makale 51

makale
BORLAMA
Salih Uğur BAYCA*,
Salim ŞAHİN **
GİRİŞ
elik, dökme demir, nikel alaşımları, titanyum alaşımları ve
Borlama termokimyasal bir yüzey sertleştirme istemidir.
Boriama sonucunda çelik yüzeyinde ferrobor tabakası
oluşmaktadır. Boretementinin demir esaslı malzemelere
yayılmasıile yüzeyde Faß ve FeB gibi ferrobor fazlan
oluşur. Malzeme yüzeyinde bu çok sert fazların oluşması
ite matœmerm aşınma clayanımı artar, sürtünme katsayısı
düşer. Malzeme yüksek sıcaklıklarda senlik ve tribolojik
özelliklerini korur, bazı asit ve sıvı metallere karşı iyi
korozyon direnci gösterir. Boriama işlemi katı, sıvı veya
gaz gibi klasik yöntemlere iiave olarak son zamanlarda
de yapılmaktadır. Borlayıcı ortamın bileşimi ve
konsantrasyonu, İşlem sıcaklığı ve süresi, alt tabaka
meialbaeşimibOfvrtabakasıntnkafınJığıetkaer. Boriamanm
en büyük etkisi malzemenin sertliği üzerinedir. Çeliklerin
horlanması sonucu oluşan ferrobor tabakasının sertliği
alt tabakadan 10 - 20 kat daha fazladır. 120 - 200 HV
sertliğine sahip çeliklerboriama sonucu 1500-22Q0HV
sertliğine ulaşmaktadır.
sinterlenmiş karbürlerin horlanmasını birçok araştırmacı
çalışmıştır. Bu araştırmalar sonucunda horlanmış malzeme
yüzeyinin çok yüksek sertliğe, yüksek bir aşınma direncine ve yüksek
korozyon direncine sahip olduğu belirlenmiştir. Ancak horlamanın tek
dezavantajı bodanmış tabakanın kırılganlığıdır [ 1 - 3 ].
Borlama işlemi kan, sıvı gaz, plazma ve iyon implantasyonu gibi
yöntemlerle yapılmaktadır. Katı borlama genellikle patenderle korunan
yaklaşık %5 BıC, %5 KBF 4 ve %90 SiC içeren karışımlar ile
yapılmaktadır. Bu yöntemde toz karışım sızdırmaz bir kutuya
doldurulur ve içine numune yerleştirilir. Kutu gerekli sıcaklığa kadar
ısıtılır. Bu sıcaklıkta gerektiği kadar tutulur ve soğutulur [3 ]. Sıvı
horlamada boraks, borik asit ve ferro silis karışımından oluşan erimiş
tuz banyosuna numune daldırılır ve bu sıcaklıkta gerekli bir süre bekletilir.
Anahtar sözcükler : Boriama, borürier, seröik, aşınma
direnci, ferrobor
Gaz ve plazma horlamada BCİ3, TMB (trimetil borat), TEB (trietil
Boronizing is a thermochemical surface hardening
treatment Themafaaknofboronlzingistoform ferroboron
tayeron surface of steel. Elemente! boron diffuses into
iron materials and therefore ferroboron phases such as
Feß and FeB are formed. Due to the hardness of these
phases, wear resistance of ferroboron is high and friction
coefficient of ferroboron is tow since ferroboron is very
hard. Hardriessandträxitogk^piopertiesoftheboionii&d
metal are maintained at the high temperatures. Boride
layer have a good corrosion resistance aganisttosome
acids and motten metals. Boronizing process are carried
out in solid, liquid and gaseous as conventional boronizing
methods. Recently, plasrmboronizirig and hn implantation
boronizing also have been used. Thickness of boride
layer depends on boronizirtg medium and concentration,
processing temperature and period of time', composition
of substrate metal. Boronizing effects are mostly exist
on hardness of material. The hardness of ferroboron '
layer is 10 -20times much more than thatofsubstrate
metal. Steels which have hardness value of 120 - 200
HV reach 1500- 2200afterboronizing.
ve 1600 HV sertliğinde borür tabakası elde edilmiş, borür tabakasının
boran) ve BF3 gibi bor kaynaklan ile H2 ile Ar gazlan kullanılmaktadır
[5 -8]. Kan borlama ile C 45 çeliği horlanmış ve 170 fim kalınlığında
Keywords : Boronizing, bondes, ferroboron, hardness,
wear resistance.
Celal Bayar Üniversitesi, Turgutlu MYO Seramik
Programı
" Celal Bayar Üniversitesi, Makina Mühendisliği
Bölümü
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
metal alt tabakaya göre 20 kat daha fazla aşınma direncine sahip olduğu
gözlenmiştir [ 1 ]. AISI 316L çeliği sıvı borlama işlemi ile horlanmış
ve 12 - 14 fim kalınlığında ve 1500 HV sertliğinde borür tabakası
elde edilmiştir [ 4 ]. Düşük karbonlu çelik karbürlendikten sonra BCI3
ve H2 gaz ortamında horlanmış ve 70-150 fim kalınlığında ve 1500
- 1800 HV mikrosertliğinde borür tabakası elde edilmiştir [ 6 ]. Bu
yöntemlerden sıvı horlamada erimiş tuz tabakası numune yüzeyine
yapışır ve kalıntının temizlenmesi problem oluşturmaktadır. Katı
horlamada numune yüzeyinin temizlenmesi gerekir. Ancak yapışma
tam olmadığından numune yüzeyi kolaylıkla temizlenir. Gaz ve plazma
horlamada malzeme yüzeyi temiz olmasına rağmen kullanılan gazların
zehirli, pahalı ve patlayıcı olması dezavantajlandır.
Yüksek sıcaklıkta (850-1050°Q yapılan borlama işlemi ile demir
yüzeyine bor yayılması gerçekleşir. Bu yayılma işlemi ile tek fazlı FeîB
veya iki fazlı Fe2B+ FeB den oluşan ferrobor tabakası elde edilir.
Tek faz FeaB oluşumu, iki faz Fe2B+ FeB nin oluşumundan daha
fazla istenir. Çünkü borca zengin FeB fazının kırılganlığı yüksektir;
bu yüzden FeB fazının oluşması istenmez. FeB nin ısıl genleşme
51
makale
katsayısı (23.10'V°C), Fe 2 B nin genleşme katsayısından
Bu çalışmada borlama yöntemleri, borlama teorisi
(7,85.10"6 / ° Q büyüktür. İki fazlı sistemde oluşan Fe2B
ve borlama işleminin malzeme yüzeyine olan etkileri
ve FeB fazlan arasındaki ısıl genleşme farklılıklan nedeni
incelenmiştir.
ile yüzeyde çadamalar oluşur. Bu çatlamaları önlemek
BORLAMA İŞLEMİ
FeB fazını azaltmak veya FeB fazının oluşmasını
önlemek ile mümkündür [ 3 ]. Demir bor diyagramı
Şekil l'de görülmektedir.
Borlama; termokimyasal bir yüzey sertleştirme
işlemidir.
Borlama, bor elementinin yüksek sıcaklıkta
metal yüzeyine yayılması ile yüzeyde borür tabakası elde
:tme işlemidir. Demir borürler termal ve elektrik
letkenüği gibi özelliklerinden başka yüksek sertlik gibi
ipik seramik özellikleri de gösteren bileşiklerdir. Tane
molan, dislokasyonlar, atom boşlukları gibi mikro hatalar
le yüzey pürüzlülükleri ve çizikler gibi yüzeyin daha reaktif
)lduğu yerler borür tabakası oluşumunun başlangıç
ıoktalandır. Bu noktalarda Fe2B çekirdekleri oluşur ve
çelişir [ 9 ] .
Borlamanın birinci aşamasında borlayıcı ortam ve
ıesnenin yüzeyindeki reaksiyon partnerleri arasında
•eaksiyon
oluşur.
Taneler
yüzeyde
çekirdek
kusturmaktadır. Borlama süresi ile çekirdek oluşumu
ırtar ve ince bir bor tabakası elde edilir. Bor, FeîB ve
^eB yapısında çeliğin yüzeyine yayılır. Borlama işlemi
lirasında, ilk borür çekirdeği numunenin yüzeyinde
kusmaktadır, Şekil 2.
Oluşan ilk borür çekirdeği numune içinde büyür. Bor
ıtomlan kafes yapının 001 doğrultusunda daha hızlı
'ayıldığı için FeB ve Fe2B 001 boyunca yönlenir. Bu yüzden
«jrür taneleri 001 yönünde yüzeye dik daha hızlı büyür.
Sekil 1. Demir-Bor Diyagramı
Borür tanelerinin diğer yönlerde büyümesi daha yavaştır.
Şekil 2, Borlama Sırasında Borür Tabakasının Oluşum Aşaması [ 10 ].
52
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı; 532
makale
.
Bu nedenle kolonsal yapı oluşur. Önce Fe2B fazı oluşur,
borkarbür, ferrobor, elementer bordur. Bunlardan en
ortamda yeterince bor konsantrasyonu varsa FeB fazı da
çok kullanılanı, borkarbürdür. Aktivatör olarak sodyum
oluşur. İlk önce oluşan Fe2B fazı uzun bir sürede
bor florür, potasyum bor florür, baryum florür,
büyümektedir. Borür tabakaları çeliğin yüzeyinden içeriye
sodyum karbonat, amonyum klorür ve redükleyici
doğru FeB,
olarak silisyum karbür, grafit ve sodyum klorür gibi
—• FeB
—^ Fe2B
yapısında oluşur.
Borlamanın son aşamasında sadece FeB fazı oluşur. FeB
fazı Fe2B fazından daha kısa sürede büyür. Bu yüzden FeB
fazının dokusu FezS fazı kadar güçlü değildir [ 10 ].
maddeler kullanılır [ 12 ].
Borlama maddesinin tane boyutu küçüldükçe temas
yüzeyi artar. Temas yüzeyinin artması yayılımı kolaylaşunr,
dolayısıyla borür tabakasının kalınlığı artar [13]. Borlama,
Borlama Yöntemleri
kaynaklı birleştirmelerde başarı ile uygulanabilir. AISI
Katı (Paket) Borlama Yöntemi
1040 ve AISI 8620 çeliklerinde kaynak birleştirmelerde
Borlama ortamı olarak kau maddelerin kullanıldığı
uygulanan kaü borlama yöntemi ile kaynak bölgesinde
yöntemdir. B4C, KBF4 ve SİC içeren toz veya granürden
de yeterli miktarda borür tabakası elde edilmiştir [ 14 ].
oluşan bir karışım ile malzemenin etrafı sarılır. Bu işlem
koruyucu atmosfer altında veya sıkı kapatılmış kutularda
yapılır. Burada amaç borlama ortamına dışandan oksijen
akışını kesmektir. Böylece redüksiyon ortamı korunmuş
olur. İşlem sırasında ısıya dayanıklı malzemeden yapılmış
kutular kullanılır.
Borlama 800 - 1100 '^'C sıcaklık
aralığında ve 2 - 10 saat süreyle inert bir atmosferde
yapılır, Şekil 3 [11,12]. '
Sıvı Borlama Yöntemi
Bor bileşikleri, aktivatör ve redükleyici maddelerden
oluşan erimiş tuza, iş parçasının daldırılması yöntemidir.
Daldırma süresi borlama süresidir. Borlama işlemi 900 1100 °C sıcaklıkta ve 2 - 9 saat süre ile yapılır. Bu yöntemin
dezavantajı sıeaklıkur. Sıcaklığın 850°C nin altına düşmesi
Şekil 3. Katı (paket) Barlama İşleminin Şematik Görünüşü
Katı borlama prosesinde yer alan reaksiyonlar
şunlardır.
durumunda
erimiş boraksın akıcılığı azalacağından
borlama imkansız hale gelecektir [11,12].
İşlemde susuz boraks (Na2B4Û7), susuz borik asit
(B2O3), metaborik asit (HBO2), boraks, bor karbür gibi
bor bileşikleri kullanılır. Silisyum karbür, ferrosilisyum,
grafit, NaCl, Al gibi redükleyiciler kullanılır. Borlayıcı
Kati borlarna yönteminde kullanılan bor bileşikleri;
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
ortamın sıvı olması için bor bileşiklerinin veya NaClğibi
53
makale
eriticilerin miktarı yüksek olmalıdır. Böylece eritici olan
çelik bir odadaki numune üzerine püskürtülmesiyle
bu maddeler diğer maddeleri de eriterek sıvı eriyik
yapılır, Şekil 5 [ 1 6 ] .
oluşturur, Şekil 4.
Gaz borlamada gazlaştırılabilen BCb (bor halitler),
Şekil 4. Sıvt Borlama Ünitesi Şematik Görünüşü
Sıvı ortam horlaması sırasında horlanan metal ile
redükleyici madde arasında galvanik pil oluşur. Aktif
BFs, B2HU (diboran) ve T E B (trietil boran) gibi bor
bileşikleri
ve
redüktan
olarak
hidrojen
gazı
bor oluşumu sırasında metal yüzeyinde katodik bir
kullanılmaktadır. Gaz borlama işleminde genellikle bor
reaksiyon olurken, redükleyici madde yüzeyinde
halider ve diboran kullanılmaktadır. Diboran ve bor
anodik bir reaksiyon olmaktadır. Bu işlemin oluşması
halitlerin gazlan zehirli ve patlayıcıdır; çevreyi kirletici etki
için; horlanacak metal ile redükleyici madde taneleri
yaptığından ticari kullanımı sınırlıdır. Gaz horlamanın
arasında elektrokimyasal farkın bulunması gerekir.
avantajları gaz sirkülasyonu sonucu daha uniform bir bor
Difüzyon reaksiyonu esnasında katot potansiyeli,
dağılımın sağlanması, sonradan temizleme gerektirmediği
yüzeyde oluşan fazın (FeB, Fe2B) potansiyel değerini
için kolay elde edilmesidir [ 5,9 ].
alır. Katı eriyik, oluşum esnasında yüzeyde yayman
elementin konsantrasyonundaki değişimle birlikte
Gaz borlama reaksiyonları şunlardır. Gaz borlamada
bor triklorür ısı ile aktive edilir.
sürekli değişir [ 1 2 ] .
Sıvı borlama yöntemi AISI1040 çeliğine uygulamış,
çelik 1000°C de erimiş %70 boraks, % 13 borik asit,
%10 ferrosilisyum ve %7 Al içeren tuz banyosuna
daldırılmıştır. 1000 °C sıcaklıkta 7 saat borlama sonucu
Burada hidrojen BCI3 ü redükler. Böylece bor, demire
'ayılır. Reaksiyon bileşenleri iki aşamada oluşur.
150p.m tabaka kalınlığı ve 2000 HV serdikte borür
tabakası elde edilmiştir [ 15 ].
Gaz Borlama Yöntemi
Borlama ortamının gaz fazında olduğu borlama
Gaz borlamada diboran ve bor klorür gazlarına
işlemidir. Borlama işlemi Ar ve H2 gazlarının ve bir
alternatif olarak zehirsiz organik bor kaynaklan trimetil
evapotartörde gaz haline getirilmiş bir bor kaynağının
borat, TMB, B(OCH 3 ) 3 ve trietil boran, TEB, B(C2H5)3
(BCI3 gibi) belirli karışımının, dış ortama kapalı paslanmaz
boran trietil amin gibi maddeler kullanılmaktadır [ 16 ].
54
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
makale
Şekil 5. Gaz Borlama Ünitesi
Plazma Borlama
Bor florür (BF3) ile borlama reaksiyonu
Katı haldeki bir maddeyi enerji vererek sıvı, sıvı
BF 3 + 3 H 2 + Fe
FeB + 3HF
haldeki maddeyi enerji vererek gaz; ve gaz durumdaki
maddeyi enerji vererek plazma haline getirmek
Plazma horlamanın avantajları yüksek enerji etkinliği,
mümkündür. Plazma, içerisinde iyon, elektron, uyarılmış
minimum çarpılma, düşük işlem sıcaklığıdır. Plazma
atom, foton ve nötral atom veya molekül içeren
h o r l a m a n ı n dezavantajları BCI3 ve B2H6 gazlan
karışımdır. Uygulamada plazma, ısı enerjisi verilerek,
kullanılmasıdır. Bu gazlar, pahalı, zehirli, padayıcıdır ve
ışınla veya elektriksel boşalma ile elde edilir. En yaygın
korozyona neden olmaktadır [ 8 ].
kullanılan plazma yöntemi elektriksel boşalmadır. Bir
elektrik gerilim kaynağı gaz içinde bulunan iki iletken
plaka arasına bağlanırsa belirli şartlar gerçekleştiği
takdirde uygulanan gerilim plakalar arasındaki gazın
delinme geriliminin üzerinde ise , bu iki plaka arasında
bir elektrik akışı olur [ 16 ].
Plazma borlama BCİ3, BF 3 , B2H<, ve T E B (trietil
boran) gibi bor bileşikleri ve redüktan olarak hidrojen
BORÜR TABAKA ÖZELLİKLERİ
Borlama esnasında uygulanan yöntem, kullanılan
borlama maddesi, horlanan malzemenin cinsi ve işlem
parametreleri oluşan borür tabakasının şekline ve
özelliklerine etki eden faktörlerdir. Demir esaslı
malzemelerin horlanması ile oluşan ferrobor tabaka
çeşitleri Şekil 6'da görülmektedir [ 12 ].
gaz kullanılarak, 800 - 1100°C sıcaklıkta, yaklaşık 10 2 Pa
Borür tabakası ile metal arasındaki geçiş bölgesinde
gibi düşük bir basınçta oluşturulmuş bir plazma içerisinde
de sertlik artışı meydana gelmektedir. Bu, bor elementinin
yapılan horlamadır [ 7,8 ]. Klasik borlama, tuz borlama
metalde alaşım elementi etkisi göstermesinden kaynaklanır.
ve gaz borlama gibi işlemlerin çevreye kirletici etkisi
nedeniyle son yıllarda plazma borlama işlemi daha yoğun
olarak çalışılmaktadır [ 5 ].
Borür Tabaka Kalınlığı
Metal yüzeyinde borlama işlemi ile oluşturulan borür
tabakasının kalınlığını etkileyen faktörler borlayıcı ortamın
Plazma borlama reaksiyonları şunlardır.
bileşimi ve konsantrasyonu, işlem sıcaklığı ve süresi, alt
tabaka metal bileşimidir [ 9 ].
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
55
makale
Şekil 6. Borür Tabakalarında Oluşan Fazlar [ 12 ].
Borlayıcı Ortamın Bileşimi ve Konsantrasyonun
kalınlığı artacaktır. Ancak işlem sırasında redüksiyon
Tabaka Kalınlığına Etkisi
işlemi de devam etmelidir. Redüksiyon işlemi için
Bor kaynaklarının ortamda yeterince bulunması borür
borlama sıcaklığı gereklidir. Borlama süresi, borlama
tabaka kalınlığını artırır. Ancak ortamda yeterince bor
sıcaklığında bekleme süresidir [3,18]. Borür tabakası
kaynağı yoksa yani borlama işlemi sırasında bor
kalınlığının işlem süresi ve sıcaklığı ile değişimi Şekil
kaynağında bor kalmaz ise tabaka oluşumu durur.
7'de verilmişrir.
Böylece ince bir borür tabakası oluşur. B 4 C den B'nin
Borlama süresinin artması ile tabaka kalınlığı artar.
yalnız bırakılması için ortamda redüksiyonu sağlayacak
İşlem sıcaklığını sınırlayan erimedir. FeB denge
bir madde (redüktan) bulunmalıdır. Böylece redüktan bir
diyagramında örektik sıcaklığın 1149°C altında olması
madde olan SİC ile B 4 C bileşiminden B (elementel bor)
gerekir. Uygulamada bu sıcaklığın üzerinde çıkılırsa
elde edilir. Serbest kalan B'nin oksijene olan afinitesi çok
malzeme üzerinde lokal erimeler meydana gelerek
yüksektir ve hemen oksijenle B2O3 oluşturur. Bunu
malzeme yüzeyi bozulabilir. Sıcaklık artması tabaka
önlemek için ortamda yeterince SİC bulunmalıdır.
kalınlığını artırması yanında poroziteyi de artırmaktadır.
Redüksiyonu sağlayan SİC aynı zamanda demiri de
redükler, böylece serbest kalan bor, demire yayılır.
Böylece FeB ve Fe2B tabakalan oluşur. Borun demire
yayılmasını KBF4 hızlandırır [ 3 ].
Porozitenin artması ise tabakanın gevrekleşmesine yol
açmaktadır f 9 ].
Tabaka kalınlığım sınırlayan bir diğer faktör de
kırılganlıktır. Tabaka kalınlığı arttıkça kırılganlık da artacağı
için özellikle çift fazlı tabakalarda kalınlığın fazla olmaması
B4C + 3SİC + 3 0
B + 2Fe
2
4
B + 2Sİ + S İ 0 2 + 4CO
gerekir [ 3 ]. Bor tabakasının kalınlığı kutudaki NH4CI
Fe 2 B
miktarının artması ile artmaktadır [ 19 ].
işlem Sıcaklığı ve Süresinin Tabaka Kalınlığına
Alt Tabaka Metal Bileşiminin Tabaka Kalınlığına
Etkisi
Etkisi
Bor oksitten Bor elementinin serbest kalması için
Çelikte alaşım elemenderi (C, Cr, W, Mo gibi) borür
belirli bir sıcaklık gerekir. Demir ve bor oksidin birlikte
tabakalarının dişli yapısının düzleşmesine neden olur.
redüksiyonu (koredüksiyonu) Fe 2 B ve FeB borürlerinin
Bu da borür tabakasının alt tabakaya zayıf yapışmasına
oluşumundan dolayı tek tek redüksiyonundan daha
yol açar [ İ ]. Metaldeki karbon miktarı borür tabaka
hızlıdır. İşlem devam ettikçe çelik yüzeyine bor
kalınlığını etkiler. Metaldeki karbon miktannin artması
yayılması devam edecektir. Böylece b o r ü r tabaka
ile b o r ü r tabaka kalınlığı azalır [ 12 ]. Alaşım
56
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
makale
Şekil 7. Borür Tabakası Kalınlığının İşlem Süresi ve Sıcaklığı ile Değişimi [ 12 ].
elementlerinin borür tabakasının gelişimine etkileri Şekil
ulaşır. Bor FezB ve FeB yapısında çeliğin yüzeyine yaydır.
8'de görülmektedir.
Şekil 8. Borür Tabaka Kalınlığının Metalin Bileşimine Göre Değişimi [ 12 ]
Borür Tabakasının Sertliği
Takım çelikleri genellikle 120 - 200 HV sertligindedir.
Bu çelikler aşındırıcı ortamlarda kullanıldığında yüksek
miktarda aşınır ve malzeme boyutları değişir. Takım
çelikleri horlanırsa yüzeyde 10 - 200 um kalınlığında demir
borür tabakası elde edilir. Dış yüzeyinde demir borür
tabakası oluşturulan çeliğin sertliği 1500 - 2200 HV ye
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
Bu yapı karbürlü ve nitrürlü yüzeylerden daha serttir,
Tablo 1 [9,12].
Tabloî. Çeşitli Malzemelerin sertlik değerleri [9].
Malzeme
Nitrürlenmiş yüzey
Karbürlenrnis yüzey
Sert krom kaplı yüzey
Borlanmış AISIA2 çeliği
Mikrosertlik, te/mm"!
610-940
700-820
950 - U 0 0
1900
57
makale
Borlama sonucu oluşan tek faz FeaB tabakası 1800 -
tabakanın aşınma miktarından (10"2 - 10"' m m 3 /m)
2000 HV arasında sertliğe sahiptir. 'FeîB ve FeB oluşan İki
çok düşük olduğu gözlenmiştir. Bu aşınma test
fazlı tabakanın sertliği 1900 - 2400 HV arasındadır. İki fazlı
sonuçlarının farklılığı borikler ile malzemenin farklı
tabakanın sertliği yüksektir. BorlaŞmış metallerde sertlik,
sertlik ve aşınma özelliklere sahip olmasındandır [23 ].
yüzeyden içeriye doğru azalmaktadır, Şekil 9 [12,20].
Borlanmamış çeliğin aşınma dayanımı 3,05 mg/
devir iken b o r l a n m ı ş çeliğin aşınma dayanımı
0,0065mg/devir olarak bulunmuştur. Buna göre
borlanmış'çeliğin aşınma dayanımı 500 kat daha
fazladır [ 3 ].
Yüzeyden uzE^dık, pm
Şekil 9. 950 °C Sıcaklıkta 90 Dakika Borlanmış Çeliklerin Yüzeyden
İtibaren Sertlik Dağılımı [20].
Borür Tabakasının Aşınma Dayanımı
Makina parçalarının ve mekanizmaların ömrü ve
güvenirliği yüzey özellikleri ile doğrudan ilişkilidir.
Korozyon, aşınma ve yorulma İkırılmasının oluşumu
yüzeyden başlar [ 21 ]. Aşınma dayanımı ve sürtünme
Şekil 10. Aşınma Dayanımı (yük 100N) [ 20].
katsayısı bir sistem özelliği olmakla beraber malzeme
sertliği ile doğrudan ilgilidir. Bodanmış tabakanın aşınma
Korozyon Dayanımı
dayanımı, tabakanın tek veya çift fazlı oluşuna ve oluşum
Borür tabakasının suya ve atmosfere karşı korozyon
biçimine bağlıdır. En az aşınma Fe 2 B fazında, en fazla
direncinin düşük olmasına karşılık, bazı asitlere ve sıvı
aşınma ise daha sert olan FeB fazında olmaktadır. Çünkü
metallere karşı direnci yüksektir. Özellikle HCl, H2SO4
daha sert olan FeB fazı, Fe2B fazıidan daha gevrektir.
ve H3PO4 gibi asitlere ve alüminyum, kurşun ve çinko
Bor elementinin oksijene afınitesi yüksektir. Bu
nedenle bor, yüzeyde koruyucu bir oksit tabakası
gibi metallerin sıvı banyolarında borlu malzemelerin
korozyon direnci çok yüksektir.
oluşturmakta, bu oksit filmi yüzeyde yağlayıcı vazifesi
Yüksek kromlu çeliklerde borlama ile koruyucu
görüp sürtünme katsayısını düşürerek yüzeylerin
krom oksit yerine daha az koruyucu olan krom borür
biribirine kaynamasını da önlemektedir [ 22 ]. Borür
oluşur. Bu yüzden yüksek alaşımlı malzemelerin
tabakasına aşınma testi uygulanmış, borür yüzeylerindeki
borlanmasıyla korozyon özelliği her zaman elde
6
5
3
aşınma miktarının (10' - 10" m m / m ) metal alt
58
edilmeyebilir [ 9 ].
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
makale
SONUÇ
Steel and Nickel Alloys by Plasma Activation of Boron
Trifiuoride, Thin SoBd Films, 310 (1997) 244 - 250.
Borlama etkin bir yüzey sertleştirme işlemidir. Metallerin
horlanması sonucu yüzeyde borür tabakası oluşur. Çelikler
için FeîB ve FeB yapısında oluşan borür tabakası; 2000
HV civarındaki sertlik ve çok yüksek aşınma direncine
Sanip olması ve bu özelliklerini yüksek sıcaklıklarda
koruyabilmesi gibi nedenlerden dolayı gelişen endüstride
önem kazanan bir yüzey sertleştirme işlemidir.
Ana metal ile karşılaştırıldığında horlanmış yüzeylerde
önemli bir miktarda sertlik artışı sağlanır. Ayrıca
horlanmış yüzeylerde sürtünme katsayısı da önemli
miktarda azalmaktadır. Makina parçalarındaki aşınma
kayıplarının azaltılması çalışmalarında borlama işlemi
alternatif bir yöntemdir. Özellikle darbesiz aşınmaların
oluştuğu nozullar, otomotiv endüstrisi ve ekstruder vidası
gibi makina parçalarında borlama ile yüzeylerin
sertleştirilmesi aşınma miktarını önemli ölçüde
azaltmaktadır.
9.
Şahin, S, Katı Borlama Yöntemi İle Ferrobor Üretimi ve
Özelliklerinin Belirlenmesi, Doktora Tezi, Celal Bayar
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999, Manisa.
10. Xu, C. H., Gao, W., Yang, Y. L., Superplastic Boronizing of
a Low Alloy Steels Microstructural Aspects, Journal of
Materials Processing Technology, 108 (2000) 349-355.
11. Roskill, The Economies of Boron, Roskill Information Services
Ltd, 1999, London England.
12.
Mathuschka, A., G.,
Boronizing, Carl Hanser Verlag,
München Wien. 1980, Germany.
13. Meriç, C, and Sahih, S., Investigation of Effect on Boride
Layer of Powder Particle Size in Boronizing with Solid Yielding Sunbtances, Materials Research Bulletin, 35,(2002)
2165 - 2172.
14.
Meriç, C, and Şahin, S., Investigation of Effect Boronizing
on Welding zone, Science Technology of Welding and Joining,
7 (2002) 107.
15.
Şen, U., Termokimyasal Yöntemle Bor Kaplama ve Kaplama
Özellikleri, Sekizinci Uluslararası Metalürji ve Malzeme
Kongresi, 6-9 Haziran, 1995, İstanbul.
KAYNAKÇA
16. Küper, A, Qiao, X.„;Stock, H. R:, A Novel Approach to Gas
Boronizing, Surface and Coatings Technology, 130 (2000) 87-94.
1. Yan, P. X., Zhang, X. M., Xu, J. W, Wu, Z. G., Song, Q
M., High Temperature Behavior of the Boride Layer of 45
ve Makina, Sayı 510,2002, TMMO, Makina Mühendisliği Odası
Yayını.
18. Özbek, I, Şen, S, ipek, M, Bindal, C, Zeytin, S Üçısık, H,
A Mechanical Aspect of Borides Formed on the AISI 440 C
Şahin, S., Meriç, C, Investigation of Effect Boronizing on
Stainless Steel, Vacuum, 73 (2004) 643-648.
Cast Irons, Materials Research Bulletin, 37 (2002) 971-979.
3. Jain, V., Sundararajan, G-, Influence of the Pack Thickness
19. Chen, F. S., Wang, K. L., The Kinetics and Mechanism of
Multi-Component Diffusion on AISI 1045 Steel, Surface and
of the Boronizing Mixture on the Bonding of Steel, Surface
and Coatings Technology, 149 (2002) 21 - 26.
4.
Coatings Technology, 115 (1999) 239-248.
20. Selçuk, B., İpek, Ri Karanuş, M. B., A Study on Friction
Özbek.l. Konduk, B. A. Bindal, C. Oçışık, A.H.,
and Wear Behaviour of Carburized, Carbonitrided and Borided
Characterization ofBoridedAISI316L Stainless Steel Implant,
AISI 1020 and 5115 Steels, Journal of Materials Processing
Vacuum, 65 (2002) 521 - 525.
5.
6.
21. Sizov, I. G., Smirnyagina, N. N . , Semenov A. P.,
Treatment of the Stainless Steel AISI304, Surface and Coatings
Structure and Properties of Boride Layers Deposited by
Technology, 112 (1999) 71 - 75.
Electron Beam and.Chemicothermal Treatment, Metal Science
and Heat Treatment, Metal Science and Heat treatment, 43
Pertek, A. Kukla, M-, Characterization of Complex (B+C)
Carbon Steel, Applied Surface Science, 202(2002) 252-260.
8.
Technology, 141 (20Ö3) 189 -196.
Yoon, J. H., Jee, Y. K., Lee, S. Y., Plasma Paste Boronizing
Diffusion Layers Formed on Chromium and Nickel-Based Low
7.
Çelik, A, Plazma ile Termokimyasal Yüzey İşlemleri, Mühendis
# Carbon Steel, Materials Chemistry and Physics, Vol. 71
(2001) 107 - 110.
2.
17.
Nam, K., S., Lee, K. H., Lee, S R. Kwon, S. C, A Study on
(2001) 460 - 461.
22.
Biddulph, R.H.,
Boronizing for Erosion Resistance, Thin
Solid film, Vol: 45 (1977) 341 - 347.
23. Bourithis, L, Papapfthymiou, S., Fapadimitriou, G. D.,
Plasma-Assited Bonding of Steels, Surface and Coatings
Plasma Transferred Arc Boroding of a Low Carbon Steel:
Technology, 98 (1998) 886-890.
Microstructure and wear properties, Applied Surface Science,
Hunger, H. J., Ldbig, G., Generation of Boride Layers on
200 (2002) 203-218.
Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı: 532
59