Al0,25CoCr1,5FeMoxNi (x = 0, 0,5, 1,0) alaşımlarında yapı-performans ilişkisi: Mo ve borlama işleminin etkileri

Abstract

Bu çalışmada, Al0,25CoCr1,5FeMoxNi (x = 0, 0,5, 1,0) bileşimlerinde yüksek entropili alaşımlar (YEA) üretilmiş ve bu alaşımlar üzerinde kutu borlama işlemi üç farklı sıcaklıkta (875 °C, 950 °C, 1025 °C) uygulanarak mikroyapı, mekanik özellikler, aşınma ve korozyon davranışları çok yönlü olarak incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, Mo ilavesi ile artan alaşım karmaşıklığının ve farklı borlama sıcaklıklarının borür tabakası oluşumu ile ilişkili olarak yüzey özelliklerine etkisini belirlemektir. Üretilen alaşımların mikroyapısal karakterizasyonu SEM/EDS, EBSD ve XRD teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Mo içermeyen Al0,25CoCr1,5FeNi alaşımı tek fazlı YMK yapı sergilerken, Mo ilavesiyle birlikte Al0,25CoCr1,5FeMo0,5Ni ve Al0,25CoCr1,5FeMoNi alaşımlarında ? fazı oluşumu ve faz ayrışması gözlenmiştir. Borlama işlemi sonrasında tüm numunelerde yüzeye paralel çok katmanlı borür tabakaları oluşmuş; tabaka kalınlığı ve faz dağılımı sıcaklığa ve alaşım bileşimine bağlı olarak değişkenlik göstermiştir. XRD analizleriyle FeB, Fe?B, CrB ve bazı Mo-bazlı borür fazlarının oluşumu tespit edilmiştir. Mekanik değerlendirmeler kapsamında yapılan mikrosertlik ve nanoindentasyon analizlerinde, hem Mo katkısının hem de borlama sıcaklığının artmasıyla yüzey sertliğinin belirgin şekilde yükseldiği görülmüştür. Tribolojik test sonuçlarına göre, borlanmamış numunelerde adhezyon, delaminasyon ve oksidatif aşınma mekanizmaları gözlenirken; borlanmış numunelerde abrasiv aşınma mekanizması baskın hale gelmiş ve aşınma direnci önemli ölçüde artmıştır. Elektrokimyasal korozyon testlerinde (OCP–Tafel), Mo ilavesinin ve özellikle yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen borlama işleminin, korozyon potansiyelini daha pozitif değerlere kaydırarak ve korozyon akım yoğunluğunu azaltarak alaşımların korozyon direncini iyileştirdiği ortaya konmuştur. Korozyon sonrası SEM/EDS analizleri, borlanmış yüzeylerin daha stabil ve iyon tutulumuna karşı dirençli bir yapı sergilediğini desteklemektedir. Sonuç olarak, hem Mo katkısı hem de uygun borlama sıcaklığı ile yüzey mühendisliğinde yüksek entropili alaşımların performansı optimize edilebilmekte ve bu alaşımlar ileri aşınma ve korozyon koşullarında kullanılabilir potansiyel yüzey malzemeleri olarak değerlendirilebilmektedir.In this study, high-entropy alloys (HEAs) with the compositions Al0.25CoCr1.5FeMoxNi (x = 0, 0.5, 1.0) were synthesized and subjected to pack boriding at three different temperatures (875 °C, 950 °C, and 1025 °C) to comprehensively investigate their microstructure, mechanical properties, wear, and corrosion behavior. The study's primary aim is to determine the influence of increased compositional complexity due to Mo addition and different boriding temperatures on the surface properties in relation to boride layer formation. Microstructural characterization of the produced alloys was performed using SEM/EDS, EBSD, and XRD techniques. While the Mo-free Al0.25CoCr1.5FeNi alloy exhibited a single-phase FCC structure, the addition of Mo led to the formation of a ? phase and phase separation in the Al0.25CoCr1.5FeMo0.5Ni and Al0.25CoCr1.5FeMoNi alloys. After boriding, multilayered boride coatings parallel to the surface were formed in all samples; the thickness and phase distribution of the layers varied depending on temperature and alloy composition. XRD analyses confirmed the formation of FeB, Fe2B, CrB, and certain Mo-based boride phases. Mechanical evaluations via microhardness and nanoindentation analyses revealed a notable increase in surface hardness with both Mo addition and elevated boriding temperatures. According to the tribological test results, adhesion, delamination, and oxidative wear mechanisms were observed in unborided samples, whereas abrasive wear became dominant in borided specimens, significantly enhancing wear resistance. Electrochemical corrosion tests (OCP–Tafel) demonstrated that Mo addition and, especially boriding at higher temperatures improved the corrosion resistance of the alloys by shifting the corrosion potential toward more positive values and reducing the corrosion current density. Post-corrosion SEM/EDS analyses supported the idea that borided surfaces exhibited more stable and ion-resistant structures. In conclusion, both Mo addition and an appropriate boriding temperature optimize HEA surface performance, rendering these alloys promising candidates as surface materials under severe wear and corrosion conditions.