Vanadyumlama veya Termal Difüzyon (TD) nedir?

Toyota Difüzyon (TD) süreci olarak da adlandırılan tuz eriyiklerinden karbür kaplama üretme yöntemi, 1971 yılında Toyota Merkezi Araştırma Laboratuvarı tarafından icat edildi. Uzun yıllar Japonya'nın kendi kullanımı için sıkı korunan bu patentli teknoloji bugün Dünya'da birçok farklı tesiste kullanılıyor.

Toyota tarafından 1978 yılında seri üretimine başlanan "Twincam" motorunun imalatında vanadyumlama işlemi kullanılmıştı.

Türkçe olarak vanadyumlama olarak da adlandırabileceğimiz bu işlemde çelik veya sinterlenmiş tungsten karbür yüzeyinde pürüzsüz, ince (4-10µm), gözeneksiz son derece sert (3200–3800 HV) Vanadyum Karbür (VC) tabakası üretilir. Termal difüzyon işleminde, yüzeyde bulunan aktif vanadyum atomlarıyla altlık malzemede bulunan serbest karbon kullanılır.

Bu nedenle vanadyumlama işlemi yapılacak altlık malzemesinin serbest karbon oranının yüksek olması gerekir. Serbest karbon oranının %0,2'den yüksek olması proses açısından avantajlıdır. 

Çelik karbon oranı ile serbest karbonun aynı olmadığını da belirtmek isterim. 

Bir örnek vermem gerekirse AISI D2'nin (1.2379) toplam karbon  içeriği % 1,55 C, ancak serbest karbon içeriği ±% 0,6'dır.

TD işlemi tipik olarak çeliğin sertleştirme / östenitleme sıcaklığında 1050°C'de boraks ve karışık alaşımlı karbürlerden oluşan bir tuz banyosunda gerçekleştirilir. Bunu geleneksel ısıl işlemde olduğu gibi su verme ve tavlama işlemleri izler. TD işlemi bir difüzyon prosesi olduğu için sıcaklığı ne kadar yüksekse VC tabakası o kadar hızlı oluşur. Bu nedenle bazı çelikler yüksek serbest karbon içermesine rağmen, düşük sertleşme sıcaklığı nedeniyle çok yavaş kaplanır.

İşlemin etkin yapılabilmesi için yüksek serbest karbon içeren ve nispeten yüksek sertleştirme sıcaklığına sahip çelikler seçilmelidir.

Termal difüzyon işlemine uygun bazı çelikler,

1. AISI D2, 1.2379

2. AISI A2, 1.2363

3. H13, 1.2344

4. M2, 1.3343

Vanadyumlama uygulamasını endüstrinin birçok dalında görebiliriz. Prosesi bulan Japon otomobil üreticisi Toyota bu prosesi metal işleme takımlarında, sac şekil verme, dövme ve metal enjeksiyon kalıplarında kullanmaktadır. Aşındırıcı malzeme püskürten sprey nozulları, boru bükme ve ütüleme kalıplarında da kullanılmaktadır.

Yamaha R6 zincir pimlerinde vanadyumlama kullanılıyor.

Özellikle Japon araç ve makina üreticilerinin ağır yük zincir pimlerinde bu ısıl işleme rastlanır.