Yüksek entropili CoCrFeNiX (X= Ti, Nb, Hf, Zr) alaşımlarının üretilerek Nh3 gazı ortamında nitrürlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, farklı oranlarda Hf, Ti, Nb, Zr elementleri orta entropili CoCrFeNi alaşımına katkılanarak ötektik kompozisyondaki yüksek entropili alaşımlar ile ötektik olmayan yüksek entropili alaşımların farkları kıyaslanarak bunun yanında bu alaşımlara nitrürlemenin etkisini tespit etmek amaçlanmıştır. Kontrollü atmosferde vakum ark ergitme yöntemiyle ötektik ve ötektik altı kompozisyonlarda yüksek entropili alaşımlar üretilmiştir. Alaşımlar döküldüğü haliyle 510 oC sıcaklıkta 72 saat boyunca gaz nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Alaşımlar ve nitrürlenmiş alaşımların XRD, SEM-EDS, Mikrosertlik Testi ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. CoCrFeNi alaşımına katkılanan Nb, Ti, Hf, Zr, elementleri alaşımın kristal yapısını değiştirmeden YMK yapıda katı çözelti oluşturmuştur. Katkılama neticesinde YMK fazına ek olarak Laves fazlarının da oluştuğu tespit edilmiştir. Zr ve Hf elementlerince katkılanan (CoCrFeNi)88,85(Zr)11,15 ve (CoCrFeNi)90,5(Hf)9,5 alaşımları tamamiyle ötektik morfolojiye sahipken Ti ve Nb katkılanan alaşımlarda kısmen ötektik yapı elde edilmiştir. Tüm nitrürlenen alaşımlar üzerinde yoğun ve sürekli bir nitrür tabakası elde edilmiştir. CoCrFeNi alaşımı içerisine ilave edilen Nb, Ti, Hf, Zr, elementlerinin katkılanma miktarı arttıkça yüzeydeki nitrür tabakaların kalınlıkları genel olarak azalma eğilimindedir. Katı çözelti CoCrFeNi-XN (X=Nb, Zr, Ti, Hf) nitrür fazının yanı sıra nitrürleme sonucunda katkılama miktarına ve katkılama elementine bağlı CrN, Fe3N, Hf3N2, Nb4N5, Ti2N, Zr7O11N2 gibi nitrür ve oksinitrür fazların oluştuğu ve bu nitrür fazların da katı çözelti şeklinde bulunduğu tespit edilmiştir. CoCrFeNi ve (CoCrFeNi)89,52(Nb)10,48 alaşımlarını sertlikleri en düşük ve en yüksek olup, sırasıyla 258 HV ve 738 HV'dir. Nitrürleme sonrasında ise en düşük ve en yüksek sertlik değerleri sırasıyla CoCrFeNi (1164,78 HV) (CoCrFeNi)88,85(Zr)11,15 (1543,13 HV) alaşımlarında elde edilmiştir. Genel olarak sertlik artışı katı çözelti sertleşmesi ve nitrürleme sonucu oluşan nitrür fazların kombine etkisinden kaynaklanmaktadır.In this thesis, it is aimed to compare the differences between high-entropy alloys in eutectic composition and non-eutectic high-entropy alloys by adding different amounts of Hf, Ti, Nb, Zr elements to the medium-entropy CoCrFeNi alloy, and also to determine the effect of nitriding on these alloys. High entropy alloys in eutectic and sub-eutectic compositions were produced by vacuum arc melting in a controlled atmosphere. The alloys, as cast, were subjected to gas nitriding at 510 oC for 72 hours. Characterization of alloys and nitrided alloys was carried out by XRD, SEM-EDS, Microhardness Test. Nb, Ti, Hf, Zr elements added to the CoCrFeNi alloy formed a solid solution with FCC structure without changing the crystal structure of the alloy. It was determined that, as a result of doping, Laves phases were also formed in addition to the FCC phase. While (CoCrFeNi)88.85(Zr)11.15 and (CoCrFeNi)90.5(Hf)9.5 alloys doped with Zr and Hf elements have a completely eutectic morphology, a partially eutectic structure was obtained in the alloys doped with Ti and Nb. A dense and continuous nitride layer was obtained on all nitrided alloys. As the doping amount of Nb, Ti, Hf, Zr elements added into the CoCrFeNi alloy increases, the thickness of the nitride layers on the surface generally tends to decrease. In addition to the solid solution CoCrFeNi-XN (X=Nb, Zr, Ti, Hf) nitride phase, nitride and oxynitride phases such as CrN, Fe3N, Hf3N2, Nb4N5, Ti2N, Zr7O11N2 are formed as a result of nitriding, depending on the doping amount and doping element, and these nitride phases are also formed. It was found to exist in solid solution form. CoCrFeNi and (CoCrFeNi)89.52(Nb)10.48 alloys have the lowest and highest hardness, 258 HV and 738 HV, respectively. After nitriding, the lowest and highest hardness values were obtained in CoCrFeNi (1164.78 HV) (CoCrFeNi)88.85(Zr)11.15 (1543.13 HV) alloys, respectively. In general, the increase in hardness is due to the combined effect of solid solution hardening and nitride phases formed as a result of nitriding.