Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Kobalt Esaslı Metalik Cam Kaplamaların Pnömatik Sıkıştırma Yöntemi ile Sentezlenmesi

Benzer belgeler
Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. Basınç Destekli Hacim Yanma Sentezi Yöntemi ile Elde Edilen FeAl ve TiAl Kaplamalar

BAKIR KATKISININ Co-Fe-Ta-B İRİ HACİMLİ METALİK CAM SİSTEMİNİN CAMLAŞMA KABİLİYETİNE OLAN ETKİSİ

Ni-Cr-B-W METALİK CAM SİSTEMİNİN CAMLAŞMA KABİLİYETİNİN VE MİKROSERTLİĞİNİN TUNGSTEN İÇERİĞİNE BAĞLI DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

PLAZMA TRANSFER ARK YÖNTEMİYLE FeCr/FeCr+C TOZUNUN DÜŞÜK KARBONLU ÇELİK YÜZEYİNE ALAŞIMLANMASI. Serkan ÖZEL, Bülent KURT, İlyas SOMUNKIRAN

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Toz Metalurjik Malzemeler Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Cu ALAŞIMI YÜZEYİNE KAPLANAN ZrO 2 +Y 2 O 3 /Al 2 O 3 TABAKALARIN MİKROYAPI VE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ

Sentes-BIR Hakkında. Sentes-BIR metallerin birleştirmeleri ve kaplamaları konusunda çözümler üreten malzeme teknolojileri firmasıdır.

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

Kobalt Esaslı Elektrotlarla Kaplanan Malzemelerin İç Yapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

ÇİNKO ALAŞIMLARI :34 1

MİKRO ARK OKSİDASYON TEKNİĞİ

PÜSKÜRTME ŞEKİLLENDİRME (SPRAY FORMING / SPRAY DEPOSITION)

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

Borlama İşleminde Kullanılan Bor Tozu Tane Boyutunun Kaplama Tabakası Üzerine Etkisi

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 5 Sayı: 1 sh Ocak 2003

formülü zamanı da içerdiği zaman alttaki gibi değişecektir.

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

SÜPERALA IMLAR. Yüksek sıcaklık dayanımı

Camlaşma Kabiliyeti; 2. HAFTA

Prof.Dr.Muzaffer ZEREN SU ATOMİZASYONU

6.WEEK BİYOMATERYALLER

Malzemelerin Yüzey İşlemi MEM4043 / bahar

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler


Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

HSS High Speed Steel SAW BLADES DAİRESEL TESTERELER

DÖKÜM KALĐTESĐNĐN SIKIŞTIRMA DÖKÜM YÖNTEMĐ ĐLE YÜKSELTĐLMESĐ

Akımsız Nikel. Çözeltideki tuzları kullanarak herhangi bir elektrik akım kaynağı kullanılmadan nikel alaşımı kaplayabilen bir prosestir"

MATBAA SEKTÖRÜNDE AŞINMIŞ ÇELİK ESASLI BİR MALZEME İÇİN SERAMİK KAPLAMA UYGULAMASI

İLERİ SOL JEL PROSESLERİ

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Al-7Si-0,3Mg Alaşımında Soğuma Hızının Poroziteye Etkisi

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

FARKLI ÇELİKLERE UYGULANAN DEĞİŞEN ISITMA HIZLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 6 Sayı: 2 s Mayıs 2004

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

Teknik yazı INTRODUCTION. daha yüksek sertlik ve aşınma direnci yanında yüksek korozyon direnci sergilediği gözlenmiştir.

SENTETİK Fe-16Mn ALAŞIMININ BORLANMASI. BORONIZING OF SYNTHETIC Fe-16Mn ALLOY

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 4 Metaller, Aluminyum ve Çinko. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Sb 2 Te 3 ve Bi 2 Te 3 İÇERİKLİ YARI İLETKEN ALAŞIMLARIN ÜRETİMİ ve TERMOELEKTRİK, YAPISAL, MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET

The Examination Of Microhardness And Microstructure Of FeCrC-B 4 C-Ti Layer

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AŞIRI PLASTİK DEFORMASYON METOTLARININ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

AlSi7Mg DÖKÜM ALAŞIMINDA T6 ISIL İŞLEM DEĞERLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ. Onur GÜVEN, Doğan ALPDORUK, Şükrü IRMAK

BÖLÜM I YÜZEY TEKNİKLERİ

Hidroteknik Ticaret Malzemeleri A.Ş. Denizli. Geliş Tarihi/Received : , Kabul Tarihi/Accepted :

GAZ KARIŞIMLARININ İYON NİTRÜRLEME ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI (THE INVESTIGATION OF THE EFFECT OF GAS MIXTURES ON ION NITRIDING)

Toz Metalürjisi. Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Notların bir bölümü Dr. Rahmi Ünal ın web sayfasından alınmıştır.

Borlama Süresinin Düşük Karbonlu Mikro Alaşımlı Çeliklerin Sertlik Değerleri Üzerine Etkisi

İKİZ MERDANELİ SÜREKLİ DÖKÜM TEKNİĞİ İLE AA5754 MALZEME ÜRETİMİ. Koray TURBALIOĞLU

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği. Giriş

CERRAHİ İĞNE ALAŞIMLARI. Microbiologist KADİR GÜRBÜZ

T/M Yöntemiyle Üretilmiş Co Esaslı Co-Cr-Mo Alaşımlarının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Cr Oranının Etkisi

TOZ METALURJİSİ. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Ç l e i l k i l k e l r e e e Uyg u a l na n n n Yüz ü ey e y Ser Se tle l ş e t ş ir i me e İ şl ş e l m l r e i

Faz ( denge) diyagramları

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

BOR KATKILI HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Gaz Tungsten Ark Kaynak Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Üretilen M 7 C 3 Takviyeli Kompozit Kaplamaların Mikroyapısı

SEM İncelemeleri için Numune Hazırlama

Chapter 9: Faz Diyagramları

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 3 Çelik üretimi. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

SICAK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ B İ R K A L İ T E M A R K A S I

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

THE EFFECT OF SINTERING PERIOD ON THE WEAR RESISTANCE OF AlMgSi-SiC P COMPOSITES PRODUCED BY POWDER METALLURGY METHOD

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES) 3.1. METAL VE ALAŞIMLAR. Karbon çelikleri (carbon steels)

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

Düşük Sıcaklık Plazma Nitrürleme (Nitrasyon) Uygulamaları

Çelik Hasır Kaynak Elektrotları

1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Düşük Fosforlu Akımsız Ni-P Kaplanmış AISI 1020 Çeliğinin Adhesiv Aşınma Karakteristiklerinin İncelenmesi

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

DENEYİN ADI: Kum ve Metal Kalıba Döküm Deneyi. AMACI: Döküm yoluyla şekillendirme işleminin öğrenilmesi.

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT ÜRETİMİ İÇİN SiC İÇERİKLİ ÖN ŞEKİL ÜRETİMİ

T/M YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Cu-C-Al 2 SiO 5 KOMPOZİTİNİN ABRASİV AŞINMA DAYANIMI Ç. ÖZAY & A. HASÇALIK

DYMET METAL&KAYNAK TEKNOLOJİLERİ SAN.TİC.LTD.STİ. DYMET. Read the advantages SOĞUK KAYNAK TEKNOLOJİSİ

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi Journal of Advanced Technology Sciences ISSN:

CBÜ Fen Bil. Dergi., Cilt 12, Sayı 3, s CBU J. of Sci., Volume 12, Issue 3, p

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Araş. Gör. Taha Yasin EKEN

Transkript:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 (727-733) AKU J. Sci. Eng. 16 (2016) 035702 (727-733) DOI: 10.5578/fmbd.34254 Araştırma Makalesi / Research Article Kobalt Esaslı Metalik Cam ların Pnömatik Sıkıştırma Yöntemi ile Sentezlenmesi Ziya Özgür Yazıcı 1, Aytekin Hitit 1 1 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar. e-posta: zyazici@aku.edu.tr Geliş Tarihi: 30.05.2016 ; Kabul Tarihi: 07.11.2016 Anahtar kelimeler Metalik cam; ; Termal özellikler, Sertlik Özet Metalik camlar yüksek dayanım, sertlik ve korozyon direnci gibi üstün özelliklere sahiptirler. Fakat metalik camların üretiminin zor olması ve yüksek saflıktaki bileşenlerin kullanımı nedeniyle maliyetleri yüksektir. Bu sınırlamaya alternatif olarak metalik cam alaşımları kompozit bir malzeme bünyesine yüzey kaplama elemanı olarak dahil edilirse, maliyet problemlerine çözüm sağlayabilecektir. Amorf yapıya sahip bir kaplamanın üretimi düşünüldüğünde, hem hızlı soğutma koşullarını karşılayan hem de kaplama malzemesini altlık yüzeyine yayabilen bir kaplama sistemine ihtiyaç duyulur. Bu çalışmada küçük parçaların kaplanmasında kullanılabilen pnönatik destekli bir sıkıştırma aparatı tasarlanmıştır. Bu yolla, sıvı haldeki bir alaşımın çarpma etkisi ile altlık yüzeyine sıkıştırılması ve hızlı bir şekilde soğutulması eşzamanlı olarak sağlanmıştır. Bu kapsamda, 20-80 μm kalınlığında ve Co 43 Cu 1 Fe 20 Ta 5,5 B 26,5 Si 5 kompozisyonuna sahip amorf kaplamalar farklı metal altlık yüzeylerinde üretilmiştir. Altlık yüzeyleri üzerindeki kaplama tabakalarının yapısal ve termal karakteristikleri XRD, SEM ve DSC analizleri ile değerlendirilmiştir. Mikroyapısal analizler, nispeten daha kalın altlık malzemesi kullanımının tamamen amorf kaplama tabakası elde etmede faydalı olduğunu, ince altlık malzemeleri kullanıldığında ise kaplamanın arayüzey civarındaki belirli bir kısmının kristallenmesine neden olduğunu göstermiştir. Altlık malzemelerine göre çok daha sert özellikteki yeni yüzeylerin sertlikleri yaklaşık 1000 Vickers sertlik değerlerinde ölçülmüştür. Synthesis of Co-based Metallic Glass Coatings by Pneumatic Squeezing Method Keywords Metallic glass; Coating; Thermal Properties; Hardness Abstract Metallic glasses have superior properties such as high strength, hardness and corrosion resistance. However, the production cost of the metallic glasses is very high due to the difficulties in manufacturing and constituents used in high purity. As an alternative to this limitation, if the metallic glass alloys will be considered in the composite material as a surface coating element, it may be provide solutions to the cost problems. When the production of a coating having amorphous structure was considered, a coating system which satisfies rapid cooling capability and also transmits the coating material to the surface of the substrate, is needed. In this study, pneumatic-assisted squeezing apparatus which could be used for coating the small parts was designed. By this way, it was simultaneously provided that the liquid form of an alloy could be cooled rapidly and squeeze to the substrate surface with an impact effect. In this context, amorphous coatings having a composition of Co 43 Cu 1 Fe 20 Ta 5,5 B 26,5 Si 5 with thicknesses of 20-80 μm, was produced on the surface of different metal substrates. Structural and thermal characteristics of the coating layers were evaluated by XRD, SEM and DSC analysis. Microstructural analysis showed that relatively thicker substrates used were beneficial to obtain fully amorphous coating layer, while thinner substrates have led to crystallize in a certain amount of coating near the interface. Consequently, metal substrates having relatively low hardness and wear resistance were coated with a Co-based metallic glass by using an alternative method. The hardness of the amorphous coating were measured about 1000 Hv. Afyon Kocatepe Üniversitesi

1. Giriş Metalik camlar; diğer bir adıyla amorf yapılı alaşımlar yüksek mukavemet, sertlik, korozyon direnci, aşınma direnci gibi mükemmel özellikleri üzerinde barındıran yeni bir metalik alaşım ailesidir (Wang, 2012). Amorf yapıda olmaları aynı kompozisyona sahip kristal karşıtlarına göre bu avantajlı özellikleri sağlamaktadır. Bu alaşımlar arasında, yüksek dayanım ve iyi manyetik özellikleri nedeniyle, kobalt ve demir esaslı amorf alaşımlar üzerinde yaygın bir şekilde çalışma yapıldığı görülmektedir. Co 43 Fe 20 Ta 5.5 B 31.5 camsı alaşımı 5185 MPa lık kırılma dayanımı ile verilebilecek örneklerdendir (Inoue et al. 2006). Bu alaşımın camlaşma kabiliyeti 2 mm olarak rapor edilmesine rağmen, Cu ve Si elementlerinin uygun oranda ilaveleri sonucunda kritik döküm kalınlığı 6 mm ye geliştirilmiştir (Yazici et al. 2016). Ayrıca, Zhang ve ark. Co 43 Fe 5 Cr 15 Mo 14 C 15 B 6 Er 2 alaşımının kritik döküm kalınlığını 15 mm ye kadar üretilebildiklerini bildirmişlerdir (Zhang et al. 2011). Ancak bu alaşımlar üretim zorlukları, yüksek saflıkta hammadde gereksinimi, düşük tokluk ve yüksek maliyet gibi çeşitli dezavantajlar sergilemektedirler. Üstün özelliklerine rağmen metalik camların uygulamaları bu dezavantajlar nedeniyle sınırlı kalmıştır (Ashby, and Greer, 2006). Bu nedenle yapılan son çalışmalar metalik cam alaşımlarının kaplama malzemesi olarak değerlendirilerek nispeten yumuşak ve aşınma direnci düşük olan metallerin zorlu koşullara olan dayanımlarının geliştirilmesi üzerinedir. Bununla birlikte tane sınırı içermeyen amorf kaplama sayesinde korozyon direnci önemli derecede artırılabilmektedir (Yu et al. 2009). Böylece amorf malzemenin yüksek maliyet ve düşük tokluk gibi dezavantajları, kaplama görevini üstlendiği bir kompozit uygulamasında azaltılabilmekte ve faydalı bir şekilde kullanılabilme potansiyeli kazanmaktadır. Literatürde farklı prensipler altında çalışan kaplama yöntemleri mevcuttur. HVOF (Koutsky, 2004, Kim et al. 2001), plazma sprey (Kobayashi et al. 2008, Kishitake et al. 1996) ve elektrik-ark sprey (Cheng et al. 2009) gibi geniş yüzeylere uygulanabilen termal yöntemlerde kaplama kalınlığı ve özellikleri açısından önemli gelişmelerin elde edildiği görülmektedir. Plazma sprey prosesinde başlangıç tozları bir plazma torcunda ergitilmekte ve sonra altlık yüzeyine iletilerek hızlı bir şekilde soğutulmaktadır (Shen et al. 2005). Amorf yapının oluşturulması için gerekli kritik soğutma hızı demir esaslı metalik cam alaşımları için yaklaşık olarak 10 K/s dir (Shen et al. 2005). Dolayısıyla bu yöntemde eriyik malzemenin homojen bir kaplama halinde altlık yüzeyinde üretilmesi oldukça zordur. Bundan başka, oluşan poroziteler ve tabakalı (lamelar) yapı nedeniyle plazma sprey kaplamalar yeterli koruma sağlayamamaktadır. Ayrıca termal spreyleme yöntemlerinde besleme ve spreyleme problemlerinden kurtulmak için belirli boyut ve dağılıma sahip tozlar tercih edilebilmektedir. Diğer bir konu ise, nano boyutlu tozlar termal jet içerisine girdiğinde, küçük tozlar aglomere olabilmektedir (Branagan et al. 2001). Buna ek olarak, son derece küçük bu partiküllerin kullanımında uygun bir ergime davranışı ile jet içerisinden geçememe veya çeşitli oksitlenme problemleri de yaşanabilmektedir (Joshi et al. 2015). Ayrıca HVOF gibi termal spreyleme yöntemlerinde amorf bir kaplama sadece amorf tozların üretimiyle gerçekleştirilmektedir (Terajima et al. 2010). HVOF alevinde cam geçiş sıcaklığına ısıtılan metalik cam tozları, liküdüs sıcaklığının çok altındaki bu sıcaklık civarında aşırı soğutulmuş sıvı hale geçerek viskoz akışkanlık gösterir. Böylece yüksek kalitedeki metalik cam kaplamalar HVOF spreyleme ile elde edilebilmektedir (Terajima et al. 2010). Ancak genel olarak bu tip kaplama yöntemlerinde yüksek yoğunluk, düşük porozite, oksitsiz yapı gibi çeşitli özellikleri de üzerinde taşıyan kaplamaların üretilmesi için çalışmaların devam ettiği görülmektedir (Kobayashi et al. 2008). Geçmişte piston-örs yöntemi Pietrowsky (1963) tarafından tasarlanmış ve amorf alaşımların folyo halinde üretilebilmesi sağlanmıştır. Piston-örs yöntemi sıvı haldeki bir metal damlacığının iki metal plaka arasında hızlı bir şekilde sıkıştırılarak folyo halinde katılaştırılması işlemidir. İlk başta küresel olan damlacık iki yüzey arasında sıkıştıkça yayılır ve hızlı soğutma sağlanır. Ancak elde edilen soğutma hızları eriyik döndürme yöntemi kadar AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 728

yüksek olmamaktadır [Elliot R., 2013,]. Bu yöntem altlık malzemesi ile birlikte düşünülerek modifiye edildiğinde amorf yapılı kaplama üretimi için de uygun bir yöntem olarak görünmektedir. Literatürde piston-örs yönteminden faydalanılarak folyo şeklinde numunelerin üretildiği çalışmalar bulunmasına rağmen, kaplama işleminin yapıldığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmada, termal toz kaplama proseslerinde gözlenen komplikasyonlardan bağımsız, tek adımlı ve yerinde bir yöntem geliştirmek amacıyla hareket edilmiş ve ark ergitme koşulları altında çalışan pinomatik destekli bir sıkıştırma aparatı vasıtasıyla Co 42 Cu 1 Fe 20 Ta 5,5 B 26,5 Si 5 alaşımının farklı altlıklar üzerine kaplanması üzerinde çalışılmış ve üretilen kaplamanın özellikleri incelenmiştir. 2. Materyal ve Metot Deneysel çalışmalarda kaplama malzemesi olarak yüksek camlaşma kabiliyetine sahip ve nominal bileşimi Co 42 Cu 1 Fe 20 Ta 5,5 B 26,5 Si 5 olan alaşım seçilmiştir. Alaşım numuneleri yüksek saflıktaki Co (% 99,8), Cu (% 99,7), Fe (% 99,9), Ta (% 99,9), B (% 98,0), Si (% 99,9) elementel tozlarının homojen karıştırılmasıyla elde edilmiştir. Toz halindeki karışım hidrolik preste tablet haline getirilerek preslenmiş ve daha sonra argon gazı atmosferli ark ergitme işlemi ile ergitilmiştir. Ergitme işlemi kimyasal homojenliğin sağlanması açısından üç kere tekrarlanmıştır. Ergitme atmosferi koşulları ergitme haznesinin vakuma (10-2 mbar) alındıktan sonra hazne içerisine argon gazının doldurulması (1 atm) ile oluşturulmuştur. Tablet halindeki tozlar tamamen sıvı hale gelecek şekilde belirli bir süre 150 A de ergitilmiştir. Ergitilen bu alaşım master alaşım olarak adlandırılmıştır. Daha sonra, master alaşımdan uygun miktarda parçalar alınarak vakum ergitme haznesi içerisinde ve Şekil 1 de şematik olarak gösterilen pnömatik destekli sıkıştırma aparatı vasıtasıyla metal altlıklar üzerine sıkıştırılarak kaplanmıştır. işlemi pnömatik sıkıştırma basıncı (5 bar) ile hareket eden iki piston arasında gerçekleştirilmiştir. Sıkıştırma işlemi esnasında uygun miktardaki master alaşım parçası koruyucu atmosfer koşulları altında 150 A de ergitilmiş ve ergitme işlemi ile eşzamanlı olarak iki piston arasında ~400 m/s hız ile sıkıştırılmıştır (Öztürk and Hitit, 2015). Sıkıştırma işleminde kullanılan pistonlardan birisi düz yüzeye sahip bakır blok, diğeri ise kaplanacak olan altlık metalin yerleştirildiği bakır bloktan ibarettir. Böylece sıkıştırma işlemi esnasında sıvı haldeki alaşım, altlık metal plaka yüzeyi ve sıkıştırıcı bakır yüzey arasında ezilerek aşırı hızlı soğutulması sağlanabilmektedir. Altlık olarak üç farklı metal (alüminyum, çelik ve galvanizli çelik) plaka ve levhalar kullanılmıştır. işlemi öncesinde ise plakaların yüzeyleri zımparalama işlemleri ile parlatılmış ve aseton ile temizlenmiştir. Yapısal ve mikroyapısal incelemeler sırasıyla XRD (Shimadzu 6000 XRD) ve SEM (LEO- 1430 VP) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen cam kaplamanın termal özellikleri argon atmosferi altında ve 0,33 K/s ısıtma hızıyla gerçekleştirilen DSC (Netzsch STA 409 Pc/Pg) analizi ile belirlenmiştir. Sertlik ölçümleri 2,94 N luk yük ve 15 sn bekleme süresi ile Vikers sertlik cihazı (Shimadzu HMV-2L) kullanılarak belirlenmiştir. Sertlik ölçümleri, metalografik hazırlama aşamalarından geçirilen numunelerin kesit yüzeylerinde oluşturulan 15 iz ölçümünün ortalaması alınarak gerçekleştirilmiştir. (a) (b) Şekil 1. (a) Pinomatik destekli sıkıştırma yönteminin şematik görünümü ve (b) sıkıştırma prosesi AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 729

3. Bulgular 3.1. nın mikroyapısal ve termal özellikleri Şekil 2 de 150 A akım değerinde ergitilmiş ve 5 bar sıkıştırma basıncı altında metal altlık yüzeyine kaplanmış kobalt esaslı metalik cam tabakasının XRD desenleri verilmiştir. nın üst yüzeyinden yapılan analiz sonucunda 40-50 2θ değerleri arasındaki keskin pikler içermeyen geniş XRD deseni tespit edilmiştir. Bu sonuç, XRD analizinin çözünürlük sınırları içerisinde amorf yapılı metal kaplamanın başarılı bir şekilde üretilebildiğinin bir göstergesidir. Üretilen camsı kaplamanın termal kararlılığı ve diğer termal özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yapılan termal analiz eğrisi ise Şekil 3 te verilmiştir. Şekil 2. Metal altlık üzerine kaplanan metalik cam kaplamanın XRD analizi Kompozisyon Tg Tx Tm Tl Co 42Cu 1Fe 20Ta 5,5B 26,5Si 5 896 944 1287 1460 Tg, Tx: cam geçiş ve kristallenme sıcaklıkları Tm, Tl: ergime ve liküdüs sıcaklıkları DSC eğrisi incelendiğinde, 896 K de belirgin endotermik bir davranışla cam geçişi (T g ) davranışının sergilendiği gözlenmektedir. Sıcaklığın artmasıyla birlikte 944 K de başlayan keskin ekzotermik pik amorf yapının ilk kristallenme (T x ) basamağına ulaştığını göstermektedir. Amorf yapı üç basamaklı bir kristallenme davranışıyla birlikte tamamen kristal yapıya ulaşmakta ve sonra 157 K lik (T l -T m ) geniş bir ergime aralığından geçerek tamamen sıvı hale gelmektedir. nın 0,33 K/s ısıtma hızıyla tespit edilen termal özellikleri Şekil 3 te listelenmiştir. Şekil 4.a-d te sırasıyla galvanizli sac levha, düşük karbonlu çelik ve alüminyum altlıklar üzerine kaplanmış amorf tabakaların mikroyapısal görüntüleri verilmiştir. Şekil 4 te verilen mikroyapı fotoğrafları 5 bar sıkıştırma basıncı ile metal altlık yüzeyleri üzerinde 20-80 μm kalınlığındaki kaplamaların elde edilebildiğini göstermektedir. Galvanizli çelik altlığın kalınlığı (<0,5 mm) diğerlerinden (2-3 mm) daha ince olması nedeniyle 5 bar lık sıkıştırma esnasında sıcaklığın da etkisiyle altlığın deforme olmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle diğer numunelerden farklı olarak, galvanizli çelik levhanın altlık olarak kullanıldığı durumda daha düşük sıkıştırma basıncı kullanılmıştır. Kullanılan düşük sıkıştırmanın etkisiyle eriyiğin ısı transferinin daha zor olduğu ve eriyiğin kalıba temas ettiği andaki yüksek sıcaklıkların altlık yüzeyini daha yüksek sıcaklıklara ulaştırdığı söylenebilir. Şekil 4a da kesikli oklarla gösterilen bu durum, galvanizli çelik levha ve amorf kaplama arayüzeyinde belirgin şekilde kristallenmenin meydana gelmesinden anlaşılmaktadır. Arayüzeyde meydana gelen kristal fazların tantal elementince zengin (Co,Fe) 20.82 Ta 2.18 B 6 fazı ve (Co,Fe 2 )B karışımını içermektedir [Yazici, Z.O, 2016]. Kalınlığı <0,5 mm olan galvanizli plakanın ince olması nedeniyle fazlaca ısınmakta ve ısı transfer problemine neden olarak arayüzeyin kristallenmesine neden olduğu düşünülmektedir. Şekil 3. Çelik plaka üzerinde 50 μm kalınlığında elde edilen kaplamanın termal analizi AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 730

(a) (b) Çelik (c) Alüminyum (d) Alüminyum Şekil 4. Co-esaslı metalik cam kaplamalı (a) galvanizli plaka, (b) çelik, (b,c) alüminyum altlıkların mikroyapı görüntüleri (a) (b) (d) (c) Altlık Malzemesi Sertlik (Hv) (Altlık) Sertlik (Hv) () Alüminyum 84 974 Çelik 170 1005 (d) Şekil 5. (a,c) Metalik cam kaplama, (b) alüminyum ve (d) çelik altlık üzerinde oluşturulan Vikers indentasyon izleri Buna rağmen, arayüzeyden kaplamanın dış yüzeyine doğru, yani karşıt durumdaki sıkıştırıcı piston yüzeyinin temas ettiği kısımların amorf olarak katılaştığı mikroyapı görüntülerinden açıkça görülmektedir. Arayüzey özellikleri açısından diğer metal altlıklar incelendiğinde, kristallenme davranışı gözlenmemiştir. Sadece düşük ergime sıcaklığına sahip olan alüminyum altlığın yüksek sıcaklıktaki kaplama ile etkileşerek bir miktar eriyerek kaplama tabakası ile karışma davranışı içinde olduğu (Şekil 4d) gözlense de, çelik altlıkta homojen bir amorf kaplama tabakasının oluştuğu görülmektedir. Amorf tabakanın alüminyum altlık ile olan karışma eğilimi, sıkıştırmanın son aşamasında alüminyum ile temas eden sıvı alaşımın altlığın yüzeyini bir miktar eritmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Çelik altlıkta böyle bir durum mümkün değildir, çünkü sıvı kaplama AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 1

nispeten daha yüksek ergime sıcaklığına sahip olan çelik altlık yüzeyine etkileyemeden katılaşmaktadır. Çalışmalar esnasında, kaplama işlemleri nispeten sertliği ve aşınma direnci düşük metal altlık yüzeylerine uygulanmıştır. Metalik cam malzemelerin sertliğinin ve dayanımının yüksek olması bu malzemelerin çizilme ve aşınma dirençlerine katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Aşınma ve çizilme direnci malzemelerin sertlikleriyle ilişkili olduğu için, bu kapsamda kaplanmış numunelerin yüzeylerinin sertlikleri ölçülmüştür. Şekil 5 te metalik cam kaplama, çelik ve alüminyum altlıkların kesit yüzeylerinde oluşturulan Vikers indentasyon izleri görülmektedir. Açık olarak metalik cam kaplamada oluşturulan sertlik izinde çatlama meydana gelmesi gevrekliğin göstergesi olmakla birlikte, sertlik değeri yaklaşık 1000 Hv civarındadır (Şekil 5a). Dolayısıyla düşük sertliğe sahip metal altlıkların aşınma veya çizilme dirençleri yüzeylerindeki amorf kaplama sayesinde yükseltilmiştir. 4. Tartışma ve Sonuç Bu çalışmada küçük parçaların kaplanmasında alternatif bir yöntem olarak düşünülebilecek pnömatik destekli bir piston sıkıştırma yöntemi tasarlanarak, sıvı hale getirilmiş bir alaşımın sıkıştırma ve çarpma etkisi ile birlikte hızlı soğutulması ve metal altlık yüzeylerine yapıştırılması sağlanmıştır. Bu yöntem ile çeşitli metal altlıkların yüzeyinde Co 43 Cu 1 Fe 20 Ta 5,5 B 26,5 Si 5 kompozisyonlu alaşımdan 20-80 μm kalınlığında ve tamamen amorf yapıya sahip kaplamalar üretilmiştir. Sonuç olarak altlık malzemesi olarak kullanılan aluminyum ve çelik plakaların yüzey sertlikleri, yüzeylerine kaplanan amorf tabaka sayesinde yaklaşık 1000 Hv sertlik değerine yükselmiştir. Ölçülen sertlik değeri Komaki ve ark.nın termal spreyleme yöntemi ile ürettikleri CoFe-esaslı kaplama ile uyumludur [Komaki M. Et al., 2012]. Bununla birlikte elde edilen kaplamalar tamamen sıvı haldeki alaşımdan üretildiği için porozite içermemektedir. Ayrıca, piston-örs yönteminin modifiye edilmesi ile tasarlanan bu yöntem, metalik cam malzemelerin kaplama olarak sentezlenmesine, tabakalı kompozit üretimine, ergitme ve kaplama işlemlerinin eşzamanlı yapılabilmesine imkan vermesi açısından küçük parçaların endüstriyel hızlı üretim koşulları için özgün ve ilgi çekici görünmektedir. Kaynaklar Ashby, M.F., Greer, A.L., 2006, Metallic glasses as structural materials, Scripta Materialia, 54, 321-326 Branagan, D.J., Swank, D.C., Haggard, D.C., Fincke, J.R., 2001, Wear resistant amorphous and nanocomposite steel coatings, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol.32A, October, 2615-2621 Cheng, J.B., Liang, X.B., Xu B.S, Wu, Y.X., 2009, Formation and properties of Fe-based amorphous/nanocrystalline alloy coating prepared by wire arc spraying process, Journal of Non- Crystalline Solids, 355, 1673 1678 Elliot R., 2013, Eutectic Solidification Processing: Crystalline and Glassy Alloys, Elsevier, 352-353 Inoue, A., Shen, B.L.., Chang, C.T., 2006, Fe- and Cobased bulk glassy alloys with ultrahigh strength of over 4000 MPa, Intermetallics, 14, 936-944 Joshi, S.S., Katakam, S., Arora H.S., Mukherjee, S., Dahotre, N.B., 2015, Amorphous Coatings and Surfaces on Structural Materials, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 41:1, 1-46, DOI:10.1080/10408436.2015.1053602 Kim, H.J., Lim, K.M., Seong, G.G., Park, C.G., 2001, Amorphous phase formation of Zr-based alloy coating by HVOF spraying process, Journal of Materials Science, 36, 1, 49 54 Kishitake, K., Era, H., Otsubo F.,1996, Thermal-sprayed Fe-10CM3P-7C amorphous coatings possessing excellent corrosion resistance, Journal of Thermal Spraying Technology, 5, 476 482 Kobayashi, A., Yano, S., Kimura, H., Inoue, A., 2008, Mechanical property of Fe-base metallic glass coating formed by gas tunnel type plasma spraying, Surf. Coat. Technol. Vol. 202, 12,, 2513 2518 Komaki M., Mimura T., Tsuji S., Amiya K., Saotome Y., Yamasaki T., 2012, Influence of Substrate Temperature on the Structure and Cohesive /Adhesive Strength of FeCoSiBNb Metallic Glass Coating Films Produced by Thermal Spraying, Materials Transactions, Vol. 53, No. 12, 215-2159 Koutsky, J., 2004, High velocity oxy-fuel spraying, Journal of Materials Processing Technology. 157-158, 557 560 AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 732

Öztürk, P., Hitit, A., 2015, Effects of Tungsten and Boron Contents on Crystallization Temperature and Microhardness of Tungsten Based Metallic Glasses, Acta Metallurgical Sinica (Engl. Lett.), 28 (6), 733-738 Pietrokowsky, P., 1963, Novel Mechanical Device for Producing Rapidly Cooled Metals and Alloys of Uniform Thickness, Rev. Sci. Instrum. 34, 445 Shen, J., Chen, Q., Sun, J., Fan, H., Wang, G., 2005, Exceptionally high glass-forming ability of an FeCoCrMoCBY alloy, Applied Physics Letters, 86, 151907 Terajima, T., Takeuchi, F., Nakata, K., Adachi, S., 2010, Composite coating containing WC/12Co cermet and Fe-based metallic glass deposited by high-velocity oxygen fuel spraying, Journal of Alloys and Compounds, 504, 1, 288-291 Wang, W.H., 2012, The elastic properties, elastic models and elastic perspectives of metallis glasses, Progress in Materials Science, 57, 487-656 Yazici, Z.O., Hitit, A., Yalcin, Y., Ozgul, M., 2016, Effects of Minor Cu and Si Additions on Glass Forming Ability and Mechanical Properties of Co-Fe-Ta-B Bulk Metallic Glass, Met. Mater. Int., Vol. 22, No. 1, pp. 50-57 Yu, P., Chan, K.C., Xia, L., Yu, H.B., Bai, H.Y., 2009, Enhancement of Strength and Corrosion Resistance of Copper Wires by Metallic Glass Coating, Materials Transactions, Vol. 50, No. 10, pp. 2451 to 2454 Zhang, T., Yang Q., Ji YF, Li R., Pang S., Wang, JF., Xu T., 2011, Centimeter-scale-diameter Co-based bulk metallic glasses with fracture strength exceeding 5000 MPa, Chinese Sci Bull December, Vol.56 No.36 AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 035702 733