1.Giriş Sert dolgu kaplama, havacılık, gaz türbinleri, petrokimya, madencilik endüstrisi ve enerji santrallerinin zorlu koşulları altında metalik bileşenlerin yüzey özelliklerini geliştirmek için kullanılan bir tekniktir [1, 2]. Çok bileşenli Co, Ni ve Fe bazlı alasımlar, alt malzeme sürekliğinde ve tokluğunda belirgin bir kayıp olmadan sertliği, aşınma ve korozyon dayanımını artırmak amacıyla, kaynak veya giydirme yoluyla homojen olarak yumuşak bir malzemenin (karbon ve düşük alaşımlı çelikler) yüzeyinde biriktirilir. Sert dolgu kaplamada, gaz metal ark kaynaklama (GMAW), korumalı metal ark kaynaklama (SMAW), toz altı ark kaynaklama (SAW), gaz tungsten ark kaynaklama (GTAW) ve plazma transfer ark kaynaklama (PTA) gibi çesitli ark kaynağı teknikleri ve la-zer kaplama (Laser Cladding) kullanılabilir [1]. PTA kaynağı diger yüzey kaynak işlemlerine çok iyi bir alternatif oluşturmaktadır. Yüksek kaplama oranı, düşük ısı girişi, mükemmel ark stabilitesi ve en önemlisi geniş materyal yelpazesi bakımından geleneksel kaynak tekniklerine göre avantajları bulun-maktadır. Ayrıca, düşük sermaye ve bakım maliyetleri, daha yüksek kalınlık kapasitesi, daha yüksek kaplama verimliligi ve oranı, küçük boyutun-dan dolayı bazı üretim ayarlarına entegrasyon kolaylığı gibi özellikleriyle lazer kaplama-ya göre de avantajları bulunmaktadır [2-4]. Co-Cr-W-C tipinden üretilmiş Stellite sert alasımlar, Stellite 1, 12 ve 6 gibi çesitli modifikasyonlarda ve ticari sınıflandırmalarda görülebilir [3]. Stellite alaşımlarının oda sıcaklığında sertliği ve tribolojik özellikleri, kobalt bakımından zengin katı çözeltinin güçlendirici ve kristalografik yapısına ve katılaştırma sırasında oluşan karbürlerin ve metaller arası bileşiklerin türüne ve miktarına bağlıdır [4]. Bu alaşımlarda karbürler birincil güçlendi-rici madde olarak kabul edilirken, krom ve tungsten içeren katı çözelti sertleştirici ikincil güçlendirici madde olarak kabul edilmektedir [5]. Mevcut araştırmada Stellite 12 alaşımının mikro yapısı, kimyasal kompozisyonu, sertliği ve kaymalı aşınmasının incelenmesi hedeflenmektedir. 2.MATERYALLER VE METOTLAR 75 ila 150 _m partikül büyüklüğündeki Stellite 12 kaplama tozu, ıslah edilmiş ve menev islenmiş AISI 4140 çelik üzerine PTA kaynak makinesi ile kaplanmış (Sekil 1). Stellite 12 alasım tozu ve AISI 4140 çeliğinin nominal bileşimleri Tablo 1 ve Tablo 2’de listelenmiştir. PTA kaplama işlemi sabit parametreler altın-da ve biriktirme prosedürü 5 mm kalınlığında tek bir katmanda gerçekleştirilmiştir. Kaplama için kullanılan PTA makinasının genel bir görüntüsü ve seması, Şekil 1’de gösterilmektedir. PTA işleminde toz, hazneden esnek tüpler vasıtasıyla üfleçe bir inert taşıyıcı gaz tarafından sürekli olarak taşınır, plazma arkına sokulur ve alt malzeme yüzeyine ısıtılır ve ivmelendirilir. Aktarılan ark, hem ana metali hem de hammadde malzemelerini eritmek için gereken enerji yoğunluğunu üretir. Alt malzeme yüzeyinde oluşan eriyik havuzu, koruma gazı olarak aktif veya atıl bir gaz perdesi ile oksidatif atmosfere karşı korunmak-tadır. PTA kaplama işleminden sonra, numunenin yüzeyleri, karakterizasyon ve aşınma testi için 2.5 mm kalınlığında düz bir sert yü-zey tabakası olusturmak üzere taşlanır. Faz analizi ve mikro yapı, Cu-Ka ısınımlı (GBC, Avustralya) X-ısını difraktometresi (XRD) ve enerji dağılımlı X-ısını (EDX) spektrometre-si donanımlı alan emisyon tarama elektron mikroskobu (FESEM, Philips, Hollanda) in-celenmistir. Aşınma ve sertlik testleri için numunelerin yüzeyi SiC kağıtları ile zımparalanır ve yüzey pürüzlülüğü etkisini gidermek için 0.25 um elmas pasta ile parlatılır. Numunelerin sertliğini belirlemek için, numunelerin yüzeyinde 500 g girinti yüküne sahip olan geleneksel Vickers mikro-sertlik test cihazı (Shimadzu, HMV2, Japonya) kullanılmış ve her numunede on test gerçekleştirilmiştir. Bunların ortalaması, en son sertlik sonucunu vermektedir. Kuru kaymalı aşınma testleri, oda sıcaklığında 3 N normal yük altında disk üzerinde bilye tipi tribometre (CSM Tribotester, Isviçre) kullanılarak yapılmıştır. 500 m’lik toplam kayma mesafesi için, yarıçapı 5.5 mm’lik dairesel bir yol boyunca sabit kayma hızı 0.1 m/s olan numuneleri aşındırmak için 6 mm çapında alüminadan (Al2O3) yapılmış bir bilye kullanılmıştır. Test prosedürü, numunelerin ultrasonik olarak asetonda temizlenmesini içermiştir. Aşınma testi sırasında sürtünme katsayısı verileri sürekli olarak kaydedilmiştir. Aşınma testlerinden sonra, temas tipli profilometre (Dektak 6M, Veeco, ABD) kullanı-larak aşınma izleri analiz edilmiş ve asınmış yüzeyler bir SEM ile incelenmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTISMA 3.1. Mikro Yapı Karakterizasyon PTA ile kaplanan Stellite 12 alaşımının X-ısını kırınım analizi, Sekil 2’de sunulmaktadır. Bu şekilde analiz sonuçları, kobalt katı çözelti-sinin _-Co ve _-Co fazlarının bir karışımı ol-duğunu ve Cr7C3 ve Cr23C6 gibi karbürleri içerdiğini göstermektedir. Sekil 3, PTA ile kaplanan Stellite 12’nin kesit-sel SEM görüntüsünü ve EDX element ha-ritasını göstermektedir. Bu üç faz, elementel kontrast ile ayırt edilebilir. Stellite 12 numunesi, dendritik kobalt bakımından zengin katı çözelti matrisine dağıtılmış kromca zengin karbürlerden ve tungsten içeren bileşiklerden oluşan ötektik bir mikro yapıya sahiptir. Stellite 12’nin mikro yapılarındaki her fazın EDX haritası ve bileşimsel kompozisyonu Tablo 3’te sunulmaktadır. Dendrit fazı; krom, tungsten, nikel ve seyreltik demir içeren kobalt bakımından zengin katı çözeltiden oluşur. Karbürün daha yüksek krom konsantrasyonu içerdiği saptanmıştır, bu nedenle kromun yerini alan kobalt ve tungsten içeren Cr7C3 ve Cr23C6 fazlarıdır. Ancak Cr7C3 ve Cr23C6 karbürleri arasındaki fark, mikroskop altında kolaylıkla ayırt edilebilecek özellikte değildir. Tungsten içeren bileşiğin yapısında esas olarak kobalt ve krom vardır, ancak bu fazların Stellite 12 alaşımındaki düşük miktarlarından dolayı bunların tepe noktası XRD analizin-de bariz değildir. Ağırlığı yaklaşık % 2’den az karbon içerikli Stellite 12 alasımı hipo-ötektik bir mikro yapı sergilemektedir. Bu alasımdaki birincil katılaşmış faz, FCC (_- Co) ve HCP (_-Co) kristal yapılı kobalt bakımından zengin bir katı çözeltiden oluşur. Saf kobaltın iki alotropik modifikasyonu vardır: 422°Cʼnin altındaki sıcaklıklarda stabil olan sıkı istifli altıgen (HCP) ve 422°C ile erime noktası olan 1495 °C arasında sabit olan yüzey merkezli kübik (FCC) [7]. Alasım elementleri mevcut olduğunda, dönüşüm sıcaklıkları etkilenebilir [8]. W ve Mo, transformasyon sıcaklığını arttırma eğilimindeyken, Ni ve Fe’nin varlığı, transformasyon sıcaklığını düşürme ve mikro yapıda metastabil FCC fazlarını arttırma eğilimindedir. Ancak çoğu soğutma koşulu altında dönüşüm, kobalt bazlı bir alasımda yavaş olma eğilimindedir, bu nedenle de oda sıcaklığında kobalt matrisi _ ve _ metastabilinin bir karışımıdır. Ötektik yapı, krom bakımından zengin karbürlerle karıştırılmış kobalt bakımından zengin faz (Cr7C3, Cr23C6), tungsten içeren kompleks karbürler (Co3W3C, Co6W6C) ve metaller arası bileşiklerden (Co3W, Co7W6) oluşmaktadır. AISI 4140 çeliği ve Stellite 12 yüzeylerinde yapılan sertlik ölçümlerinin sonuçları sırasıyla 320 ve 490 HV’dir. Stellite 12 alaşımının daha yüksek sertliği, katılasma sırasındaki karbür ve metaller arası olusumlara bağlanabilir. Tungsten içeren bileşiklerin ve krom bakımından zengin karbürlerin sertliği sırasıyla 1420 ila 1700 HV ve 880 ila 1030 HV arasında değişmektedir [3]. 3.2. Aşınma. Aşınma izlerinin genisligi ve derinliği, AISI 4140 çeliğinin ve PTA ile kaplanan Stellite 12 alaşımının oda sıcaklığında hacim kaybı ve sürtünme katsayısı Tablo 4’te sunulmaktadır. Test edilen numunelerin sürtünme katsayıları, Sekil 4’te sunulan sür- tünme katsayısı eğrilerinin yatışkın durum değerlerinden elde edilmiştir. Her aşınma izi için, temas tipli profilometre sistemi ile sekiz farklı konum ölçülmüş ve yazılım kesit alanını otomatik olarak hesaplamıştır. Sekiz kesit alanının ortalaması, aşınma izinin hacmini elde etmek için aşınma izinin dairesel uzunluğu ile çarpılmıştır. Stellite 12’nin oda sıcaklığında AISI 4140 çeliğinden daha fazla aşınma direnci olduğu açıktır. Asınma mekanizmaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için, numunelerin asınmış yüzeyleri SEM ile incelenmiştir (Sekil 5). Sekil 5 (a), AISI 4140 çeliğinin aşınma izinin pürüzlü bir görünüm sergilediğini göstermektedir. Mikro sürtünme hareketi ile tetiklenen kayma yönündeki oluklar, aşındırıcının oda sıcaklığında baskın aşınma mekanizması olduğunu göstermektedir. Oda sıcaklığında test edilen Stellite 12 kaplamasının asınmış yüzeyleri, döngüsel kayıcı temastan kaynaklanan birikmiş plastik deformasyonu ile karakterize edilebilir (Sekil 5 (b)). Bu nedenle, plastik deformasyon, oda sıcaklığının da Stellite 12 alaşımının ana aşınma mekanizması olarak belirlenmiştir [9, 10]. Stellite alaşımlarının oda sıcaklığında aşınma direnci özellikleri, yüksek sertlik ve katı çözeltinin elastisite modülü yanı sıra karbürlerin ve metaller arası fazların büyük hacimli fraksiyonu ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca metastabil FCC fazı, oda sıcaklığında mekanik bir gerilim (veya zorlanma) etkisi altında bir HCP fazına dönüşme eğilimindedir [10]. FCC’den HCP’ye dönüşüm, sıkı istifli yüzeyler boyunca kısmi yer değiştirme hareketinden kaynaklanan martenzitik olarak sınıflandırılır. Dolayısıyla, bu alotropik dönüşüm, Stellite alaşımlarının kayma aşınma direncinde faydalı olduğu belirtilen alasımın pekleşme hızını arttırmaktadır [11-13]. 4. SONUÇ Bu çalışmada, AISI 4140 çeliği üzerine PTA makinesi ile biriktirilen Stellite 12 sert yüzey alaşımının mikro yapı, sertliği ve aşınma direnci incelenmiştir. Ağırlığı yaklaşık % 2’den az olan karbon içerikli Stellite 12 alasımı hipo ötektik bir mikro yapı sergilemektedir. Bu alasımdaki birincil katılaşmış faz FCC (_-Co) ve HCP (_-Co) kristal yapılı, dendritik kobalt bakımından zengin bir katı çözelti fazından oluşmaktadır. Ötektik yapı, kobalt bakımından zengin faz ve krom bakımından zengin karbür karısı- mı (Cr7C3, Cr23C6), tungsten yapılı kompleks karbür (Co3W3C, Co6W6C) ve me- taller arası bileşiklerden (Co3W, Co7W6) oluşmaktadır. Stellite 12, kuru kayar disk üzerinde bilye ile aşınma testi sırasında AISI 4140 çeliğine kıyasla üstün aşınma direnci göstermiştir. Martenzitli FCC den HCP’ ye dönüşüm, Stellite 12’nin bu alasımın kayma aşınma direncinde faydalı olan pekleşme hızını arttırmıştır.