Bor Nitrür Kaplamaların İncelenmesi

Abstract

Bu çalışma, Bor Nitrür (BN) kaplama ile ilgili ayrıntılı bilgi vermektedir. Bu çalışmada, fiziksel buhar büyütme (FBB) yöntemiyle radyo frekans (RF) magnetronları saçtırılarak gerçekleşen kaplamada Hekzagonal Bor Nitrür (h-BN) hedef plakası kullanılarak malzemeler üzerinde BN kaplama elde edilmiştir. Kaplamalarda D2 çelikleri, optik camlar, 316L çeliği ve Ti implantlar gibi farklı numuneler kullanılarak farklı alttaşlardaki BN kaplama oluşumları araştırılmıştır. Ayrıca, farklı kaplama parametreleri kullanılarak, parametrelerin BN kaplamadaki etkileri incelenmiştir. Bütün kaplama sonuçları XRD, SEM, Calotest®, Filmetrics F20 İnce film analiz cihazı, adım profilometresi, Çizik Testi, sürtünme testi, sertlik testi, FTIR, AFM ve profilometre kullanılarak araştırılmıştır. BN kaplamaların karakterizasyonu için yapısal, birleşimsel ve mekanik ölçümler ve analizler uygulanmıştır. Yapılan incelemelerde, oluşan kübik bor nitrür (k-BN) kaplamanın yanı sıra a-BN, e-BN, r-BN, w-BN, t-BN ve h-BN gibi yapıların bulunduğu farklı fazlarda BN kaplamaların elde edildiği gözlenmiştir. Tribolojik özellikleri üzerinde kimyasal ve mikro yapısal etkileri araştırıldı. Kaplamaların birden fazla fazda olmasından dolayı yapışkanlık ve sürtünme katsayısına olumlu etkileri gözlemlenmiştir. Bazı durumlarda sertlik artışı gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, kaplama kalınlığının 1 µm civarı ve altında olması sebebiyle bazı ölçüm zorluklarıyla karşılaşılmıştır. 3 ve 6 saatlik kaplamaların pürüzlülüğü alttaş pürüzlülüğü ile karşılaştırıldığında istatistiksel olarak anlamlı bir değişiklik tespit edilememiştir Anahtar Kelimeler: Bor Nitrür Kaplama, Fiziksel Buharlaştırma Yöntemi ile Büyütme, RF Magnetron Saçtırması, Bor Nitrür Fazları

This thesis presents detailed characterization studies on Boron Nitride (BN) coatings. In this study, BN coatings are obtained with the method of Radio Frequency (RF) magnetron sputtering technique, in a Physical Vapor Deposition (PVD) system, from target to substrate. BN coating formation on different substrates are investigated on varies substrates such as AISI D2 Steel, 316 L steel, optical glasses, Ti implants. Also, using different deposition parameters, the effect of parameters are researched. All coating results are investigated by using XRD, SEM, CaloTest®, Filmetrics F20 Thin-Film Analyzer Device ®, step profilometer, Scratch tester, Tribometer tester, Nanoindentation tester, FTIR, AFM and profilometer. Compositional, structural and mechanical measurements and analysis are performed for the characterization of BN coating. According to our investigations, it is observed that BN coatings obtained in different phases such as a--BN, e-BN, r-BN, w-BN, t-BN and h-BN structures besides c-BN structures. The effects of chemical and microstructural constitution on the tribological properties were investigated. Generally, it is found that there is good adhesion and lower friction because of more than one structure. In some cases hardness is found to increase. On the other hand, some difficulties are encountered in measurements because the coating thickness is generally 1 μm or lower. A statistically significant change could not be determined in roughness for 3 and 6 hours coating compared to substrate roughness. Keywords: Boron Nitride Coating, Physical Vapor Deposition Methods, RF Magnetrons Sputtering, Boron Nitride Phases