AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması

KUMRUOGLU, Levent Cenk; Ozel, Ahmet

doi:10.17341/gazimmfd.873709

AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması

Levent Cenk KUMRUOĞLU, (İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Bilimi Mühendisliği Bölümü, Hatay, Türkiye)

Ahmet OZEL (Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

13 5

Yıl: 2022 Cilt: 37 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 89 - 105 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.873709 İndeks Tarihi: 29-07-2022

AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması

Öz:

AISI 316L Çeliğinin yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi için Elektrolitik Plazma Teknolojisi kullanılmıştır. Elektrolitler suda çözünebilen N (azot) ve C (karbon) gibi ara-yer elementi içeren inorganik tuzlardan seçilmiştir. Elektrolit/316 L ara yüzeyinde 300 V ve 600 V arağındaki gerilimler uygulanarak yüksek enerjili katodik plazma oluşturulmuştur. Yüksek enerjili plazma içinde iyonize olan N ve C elementleri 316 L yüzeyine difüze olmuştur. Elektrolitik Plazma difüzyon süresi katodik olarak 5 saniye ile 30 dakika arasında farklı sürelerde uygulanmıştır. İşlemler sonucunda katot yüzeyinin N, C ve O içeren fazlardan oluştuğu, artan süreye bağlı olarak difüzyon derinliğinin ve ara-yer elementi ile doplanan yüzeyin sertliğinin arttığı gözlenmiştir. H2N-CO-NH2 elektrolit ile yapılan deneylerde, yüzeyde Fe3O4 kimyasal formunda magnetit yapıda demiroksit ve sitokiometrik olmayan demir nitrür ve krom nitrür gibi fazlar oluşmuştur. Sertlik değeri 187 HV den 536 HV ye yükselmiştir. NH4NO3 elektrolit ile yapılan deneylerde, en yüksek sertlik 550 HV değerine kadar yükselmiştir. XRD analizleri neticesinde yüzeyde Fe3O4 kimyasal formunda ince film magnetit ve sitokiometrik olmayan demir nitrür (FeN0,076), krom nitrür fazları oluşmuştur. Yüzeyde oksijen ve azot elementlerinin difüzyonu söz konusu olup, azot konsantrasyonu ağırlıkça %1 seviyesine ulaşmıştır. Elektrolitik plazma difüzyon işlemi sonrası aşınma kaybı önemli ölçüde azalmıştır Difüzyon sonrası aşınma dayanımı 6 kata kadar artış göstermiştir.

Anahtar Kelime: Yüzey işlemleri Difüzyon Nitrasyon Elektrolitik Plazma, Sertlik

Application of thermo–chemical electrolytic plasma technology in AISI 316-L stainless steel surface treatment

Öz:

Electrolytic Plasma Technology has been used to improve the surface properties of AISI-316L Steel. Electrolytes were selected from water-soluble inorganic salts containing interstitial elements such as N and C. High energy cathodic plasma was created by applying from 300V to 600V at the electrolyte/316L interface. N and C elements ionized in high energy plasma diffused to 316L surface. Diffusion time was between 5 seconds and 30 minutes. As a result, it was observed that the surfaces consist of phases containing N, C and O, and the diffusion distance and hardness increased depending on the increasing time. Using H2N-CO-NH2 electrolyte, magnetite in the chemical form of Fe3O4 and non-cytochiometric ironnitride and chromiumnitride were formed on the surface. The hardness increased from 187 HV to 536 HV. Using NH4NO3 electrolyte, the highest hardness increased up to 550 HV. As a result of XRD analysis, thin film magnetite in the chemical form of Fe3O4 and non-cytochiometric ironnitride (FeN0.076), chromiumnitride phases were formed on the surface. There is diffusion of oxygen and nitrogen elements on the surface, and the nitrogen concentration has reached 1% by weight. After electrolytic plasma diffusion process, wear loss decreased significantly. Wear resistance increased up to 6 times after plasma diffusion.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Gräfen W., Edenhofer B., New developments in thermochemical diffusion processes, Surface & Coatings Technology, 200 1830–1836, 2005.
2. ASM International, Heat Treating, 4, ASM Handbook, 4, 1991.
3. Aliofkhazrae, M., Rouhaghdam, A. S., Shahrabi S., Journal of Alloys and Compounds 460, 614–618, 2008.
4. Yerokhin A.L., Surface and Coatings Technology, 122 (2-3), 73-93, 1999.
5. Paulmier T., Bell J.M., Fredericks M., Thin Solid Films 515, 2926–2934, 2007.
6. Yaghmazadeh M., Dehghanian C., Plasma Process. Polym., (6), S168–S172, 2009.
7. Kumruoğlu L.C., Özel, A., Materials and Manufacturing Processes, 25 (9) 923 – 931, 2010.
8. Tarakci M., Korkmaz K, Gencer Y., Usta M., Surface and Coatings Technology, 199 (2-3), 205-212, 2005.
9. Luk S.F., Leung T.P., Miu W.S., and Pashby I., Materials Characterization, 42, 65–71, 1999.
10. Kumruoğlu, L.C., “Elektrolitik plazma teknolojisi ile çeliklere uygulanan yüzey modifikasyon işlemleri, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
11. Kumruoglu, L.C., “Improvement of Surface Properties of Pure Iron Modified by Novel Plasma Electrolytic Oxy-Carburising Technique”, Journal Of Materials And Electronic Devices, 1 (1) Art. sy 1, Nis. 2020.
12. Mukhacheva T.L., Belkin P.N., Dyakov I.G., Kusmanov S., Wear mechanism of medium carbon steel after its plasma electrolytic nitrocarburising, Wear, s. 203516, c. 462-463, 2020.
13. Kusmanov SA., Silkin S.A., Belkin P.N., Effect of Plasma-Electrolytic Polishing on the Corrosion Resistance of Structural Steels after Their Anodic Saturation with Nitrogen, Boron, and Carbon, Russ J Electrochem, 56, 356-364, 2020.
14. Shen, D.-J.. Wang, Y.-L Nash, P., Xing, G.Z., A novel method of surface modification for steel by plasma electrolysis carbonitriding, Materials Science and Engineering: A, 458 (1), 240-243, 2007.
15. Meletis, E.I. Nie, X. Wang, F.L. Jiang, J.C., Surface and Coatings Technology, 150, 246–256, 2002.
16. Wang Y. et al. Surface & Coatings Technology, 204, 1685–1688, 2010.
17. Nie X.,et al. Surface and Coatings Technology, (139),135-142, 2001.
18. Meletis E. I., Nie X. Wang F. L., Jiang J. C., Electrolytic plasma processing for cleaning and metal-coating of steel surfaces, Surface and Coatings Technology, 150, 246-256, 2002.
19. Kato H., Sasase M., Suiya N., Tribology International, 43, 925–928, 2010.
20. Cao X., Prozorov R., Koltypin Y, Kataby G., Felner I., Gedanken A,. Synthesis of pure amorphous Fe2O3, Journal of Materials Research, 12, 402-406, 1997.
21. Belkin, P.N., Pasinkov, E.A., Heat treatment and case hardening of steel subjected to heat in electrolyte solutions, 4, 12-17, 1989.
22. Taheri P., ve Dehghanian C., A Phenomenological Model of Nanocrystalline Coating Production Using the Plasma Electrolytic Saturation (PES) Technique, 16 (1) 87-91, 2009.
23. Yu J., Han Y., Li Y., Gao P., Li W., Mechanism and Kinetics of the Reduction of Hematite to Magnetite with CO–CO2 in a Micro-Fluidized Bed, Minerals, 7, 12, 2017.
24. Yerokhin A L., Nie X., Leyland A., Matthews A., S. J. Dowey, Plasma electrolysis for surface engineering, Surface and Coatings Technology, 122, 73-93, 1999.
25. Stojadinović S., Jovović J., Tadić N., Vasilić R., Šišović NM., The characterization of cathodic plasma electrolysis of tungsten by means of optical emission spectroscopy techniques - IOP science, 110 (4), 2015.
26. Marušić, K., Otmačić, H., Landek, D., Cajner, F., Stupnišek-Lisac, Surface & Coatings Technology, 201, 3415–3421, 2006.
27. Gupta P., Tenhundfeld G., Daigle E.O., D. Ryabkov, Electrolytic plasma technology: Science and engineering-An overview, Surface and Coatings Technology, 201, 21, 8746-8760, Ağu. 2007.
28. Tyulyapin A.N., Tyurin Y.N., Traino, AI. ve Yusupov,V.S., Electrolyte-plasma hardening of circular saws, Met Sci Heat Treat,40 (1), 11-13, 1998.
29. Mahzoon F., Behgozin, S.A., Kazerooni N.A., Bahrololoom, M.E., Study the wear mecahism of a plasma electrolytic nitrocarburised (PEN/C) 316 L austenitic stainless steel, 10 (3), 5, 2013.
30. Mukhacheva T.L., Belkin P.N., Burov S.V., Dyakov I.G., Silkin Kusmanov, S.A., Increasing wear resistance of austenitic stainless steel by anodic plasma electrolytic nitrocarburising, Journal of Physics, 6, 2020.

APA	KUMRUOGLU L, Ozel A (2022). AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. , 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
Chicago	KUMRUOGLU Levent Cenk,Ozel Ahmet AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. (2022): 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
MLA	KUMRUOGLU Levent Cenk,Ozel Ahmet AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. , 2022, ss.89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
AMA	KUMRUOGLU L,Ozel A AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. . 2022; 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
Vancouver	KUMRUOGLU L,Ozel A AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. . 2022; 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
IEEE	KUMRUOGLU L,Ozel A "AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması." , ss.89 - 105, 2022. 10.17341/gazimmfd.873709
ISNAD	KUMRUOGLU, Levent Cenk - Ozel, Ahmet. "AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması". (2022), 89-105. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.873709

APA	KUMRUOGLU L, Ozel A (2022). AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37(1), 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
Chicago	KUMRUOGLU Levent Cenk,Ozel Ahmet AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37, no.1 (2022): 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
MLA	KUMRUOGLU Levent Cenk,Ozel Ahmet AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.37, no.1, 2022, ss.89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
AMA	KUMRUOGLU L,Ozel A AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(1): 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
Vancouver	KUMRUOGLU L,Ozel A AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(1): 89 - 105. 10.17341/gazimmfd.873709
IEEE	KUMRUOGLU L,Ozel A "AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37, ss.89 - 105, 2022. 10.17341/gazimmfd.873709
ISNAD	KUMRUOGLU, Levent Cenk - Ozel, Ahmet. "AISI 316-L paslanmaz çeliğin yüzey işlemlerinde termo-kimyasal elektrolitik plazma teknolojisinin uygulanması". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37/1 (2022), 89-105. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.873709