Borlama İşlemi ile Çelik Yüzeylerinin Sertleştirilmesi

Borlama işlemi, çelik yüzeylerin sertleştirilmesinde yaygın olarak kullanılan metalürjik bir yöntemdir. Bu işlem sırasında çelik parçalar, yüksek sıcaklıkta bor bileşikleri ile temas ettirilir ve bu temas sonucunda bor atomları yüzeyde difüzyonla çelikle reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucunda, yüzeyde borür bileşikleri oluşur ve yüzey sertliği artar. Bu yazıda ise bu işlemin çeşitlerini, faydalarını, kullanım alanlarını ve nasıl uygulandığını detaylıca ele alacağız.

Borlama İşlemi Nedir?

Borlama işlemi, metal veya diğer malzemelerin yüzeylerini kimyasal bir işlemle güçlendirmek ve dayanıklılıklarını artırmak amacıyla kullanılan metalurjik bir işlemdir. Bu işlem sırasında, malzeme özel bir borlama çözeltisi veya gaz ortamına maruz bırakılır.  Bu ise malzeme yüzeyinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Borlama, aşınma direncini artırmak, yüzey sertliğini iyileştirmek, korozyona karşı koruma sağlamak ve kesme takımları, rulmanlar, dişliler gibi endüstriyel uygulamalarda kullanılan parçaların ömrünü uzatmak için kullanılan yaygın bir işlemdir.

Borlama İşleminin Çeşitleri

Katı Ortamda Borlama: Katı ortamda yapılan işlem, toz ortam ve macunlama yöntemleri olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilir. Her iki yöntemde de kullanılan bor verici ortam aynıdır ve borlama işleminde ekabor adı verilen madde olarak kullanılır. Toz ortamda kullanılan ekabor, en ince taneden oluşurken, macunlama yöntemi için aynı maddeler macun haline getirilir. Bu iki borlama tarzı, metalurjik işlemlerde işlenen malzemenin özelliklerine göre seçilir ve farklı uygulamalar tercih edilir.

Toz Ortamda Borlama: Toz ortamda yapılan işlem, yüksek sıcaklıkta özenle hazırlanan borlama tozunun metal parçaların yüzeyine uygulanması ile gerçekleşir. Bu işlemde yüksek sıcaklık altında bulunan borlama tozları parçaların yüzeyine yapışır ve kimyasal reaksiyonlar başlar. Bu ise metal parçaların yüzeyinde son derece dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Macun ile Borlama: Macun ile borlama, özel olarak hazırlanmış bir borlama macunu kullanılmasıyla yapılır. Macun, metal parçaların yüzeyine uygulanır ve ardından yüksek sıcaklıklarda fırınlanır. Fırınlanma süreci boyunca borlama macunu ile metal arasında kimyasal bir reaksiyonu oluşur ve bu ise parçaların yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Sıvı Ortamda Borlama: Sıvı ortamda borlama, metal parçaların belirli bir sıvı borlama karışımına daldırılmasıyla veya bu karışımın parçaların yüzeyine uygulanmasıyla gerçekleşir. Daha sonra, parçalar özel bir fırında yüksek sıcaklıklara maruz bırakılır. Yüksek sıcaklıklara maruz bırakılan bu parçalar, kimyasal reaksiyonların başlamasına neden olur ve bunun sonucunda metal yüzeylerine dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşur. Sıvı ortamda borlama ne çok hassas ve karmaşık geometriye sahip parçalarda kullanılır.

Daldırma Yöntemi: Daldırma yöntemi ile borlama, metal parçaların özel bir borlama karışımı içinde tamamen daldırılmasıyla ve bu parçaların belirli bir süre boyunca, belirli bir sıcaklıkta bu karışımın içinde bekletilmesiyle gerçekleşir. Bu ise metal parçaların kimyasal reaksiyonlar geçirmesine ve metal yüzeyinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar. Sıvı ortamda borlama işlemi ise ne çok hassas ve karmaşık geometriye sahip parçalarda kullanılır.

Elektroliz Yöntemi: Elektroliz yöntemi ile borlama, metal parçaların bir elektrolitik çözelti içine yerleştirilip, bu çözeltinin içinde belirli bir elektrik akımı uygulanmasıyla gerçekleşir. Uygulanan bu elektrik akımı, metal parçaların yüzeylerinde kimyasal bir reaksiyonu tetikler ve bunun sonucunda metal yüzeylerine dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşur.

Derişik Çözeltilerde Borlama: Derişik çözeltilerde borlama, metal parçaların bor karbür tozları ve kimyasal katkı maddelerini içeren özel bir borlama çözeltisine batırılmasıyla gerçekleşir. Bu işlem sırasında, parçalar belirli bir sıcaklık ve süre boyunca bu çözelti içinde tutulur. Bu ise metal parçalarının kimyasal reaksiyonlar gerçekleşmesini ve metal yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Gaz Ortamda Borlama: Gaz ortamda borlama, metal parçaların belirli bir gaz atmosferi içinde yüksek sıcaklıklarda işlenmesiyle gerçekleşir. Bu işlemde genellikle bor gazı kullanılır. Gazın içindeki bor molekülleri, yüzeydeki metal ile reaksiyona girerek dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşturur. Göz ardı edilemeyecek önemli bir husus ise sıcaklık, süre ve gaz kompozisyonunun dikkatle kontrol edilmesi gerektiğidir.

Plazma (İyon) Borlama: Plazma (İyon) Borlama işlemi, parçalar bir vakum odasına yerleştirilip ve yüksek enerjili plazma gazlarının kullanılarak çeşitli gazlarla etkileşime sokulmasıyla gerçekleşir. Gazlar iyonlaştırılır ve bu iyonlar, parçaların yüzeyine çarpıp kimyasal reaksiyonlara neden olurlar.

Borlama İşleminin Faydaları

Borlama işleminin en belirgin özellikleri aşağıdaki gibidir:

• Metal parçaların yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşturarak aşınma direncini artırır ve aynı zamanda yüzey sertliğini iyileştirerek parçaların uzun ömürlü olmasını sağlar.
• Korozyona karşı koruma sağlar, böylece parçaların paslanmasını önler.
• Kesme takımları, matkap uçları, freze takımları gibi işleme araçlarının performansını artırır ve işleme işlemlerini daha verimli hale getirir. Bu işlem ayrıca mikro sertlik seviyelerini kontrol etmeye ve yüzey pürüzlülüğünü iyileştirmeye olanak tanır.

Kullanım Alanları

Borlama, metal ve diğer malzemelerin yüzeylerini güçlendirmek ve dayanıklılıklarını artırmak amacıyla kesme takımları, matkap uçları, rulmanlar, dişliler gibi endüstriyel parçaların üretiminde, otomotiv sektöründe, havacılık ve uzay endüstrisinde, tıbbi cihaz üretiminde, elektronik bileşenlerin üretiminde, hidrolik ve daha birçok alanda yaygın olarak uygulanır. Bu işlem, malzemelerin aşınmaya, korozyona ve mekanik streslere karşı daha dayanıklı hale gelmesini sağlayarak parçaların ömrünü uzatır ve performanslarını artırır.

Borlama İşlemi Nasıl Uygulanır?

 Borlama, katı, sıvı, gaz veya plazma ortamında genellikle 700- 1000°C sıcaklık aralığında ve 1 – 12 saat süresince gerçekleştirilen bir yüzey işleme yöntemidir. Katı borlama ortamında kullanılan maddeler arasında ferrobor, amorf bor ve B4C bulunurken, gaz ve plazma ortamında Diboran (B2H6), Boron triklorit (BCl3) ve Trimetilboran ((CH3)3B) yer alır. Borlama, genellikle alüminyum ve silisyumlu yatak çelikleri dışındaki demir alaşımlarına uygulanır. Bu işlem, yapı çelikleri, yüzey sertleştirilmiş menevişli çelikler, takım çelikleri, paslanmaz çelikler ve havada sertleştirilmiş çelikler gibi birçok çelik türünde kullanılır. Ayrıca, nikel bazlı alaşımlar ve kobalt bazlı alaşımlar da borlama yönteminden faydalanabilir ve nikelden oluşan alaşımlara yüksek yüzey aşınma direnci sağlamak için kullanılabilir.

Borlama ile Elde Edilebilecek Sertlik Değerleri

Borlanmış Çeliklerin Özellikleri

Borlama, yüzey sertliğini artırarak düşük sürtünme katsayısı ve yüksek dayanıklılık sağlayan bir işlemdir. Bu işlem, yapışma, aşınma ve yüzey yorulması gibi aşınma mekanizmalarına karşı etkili koruma sunar ve yüksek sıcaklıklarda bile kararlılık gösteren bir sertlik tabakası oluşturur. Borlama, birçok çelik türü için uygun bir seçenek sunar ve yüzeylerin oksidasyona karşı dayanıklı olmasını sağlar. Ayrıca sürtünme katsayısını azaltır ve yağlayıcı kullanımını minimum seviyeye indirir, böylece enerji verimliliğini artırır.