Yüzey İşlemleri (Thermo Kimyasal Kaplama Yöntemleri)
Yüzey işlemleri karbürleme, nitrürleme, borlama, vanadyumlama, niyobyumlama, kromlama gibi farklı yöntemleri kapsar. Bu yöntemlerin temel amacı yabancı element atomlarının yani kaplama metali atomlarının iş parçasına yani altlık malzemesine difüzyonu ile malzemenin yüzey özelliklerini değiştirmektedir. Karbürleme ve nitrürleme yöntemleri yüzey işlem olarak en sık kullanılanlarıdır.
NİTRÜRLEME: Genellikle aşınma, yorulma ve korozyona karşı dayanımı arttırmak amacıyla gerçekleştirilir.500º C ile 580º C arasındaki sıcaklıklarda uygulanan bir prosestir. Demir ve demir alaşımlarına uygulanan nitrürleme, uygulama sıcaklığına bakıldığında (500-580º C) ferrit fazında gerçekleşen bir işlem olduğunu söylemek mümkündür. Uygulamada gaz, sıvı ve plazma nitrürleme olarak üç yöntem vardır.
Gaz nitrürlemede azot kaynağı olarak gaz fazında NH3 kullanılır. İşlem 500º C civarında gerçekleştirilir. Sıvı nitrürlemede azot kaynağı sodyum siyanür(NaCN) veya (tuz banyosu) potasyum siyanürdür(KCN).İşlem sıcaklığı 580º C dir. Plazma nitrürlemede ise işlem bir vakum ortamında veya fırında gerçekleştirilir. Kullanılan gaz azot+hidrojen karışımıdır. Plazma nitrürleme PVD esaslarına göre çalışır. Plazma nitrürlemede; işlem süresi, sıcaklığı gibi geleneksel ısıl işlem paremetreleri yanında akım yoğunluğu ve gaz bileşimi gibi paremetrelerde etkilidir. Her üç yöntemin süreside; kaplanacak malzemenin bileşimine ve talep edilen difüzyon derinliğine bağlı olarak 10 dk ile 60 sa arasında değişir.
KARBÜRLEME(SEMENTASYON): Karbürleme düşük karbonlu çeliklerin yüzeyine atomsal karbon difüzyon işlemidir. İşlem %0,1-%0,2 C içeren düşük karbonlu çeliklerin karbon miktarını %0,7-%0,8 artırmak amacıyla uygulanır. Yüzey tabakasındaki karbon miktarı artırılırken tüm matris içerisinde sürekli bir sementit fazının veya ağının oluşumuna engel olmak için karbon seviyesi ya da karbon miktarı tüm yapı içerisinde %0,8 in altında tutulur.(çünkü ötektoid üstü ötektoid altı). Sementasyonla karbürleme ortamları katı, sıvı veya gaz olabilir. Katı ortamda karbürleme günümüzde pek kullanılmamaktadır. Sıvı fazdaki karbürleme ajanı ise genellikle siyanür tuzlarıdır. NaCN en çok kullanılanıdır. Gaz ortamında karbürlemede ise hidrokarbonlar veya doğal gaz kullanılır. Karbürleme işlemleri 930-970º C sıcaklığı arasında gerçekleştirilir. Pratikte 950º C de gerçekleştirilen karbürleme işlemi östenit faz bölgesinde uygulanan bir işlemdir. Bu nedenle karbürleme işlemi sonrasında çeliğin bileşimine bağlı olarak yeniden martensit elde etmek için uygun su verme işlemi yapılmalıdır. Karbürleme işlemi sonucu oluşan sertlik 700-900 kg/mm² arasında değişir. Sementasyon işlemi tıpkı nitrürlemede olduğu gibi aşınmaya ve yorlmaya karşı uygulanır.
VANADYUMLAMA: Çeliklerin vanadyumlanması katı, sıvı, gaz ortamlardan vanadyumun difüzyonuna dayanan thermo kimyasal bir yüzey işlemdir. Yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Yüzeyde VC,V2C formunda oluşur. Vanadyumlama genellikle kutu sementasyon yöntemi ile gerçekleştirilir. Silisyumlama yüzeyin silisyuma doyurulması işlemidir. PVD, CVD yanında kutu sementasyon yöntemi ile silisyumlama gerçekleştirilir. Özellikle asidik ortamlara karşı yüksek direncinden dolayı geniş kullanım alanlarına sahiptir.
*Thermo kimyasal kaplama yöntemleri yardımıyla ister arayer atomları (C,N,B) altlık içine difüze ettirilerek üretilen, ister ise yüzeye ayrı bir tabaka şeklinde biriktirilen kaplamalar olsun (alüminyumlama, silisyumlama, vanadyumlama, kromlama gibi); kutu sementasyon işlemleri günümüzde hala kullanılmaktadırlar. Thermo kimyasal kaplama yöntemlerini uygulama amaçları aşınma, yorulma ve korozyona karşı dayanımı arttırmaktır.
NİTRÜRLEME: Genellikle aşınma, yorulma ve korozyona karşı dayanımı arttırmak amacıyla gerçekleştirilir.500º C ile 580º C arasındaki sıcaklıklarda uygulanan bir prosestir. Demir ve demir alaşımlarına uygulanan nitrürleme, uygulama sıcaklığına bakıldığında (500-580º C) ferrit fazında gerçekleşen bir işlem olduğunu söylemek mümkündür. Uygulamada gaz, sıvı ve plazma nitrürleme olarak üç yöntem vardır.
Gaz nitrürlemede azot kaynağı olarak gaz fazında NH3 kullanılır. İşlem 500º C civarında gerçekleştirilir. Sıvı nitrürlemede azot kaynağı sodyum siyanür(NaCN) veya (tuz banyosu) potasyum siyanürdür(KCN).İşlem sıcaklığı 580º C dir. Plazma nitrürlemede ise işlem bir vakum ortamında veya fırında gerçekleştirilir. Kullanılan gaz azot+hidrojen karışımıdır. Plazma nitrürleme PVD esaslarına göre çalışır. Plazma nitrürlemede; işlem süresi, sıcaklığı gibi geleneksel ısıl işlem paremetreleri yanında akım yoğunluğu ve gaz bileşimi gibi paremetrelerde etkilidir. Her üç yöntemin süreside; kaplanacak malzemenin bileşimine ve talep edilen difüzyon derinliğine bağlı olarak 10 dk ile 60 sa arasında değişir.
KARBÜRLEME(SEMENTASYON): Karbürleme düşük karbonlu çeliklerin yüzeyine atomsal karbon difüzyon işlemidir. İşlem %0,1-%0,2 C içeren düşük karbonlu çeliklerin karbon miktarını %0,7-%0,8 artırmak amacıyla uygulanır. Yüzey tabakasındaki karbon miktarı artırılırken tüm matris içerisinde sürekli bir sementit fazının veya ağının oluşumuna engel olmak için karbon seviyesi ya da karbon miktarı tüm yapı içerisinde %0,8 in altında tutulur.(çünkü ötektoid üstü ötektoid altı). Sementasyonla karbürleme ortamları katı, sıvı veya gaz olabilir. Katı ortamda karbürleme günümüzde pek kullanılmamaktadır. Sıvı fazdaki karbürleme ajanı ise genellikle siyanür tuzlarıdır. NaCN en çok kullanılanıdır. Gaz ortamında karbürlemede ise hidrokarbonlar veya doğal gaz kullanılır. Karbürleme işlemleri 930-970º C sıcaklığı arasında gerçekleştirilir. Pratikte 950º C de gerçekleştirilen karbürleme işlemi östenit faz bölgesinde uygulanan bir işlemdir. Bu nedenle karbürleme işlemi sonrasında çeliğin bileşimine bağlı olarak yeniden martensit elde etmek için uygun su verme işlemi yapılmalıdır. Karbürleme işlemi sonucu oluşan sertlik 700-900 kg/mm² arasında değişir. Sementasyon işlemi tıpkı nitrürlemede olduğu gibi aşınmaya ve yorlmaya karşı uygulanır.
VANADYUMLAMA: Çeliklerin vanadyumlanması katı, sıvı, gaz ortamlardan vanadyumun difüzyonuna dayanan thermo kimyasal bir yüzey işlemdir. Yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Yüzeyde VC,V2C formunda oluşur. Vanadyumlama genellikle kutu sementasyon yöntemi ile gerçekleştirilir. Silisyumlama yüzeyin silisyuma doyurulması işlemidir. PVD, CVD yanında kutu sementasyon yöntemi ile silisyumlama gerçekleştirilir. Özellikle asidik ortamlara karşı yüksek direncinden dolayı geniş kullanım alanlarına sahiptir.
*Thermo kimyasal kaplama yöntemleri yardımıyla ister arayer atomları (C,N,B) altlık içine difüze ettirilerek üretilen, ister ise yüzeye ayrı bir tabaka şeklinde biriktirilen kaplamalar olsun (alüminyumlama, silisyumlama, vanadyumlama, kromlama gibi); kutu sementasyon işlemleri günümüzde hala kullanılmaktadırlar. Thermo kimyasal kaplama yöntemlerini uygulama amaçları aşınma, yorulma ve korozyona karşı dayanımı arttırmaktır.
