PROF. DR. NURHAN CANSEVER

Manyetik alanda sıçratma yöntemiyle üretilen ni-cr alaşımlarının gerinim ölçerlerde kullanımı ve uygulaması

Günümüz teknolojisinin ilerlemesinde en önemli yapı taşlarından biri olan yarı iletken teknolojilerinin ve malzemelere uygulanan yüzey işlemlerinin temeli, ince film teknolojisidir. İnce film teknolojisinin teknolojik bakımdan bu kadar önemli oluşu, geçmiş ve günümüzde üzerinde çok sayıda bilimsel eser hazırlanmasına ve dolayısı ile de hızla gelişmesini ve yaygınlaşmasını sağlamıştır. Doktora çalışmamızın ana hedefi, doğrudan parça üzerinde ince film NiCr gerinim ölçerlerin üretiminin incelenmesidir. Bu hedefe ulaşırken kullanılacak yol olarak, günümüz teknolojisinde en sık kullanılan ince film üretim yöntemi olan manyetik alanda sıçratma, yarıiletken teknolojilerinde proses gereği en çok tercih edilen ısıl işlem yöntemi olan RTP ve şekillendirme yöntemi olan litografi seçilmiştir. Bu sayede elde edilen deneysel verilerin doğru olması, güncel yöntemlerle örtüşmesi, karşılaştırılabilir olması ve sonraki çalışmalara kaynak sağlayabilecek değerde olması amaçlanmıştır. Çalışmanın deneysel bölümünde literatürde sıkça rastlananın aksine ayrı ayrı hedefler kullanılmış ve iki tabakalı ince filmler elde edilerek Ni-Cr bileşimlerinin doğrudan tabaka kalınlıkları ile arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Ayrıca NiCr alaşım hedef kullanılarak üretilen ince filmler ile, tabakalı ince filmlerden bileşimi alaşım hedefinkine yakın olanlar, ısıl işlem sonrası oluşan fazlar bakımından karşılaştırılmıştır. Öte yandan, alaşım hedeften cam üzerinde üretilen ince filmler litografik olarak şekillendirilerek gerinim ölçerler üretilmiş ve doğrudan üretildikleri cam üzerinde elektriksel olarak karakterize edilmiş ve gerinim ölçer olarak incelenmiştir.

Petrol ve doğalgaz boru hattı çeliklerinin hidrojen nedenli çatlama davranışı

Bu çalışmada sulu H2S içeren asidik servis şartlarına maruz kalan yüksek mukavemetli düşük alaşımlı hat borusu çelikleri ve onların kaynaklı birleşmelerinde meydana gelen hidrojen nedenli çatlama (HIC) davranışları üzerinde çalışılmıştır. bu kapsamda yapılan deneysel çalışmalarda doğal gaz ve petrol boru hatlarının maruz kaldığı asidik ortamı temsil etmek amacıyla NACE TM0284 standart deney çözeltisi kullanılmıştır. Bu amaçla yapılan deneylerde, doğal gaz ve petrol boru hatlarında kullanılan API 5L X60, X65 ve X70 çelikleri ile onların fabrikasyon (tozaltı ark ve elektrik direnç kaynaklı) ve saha (lazer ve elektrik ark) kaynaklı uygulamalarının asidik ortamlardaki davranışları iki farklı yöntemle belirlenmiştir. Birinci yöntemde, gerilmesiz test numuneleri standart deney çözeltisine maruz bırakılarak sonuçları incelenmiştir. İkinci yöntemde ise borulardan alınan kaynaklı numuneler deney çözeltisine maruz bırakıldıktan sonra, oda sıcaklığında çekme, eğme ve sertlik testleri gibi API 5L’de tanımlanan bir dizi mekanik testlere tabi tutulmuştur. Farklı kaynak yöntemleri ile kaynaklı numuneler üzerinde yapılan incelemeler sonucunda, gerilme uygulanmamış numunelerin yalnız ana malzeme bölgesinde HIC çatlamaları tespit edilirken, ikinci yöntem izlenerek yapılan mekanik testler sonucunda ise kaynaklı numunelerin ısı tesiri altındaki bölgeden (ITAB) ve kaynak bölgesinden çatladıkları veya koptukları görülmüştür. Sonuç olarak; çözeltiden malzeme içerisine absorbe olan ve yapıda bulunan metalurjik hatalarda (segregasyon, inklüzyon vb.) tuzaklanan hidrojenin, gerilmesiz deney numunelerin ana malzemelerinde dekohezyon mekanizması yoluyla HIC çatlamasına, gerilme uygulanan kaynaklı numunelerde ise plastisite mekanizması yoluyla gerilmenin yoğunlaştığı ITAB ve kaynak bölgesine taşınması sonucunda gerilmeli hidrojen çatlamasının bir türevi olan gerilme yönlenmeli hidrojen nedenli çatlamasına (SOHIC) neden olduğu değerlendirilmiştir.

Bakır metalindeki mikrobiyolojik korozyonun elektrokimyasal yöntemlerle araştırılması

Saf bakır metalinde meydana gelen mikrobioylojik korozyon (MIC) diğer korozyon çeşitlerine göre farklılık göstermektedir. Mikroorganizmalar, malzeme yüzeyinde biyofilm tabakası oluşturarak korozyon mekanizmalarının gelişimine yol açmaktadır. Mikrobiyolojik korozyon farklı bakteriler tarafından meydana gelebilmektedir. Bu çalışmada, saf bakırın korozyonuna sülfat indirgeyen bakteri (SRB) ailesinin en yaygın türü Desulfovibrio sp.’nun etkisi araştırılmıştır. Bakır metalinin farklı ortamlardaki korozyon potansiyeli, akım yoğunluğu, korozyon hızı potansiyodinamik yöntem ile belirlenmiştir. Desulfovibrio sp.’nun neden olduğu korozyon koşulları, laboratuvar ortamında sağlanmıştır. Deneylerde sırasıyla steril Postgate C besiyeri, Desulfovibrio sp. içeren Postgate C besiyeri kullanılmıştır. Desulfovibrio sp. içeren Postgate C besiyerinde deneyler yapıldığında metal yüzeyinde steril Postgate C besiyerine göre farklı tabaka oluşumu görülmüştür. Desulfovibrio sp. içeren Postgate C besiyerine biyosit eklenerek korozyon hızındaki değişim gözlenmiştir. Potansiyotat kullanılarak Desulfovibrio sp.’nun neden olduğu korozyon etkisi ölçülmüştür. Potansiyodinamik polarizasyon yöntemlerinden faydanılarak Desulfovibrio sp. içeren ve içermeyen ortamlarda bakır metalin korozyon davranışı incelenmiştir. Bunun yanında korozyona uğramış bakır metalindeki yapı karakteristiği SEM ve EDS analizleri ile desteklenmiştir. SEM çalışmalarında biyofilm tabakasında spiral-çubuk şekilli Desulfovibrio sp.’a rastlanmıştır. EDS analizinde metal yüzeyinde farklı bakır bileşiklerinin oluştuğu görülmüştür.

Elektrolitik sert krom kaplanmış 1010 ve 1040 çelik yüzeylerin nitrürlenmesi ve nitrokarbürlenmesi

Çelikler, bazı üstün mekanik özelliklerinden dolayı yüzyıllardır en çok kullanılan malzeme olma özelliğini sürdürmektedirler. Günümüzde çelik malzemeler, kimyasal bileşiminin ve içyapılarının farklı olmasından dolayı birçok farklı türde bulunmaktadırlar. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri ilave edilerek ve/veya çeşitli işlemlerle içyapı kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelikler elde edilir. Bu üstün özelliklerinin yanında çeliklerde bazı sınırlamalar söz konusudur. Bu sınırlamalar özellikle yüzey bölgesindeki malzeme özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bazı çelik türlerinin düşük korozyon direnci göstermesi çeliğin kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Korozyona uğrayan çelikte gözle görülebilen olumsuz değişikliklerin yanında, mukavemet azalması ve tribolojik yönden kötüleşme gibi özellik kaybı da gerçekleşmektedir. Aşınma ve korozyona karşı dirençsiz olan çelikler, yüzeylerindeki düşük olan özelliklerini geliştirmek amacıyla yüzey işlemlerine tabi tutulur. Yüzey işlemleri, malzeme yüzeyinde yeni bir tabaka oluşturacağı gibi yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirerek de yapılabilir. Alaşım elementleri çeliğin tamamen içerisine katılmakla beraber üretimden sonra çelik yüzeyinde biriktirme ve alaşımlama şeklinde de oluşturulabilir. Bölgesel olarak yapılan bu işlemler maliyetten kazanım ve farklı özelliklerin bir arada bulunması gibi avantajlar sağlamaktadır. Çalışma toplam 7 bölümden oluşmaktadır. İlk Bölümde Giriş, Tezin Amacı ve Literatür İncelemesi bulunmaktadır. 2. Bölümde çeliklerden ve çeliklerin yüzey özelliklerini geliştirmekten bahsedilmiştir. 3. Bölümde difüzyon ve mekanizmalarından bahsedildikten sonra difüzyon yöntemlerinden olan nitrürleme ve nitrokarbürleme sırasıyla 4. ve 5. Bölümlerde anlatılmıştır. 6. Bölüm deneysel çalışmalardan oluşmuştur. 7. Bölümde ise genel olarak sonuçlar özetlenmiştir Bu çalışmada, AISI 1010 ve AISI 1040 çelik yüzeyler elektrolitik olarak sert krom kaplanmış ve 3 farklı sıcaklıkta (600, 700 ve 800 0C), % 60 N2 + % 40 H2 atmosfer ortamında, 5 saat süreyle plazma nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, yine sert krom kaplanmış bu numuneler % 45 CO2 + % 29 NH3 + % 26 N2 gaz karışımında 560 0C’ de 8 saat süreyle gaz nitrokarbürleme işlemleri uygulanmıştır. Yüzey işlemlerine tabi tutulan çelik numuneler, XRD analizleriyle karakterize edildikten sonra taramalı elektron mikroskobunda mikroyapısal incelemeleri gerçekleştirilmiş, EDS ve Line Scan analizleri yapılmıştır. Daha sonra yapışma ve sertlik testleri uygulanmış ve % 3.5′ lik NaCl çözeltisi içerisinde korozyon testleri yapılmıştır. Elde edilen bulgularla, farklı koşul ve malzeme açısından numuneler karşılaştırılmıştır. Sonuçta, elektrolitik sert krom kaplanmış ve nitrokarbürlenmiş çelik numunelerde gaz nitrokarbürleme işlemindeki seçilen deney koşullarının uygun olmadığı tespit edilmiştir. Plazma nitrürlemede ise, en iyi koşulların, korozyon direnci ve yapışma özellikleri değerlendirilerek hem AISI 1010 hem de AISI 1040 çelikleri için 600 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde, sertlik değerleri göz önüne alınarak ise 800 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde elde edilmiştir.

AISI 1010 ve AISI 1040 çelikleri yüzeylerine nikel ve krom yayındırılarak yüzey özelliklerinin geliştirilmesi

Bu çalışmada AISI 1010 ve AISI 1040 çelikleri yüzeylerine elektrolitik olarak nikel ve krom kaplanmış, kaplanan çeliklere farklı sıcaklıklarda (700 oC ve 800 oC) ısıl işlem uygulanmak suretiyle nikelin ve kromun çeliklerde yayınması sağlanmış, böylece AISI 1010 ve AISI 1040 çelik yüzeylerinde nikel ve krom miktarı arttırılarak adeta alaşımlı çelik gibi davranmaları amaçlanmıştır. Isıl işlem sonrası yüzeylerine nikel ve krom yayındırılan çeliklerin karakterizasyonu yapılmıştır. Difüzyon bölgesi taramalı elektron mikroskobunda(SEM) incelenmiş ve difüzyon bölgesinde EDS analizi yapılmış, kalınlığı ölçülmüş, difüzyon bölgesinin korozyon davranışları incelenmiş ve mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. Nikelin yayındırmayla çeliklerde korozyon direncini arttığı, krom yayındırılmasıyla hem korozyon direncinin hem de sertliğin arttığı görülmüştür.