan VB 2 borür tabakasının basit bir ısıl iģlem ile çok düģük sürtünme katsayılarına ulaģılabildiğini rapor etmiģtir [16]. Ayrıca vanadyum borürler çok yüksek sertlik değerlerine (3900 HV) sahiptir [10]. Literatürde bileģimlerinde vanadyum bulunan çeliklerin borlanması ile ilgili kısıtlı sayıda çalıģma olmakla birlikte, kutu borlama yöntemiyle Fe-V ikili alaģımlarının borlanmasına dair bir çalıģmaya rastlanılmamıģtır. Bu çalıģmada atomik olarak % 8 Vanadyum içeren sentetik Fe-V ikili alaģımlarının ve karģılaģtırma amaçlı saf demirin kutu borlama yöntemiyle borlanma davranıģları incelenmiģtir. 559

2 Y. Gençer, M. Tarakçı, K. Ö. Gündüz, S. Cengiz, A. Çalık II. DENEYSEL ÇALIġMA Safiyeti % olan demir ve %99.5 vanadyum metal parçaları temin edilerek, Fe-8V alaģımları, Vanadyum parçaları atomik olarak % 8 olacak Ģekilde kontrollü atmosferde ergitilerek hazırlanmıģtır. Ergitme iģlemi sonunda boyutları 50 mm x 10 mm x 10 mm olan çubuk Ģeklindeki numune elde edilmiģtir. Bu numune, boyutları 10 mm x 10 mm x 5 mm olacak Ģekilde dilimlendikten sonra dilimlenmiģ numunelerin iki yüzeyi de nolu silisyum karbür (SiC) zımparalarla aģındırıldıktan sonra 3 µm tanecik boyutuna sahip elmas pasta ile parlatılmıģtır. KarĢılaĢtırmak amacıyla borlama iģlemine tabi tutulacak olan saf Fe numunelerin yüzeyleri de aynı Ģekilde borlama iģlemi için hazırlanmıģtır. Saf Fe ve Fe-8V altlık numuneler seramik pota içerisindeki % 90 SiC, % 5 B4C ve % 5 KBF içeren borlama tozuna gömülmüģtür ve borlama iģlemi sırasında numunelerin oksitlenmesini önleme amacıyla potanın üst kısmına Ekrit tozu konularak potanın kapağı kapatılmıģtır. Bu seramik pota elektrik dirençle ısıtılan dijital kontrollü kutu fırına yerleģtirilerek, fırın sıcaklığı 30 dk içerisinde 900 ±5 C ye, ısıtılarak bu sıcaklıkta 3 saat süreyle borlama iģlemine tabi tutulmuģtur. Borlama iģlemi sonunda fırının kapağı açılarak numunelerin oda sıcaklığına soğuması sağlanmıģtır. Seramik potadan çıkarılan numulerin üzerindeki borlama tozu kalıntıları temizlenmiģtir. Aynı Ģekilde diğer numuneler 1000 ±5 C ve 1100 ±5 C de 3 saat süre ile borlanmıģtır. BorlanmıĢ ve borlanmamıģ saf Fe ve Fe-8V numunelerin yüzeylerinden Bruker D8 X-ıĢınları kırınımı (XRD) cihazı ve Cu-Kα ıģını ile tarama açısı 20 o ile 100 o arasında seçilerek analizleri yapılmıģtır. XRD analizi sonrasında borlanan numunelerin kesitten mikroyapı, mikrosertlik ve taramalı elektron mikroskobuyla kimyasal analizini (SEM-EDS) gerçekleģtirmek amacıyla, numuneler hazırlanan yüzeylere dik olacak Ģekilde kesilerek epoksi kalıp içerisine alınmıģtır. Kaplamaların kesit görüntüsünü ortaya çıkarmak amacıyla numuneler SiC zımpara kağıtlarıyla aģındırılmıģ ve 3 µm parçacık boyutunda elmas pasta kullanılarak parlatılmıģtır. Kaplamaların mikrosertlik değerleri Zeiss optik mikroskoba bağlı Anton Paar MHT-10 mikrosertlik cihazı ile 30 gr yükün 15 sn süreyle uygulanmasıyla ölçülmüģtür. Sertlik değerleri en az 5 Vikers izinin ortalaması alınarak tespit edilmiģtir. Numunelerin kesitten SEM-EDS ile mikroyapı, kimyasal analizleri ve kaplama kalınlığı Philips XL-30 SEM kullanılarak yapılmıģtır. sıcaklıklarında FeB bileģinin diğer kırınım düzlemlerine ait pikler de görülmektedir. Benzer Ģekilde, Fe-8V alaģımı altlık numuneye ait ve bu altlık malzemenin 900 C, 1000 C ve 1100 C de borlanması sonrasında yüzeyden alınan XRD spekturumları ġekil 2 de verilmiģtir. Bu XRD spekturumları incelendiğinde, Fe-8V alaģımında -Fe fazının yanısıra bir miktar -Fe fazı da mikroyapıda mevcuttur. Fe-8V alaģımı altlıkların farklı sıcaklıklarda borlama iģlemi sonrasında yüzeyden yapılan XRD incelemesinde sadece FeB fazı tespit edilmiģtir. Şekil 1. Saf Fe altlıktan ve saf Fe altlık üzerine 900 C, 1000 C ve 1100 C sıcaklıklarda 3 saat süreyle yapılan borlama işlemi sonrasında yüzeyden alınan XRD spektrumu. III. DENEYSEL SONUÇLAR 3.1. Kaplamaların XRD İle Faz Analizi Saf Fe altlık numuneye ait ve bu altlık malzemenin 900 C, 1000 C ve 1100 C de borlanması sonrasında yüzeyden alınan XRD spekturumları ġekil 1 de verilmiģtir. ġekil 1 incelendiğinde altlık metalde beklendiği üzere sadece saf demire ait pikler görülürken, farklı sıcaklıklarda borlama iģlemi sonrasında yüzeyde FeB ve Fe 2 B fazları oluģmaktadır. Yüksek kaplama sıcaklıklarında FeB fazına ait sınırlı sayıda düzlemlemlerin pikleri görülürken, düģük borlama Şekil 2. Fe-8V altlıktan ve Fe-8V altlık üzerine 900 C, 1000 C ve 1100 C sıcaklıklarda 3 saat süreyle yapılan borlama işlemi sonrası yüzeyden alınan XRD spektrumu Kaplamaların Kesit SEM İncelemesi Saf Fe ve Fe-8V alaģımı altlıklar üzerine 900 C, 1000 C ve 1100 C de borlama yapılan numunelere ait kesitten SEM mikroyapı görüntüleri ġekil 3 te verilmiģtir. 560

3 Fe-8V Alaşımı ve Saf Demirin Kutu Borlama Yöntemiyle Kaplanması Saf Fe numunelere ait görüntüler (ġekil 3a, c, e) incelendiğinde, iki ana bölge; kaplama (I) ve altlık Fe matris (III) görülmektedir. Saf Fe üzerine yapılan kaplamalarda borür tabakasının dıģ yüzeyinin oldukça düzgün olduğu, altlık matrisle borür tabakanın ara yüzeyinin taraklı bir yapıda olduğu görülmektedir. Artan borlama sıcaklığıyla, hem kaplama kalınlığı artmakta ve hem de borür tabakasındaki tarak diģleri kabalaģmaktadır. Ayrıca borür tabakasında bir miktar gözeneklilik olup bu gözeneklilik miktarının sıcaklıkla arttığı görülmektedir. Fe-8V altlık alaģım üzerine yapılan kaplamalara ait görüntüler (ġekil 3b,d,f) incelendiğinde mikroyapının; kaplama (I), altlık alaģım (III) ve kapamayla alaģım matris arasında çökeltilerin olduğu geçiģ bölgesinden (II) oluģmaktadır. BorlanmıĢ Fe-8V ye ait SEM görüntüleri detaylı incelendiğinde borür tabakası (I) açık ve koyu tonda iki farklı bölgeden oluģtuğu görülmektedir ve taraksı yapının tamamen kaybolduğu onun yerine kaplamayla matris arasında borlama sıcaklığından bağımsız olarak daha düz bir ara yüzey meydana geldiği görülmektedir. Saf Fe üzerindeki kaplamadan farklı olarak bu tabaka içerisinde belirli bir geometrik Ģekilde olmayan çökeltiler olduğu da görülmektedir. Buna ilaveten yine benzer çökeltilerden oluģan geniģ bir geçiģ bölgesinin olduğu da ġekil (3b,d,f) den görülmektedir. GeçiĢ bölgesindeki bu çökeltilerin miktarı kaplamadan altığa doğru uzaklaģtıkça azalmaktadır. Ayrıca bu çökelti miktarı ve geçiģ bölgesinin geniģliği sıcaklığın artmasıyla arttığı da görülmektedir. Şekil 3. Saf Fe ve Fe-8V altlıklar üzerine farklı sıcaklıklarda 3 saat süreyle yapılan borür kaplamaların kesitten SEM görüntüsü; (a) Fe, 900 C, (b) Fe-8V, 900 C, (c) Fe,1000 C, (d) Fe- V, 1000 C, (e) Fe, 1100 C, (f) Fe-8V, 1100 C. 561

4 Y. Gençer, M. Tarakçı, K. Ö. Gündüz, S. Cengiz, A. Çalık Fe-8V alaģımını 1000 C borlanması sonrasında elde edilen kapalamanın noktasal SEM-EDS analiz sonuçları ġekil 4 te verilmiģtir. ġekil 4a kimyasal analizin yapıldığı bölgenin kesitten alınmıģ genel SEM görüntüsüdür. Bu SEM görüntüsü incelendiğinde borür kaplama içerisinde ve geçiģ bölgesinde bulunan çökeltiler net bir Ģekilde ayırt edilebilmektedir. ġekil 4b, ġekil 4a da (b) olarak iģaretlenen bölgenin yüksek büyütmede alınmıģ SEM görüntüsüdür. ġekil 4a da x, y ve ġekil 4 de z ve t olarak iģaretlenen noktalardan anlınan SEM-EDX analiz sonuçları, sırasıyla ġekil 4c, d, e, f de verilmiģtir. Bu sonuçlar incelendiğinde, Fe-8V alaģımının üzerine yapılan kaplama sonrasında oluģan geçiģ bölgesindeki çökeltilerin (ġekil 4a da x ) vanadyumca ve borca çok zengin ve demir bakımıdan göreceli fakir çökeltiler olduğu anlaģılmaktadır (ġekil 4c). GeçiĢ bölgesindeki matrisin (ġekil 4a da y ) ise, çökeltiyle karģılaģtırıldığında vanadyumca ve borca çok fakir ancak demir bakımında zengin olduğu görülmektedir (ġekil 4d). Benzer Ģekilde kaplama içerisindeki çökelti (ġekil 4b da z ) ve çökeltinin olmadığı bölgeden (ġekil 4b da t ) yapılan SEM-EDX analiz sonucunda, kaplama içerisdeki çökeltinin bor ve vanadyum elementi oranının kaplamaya nazaran yüksek ve demir oranının ise daha düģük olduğu görülmektedir (ġekil 4e). Ancak kaplamada çökelti olmayan bölgede ise çökeltiye göre vanadyum ve bor miktarı açısından daha fakir, demirce daha zengindir. Buna ilaveten belirtilmesi gereken diğer bir nokta ise, geçiģ bölgesindeki çökelti ve matriste bulunan bor oranının (ġekil 4c, d), kaplamanın ve kaplama içerinde ki çökeltide bulunan bor oranından daha düģük olduğudur (ġekil 4e, f). Şekil 4. Fe-8V altlık üzerine 1000 C sıcaklıkta 3 saat süreyle yapılan borür kaplamanın farklı bölgelerinden alınan SEM- EDX analiz sonuçları ve analizin alındığı bölgeler; (a) kesitten genel SEM görüntüsü, (b) Şekil 4a da b olarak işaretlenen bölgenin de bulunduğu yüksek büyütmede görüntü, (c) Şekil 4a da x olarak işaretlenen çökeltinin SEM-EDX spektrumu, (d) Şekil4a da y olarak işaretlenmiş matrisin SEM-EDX spektrumu, (e) Şekil 4b de z olarak işaretlenmiş çökeltinin SEM-EDX spektrumu, (f) Şekil 4b de t olarak işaretlenmiş matrisin SEM-EDX specturumu. Hem borür tabakasındaki hem de geçiģ bölgesindeki çökeltiler stokiyometrik olmayan Fe-V-B bileģiğidir. Sonuç olarak Fe-8V alaģımının borlanmasıyla elde edilen hem kaplamadaki çökeltiler, hem de geçiģ bölgesindeki çökeltiler stokiyometrik olmayan Fe-V-B bileģiğidir Kaplamaların Kalınlık ve Mikrosertlik Değişimi Saf Fe ve Fe-8V altlık numuneler üzerine yapılan borlama iģlemiden sonra yüzeyde oluģan kaplama kalınlığının sıcaklığa 562

5 Fe-8V Alaşımı ve Saf Demirin Kutu Borlama Yöntemiyle Kaplanması bağlı olarak değiģimi ġekil 5 te verilmiģtir. Farklı sıcaklılarda yapılan kaplama kalınlıkları, saf Fe numune için 80 ile 270 μm arasında değiģirken, Fe-8V alaģımı için 10 ile 75 μm arasında değiģmekte olup bu artıģ her iki malzeme için doğrusala yakın bir Ģekilde olmuģtur. ġekilden de görüleceği üzere, aynı sıcaklıkta saf Fe numuneler üzerine yapılan kaplamaların kalınlığı, Fe-8V alaģım numunelerde oluģan kaplama kalınlığından daha fazladır. Ayrıca, sıcaklığa bağlı olarak saf Fe ve Fe-8V alaģımı üzerindeki borür tabakasının kalınlığının sıcaklıkla beraber hızlı bir Ģekilde arttığı ve bu artıģ oranı saf Fe üzerinde yapılan kaplamada, Fe-8V alaģımı üzerine yapılandan daha fazla olduğu görülmektedir. Şekil 5. Saf Fe ve Fe-8V altlıklar üzerine farklı sıcaklıklarda 3 saat süreyle yapılan kaplama kalınlıklarının sıcaklığa bağlı olarak değişimi. Şekil 6. Saf Fe ve Fe-8V altlıklar üzerine 1000 C ve 1100 C sıcaklıklarda 3 saat süreyle yapılan borür kaplamaların dış yüzeyden itibaren kaplama kalınlığı boyunca sertlik değişimi. Saf Fe ve Fe-8V altlık numuneler üzerine, 1000 C ve 1100 C de oluģturulan kaplamaların dıģ yüzeyinden baģlamak üzere mesafeye bağlı mikrosertlik değerleri ölçülmüģ ve bu değerler ġekil 6 da verilmiģtir. Altlıklara ait sertlik değerleri yaklaģık 120 ile 150 HV arasında değiģirken, kaplamaların sertlik değeri yaklaģık 1750 ile 2250 arasında değiģmektedir. Kaplama ile altlıklar arasında bulunan geçiģ bölgesinde matristen alınınan sertlik değerlerinin, altlık malzemelerin sertliğiyle aynı olduğu tespit edilmiģtir. Benzer Ģekilde saf Fe ve Fe-8V alaģımı üzerindeki kaplamaların mikrosertlik değerleri arasında kayde değer bir farklılık bulunmamıģtır. IV. DEĞERLENDĠRME Saf Fe ve Fe-8V alaģımından elde edilmiģ numuneler, 900 C, 1000 C ve 1100 C de 3 saat süreyle borlanarak bu numuneler üzerinde borür tabakası oluģturulmuģtur. XRD sonuçları incelendiğinde saf Fe üzerine yapılan kaplamalarda Fe 2 B ve FeB fazları oluģurken, Fe-8V alaģımı üzerinde sedece FeB fazı oluģmaktadır. Literatürde de belirtildiği gibi bu durum yani bor tabakasının tek fazlı Fe 2 B veya iki fazlı FeB ve Fe 2 B den oluģması beklenilen bir durumdur [1]. Eğer borür tabakası FeB ve Fe 2 B den oluģmuģ ise kesitten yapılan mikroyapı analizinde bu iki faz, renk farkından da ayırt edilebilmektedir [13]. Her ne kadar borlanmıģ Fe-8V alaģımı yüzeyinden elde edilen XRD sonucunda (ġekil 2) sadece FeB olduğu görülse de kesitten alınan SEM görüntülerindeki bor tabakasındaki bölgelerin renk farkından dolayı Fe 2 B fazının da olduğu anlaģılmaktadır (ġekil 3-4). Zaten literatürde de belirtildiği üzere yüzeyde borca zengin FeB fazı tespit ediliyorsa, Fe 2 B nin de altlık malzemeye yakın bölgede yani FeB nin altında varlığı kaçınılmazdır [13]. Buna ilaveten, Fe- 8V üzerinde XRD ile Fe 2 B fazının tespit edilememesi, alaģım içerisinde bulunan V elementinin bor difüzyonunu engellemesi nedeniyle, borun yüzeydeki kimyasal potansiyelini arttırmakta ve dolayısıyla yüzeyde kalın ve kompakt FeB fazı oluģmaktadır. Bu yüzden alttaki Fe 2 B fazından yeterince XRD sinyali alınamamaktadır. Ayrıca, XRD incelemesi sonrasında kırınım düzlemlerinin çoğundan sinyal alınmasına, borlama iģlemi sırasında, numunelerin yüzeylerinde farklı noktalarda rastgele çekirdeklenerek farklı yönlerde büyüyen borür kristallerin oluģmasına neden olmaktadır. Ancak kaplamanın çekirdeklenme aģamasından sonra kaplama dıģ yüzeyine dik olan yönlere sahip kristaller tercihli olarak hızlı büyüyerek, diğerlerinin büyümesini engellemekte veya yok olmasına neden olmaktadırlar, yani filmin iç kısmına doğru gidildikçe tercihli yönlenme baskın olabilmektedir. Saf Fe ve Fe-8V alaģımı üzerine yapılan kaplamanın SEM ve SEM-EDX sonuçları incelendiğinde, saf Fe üzerine de oluģan taraksı yapı, saf demire atomik olarak % 8 V ilave edilip borlama yapıldığında, borlama sıcaklığına bağlı olmaksızın kaybolmaktadır (ġekil 3-4). Hem kaplamada hem de geçiģ bölgesinde Fe-V-B çökeltilerinin oluģması, bor atomunun çok küçük çaplı bir arayer atomu olmasından kaynaklanan çok hızlı difüzyonu ile demir borür tabakası oluģmadan, kaplama ile matris arasındaki geçiģ bölgesinde bor atomu konsantrasyonunun artması sonucu oluģmaktadır. Ancak konsantrasyondaki bu artıģ, borür kaplamalarda iç bölgelerde oluģan Fe 2 B bileģiğinin ayrı bir faz olarak çökmesini sağlayacak kadar yüksek değildir. Fakat Fe içerisine katılan vanadyum ilavesi, geçiģ bölgesine kadar ilerleyene kadar B atomları ile matriste çözünmeyen kararlı bileģikler yaparak çökelmektedir. OluĢan borür bileģiklerinin çoğu, Fe 2 B ve FeB borür tabakasında da ayrı bir Fe-V-B 563

6 Y. Gençer, M. Tarakçı, K. Ö. Gündüz, S. Cengiz, A. Çalık çökeltisi Ģeklinde bulunmaktadırlar. Saf demir üzerinde oluģan taraklı yapının vanadyum ilavesiyle kompakt bir yapıya dönüģmesi, alaģım içerisinde bulunan vanadyum elementinin matris içerisinde bor atomlarının difüzyonunu engellemesinin yanı sıra, alaģım içerisindeki geçiģ bölgesinde bulunan Fe-V-B çökeltileri, yüzeyden itibaren büyüyen demir borür kristallerinin büyümesini engellediği Ģeklinde açıklamak mümkündür. Ayrıca Fe-8V alaģımının 1100 C de borlanması sonrası yapılan kimyasal analizde, kaplamanın geçiģ bölgesinde bulunan çökelti fazlarındaki bor konsantrasyonunun kaplama içerisinde bulunandan daha düģük olması, bu çökeltilerin farklı stokiyometriye sahip borür bileģikleri olduğu anlaģılmaktadır. Vanadyumun demire ilavesi kaplama kalınlığını düģürmektedir. Bu yukarıda da belirtildiği üzere vanadyumun borun difüzyonuna engel olması Ģeklinde açıklanabilmektedir. Bu davranıģ literatürde raporlanan demire nikel, krom ve titanyum ilavesiyle borür tabaka kalınlığının düģmesiyle paralellik göstermektedir [11-13]. Artan sıcaklık borun saf Fe ve Fe-8V içersindeki difüzyonunu arttırmakta, bu da oluģan borür tabakasının artmasına neden olmaktadır (ġekil 5). Demire vanadyum ilavesi ile elde edilen alaģım üzerindeki bor tabakasının mikrosertlik değerinin artması beklenmektedir. Fe-V-B çökeltilerinin oluģturduğu geçiģ bölgesindeki mikrosertlik değerlerinin artmaması bor elementinin bu bölgede katı eriyik oluģturmadığı Ģeklinde izah edilebilir. Bu çökeltilerin oluģması sonucunda, SEM-EDX sonuçlarının da gösterdiği gibi, çevresindeki vanadyum miktarını azaltmakta, dolayısıyla bu bölgenin sertliği saf demirin sertliğine yakın bir değere sahip olmaktadır. Ancak kaplama sertliğinin artmamıģ gibi gözükmesi yine vanadyumca zengin Fe-V-B bileģiğinin, FeB ve Fe 2 B fazları içerisinde çözünmeyip ayrı bir Fe-V-B çökeltisi olarak borür tabaka içerisinde bulunması ile izah edilebilir. 10. Tarakci, M., Y. Gencer, and A. Calik, The pack-boronizing of pure vanadium under a controlled atmosphere. Applied Surface Science, (24): p Brakman, C.M., A.W.J. Gommers, and E.J. Mittemeijer, Boriding of Fe and Fe-C, Fe-Cr, and Fe-Ni Alloys - Boride-Layer Growth-Kinetics. Journal of Materials Research, (6): p Carbucicchio, M. and G. Palombarini, Effects of Alloying Elements on the Growth of Iron Boride Coatings. Journal of Materials Science Letters, (10): p Gencer, Y., M. Tarakci, and A. Calik, Effect of titanium on the boronizing behaviour of pure iron. Surface & Coatings Technology, (1-2): p Riofano, R.M.M., et al., Improved wear resistance of P/M tool steel alloy with different vanadium contents after ion nitriding. Wear, (1-2): p Sen, S., The characterization of vanadium boride coatings on AISI 8620 steel. Surface & Coatings Technology, (1): p Erdemir, A., M. Halter, and G.R. Fenske, Preparation of ultralow-friction surface films on vanadium diboride. Wear, (1-2): p TEġEKKÜR Bu çalıģma GYTE 2010-A-32 BAP projesi kapsamında gerçekleģtirilmiģtir. XRD inclemelerini yapan Adem ġen e ve SEM incelemelerini yapan Ahmet Nazım a teģekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. Sinha, A.K., Boronizing. ASM Materials Handbook : ASM International 2. Celikyurek, I., et al., Boronizing of iron aluminide Fe72Al28. Intermetallics, (2): p Lei, M.K., et al., Effect of borate coating on oxidation resistance of gamma-tial intermetallic compound. Materials Chemistry and Physics, (3): p Mu, D., et al., Oxidation resistance of borided pure cobalt. Journal of Alloys and Compounds, (1-2): p Ozbek, I., et al., The characterization of borided 99.5% purity nickel. Surface & Coatings Technology, (2-3): p Ozbek, I. and C. Bindal, Mechanical properties of boronized AISI w4 steel. Surface & Coatings Technology, (1): p Ozdemir, O., et al., Hard iron boride (Fe2B) on 99.97wt% pure iron. Vacuum, (11-12): p Taktak, S., Some mechanical properties of borided AISI H13 and 304 steels. Materials & Design, (6): p Usta, M., et al., A comparative study of borided pure niobium, tungsten and chromium. Vacuum, (11-12): p