ellikleri structure and the surface behaviours of steel which are coated with cr3c2 nicr 75 25 and...
Post on 06-Apr-2018
219 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
1/85
T.C.
GEBZE YKSEK TEKNOLOJ ENSTTS
MHENDSLK VE FEN BLMLER ENSTTS
PLAZMA PSKRTME VE HVOF
YNTEMLER KULLANILARAK, Cr3C2-NiCr(75/25) ve CrNiBSi+%80 WC-Co
TOZLARIYLA KAPLANAN ELNYAPISI VE YZEY ZELLKLER
As m mer KAYA
YKSEK LSANS TEZ MALZEME BLM VE MHENDSL ANABLM
DALI
TEZ DANIMANIDo.Dr.Metin USTA
GEBZE
2007
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
2/85
iv
ZET
Tez Bal : PLAZMA PSKRTME VE HVOF YNTEMLER KULLANILARAK, 23C Cr - NiCr (75/25) ve CoWC CrNiBSi + 80%
TOZLARIYLA KAPLANAN EL N YAPISI VE YZEY ZELLKLER Yazar Ad : As m mer KAYA
Bu al mada altl k malzemesi elik olan malzeme 23C Cr - NiCr (75/25) ve
CoWC CrNiBSi + 80% tozlar yla, plazma pskrtme ve HVOF (Yksek H zl
Oksi-Yak t ) teknikleri kullan larak kapland . Kaplanan numuneler metalografik
ilemlerden getikten sonra testlere tabii tutuldu. Mikro sertlik deneyleri yap lannumunelerin XRD grntleri, EDAX analizi ve SEM fotoraflar ekilerek eldeedilen zellikleri aras nda sonular baz al narak kar lat rma yap ld .
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
3/85
v
SUMMARY
Title of Thesis: THE STRUCTURE AND THE SURFACE BEHAVIOURS OF
STEEL WHICH ARE COATED WITH 23C Cr - NiCr (75/25) AND
CoWC CrNiBSi + 80% USING PLASMA SPRAYING AND HVOF METHODS
Writer: As m mer KAYA
In this study, steel which is the substrate material, is coated with 23C Cr - NiCr (75/25) ve CoWC CrNiBSi + 80% powders using plasma spraying and
HVOF(High Velocity Oxigen Fuel) methods. After the metallographic processes,
some experiments are done. We did the micro-hardness tests and EDAX analysis,
took the photos of XRD and get the SEM pictures. Finally we compared the
properties between the specimens according to the results.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
4/85
vi
TEEKKR
Yksek lisans eitimim ve tez al mam sresi boyunca bilgi, tecrbe ve
desteini esirgemeyen Malzeme Bilimi ve Mhendislii Ana Bilim Dili retimyesi olan dan man hocam say n Do.Dr. Metin USTA ya teekkr bor bilirim.
Polonya The Silesian University of Technology de eitim yesi olan ve 6 ayl k Erasmus renci Deiim program mda tez dan man m olan Ph.D.Aleksander IWANIAK e teekkr ederim.
Fikirlerine her zaman dan t m Y ld z Teknik niversitesi Metalurji veMalzeme Mhendislii retim yesi deerli hocam say n Do. Dr. AhmetKARAASLAN a teekkr ederim.
Tez al mam s ras nda yard mlar n esirgemeyen deerli arkadalar m HseyinBAARAN a ve Bige ZLER e teekkr ederim.
renim hayat m boyunca maddi ve manevi destei ile her zaman yan mdaolan deerli aileme teekkr ederim.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
5/85
vii
NDEK LER DZN
Sayfa ZET ivSUMMARY v
TEEKKR vi NDEK LER DZ N viiSMGELER VE KISALTMALAR DZ N ixEK LLER DZ N xTABLOLAR DZ N xii
1. GR 12. SERAMK MALZEMELER 23. SERAMK KAPLAMALAR VE KAPLAMA MALZEMELER 4
3.1. Seramik Kaplamalar 4
3.2. Seramik Kaplama Malzemeleri 5
4. TERMAL SPREYLEME 7
4.1. Giri 74.2. Termal Sprey Prosesi 7
4.3. Termal Sprey Kaplamalar n Uygulama Alanlar 8
4.4. Termal Sprey Kaplama Malzemeleri 8
4.5. Termal Sprey Prosesleri 9
5. HVOF YNTEM 105.1. Yntemdeki En Son Gelimeler 12
5.1.1. Yntemin Faydalar 13
5.2. HVOF Sistemlerinin Tasar mlar ndaki Farkl l klar 165.3. Makul S cakl klarda Yksek H zlar 17
5.4. HVOF Kaplama Teknolojilerinin Kullan m ndaki Dzenli Art 176. PLAZMA SPREY KAPLAMA TEKNOLOJS 19
6.1. Giri 196.2. Plazman n Tan m ve Avantajlar 21
6.3. Plazman n zellikleri 23
6.4. Plazma Sprey Sistemi 24
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
6/85
viii
6.5. Plazma Sprey ( Kaplama) Malzemeleri 26
6.6. Altl k malzemeler 26
6.7. Plazma Spreyin S n fland r lmas 28
6.8. Kaplama Yzeylerinin Haz rlanmas 28
6.9. Plazma Partikl Etkileimi 316.10. Plazma Altl k Malzeme Etkileimi 31
6.10.1. Kat lama 316.10.2. Is Transferi 33
6.10.3. Kaplama-Altl k Malzeme ve Partikller Aras ndaki Balanma 336.11. Sprey Parametrelerinin Kaplama zelliklerine Etkisi 34
6.12. Prosesin Endstriyel Uygulama Alanlar 36
6.13. Plazma Sprey Kaplama Prosesinin Ekonomiklii 387. ALIMANIN AMACI 408. DENEYSEL ALIMALAR 41
8.1. Deneyde kullan lan numunelerin spektral analizi 41
8.2. Deneyin Yap l 418.3. Mikro-Sertlik lmleri 44
8.4. X-I nlar Difraksiyon Analizi ve EDAX analizi 44
8.5. Taramal Elektron Mikroskobu (SEM)ncelemesi 449. SONULAR VERDELENMES 45
9.1. X-I nlar Difraksiyonu Analizi 459.2. Mikro-Sertlik lmleri 48
9.2.1. Yzeyden Mikro-Sertlik lmleri 48
9.2.2. Kesitten Mikro-Sertlik lmleri 49
9.3. Kaplama Yzeyinin SEM Grntleri 55
9.4. EDAX Analizi 5910. SONULAR 70
KAYNAKLAR 71
ZGEM 74
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
7/85
ix
SMGELER VE KISALTMASI
HVOF Yksek H zl Oksi-Yak t
MPa Megapaskal
M MikrometrePVD Phsical Vapor Deposition (Fiziksel buhar biriktirme)
CVD Chemical Vapor Deposition (Kimyasal buhar biriktirme)
kW Kilowatt
HV Vickers SertliikV Kilovolt
SEM Taramal Elektron Mikroskobu
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
8/85
x
EK LLER DZN
ekil Sayfa
2.1. Oksit olmayan seramiklerin s n fland rmas 3
4.1. Termal sprey kaplama prosesininematik olarak gsterimi 85.1. Plazma, D-Gun ve HVOF yntemleri aras ndaki zellik ilikileri 146.1. Plazma sprey (APS)ematik gsterimi 206.2. Plazma Spreyin Tarihsel Geliimi 216.3. Ntr Bir Atomunematik Gsterimi 226.4. Plazma Sprey Sistemininematik Gsterimi 256.5. Plazma Sprey Kaplamalar nda Kullan lan Genel Kaplama Malzemeleri 27
6.6. Plazma Sprey Ynteminin S n fland r lmas 28
6.7. Tornalama ve Talama Yzey Deerleri 306.8. Tamam ile ergimi partikln altl k malzeme ile etkileimi 326.9. Termal Spreyin Genel Kullan m Alanlar 37
9.1. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi. 46 9.2. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi 469.3. St3S yzeyine HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi 47
9.4. St3S yzeyine HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi. 479.5. Mikro-sertlik deerlerinin kaplama yntemlerine gre deiimi. 499.6. Plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olanelik iin sertlik-mesafe deiim grafii 50
9.7. Plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm
olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii 509.8. HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan elik
iin sertlik-mesafe deiim grafii 51
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
9/85
xi
9.9. HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan elik iin
sertlik-mesafe deiim grafii 519.10. Numune 1 iin sertlik izlerinin SEM grnts 53
9.11. Numune 2 iin sertlik izlerinin SEM grnts 539.12. Numune 3 iin sertlik izlerinin SEM grnts 54
9.13. Numune 4 iin sertlik izlerinin SEM grnts 54
9.14. 1. numaral numunenin SEM grnts 55
9.15. 1. numaral numunenin SEM grnts 55
9.16. 2. numaral numunenin SEM grnts 56
9.17. 2. numaral numunenin SEM grnts 56
9.18. 3. numaral numunenin SEM grnts 57
9.19. 3. numaral numunenin SEM grnts 57
9.20. 4. numaral numunenin SEM grnts 58
9.21. 4. numaral numunenin SEM grnts 58
9.22. CrNiBSi+%80WC-Co kaplanm numunenin SEM fotoraf 599.23. 1 numaral blgenin EDAX grnts 59
9.24. 2 numaral blgenin EDAX grnts 60
9.25. )25/75(23 NiCr C Cr ile kaplanm numunenin SEM fotoraf 61
9.26. 1 numaral blgenin EDAX grnts 62
9.27. 2 numaral blgenin EDAX grnts 62
9.28. CrNiBSi+%80WC-Co kaplanm numunenin SEM fotoraf 639.29. 1 numaral blgenin EDAX grnts 64
9.30. 2 numaral blgenin EDAX grnts 64
9.31. 3 numaral blgenin EDAX grnts 65
9.32. )25/75(23 NiCr C Cr ile kaplanm numunenin SEM fotoraf 66
9.33. 1 numaral blgenin EDAX grnts 67
9.34. 2 numaral blgenin EDAX grnts 67
9.35. 4 numaral blgenin EDAX grnts 68
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
10/85
xii
TABLOLAR DZN
Tablo Sayfa 3.1. Seramiklerin y llara gre pazar durumlar (milyon $) 4
3.2. Seramik Kaplama Prosesinde Kullan lan Baz Tozlar 6
5.1. eitli kaplama yntemlerinin karakteristik zellikleri (%88 WC, %12Co) 116.1. Kumlama Malzemeleri ve Kumlama Bas nlar 29
6.2. Yzey Haz rlama in Tornalama Deerleri 306.3. Plazma Spreyle Kaplanm eitli Tabakalar n Sertlii 366.4. 1990 Y l Dnya Seramik Pazar 38
6.5. Kaplanm ve Kaplanmam Pistonlar n Maliyetinin Kar latr lmas 396.6. Bir plik K lavuzu ve Baraban iin Maliyet Hesab 398.1. St3S eliinin kimyasal kompozisyonu 418.2. Plazma Pskrtme Metodu Deney Parametreleri 42
8.3. HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu Deney Parametreleri 42
8.4. Numunelerin ebatlar 43
9.1. Numunelerin yzeyden sertlik deer ortalamalar ve standart sapmalar 48
9.2. Numunelerin kal nl k ortalamalar ve standart sapmalar 529.3. 1.numune iin % A rl k 609.4. 1.numune iin % A rl k Tolerans 619.5. 1.numune iin % Atom miktar 61
9.6. 1.numune iin % Atom Tolerans 61
9.7. 2.numune iin % A rl k 639.8. 2.numune iin % A rl k tolerans 63
9.9. 2.numune iin % Atom miktar 639.10. 2.numune iin % Atom tolerans 63
9.11. 3.numune iin % A rl k 659.12. 3.numune iin % A rl k tolerans 659.13. 3.numune iin % Atom miktar 66
9.14. 3.numune iin % Atom Tolerans 66
9.15. 4.numune iin % A rl k 69
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
11/85
xiii
9.16. 4.numune iin % A rl k Tolerans 699.17. 4.numune iin % Atom miktar 69
9.18. 4.numune iin % Atom Tolerans 69
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
12/85
1
1. GR
HVOF ve Plazma Pskrtme yntemleri, a nm ve tolerans d na km
makine paralar n n geri kazan lmas , makine paralar n n yzey zelliklerinin
iyiletirilmesi ve elik yap lar iin koruyucu kaplamalar elde edilmesi gibi bir ok
endstriyel alanlarda baar l olarak uygulanmaktad r. zellikle kaliteli kaplamalar n
gerekli olduu uygulamalarda plazma jeti ile pskrtme ve HVOF yntemleri dier
yntemlere gre daha ok tercih edilmektedir.
A nmaya direnli malzemelerin kullan m ile oluturulan yzey kaplamalar n
oluturmak zere en yayg n kullan lan yntemlerin ba nda eritme esasl s l
pskrtme yntemleri gelmektedir. Is l pskrtme yntemleri kolay
uygulanabilirlikleri, malzemede arp lma tehlikesi yaratmayacak s girdileri, bir ok
tr malzemenin eitli amalar iin pskrtlebilme olana salamalar gibi
stnlklere sahiptirler. Kaplanan tabakalar n kullan m s ras nda gsterdikleri yksek
a nma direnleri de kullan m art n n bu ynde gelimesini tevik etmektedir.
Dolay s yla, bu al mada s l pskrtme yntemleri, gelimeleri ve yntem esas ,
kullan m yerleri baz al narak a klanm t r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
13/85
2
2. SERAMK MALZEMELER
Genel olarak seramikler, farkl bileimde kristal ve cam yap l fazlar ieren vegenellikle gzenek ihtiva eden malzemelerdir. Bu farkl yap bileenlerinin miktar ve
da l mlar seramik malzemelerin zelliklerini nemli lde etkilemektedir. Yal tkan
bir seramik malzemenin faz dzeninin deitirilmesi suretiyle iletken hale geirilmesi
bu olaya rnek verilebilir. Seramik malzemelere gsterilen ilgi zellikle aa da verilen
zelliklerden kaynaklanmaktad r [Ak l, 1990]:
-yksek s cakl k direnci,- kimyasal kararl l klar n n yksek olmas ,
- ok sert olmalar ,
- younluklar n n dk olmas ,
- a nmaya kar direnli olmalar ,
- s iletkenlik katsay lar n n dk olmalar ,
- basma mukavemetlerinin yksek olmas ve
- hammadde olarak tabiatta kolay bulunmas ve bu yzden ucuz olmalar v.b.
Son y llarda retilen ve yksek teknoloji seramikleri olarak isimlendirilen
seramikler, genel olarak geleneksel seramiklerden bal ca hammadde, retim
yntemleri ve mikroyap a s ndan farkl l klar gstermektedir. Yapay olarak ok ince
tozlardan retilen bu seramikler stn mekanik zelliklere sahiptirler. Mhendislik
seramikleri bal ca: almina, zirkonya, magnezya, berilya gibi saf oksitleri ve ayr ca
nitrr, karbr ve borr gibi oksit olmayan seramikleri ierir. Mhendislik seramiklerinden oksit olmayan seramiklerin s n fland r lmas ekil 2.1' de verilmitir
[Gekinli, 1992].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
14/85
3
Karbrler
N itrrler
Borrlr Oksit OlmayanSeramikler
Silisitler
Slfrler
Dierleri
ekil 2.1. Oksit olmayan seramiklerin s n fland rmas [Gekinli, 1992].
Mhendislik seramiklerinin dier bir k sm n oluturan oksit seramikler ise,
Almina ( )32O Al , Zirkonya ( )2 ZrO , Magnezya ( ) MgO ve Berilya ( ) BeO vb. d r.
Oksit seramikler; yksek s cakl kta kullan lmas mmkn olan metal veya metaloid
elementlerinin oksijenle yapt klar bileiklerdir. Oksit seramikler, iyonik bal
olduklar ndan saydaml k, elektrik ve s iletimine diren, diamanyetizma ve kimyasal
kararl l k gibi genel karakteristiklere sahiptir. Bu zelliklerin yan s ra yksek elastik
modl, yksek sertlik, gevreklik, refrakterlik, dk termal genleme ve korozyona
kar diren gsterirler. Dier taraftan oksit seramikler endstride sert a nd r c olarak
kullan lmaktad r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
15/85
4
3. SERAMK KAPLAMALAR VE KAPLAMAMALZEMELER
3.1. Seramik Kaplamalar
Son zamanlarda fonksiyonel kaplama tekniklerine byk bir ilgi
grlmektedir. Bu ilginin bal ca nedenleri, malzemelerin artan fiyatlar yan nda,
a nma ve korozyonun sebep olduu ve her y l milyarlara varan ekonomik kay plar n
giderilmesine ynelik al malar n artmas d r. A nma ve korozyon kay plar n n
azalt lmas iin kullan lan seramik kaplamalar ve mhendislik seramik malzemeleri
olduka nemlidir. Mhendislik seramiklerinde dnya pazar n n % 50'si Japonya,
%30'u ABD ve %20'i ise Avrupan n elinde bulunmaktad r. Tablo 3.1' de seramik
kaplamalar ve mhendislik seramiklerinin ABD' deki pazar durumlar verilmitir
[Soykan, 1993].
Tablo 3.1. Seramiklerin y llara gre pazar durumlar (milyon $).
BLEENLER 1990 1995* 2000*
Yap salSeramikler
350 865 1840
Elektronik Seramikler
2862 4295 6422
Seramik Kaplamalar
371 587 940
*Tahmini
Tablo 3.1 den de grld gibi seramik kaplamalar n pazar pay da srekli bir
byme gstermektedir. lkemizde, TBTAK, THY ve SAKARYA
NVERSTES ile eitli zel sektr kuruluu ve askeri bak m tesislerimizde plazma
sprey kaplama yntemi ile kaplama al malar srdrlmektedir.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
16/85
5
3.2. Seramik Kaplama Malzemeleri
Endstrilerin ihtiyac olan makine paralar na, stn zelliklerin kazand r lmas iin
seramiklerden yararlanma yoluna gidilmektedir. Tamamen seramiklerden imal edilen paralar n retim zorluu, pahal oluu ve fiziksel zelliklerinin (k r lganl k, ekil
verme zorluu, vs.) iyi olmamas nemli bir dezavantajd r. Bu dezavantajlar minimum
seviyeye indirmek iin metalik malzemeler zerine seramik kaplamalar
uygulanmaktad r.
Farkl bir ok kaplama yntemiyle (rnein: PVD, CVD, vb.), V(Vanadyum), Ti
(Titanyum), Zr (Zirkonyum), Hf (Hafniyum), Nb (Niobyum), nitrr ve karbonitrrleri
ve eitli oksit esasl seramikler ( 32O Al , 32OCr , BeO, MgO, 2 ZrO ) ieren kaplamalar
metaller zerine baar ile uygulanabilmektedir. En yayg n ve uygulamas kolay
seramik kaplama ilemi seramik tozlar n n pskrtlerek metal zerine kaplanmas d r.
Bu amala en uygun seramik kaplama malzemeleri, mikron boyutunda retilen toz
formundaki malzemelerdir [Metco Technical Bulletin, Powder, 1983].
Karbrler kaplama malzemelerinin en nemlilerinden biridir. Eriyebilen
karbrler, plazma sprey ve dier yntemlerle kaplama ilemlerinde kullan lmaktad r.
Plazma sprey teknii ile kaplama yap l rken karbrlerin hava ile temas nlenmelidir.
Aksi takdirde yksek s cakl klarda karbrler bozulaca ndan, genellikle bu ilemVakum Alt nda Plazma Sprey yntemi ile gerekletirilmektedir. Oksit esasl seramik
malzemelerin ba nda, yayg n olarak bulunmas ve ucuz olmas nedeniyle almina
( 32O Al ) gelmektedir. Sert bir refrakter malzeme olan 32O Al iyi korozyon direnci
gstermektedir. Gnmzde kullan lan mhendislik seramik malzemeler grubu
ierisinde 32O Al ' n n pay %85 olup, zerinde en ok arat rma yap lan 32O Al +
2TiO malzemeler bu gruba dahildir. Oksit esasl seramik malzemelerden olan zirkonya
( 2 ZrO ) seramik kaplamalar n yap ld ilk gnden itibaren zellikle "Termal
Bariyer Kaplamalar " olarak uak ve uzay endstrisi sahas nda ok geni bir
kullan m alan bulmutur. Zirkonyan n gn getike nem kazanmas , u zelliklere
balanabilir [William ve Miller, 1989]:
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
17/85
6
-ergime s cakl n n ok yksek olmas ,
- erozyon, korozyon ve a nmaya kar dayan kl l k,
- dk termal genleme katsay s ,
- k r lma indisinin yksek olmas ,
- asidik kimyasal maddelere ve crufa kar direncinin yksek olmas v.b.
Seramik kaplamada kullan lan tozlar, uygulanan kaplama proseslerine gre
farkl l k gstermektedir (Tablo 3.2).
Tablo 3.2. Seramik Kaplama Prosesinde Kullan
lan Baz
Tozlar [William ve Miller,1989].
Kaplama Teknii Kaplamada Kullan lan Seramik Tozlar CVD 2SiO , TiSi, TiN, N Si PVD 32O Al , 2O In , T N, TaN, TC
Alev Sprey ZrO2, O Al OCr Plazma Sprey ZrO2, 32O Al , 32OCr , 2TiO , 2 MoS
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
18/85
7
4. TERMAL SPREYLEME
4.1. Giri
lk alev (oksi asetilen) tabancalar n n toz ve tellere uygulanmak iin modifiye
edildii 1900'lerin ilk y llar ndan gnmze kadar termal spreyleme teknolojisinde
havac l k ve uzay sanayindeki ilerlemelere paralel olarak ok byk gelimeler
olmutur. Termal spreyleme prosesleri /kaplama zellikleri ilikilerinin daha iyi
anla lmas termal sprey kaplama uygulamalar n n artmas ve yeni proseslerin
(yksek h
zl
oksi yak
t, dk bas
nl
plazma spreyleme, vb.) gelitirilmesi ilesonulanm t r [Smith ve ark. , 1994].
4.2. Termal Sprey Prosesi
Termal sprey proseslerinde kaplanacak yzey, boyan n pskrtlmesindeki
mant a benzer ekilde, ergimi damlac klar ile bombard man edilmektedir.
Boyamadan farkl olarak kaplama malzemesi oda s cakl nda s v deildir ve bir
yksek enerjili s kayna taraf ndan ergitilmek zere s t lmakta ve kaplanacak
malzemenin yzeyine spreylenmektedir. Kaplanacak malzeme oksidasyondan ve
distorsiyondan ka nmak iin dk s cakl klarda (200-300C) tutulabilmektedir.
Yzeye arpan damlac klar altl k malzeme ile s transferinin yksek olmas nedeni
ile k sa srede yass lamakta ve soumaktad r (ekil 4.1.).
Kaplaman n altl k malzemeye yap mas temelde mekanik balanma k smen de
kimyasal balanma etkisiyle olmaktad r. Kuvvetli balanman n salanmas iin
altl k malzemenin yzeyi nce kimyasal olarak temizlenir daha sonra abrasif
partikller pskrtlerek przlendirilmektedir. Partikller przl yzeyin hem
oyuklar na girerek hem de yzey pikleri zerinde bzerek kat la rlar ve
kaplaman n daha kuvvetli olarak balanmas n salarlar [Kwin, 1989].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
19/85
8
ekil 4.1. Termal sprey kaplama prosesininematik olarak gsterimi[Unger,1998]
4.3. Termal Sprey Kaplamalar n Uygulama Alanlar
Termal sprey kaplamalar aa daki amalara uygun olarak fonksiyonel yzey
kaplamalar olarak uygulanmaktad r; [Smith, 1991 ve Kwin, 1989]
-Abrasif a nmaya kar diren
-Termal yal t m/ bariyerler
-Oksidasyona kar korunma
-Korozyon direnci
-Elektriksel olarak yal tkan veya iletken yzeyler
-Yalama
-mplant malzemesi
4.4. Termal Sprey Kaplama Malzemeleri
Termal sprey prosesi ile dk ergime noktal metaller, seramikler, refrakter
karakterli metaller, cams metaller, polimerler ve bu malzemelerin kombinasyonlar
gibi geni bir aral ktaki s v hallerinde kararl olan tm malzemeler termal sprey
proseslerinden en az birini kullanarak altl k malzemeleri kaplamada
kullan labilmektedir [Kempton, 1993].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
20/85
9
4.5. Termal Sprey Prosesleri
Termal sprey prosesleri iki ana grup alt nda incelenmektedir. Birinci grup
yanma prosesi olarak adland r l r ve bir hidrokarbon yak t n (asetilen, propan,hidrojen, vb.) ile oksijen (veya havan n) kaplama malzemesinin ergitilip altl k
malzeme zerine spreylenmesi iin gerekli entalpi ve kinetik enerji salamas iin
yanmas esas na dayanmaktad r. kinci grupta ise elektrik gc toz partikllerini
spreylemek iin kullan lan enerjinin kayna olmaktad r. Alev spreyleme, elektrik
ark spreyleme, eitli yksek h zl oksi yak t teknikleri ve detonasyon teknii gibi
eitli yntemler rnek olarak verilebilir [Sahoo, 1993].
Alev, Elektrik Ark, Detonasyon ve Plazma sprey yntemleri ticari olarak
kullan lan en nemli termal sprey yntemleridir. Ayr ca bu prosesler ile
spreylenebilir iki formda malzeme mevcuttur; tel veya ubuk ve toz [Groshart,
1985].
Termal spreyleme prosesleri ile oluturulan kaplamalar n younluu
prosesler taraf ndan oluturulan partikllerin s cakl na ve arpan partikllerin h zlar na bal d r. Termal sprey proseslerinde s cakl klar 2500-
15000 C aras nda, partikl h zlar ise 30-40 m/sn' den 800 m/sn' ye kadar
deien aral klarda olmaktad r. Partikllerin sahip olduu s cakl k ve h zlar
ne kadar yksek olursa oluturulan kaplamalar n younluu da o kadar
yksek olmaktad r. Bir elik zerine plazma spreylenmi nikel-aluminyum
ba tabakas , alev spreylenmi nikel-aluminyum ba tabakas ndan yakla k
olarak kat fazla ba mukavemeti verebilmektedir. nk plazmatabancas n n rettii partikl h z ve s cakl k deerleri alev spreylemede
oluturulan h z ve s cakl k deerlerinden ok daha yksektir[Unger, 1988].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
21/85
10
5. HVOF YNTEM
Is l pskrtme cihaz reten kurulular, ekipman, malzeme ve uygulamalar n
geliiminden dolay , ticari olarak uygulanan yntemleri kullanarak en iyi
kalitedeki kaplamay retme amal arat rmalara ynelmilerdir. Yksek h zl
oksi-yak t yntemi (HVOF), metal pskrtme teknolojisinde son on y l n en
nemli geliimidir. Yntem 1980' li y llar n ba nda D-Gun yntemine alternatif
olarak gelitirilmi ve yntemin baar s ndan dolay 1980' li y llar n sonlar na
doru ticari olarak piyasaya sunulmutur. HVOF ekipman ndaki en yeni gelime
gaz yak ttan s v yak ta olan deiikliktir.
Yksek h zl oksi-yak t pskrtme ynteminde, oksijen ve s v yak t bir
odac kta yak ld ktan sonra tozlar n enjekte edildii nozula doru ynlendirilir.
Nozulda bulunan tozlar ve yan c gazlar, gaz jetinin genlemesi ile ses st bir
h zda atmosfere kmaktad r. [ Ronald W.S. ve Ronald D.F, 1994].
HVOF ynteminde, 0.75 Mpa gibi yksek bas nlarda i paras na arpantaneciklerin ortaya kard klar kinetik enerji dier pskrtme yntemlerine
gre ok yksek deilse edeer bir balanma mukavemeti elde edilir. Bylece
bu yntem, taneciklerin kinetik enerjileri ile plazman n s l enerjisinin yer
deitirerek ok iyi balanm ve younluu iyi olan kaplamalar retmektedir
[Holf, 1995].
Ayr ca bu yntemin, yanma odas ndaki bas nc n artt "yksek bas nl yksek h zl oksi-yak t pskrtme" eklinde bir dier tr de vard r. Roket
teknolojisi esas al narak tasarlanan tabanca ile daha yksek bas nc n bileimi,
tabancadan daha yksek enerjiyi reterek a nmaya ve korozyona kar en iyi
diren gsteren kaplamalar oluturulur.
HVOF yntemi ile a nmaya ve korozyona kar koruma ile s l ve
elektriksel izolasyon iin kaplamlar retilmektedir. Pskrtme parametrelerizel uygulamalar iin ayarlanabilmektedir. Yksek dolgu oranlar , geni yzey
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
22/85
11
paralarda ilem zaman n k saltmaktad r [Charles, 1994].
HVOF ynteminin, en byk zellii pskrtme an nda esas metalin
yzeyi yakla k 100C amamas d r. Bundan dolay malzemede distorsiyonve metalurjik olarak bir deime meydana gelmez. Pskrtme torcu ve esas
yzey aras ndaki mesafenin ayarlanmas yla esas yzeyde anormal bir s cakl k
art grlmemitir [Parker ve Kurtner].
HVOF yntemiyle, yap lan tungsten-karbr kaplamalar plazma yntemine
gre daha yksek balanma mukavemetine, dk oksit ieriine ve poroziteye
sahip kaplamalar elde edilir. Pskrtme sistemleriyle, yap lan kaplamalar nkarakteristik zelliklerini Tablo 5.1'de grmek mmkndr.
HVOF D-Gun Standart Plazma Yksek-H zl Plazma
Alev s cakl ( C )
2760 2760 11,100 11,100
Gaz H z March 4 March 3 Ses Alt March 1
DPH300 1,050 1,050 750 950
Porozite (%) 0
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
23/85
12
5.1. Yntemdeki En Son Gelimeler
HVOF ekipman nda en son gelime gaz yak ttan s v yak ta gei
deiikliidir. Ayr ca HVOF sistemi, artan yanma odas bas nlar nedeniylegenellikle HP (yksek bas n) / HVOF olarak adland r l r, (gaz yak tl HVOF
sistemleri genellikle 0.207 - 0.414 MPa' da, HVOF 0.621 - 0.828 MPa' da
al r). Daha yksek bas nlar, roket teknolojisine dayanan tabanca
tasar mlar yla beraber, daha iyi a nma ve korozyon direnci retmek iin
kullan labilen tabancada daha yksek enerjilerin retilecei anlam na gelir.
S v yak tlar n kullan m , alternatif gaz yak tl sistemlere gre teknik ve
ticari avantajlara sahip dier birok esiz olanak salar. Maliyet a s ndan en
kesini iletim maliyetidir. HVOF, gaz yak tl HVOF' da en popler yak tlar olan
hidrojenin %15' i propilenin %50' si kadar maliyetli yak t kullan l r. Dier
yandan HVOF yakla k olarak iki kat fazla oksijen kullan r fakat bu
denklemdeki en ucuz elementtir ve s v yak t kullanman n ticari avantaj n
ortadan kald rmaz. Buna ek olarak s v yak t n emniyetli olmas nedeniyle
birok kalorifer kazan nda kullan lmaktad r.
Enerji maliyetindeki bu nemli azalmalar HVOF' un ok daha yksek
enerji seviyelerinde ve greceli olarak dk yanma s cakl klar nda al acak
ekilde gelitirilmesine olanak vermitir. Tipik pskrtme parametresi termal
deil kinetik enerji olan 250 kW' a kadar g salar. Yanma s cakl gaz
yak tl HVOF sistemlerinden daha dk olan 300 ile 500 C aras ndad r.
Kinetik enerji patentli birletirici/da t c memenin roket motorlar ndaki gibi
kullan m yla maksimize edilir. Bu daha nceki mevcut gaz ve partikl h z ndan
daha yksek bir h z salar. Sonutaki kaplamalar stn younluk ve sertlikle
olur ve s k ma gerginliini (basma gerilmesini) korumak gibi az bulunan bir
zellie sahiptirler. Bu gerilmeart , ba iddetinde (younluunda) ve tm
kaplama kalitesinde bir azalma olmaks z n kaplama kal nl n artt rma imkan
verir. Gerekte baz materyaller iin, hi kal nl k s n rlamas yoktur.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
24/85
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
25/85
14
eitli termal pskrtme ilemlerinden elde edilebilecek tipik sertlikleri
gsterilmektedir. Gaz yak tl sistemler iin tipik sertlik 1000-1200 HV
dzenindedir. HVOF olabilecek en yksek al konan karbr oranlar yla 1500 HV
kadar sert kaplamalar retir. Bu gelime ok eitli ortamlarda stn a nma
direnciyle kendini gsterir. HVOF ayr ca, tungsten karbr kaplamas iin
kullan ld nda kurulmu tecilli D-Gun ilemini performans olarak aan ilk
sistemdir.
ekil 5.1. Plazma, D-Gun ve HVOF yntemleri aras ndaki zellik ilikileri
Anti-korozyon uygulamalar iin kaplama kalitesini lmek iin, farkl bir grup
art n kar lanmas gerekir. Gzeneklilik alt tabakan n korunmas iin yap lan
kaplama boyunca bir korozyon yolu oluturabilecei iin younluk byk nem ta r.
HVOF test edilmi ve gaz yak tl sistemlerden ok daha az gzeneklilik gstermitir.
Dier olas korozyon yolu kaplamada pskrtme srecinde retilen oksitler ile
oluur. HVOF dk yanma s cakl lar na en k sa partikl s nma srelerine
sahiptir, bu yzden HVOF teknolojisiyle olas en dk oksit kaplamalar retir.
Bunlar n kalitesi yle yksektir ki vakum plazmas n n bir zamanlar ula lamayan
kalitesiimdi HVOF kullanan MCrAlY kaplamalar taraf ndan tehdit edilmektedir.
HVOF ilemi bizlere birok avantajlar sunar. Bunlar; kal n kaplama
kapasitesi (belirli metaller iin 2.5 mm den fazla), para bykl s n rlamas
olmamas , kimyasal solsyon korumas na ihtiya duymamas ve daha dk tertibat
(kurma) ve uygulama maliyeti. HVOF termal pskrtme minimum sekiz aamal bir
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
26/85
15
ilemdir.
HVOF pskrtme ayr ca, zel uygulama artlar iin ok say da farkl
kaplama kimyasal
aras
nda seim yapma olana
n
salar. ok say
da HVOFkaplamas laboratuvarda ve sahada kullan larak youn ekilde test edilmitir. rnein,
tungsten karbr-kobalt HVOF kaplamalar n n kullan m (rnein, Diamalloy
2005). Bu kaplama hidrolik piston kollar ve pompa paralar gibi yksek a nma
direnci, ince sonu kapasitesi ve gl adhezyon (yap ma) gerektiren uygulamalarda
kullan l r.
Ayr ca testlerde kan tlananlar, nikel krom molibden, demir krom molibdenve tungsten karbr-kobalt/nikel krom molibdendir. Bu kaplamalar n performans
incelenmi ve spesifik ortamlarda yksek a nma direnci, yksek yap ma ve
korozyona kar dayan m zellikleri gstermitir [Bolles, 1995].
HVOF' un ekonomik avantajlar ve yksek kaplama h zlar eskiden ekonomik
veya pratik olarak olas olandan ok daha geni uygulama alanlar n n ele
al
nmas
na olanak verir. Ayr
ca a
nma direnci uygulanmas
nda paran
n mrnuzatman n bir yolu olan daha kal n kaplama uygulamas seenei sunar. Bu
pazardaki dier gaz yak tl HVOF sistemlerinde olas bir seenek deildir.
HVOF' un dier bir faydas tamamlama maliyetinde azalmad r. Doru tozla,
retilen kaplama younluklar daha przsz sonulara olanak verir ve ok
ince pskrtlm profil (grnm) bitirmek iin gereken zamanda azalmaya yol
aar. Daha przl pskrtlm kaplama gerektiinde, ya pskrtme parametrelerinde ya da toz boyutunda bir deiiklik kolayl kla doru zm salar.
Tm bu faydalar yla, pazardaki HVOF sistemlerinin en basiti ve en az bak m
gerektiren bir sretir. Ayr ca, kaplama teknolojisindeki herhangi bir yenilie
kolayl kla adapte olmas n salayan, ok az say da deiken parametreye sahip
olmas da bir avantajd r. Sre ayr ca parametrelerdeki deiikliklere greceli olarak
duyars zd r ve bu yksek kalitede kaplamalar n retilebilecei geni bir al ma
alan salar [Davies ve Breitsameter, 1995].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
27/85
16
5.2. HVOF Sistemlerinin Tasar mlar ndaki Farkl l klar
Tm HVOF sistemleri genel anlamda benzerdir; fakat tasar mlar nda nemli
oranda farkl l k gsterirler. HVOF tabancalar , iine bir gazl (propilen, propan,hidrojen, MAPP veya asetilen) veya s v yak t n (Jp-5000 durumunda K-l kerosen)
ve oksijenin 0.5-3.5 MPa yksek bas nlarda ve 0.016 m3/s' ye kadar yksek ak m
h zlar nda enjekte edildii bir i yanma odas ierir. Sonra bu rnler atelenir ve
srekli olarak yak l r, sonutaki alevin spersonik olarak yay lmas na izin verilir ve
rnler roket motorunkine benzer uzun bir a zdan atmosfere kar. Toz yanma
odas n n iine veya aa pskrtlr ve partikller alev taraf ndan s t l r ve
h zland r l r. Birok HVOF sistemi taraf ndan retilen yksek "kar bas nlar"(tozun "dk bas n" boaz blgesine pskrtld birletirici/da t c az ile JP-
5000 bir istisnad r) tozu s cak gaz jetlerine ta mak iin bas nl toz besleyicilerin
kullan m na ihtiya duyarlar.
Mevcut ticari sistemlerle aralar ndaki temel dizayn farkl l klar unlard r: su
veya hava soutmas n n kullan m , eksenel veya radyal pskrtmesi, yak t ak lar ve
kompozisyonu, yanma odas bas nc ve biimi, toz enjeksiyon konumu ve a zdizayn ve uzunluu. Birok sistem, jetlerin yksek y lmalar (entalpileri)
nedeniyle, az n erimesini ve bozunmas n engellemek iin su soutmal d r. letim
farkl l klar yanma bas nc n , gaz tiplerini ve ak oranlar n , a z uzunluunu (ki bu
partikl kalma/ s nma zaman n belirler), alev/partikl s cakl klar n , ula lan partikl
h zlar n ve yanma stoikometrisini ierir. Soutucu s , jet entalpisini ve partikl s s n kontrol etmekte nemli bir parametredir ve tipik olarak su k s cakl 50 C
olarak belirlenir.
Toz morfolojisini ve byklk da l m birok HVOF tasar m nda plazma
pskrtmedekinden daha kritiktir. Bu ince (mikro byklkteki) tozlar n HVOF
jetinde eriyecei ve zellikle toz besleme jetin merkezinde tutulmazsa kullan lan
daha uzun a zlar n duvarlar n n iinde kalaca gereiyle ilgilidir. Birok HVOF
reticisi pskrtme-kurutmal , toplanm ve sinterlenmi ve plazma younluklu
tozlar n yap s n n ve morfolojisinin en iyi her bir kaplamalar rettiini bulmulard r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
28/85
17
Metal tozlar HVOF ilemi iin uygun deillerdir. HVOF sistemleri tipik olarak
kresel morfolojide ve -45 ila +10 veya 15 m byklk aral ndaki tozlarla en iyi
al r.
5.3. Makul S cakl klarda Yksek H zlar
1370-3930 m/s gaz h zlar , kar l k gelen 480-1020 m/s toz partikl h zlar yla,
rapor edildi. HVOF jetlerinde gaz s cakl klar tipik olarak kullan lan yak ta ve
plazma pskrtme kaplama sistemlerindeki jet s cakl klar ndan daha dk olan
10.000C civar ndaki yanma stoikometresine bal olarak yaln zca 1650C-2760C
dir. Ancak daha yksek yanma bas nlar ve s cakl k iin daha uzun kalma
sreleriyle beraber HVOF sistemlerinde ula lan nemli orandaki daha yksek
partikl ivme ve h zlar , pskrtlen materyale etkin s transferini ve materyalin
etkin s nmas n salar. Gerekten bu tozun tamam ile eritilmesi veya a r s t lmas
ihtiyac n ortadan kald rabilir. nk, HVOF sistemlerinde yeterli partikl
biimlemesi veya "s cak biimleme" youn (>99%) kaplamalar retmek iin alt
tabakaya arparken ortaya kar. Partikl s nma sreleri, tabancan n dizayn na,
pskrtlen materyalin zelliklerine ve byklk da l m na bal olarak 75-305
mm aral nda retilen a z uzunluunun bir fonksiyonudur. Ancak a z
soutmaya s kay plar jetin entalpisini ve s tma etkinliini azaltaca iin a z
uzunluu her bir materyal iin optimize edilmelidir. A r s tma ve/veya
partikllerin a zda erimesi az n duvarlar nda istenmeyen kal nt lara yol
aabilir ve s n rl gaz ak nedeniyle dzensiz ileyie yol aar. HVOF taraf ndan
retilen daha yksek partikl h zlar ve momentum kaplama younluunda art a,
gelimi kaplama yap mas na ve daha ince da lm oksit ieriklerine neden olur.
5.4. HVOF Kaplama Teknolojilerinin Kullan m ndakiDzenli Art
HVOF kaplama teknolojilerinin uygulamalar ve kullan m son on y lda
dzenli olarak artmaktad r. Literatrde, zellikle termal pskrtme zerine eitli
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
29/85
18
ulusal ve uluslararas toplant larda ve Termal pskrtme Teknolojisi yay n nda
birok uygulama rapor edilmitir. Karbr kaplamalar HVOF uygulama alan nda
ba s radad r.
Ek olarak, HVOF srelerinin ok say da uygulama al malar yrtlm,
ilki Basic Industry Research Laboratory taraf ndan gerekletirilen geni bir
incelemedir. Devam eden incelemeler Drexel niversitesi TWI taraf ndan
yrtlmektedir. TWI al mas nda, ok say da toz tipi, TopGun sistemi kullanan
yumuak elik alt tabanlara pskrtlr. Burada ana ama, ilem
parametrelerinin kaplama yap s zerindeki etkisini anlamakt r. Drexel
al mas , endstri sponsorlar konsorsiyumuna HVOF srelerinin
kapasitelerini anlamak ve daha bilimsel bir temel salamak iin balat lm t r.
Ama zellikle, ilemin retilen kaplaman n yap s ve karakteristikleri zerindeki
etkisini anlatmay amalamaktad r [Irving ve ark.].
Yksek H zl Oksi-Yak t Pskrtmenin Uygulama Alanlar :
- Uak sanayinde: trbin kanatlar ,
- Ka t sanayinde: Kurutma silindirleri, s y r c b aklar,- Tekstil sanayinde: polimer b aklar ,
- Tel ekme sanayinde : tel ekme makaralar ,
- Petro kimya sanayinde: salmastra burlar , piston rodlar , srgl vanalar,
- Lastik sanayinde: bamburi mikserleri.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
30/85
19
6. PLAZMA SPREY KAPLAMA TEKNOLOJS
6.1. Giri
Teknolojinin mhendislik alanlar nda h zla ilerlemesi sonucu, makine yap
elemanlar ve malzemeleri devaml artan kompleks talep profillerini kar lamak
durumunda kalmaktad r. Malzemelerin retiminde kullan lan hammadde rezervlerin
azalmas ve malzeme maliyetlerinin artmas da mevcut malzemelerin farkl talepleri
kar layacak ekilde dizayn edilmelerini gerekli k lmaktad r.
Plazma kaplama yntemi bir tabakan n kuvvetlendirilmi yzey zellikleri ile bir
ana metalin farkl nitelikli bir tabaka ile kombinasyonuna imkan salar. Endstride
kullan lan plazma sprey yard m yla a nma, s nma veya korozyon ile bozulmu
blgelerin kaplanmas yla tamirat da mmkndr. Plazma kaplama ayn zamanda ilem
esnas nda ana metal s cakl klar n dk tutarak hassas paralar n s l deformasyonlara
urama endiesini ortadan kald r r.
Plazma sprey teknolojisindeki ana dnce; pahal olmayan ana malzeme
zerine ince ve koruyucu deeri yksek bir tabaka meydana getirmektir. Proses,
iyonize olmu bir gaz iinde ergimi olan malzemenin kaplanacak yzeye ok h zl bir
ekilde pskrtlmesieklinde uygulanmaktad r (ekil 6.1).
Termal sprey kaplama tekniinin bir alt grubu olan plazma sprey kaplama
yntemi, yksek proses s cakl yla geni bir sahada malzeme ilenmesine ve bunlar n
endstriyel alanda kullan lmas na imkan salar. Plastik ekillendirilebilir ve tok
malzemeler olan metallerle yksek s cakl a ve a nmaya direnci yksek olan
seramiklerin kombinasyonu sonucu optimum zellikli malzeme retimi
salanmaktad r. Bu yntem, proseste kullan lan sprey malzemelerinin formuna (tel,
toz, eriyik banyosu, ubuk) veya kullan m amac na gre (korozyon, izolasyon ve
a nmadan korunma) ve kullan lan enerji eldesine gre (alev, detonasyon, induksiyon,
plazma ve elektrik boalmas ) s n fland r lmaktad r .
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
31/85
20
Termal sprey kaplama teknii, endstriyel olarak ilk defa 1939'da Reinecke
taraf ndan kullan lm ve daha sonra amerikanirketleri taraf ndan gelitirilmitir. Bu
teknik, spesifik yzey zellikleriyle kaplama sahas nda ok ynl yntemlerin
gelimesini salam t r. Bu yntemle retilen malzemelerin niversal bir karaktere
sahip olmas ndan dolay proses h zl bir geliim gstermi ve nem kazanm t r
[Lugscheider ve Jokiel, 1993].
Termal sprey konusundaki ilk al malar 1920'li y llarda Schmeizer M.U.
Shoop taraf ndan yap lm t r. nceleri bir eriyik metal s v s n n pskrtlmesini
kapsayan yntem, daha sonralar ok h zl bir gelime gstermitir. ekil 6.2'de
termal spreyin tarihsel geliimi verilmitir. Proses esnas nda ergiyen partikller yksek
bir h zla malzeme yzeyine pskrtlr ve souyarak kat la r, yzeyde tabakal bir
yap meydana gelir. Pskrtlen partikllerin erime ve kat lama gibi fiziksel
dnmleri proses esnas nda meydana gelir[Esschauner ve Lugscheider, 1985].
ekil 6.1. Plazma sprey (APS)ematik gsterimi [Lugscheider ve Jokiel,
1993].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
32/85
21
ekil 6.2. Plazma Spreyin Tarihsel Geliimi
6.2. Plazman n Tan m ve Avantajlar
Plazma, eit say da serbest elektron ve pozitif iyon bulunduran, genellikle
maddenin 4. hali olarak nitelenen younlat r lm bir gazd r. Normal gazlar (CO,2CO , 2SO ) s t ld klar nda klasik fizik ve termodinamik kanunlara uygun davran
gsterirler. Plazma ise bu kanunlar n d nda bir davran gstermektedir. Bu nedenle,
bilinen gaz halinden daha yksek enerji seviyesine ulam gaz halini tan mlamak iin
plazma terimi kullan lmaktad r.
Plazma durumunu incelemek iin gazlan oluturan atom ve molekllerin
durumu deerlendirilmelidir.ekil 6.3'de ntr bir atomematik olarak grlmektedir.ekilde grld gibi bu atomda iki pozitif elektrik yk vard r ve ekirdek etraf nda
dnen iki elektronla ntr haldedir. Bu durumdaki atoma eer yeterince enerji
uygulan rsa en az ndan bir elektron yrngenin d na at l r. Bu ilem iin gerekli
enerji ise, o atom iin "iyonizasyon enerjisi" olarak nitelendirilir[Herman, 1990].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
33/85
22
ekil 6.3 Ntr Bir Atomunematik Gsterimi[Herman, 1990].
ki veya daha fazla ntr atomun birlemesi molekl olarak adland r l r ve tek bir
para olarak kabul edilir. Bu durum diatomik gazlar dediimiz azot veya hidrojen
gibi gazlardaki durumu da ifade etmektedir. Azot gibi diatomik gazlarda
molekllerin ayr t 4 molekl gzlemlenir. Yeterli enerji uyguland nda
molekldeki ba paralan r ve ayr an atomlar birbirinden uzakla r.
Atomlar n iyonlamas sonucu ortaya kan bu gaz daha nce de bahsedildii
gibi, "plazma" olarak isimlendirilir.yonlar n (+) ykl ve elektronlar n (-) ykl
olduklar unutulmamal d r. yonlat rma sonucu elde edilen plazma gaz elektrik ykl
partiklleri iermektedir ve olaya bir btn olarak bak ld nda elektriksel olarak
ntrdr. nk, plazma iindeki tm art (+) ve (-) yklerin say lar birbirine eittir.
Plazman n iki nemli avantaj vard r: Birincisi olduka yksek s cakl k, ikincisi
maddelere daha iyi s transferi salamas d r. Is t c ortam ile s t lan malzeme aras ndaki
s cakl k fark ne kadar yksek ise s tma h z da o derece yksek olmaktad r [Janes, 1987].
Plazma iin gerekli enerjiyi gaz ktlesine mekanik, s , n, magnetik ve
elektrik enerjisieklinde vermek mmkndr. En yayg n kullan m ve nemli olan
yntem elektrik enerjisi ile plazma elde edilmesi yntemidir. Bu yntemde gazktlesine enerji elektrik boalmas eklinde verilmektedir. Bu nedenle plazma
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
34/85
23
oluumunu anlamak iin elektrik boalma mekanizmas n n bilinmesi gereklidir.
6.3. Plazman n zellikleri
Plazman n genel zellikleriu ekilde s ralanabilir [Thorpe, 1993];
-Plazma d ortama kar elektriksel olarak ntrdr. Yani plazma ierisindeki pozitif
yklerin say s , negatif yklerin say s na eittir. Proseste disosasyon, iyonizasyon
ve bu olaylar n tersi olan rekombinasyon olaylar srekli meydana gelir.
-Plazma iyi bir elektrik ve s iletkenidir. Bu nedenle plazma iindeki parac klar
bir enerji ta y c s d r. Plazma iindeki h zlar n yksek oluu nedeniyle zellikle
elektronlar elektrik ve s iletiminde esas rol oynarlar.
-Plazma rotasyonsimetrik bir yap ya sahiptir. Buradaki silindir simetrisini salayan
katodtan k p, anoda kadar devam eden plazma ak d r.
-Plazma yksek s cakl k ve enerji younluuna sahiptir. Plazman n s cakl , enerji
younluu, plazma ekseni zerinde maksimum olup, radyal ynde d a doru bu
deerler h zla azal r. Plazma s cakl ak m iddeti ve plazma kesitine bal olarak
deiir.
-Plazmay magnetik ve termik olarak s k t rmak, dolay s yla enerji
younluunu ve s cakl n s n rs z bir ekilde ykseltmek mmkndr. Plazmaanizotropiktir, yani zellikleri farkl dorultularda deiir. Plazma elektrik ve manyetik
alandan etkilenir.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
35/85
24
6.4. Plazma Sprey Sistemi
Plazma sprey yntemi ile kaplama ileminin gerekletirildii sistem bal ca;
-G nitesi,
-Gaz besleme nitesi,
-Toz besleme nitesi,
-Soutma sistemi,
-Sprey tabancas ve
-Kontrol nitesinden meydana gelmektedir.
Plazma sprey sistemininematik olarak gsterimiekil 6. 4' da verilmitir. Plazma
sprey ynteminde, DC elektrik ark' , nozul ile elektrot aras nda oluur. Soy gaz
(genellikle argon) veya soy gaz kar mlar ile gc artt rmak iin az miktarda ilave
edilen hidrojen gaz , plazma jeneratrnn ark blgesine gnderilir ve elektrik ark' ile s t l r. Gaz kar m , yakla k olarak 8000 C ye kadar s narak iyonize hale gelir.
Bylece, yksek s cakl k plazma bzmesi tabancas n n nozulundan kar. Bu sistemde,
seramik tozlar plazma alevine, ta y c gaz yard m yla sspanse halinde beslenir.
Yksek s cakl n etkisiyle eriyen tozlar, kaplama yap lacak yzeye h zla arparak
kat la r [Metco Technical Bulletin, 1990].
Plazma sprey sonunda elde edilen kaplaman n yap s , ince ve tabakal d r. Baz
kaplamalarda ise h zl kat lama sonucu amorf yap elde edilmektedir.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
36/85
25
ekil 6.4. Plazma Sprey Sistemininematik Gsterimi
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
37/85
26
6.5. Plazma Sprey (Kaplama) Malzemeleri
Aa daki gerekliliklere uyan tm malzemeler plazma sprey
kaplamalar
n oluturulmas
iin sprey malzemesi olarak kullan
lmaya uygundur;
- Sprey malzemesi sblimasyon, oksidasyon gibi istenilmeyen yollar ile
deiiklie maruz kalmaks z n ergiyebilmelidir.
- Sprey malzemesi spreyleme iin uygun bir formda (taneekli, tane
boyutu ve da l m ) toz olarak retilebilir olmal d r [Villat. , 1986]. Plazma sprey
kaplama tozlar sinterleme, sol-jel, mikro peletleme ve atomizasyon gibi birok yolla retilmektedir. Tozlar n retim yntemi ile ilikili olarak tozun morfolojisi
(kresel, keli veya uzun tozlar) ve tane boyut da l m ndaki gelimeler
kaplama zelliklerinde ve kelme veriminde deimelere yol aabilmektedir.
Yksek kalitedeki sprey tozlar kresel ekle, dk oksijen ve cruf ieriine ve
dar tane boyut da l m na sahip olmaktad r [Nicoll ve Eschnauer, 1937].
6.6. Altl k malzemeler
Tm metal ve ala mlar plazma kaplamalar iin altl k malzemeler olarak
kullan lmak iin uygundur. En nemlileri iseunlard r; [Villat, 1986]
- Tm elik trleri
- Gri ve Kresel grafitli dkme demir
- Nikel ve kobalt ala mlar
- Alminyum, magnezyum ve titanyum gibi hafif metaller
- Bak r ve ala mlar gibi demir d a r metaller
.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
38/85
27
ekil 6.5. Plazma Sprey Kaplamalar nda Kullan lan Genel Kaplama Malzemeleri
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
39/85
28
6.7. Plazma Spreyin S n fland r lmas
Plazma spreyin s n fland r lmas genellikle benzer esaslara dayanmaktad r. Bu
varyasyonlar
n farkl
l
her eyden nce atmosfer artlar
na (Hava, nert gaz,Vakum, Su vb.), plazma flecinin dizayn na ve kullan lan plazma parametrelerine
bal d r. ekil 6.6' de plazma spreyin s n fland r lmas verilmitir. Endstriyel alanda
yayg n kullan m olan "Atmosferik Plazma Sprey", (APS), " Vakum Alt nda Plazma
Sprey", (VPS), ve "Inert Gaz Atmosferi Alt nda", (IPS), yap lan kaplama
yntemleridir. Gnmzde "Su Alt nda Plazma Sprey" ve "ndktif Plazma Sprey"
yntemleri zerindeki arat rmalar halen devam etmektedir [DIN 32530,
Thermisches Spritzen, 1975].
ekil 6.6. Plazma Sprey Ynteminin S n fland r lmas [D N 32530, Thermisches
Spritzen, 1975].
6.8. Kaplama Yzeylerinin Haz rlanmas
Yzeylerin kusursuz ve olarak haz rlanmas ve nihayetinde hemen kaplaman n
uygulanmas , kaplaman n yap ma mukavemetini art r r. Metalik yzeylerde iyi
bir yap ma yzeyin temizlii ile doru orant l d r.
Kaplama yzeyi ya, pas, kav ve kirlerden ok iyi bir ekilde temizlenmi
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
40/85
29
olmal d r. Yalar n ortamdan uzaklat r lmas iin kimyasal zcler (alkol)
kullan lmal veya s tma ilemiyle yzeydeki yalar yak lmal d r.
Kaplama uygulanacak yzeye, ya giderme ileminden sonra uygulanacak
ikinci ilem kumlama (a nd rma yard m yla yzey przlendirme) d r. Kaplama
yzeyine SiC, 32O Al veya kuvarz kumu pskrtlerek yap lan yzey przlendirme
ilemi kaplaman n yap ma mukavemetini artt r r. Yzey haz rlaman n tipi ve yzeyin
przllk derecesi kaplaman n cinsine ve kal nl na bal d r.
Tablo 6.1. Kumlama Malzemeleri ve Kumlama Bas nlar [D N 8567, Vorbereitung
metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].
Kumlama Malzemeleri Kumlama Bas nc (min., bar)
Elektrokorund veya SiC 3
Seri Dkm Malzemesi 3
Cruf Esasl Kumlama Malzemesi 4
Kuvars Kumu 4.5
Kumlama iin kullan lan havan n ve kumlama malzemelerinin kuru olmas
gerekmektedir. Ayr ca kumlama malzemelerinin daha nce baka bir ama iin
kullan lmam olmas , yas z ve temiz olmas nemlidir. Arzu edilen yzey
przllne keskin keli kumlama malzemeleriyle ula lmaktad r. Kumlama
malzemelerinden elektrokorund ve keskin keli sert dkm esasl yzey a nd r c lar
farkl tane byklklerine sahiptirler. rnein, et kal nl fazla olan elik yap lar iin
tane bykl 0.5-1.5 mm aras ndad r. Kuvarz kumu veya cruf esasl
przlendiriciler iin 0.5-2 mm tane bykl, uygun yzey przlln
salamaktad r. Kumlama sonucu elde edilen przllk derecesi;
- a nd r c n n tane boyutuna,
- hava bas nc na ve
- ana malzemenin yzey sertliine bal d r.
Kaplama uygulanacak yzeylerin haz rlanmas nda talama ve planyeleme de
kullan lmaktad r. Talama ve planyeleme ilemi yzeyde homojen bir yap ,
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
41/85
30
oluturduu taktirde baar l olmaktad r. Talama ve planyeleme ilemleri soutma
s v s olmaks z n ve yas z ortamda yap lmal d r. Yzey haz rlama ileminde besleme
h z , di derinlii para llerine ve kullan m amac na gre seilmelidir. Tablo 6.2' de
baz malzemeler iin tavsiye edilen tornalama deerleri verilmitir.
Tablo 6.2. Yzey Haz rlamain Tornalama Deerleri [D N 8567, Vorbereitung
metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].
Ana Malzeme Besleme H z (mm)(h)
Di Derinlii(mm)
elik 3-1.5 0.5 Dkme Demir 2-2.5 1-3 Dier Metaller 1.5 1
Kk dinamik zorlamalara maruz paralarda tornalama ve talama iin
gerekli deerler ekil 6.7de verilmitir. Ayr ca elektrikli yzey przlendirme
yntemi, fazla et kal nl na sahip ve statik zorlamalar alt nda al an paralar n
yzeyinin haz rlanmas nda kullan l r. Burada Nikel elektrodu elektrik ark nda ergitilir
ve eriyen kk partikller kaplanacak yzeye yap r. Krater biimli tabaka ana
malzeme ile balanma imkan salar [D N 8567, Vorbereitung metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].
ekil 6.7. Tornalama ve Talama Yzey Deerleri [D N 8567, Vorbereitung
metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].
Ana malzeme ve yzey kaplama malzemelerinin farkl genleme katsay lar na
sahip olmas nedeniyle ara kaplamalar gerekir. Al, Ni, Mo gibi ara kaplama
malzemeleri kaplama tabakas n n yap ma mukavemetini artt r r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
42/85
31
Kaplama tozlar n n yzeye uygulamas s ras ndaki dier bir ilem yzeyin n s t lmas d r. Bu ilem kaplama tozlar ile yzey aras ndaki s cakl k fark n azaltarak
kaplama tozlar n n yzeyde daha iyi tutunmas n salar. Kaplama tabakalar n n sadece
belirli bir yzeye uygulanmas durumunda, dier yzey alanlar n n (dili k s mlar,
yataklar, kanallar, delikler vb.) kaplanmamas iin folyo, yanmaz bant veya zel
kumala rtlerek kaplanmas nlenir.
6.9. Plazma Partikl Etkileimi
Plazma gaz ile partikller aras nda plazma spreylemede kullan lan gazlar n
inert yap s nedeni ile kimyasal reaksiyonun meydana gelmedii dnlmektedir.Bununla birlikte yksek h zdaki s cak metalik partikller hava ierisinden bir altl k
malzeme zerine gnderilir ise ortamdaki hava plazma gaz ierisine ekilmekte,
havadaki 2O ve N2 plazma jeti ile reaksiyona girebilmektedir ve oluan oksit
veya nitrrler daha sonra kaplamaya dahil olmaktad rlar. Metalik kaplamalar n
spreylenmesi esnas nda toz partikllerinin korunmas ve kaplamalar n
kalitelerinin gelitirilmesi amac ile spreyleme ileminin inert gaz veya vakum
ortam iersinde gerekletirilmesi ile yksek kalitede kaplamalar elde edilmektedir [Gill ve Tucker, 1986].
6.10. Plazma Altl k Malzeme Etkileimi
6.10.1. Kat lama
Toz partiklleri altl k malzemeye arpma an nda tamamen ergimi, k smen
ergimi veya hi ergimemi halde olabilmektedir. K smen ergimi veya hi
ergimemi partikller dk kelti younluklar ve kelme verimlilikleri
meydana getirmektedir. Youn ve yksek mukavemetli keltilerin elde edilmesi
iin ise;
a-) Altl
k malzeme zerine gnderilen partikllerin byk bir k
sm
n
naltl k malzeme veya nceden kelmi partikller zerine arpmadan nce
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
43/85
32
ergimi olduklar hale s t lmalar gerekir.
b-) Partikllerin nceden kelmi partikllerin dzensizlikleri ierisine
akabilmesi iin yeterli h
za sahip olmas
gerekir.
c-) Partikller aras nda veya partikl altl k malzeme aras nda kuvvetli
balanman n oluturulmas gereklidir [Apelian ve ark. , 1983].
Spreylenen partikl tam olarak ergimi olmad zaman ince k smi ergimi
d tabaka zerine yay l r oysaki ergimemi partikl ergimemi ekirdei pseudo-yar
kresel ekle deforme olmakta ve kaplama tabakas nda bir boluk oluturarak sekmektedir. Tamam ile ergimi partikl altl k malzemeye arpt nda ise
diske radyal olarak yay l r [Apelian ve ark. , 1983]. rnein 37 m 'lik bir toz
partikl tamam ile ergimi halde arpma sonras yakla k olarak 150( m
ap nda ve 1.5 m ap nda bir disk meydana getirmektedir[Lang, 1983].
ekil 6.8. Tamam ile ergimi partikln altl k malzeme ile etkileimi
[Herman, 1988]
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
44/85
33
6.10.2. Is Transferi
Altl k malzemeye arpan damlac n geirdii souma h z olduka yksektir.
105-106 Ks civar nda gerekletii tahmin edilmektedir. Bu yksek souma h zla
mikron alt tane boyutlu (0.25-0.50 m ) kaplama mikroyap s meydana
getirmektedir ve plazma spreylemele oluturulan kaplamalar bir ok sebepten ayn
bileimdeki dkm veya dvme malzemelerden stn mekanik zelliklere sahip
olabilmektedir [Apelian ve ark. , 1983].
6.10.3. Kaplama-Altl k Malzeme ve Partikller Aras ndaki
Balanma
Plazma sprey kaplamalarda kaplama-altl k malzeme ve partikller aras ndaki
balanma temel mekanizma ile gereklemektedir [Apelian ve ark. , 1983];
a-) Mekanik Ba; Altl k malzemenin yzey przll ile kaplama
aras ndaki mekanik kilitlenme ile mekanik ba oluturulmaktad r.
b-) Metalurjik Ba; Metalurjik ba, kaplama ile altl k malzeme aras nda
bir interdifzyon blgesinin veya bir ara bileiin oluumu ile salanmaktad r.
o) Fiziksel Ba; Kaplama ile altl k malzeme aras ndaki Vander-Walls
kuvvetleri fiziksel ba olarak adland r lmaktad r.
Kaplama ile altl k malzeme aras ndaki balanma genellikle ayn anda ileyen
birden fazla balanma mekanizmalar n n bir sonucu olmaktad r. Altl k
malzemenin yzey topografyas oluan mekanik balanman n derecesini
etkileyen temel bir deikendir. Abrasif partikllerin pskrtlmesi gibi ilemler
kaplaman n altl k malzeme ile olan mekaniksel kilitlenmeyi kolaylat rmaktad r.
interdifzyon blgesi veya bir ara faz n oluumu ile oluan metalurjik ba ya
altl k malzeme ile arpan damlac klar aras ndaki lokal difzyon ya da altl k
malzemenin lokal fzyonu ve ergimi malzeme ile ergimi keltinin
etkilemesinin sonucu olumaktad r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
45/85
34
6.11. Sprey Parametrelerinin Kaplama zelliklerine Etkisi
Kaplama tabakalar n n zellikleri ve kullan m alanlar tabaka ierisinde bulunan
fazlara, oksitlere, inklzyonlara ve porozite yzdesine bal d r. Ayr ca kaplama
kalitesi, kaplanacak yzeye arpan partikllerin h z na, s cakl na ve sprey
parametrelerine de bal l k gsterir. Genel olarak taban malzemeleri ve sprey
parametreleri kullan m amac na gre seilmektedir
Plazma sprey parametreleri; tabanca ile yzey aras ndaki mesafe, kaplama
tozunun tane boyutu ve boyut da l m , tabancan n gc, plazma gazlar ve kar m
oranlan, toz besleme h z ve kaplanacak yzeyin s cakl olarak say labilir. Kaplama
parametreleri; kaplamadaki kal nt gerilmelere, porozite miktar na ve da l m na,
kaplaman n kal nl na, sertliine, oksit ieriine ve kaplaman n yap ma
mukavemetine etki eder. Ayr ca sprey partikllerinin kaplanacak malzemeye yksek
h zla ve ayn zamanda soumadan yksek s cakl kla ulamas , kaplama zelliklerini,
kaplama younluunu ve yap ma mukavemetini artt r r. Seramik kaplamalarda sprey
malzemesi olarak toz formunda malzeme kullan lmas ve sprey teknii ile yzeye
yap malar sebebiyle yksek porozite mevcuttur. Is izolasyonu amac yla retilen
termal bariyer kaplamalar nda porozite arzu edilen bir zelliktir. Ancak kaplaman n
mukavemeti ve kaplaman n yap ma mukavemeti porozite nedeniyle azalmaktad r.
Tabanca ile kaplama yzeyi aras ndaki mesafenin fazla olmas kaplama
tabakas ierisindeki porozite miktar na etki eder. Yine bu mesafenin fazla olmas yla,
ergimi tozlar kaplama yzeyine ulamadan, souyup kat laabilir. Bunun sonucu
olarak, kaplaman n yap ma mukavemeti olumsuz ynde etkilenir. Kaplama esnas nda
al nan yolun fazla olmas neticesinde youn kaplama eldesi zorla r. Kaplama
tabancas ile yzey aras ndaki a sprey h z na bal olarak deiir. En youn ve
yap ma mukavemeti fazla olan kaplamalar 90 ' lik a alt nda yap lanlard r. Ayr ca
kaplamalar n manuel olarak yap lmas homojen bir kaplama tabakas eldesini zorlat r r ve sprey mesafesi artt ka kaplamadaki porozite miktar artar.
Kaplama zelliklerine etki eden dier faktr, kaplama tozlar n n tane
bykl ve boyut da l m d r. Kullan lan tozlar n sprey parametrelerine uygun
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
46/85
35
seilmesi nemlidir. Tozlar sisteme dzenli bir ekilde ve sabit bir miktarda
verilmelidir, genellikle bu ilem pnmatik olarak salan r. Kullan lan tozlar n tane
boyut aral s n rl d r. Kullan lan tozlar n ok kk boyutlarda olmas durumunda
tozlar buharlaabilir veya bunun tersi durumunda, fazla byk olan tozlar yeterince
ergimez ve kaplama tabakas ierisinde aynen kalabilir [D N 32529, Pulver zum
thermischen Spritzen , 1983].
Sprey prosesinde kullan lan tabancan n gl olmas durumunda ergimi
kaplama malzemesi daha yksek bir h zla ve daha yksek bir s cakl kla kaplama
yzeyine ulaarak olduka youn ve porozitesi daha dk kaplamalar elde
edilmektedir.
Kaplama zellikleri, n haz rl k olan kumlama, ya giderme ilemlerine ve
kaplaman n kal nl na, sistemin gcne, kullan lan gaz debisine de bal d r. Kaplama
tabakalar nda aranan en nemli zelliklerden biri de kaplamalar n sertliidir.
Kaplamalar n sertlii zerinde etkili olan parametreler; porozite ierii, kaplamadaki
oksitler, toz zellikleri, prosesin tr ve sprey tabancas n n gcdr. Plazma sprey
yntemi ile kaplanm tabakalar n sertlik deerleri ve uygulama alanlar Tablo 6.3' de
verilmitir.
Kaplamalarda taban malzemesinin titreiminin termal sprey tabakas na olan etkisi
byktr. Makroskobik ve mikroskobik tr zorlanmalar alt nda, saf oksit esasl
tabakalar n davran , metal oksit esasl tabakalara nazaran daha iyidir. Bu davran
oksit tabakalar ierisindeki porlar n daha fazla olmas na balanmaktad r. Ayr ca
tabakalarda oksit yzdesinin artmas yla younluk azalmas na kar n sertlik art
grlmektedir [Knotek ve ark. , 1984].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
47/85
36
Tablo 6.3. Plazma Spreyle Kaplanm eitli Tabakalar n Sertlii [Knotek].
Max. Ana Malzeme Sertlik kullan m Uygulamalar
s cakl (C)
Molibden Re 85 350 A
nmaya direnliPaslanmaz elik Rb 80 540 Korozyona direnli
Tungsten Karbr Re 60 580 Sert,a nma ve korozyon
direnciAlminyun oksit Re 70 1650 A nmaya direnli, yal tkan
Kromoksit Re 72 540 A nmaya direnli
Titanyumoksit Re 53 540 Sert, a nmaya direnli
Zirkonyumoksit Re 30 1090 Termal bariyer zellii
6.12. Prosesin Endstriyel Uygulama Alanlar
zellikle plazma sprey ynteminin yksek proses s cakl ergime noktas yksek
metal ve ala mlarla al maya imkan salamaktad r. Ayr ca inert ortamlarda, vakum
ortam nda kullan labilmesi yntemin avantajlar ndand r. Toz formunda ve belirli
tane boyutlar nda retilen tm malzemeler bu proseste baar yla
kullan lmaktad r. Plazma sprey yntemi malzemelerin kaplanmas yan nda a nma, s nma ya da korozyon sebebiyle bozulmu alanlar n tamirat ilerinde de kullan l r.
Bylece malzemelerin servis mrleri uzat lmaktad r. Plazma sprey ile kaplanm
malzemelerin baz kullan m alanlar u ekilde s ralanabilir (ekil 6.9).
-Uak ve uzay endstrisinde yksek s cakl a kar , trbin kanat klar nda,
roket gvde kabuunda, yanma odas nda, pervane platformlar nda termal bariyer
kaplamalar olarak,
-Termik santraller, gaz ve dizel trbinlerinde dizel motorlar nda, uak
motorlar ndaki trbin palelerinde erozif a nmaya kar ,
-Matbaa ve ka t endstrisinde, kesme b aklar nda ve hadde silindirlerinde
a nmaya kar ,
-Makine imalat endstrisinde srtnme ve a nmaya maruz kalan hareketli
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
48/85
37
makine elemanlar nda,
-Tekstil endstrisinde zellikle bobin ve zg makineleri, katlama, bkm
makineler, ipliin h zla getii iplik ynlendiricilerinde a nmaya kar
-Otomotiv motorlar nda piston balan, sbaplar, silindir kapaklar nda, eksoz
sbaplar nda termal izolasyon amac yla
-Elektrik santrallerinde k zd rma borular , yanma kamaralar ve s t c duvarlar ,
-Bio-medikal uygulamalar nda suni eklemler ve kemikler olarak,
-Gnlk yaant m zda tavalar n i yzeyinde ve tlerin tabanlar nda,
-Kimya endstrisinde, ayr ma kulelerinde, termo element koruyucu borularda
vb. alanlard r [Kvernes ve ark. , 1987].
ekil 6.9. Termal Spreyin Genel Kullan m Alanlar [Kvernes ve ark. , 1987].
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
49/85
38
6.13. Plazma Sprey Kaplama ProsesininEkonomiklii
Gnmzde kullan
m
gittike artan ileri teknoloji seramiklerinin yan
ndaseramik kaplama teknolojisi de, endstrideki pazar pay n srekli artt rmaktad r.
2000' li y llara doru ise sadece ABD iin bu pazar pay n n % 9-11 artaca tahmin
edilmektedir (Tablo 6.4). Seramik kaplamalar ok geni bir perspektifte kullan m
alan bulmaktad r. Otomotiv motorlar nda sbap bal klar n n piston balar n n
seramik bir tabakayla kaplanmas sonucu, yanma s cakl n ykselttii gibi yak t
tasarrufu da salamaktad r. Otomotiv motorlar nda MCrAIY (M: Ni veya Co) ara
katman ve 32OY , CaO veya MgO ile k smen stabilize edilmi 2 ZrO (PSZ)
tabakas ndan meydana gelen termal izolasyon amal seramik kaplamalar kullan l-
maktad r. Gnmzde endstrinin %2 gibi kk bir blmn oluturan dizel motor
uygulamalar n n 2000' li y llara doru h zl bir art la %40' lara ulaaca tahmin
edilmektedir Tablo 6.5' de bir piston iin kaplanmam ve kaplanm durumdaki tahmini
maliyet deerleri verilmitir [Kvernes ve ark. , 1987].
Tablo 6.4. 1990 Y l Dnya Seramik Pazar [elik E. Ve ark., 1994].
Kullan m Alanlar 1990 ( 610 $) 1995* ( 610 $) 2000* ( 610 $)Uak motorlar veUzay aralar
203 337 560
Kesici tak mlar 133 184 254Otomobil, dizel vetrbin motorlar
7 19 49
Is deitiriciler 1 5 10A nan paralar 27 42 67TOPLAM 371 587 940
* Tahinini
Kaplanm bir piston, kaplanmam duruma gre yakla k 5 kat daha fazla
kullan m mrne sahiptir. Bu durumda, kaplama ileminin meydana getirdii
ek maliyet fazla nemli olmamaktad r.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
50/85
39
Tablo 6.5. Kaplanm ve Kaplanmam Pistonlar n Maliyetinin Kar latr lmas
PSTON
Kaplanmam Fiyat (TL) : 2 000 000
Kaplama Alan (cm2) :
Kaplama Maliyeti (TL/cm2):
(TBC Zirkonya)
100
60 000
Kaplanm Fiyat : 8 500 000
Tekstil endstrisinde seramik kaplamalar zellikle bobin ve zg makineleri,
katlama, bkm ve dokuma makinelerinin atk cal klar gibi ipliin sratle (500-1000
m/dak) getii yzeylerin a nmadan korunmas amac yla kullan lmaktad r. Bu
yzeylere yksek a nma direncine sahip 32232 , OCr TiOO Al + , WC+Co esasl
seramik kaplamalar uygulanmaktad r. Seramik kaplanm bir iplik k lavuzunun ve
baraban n kaplanmam duruma gre yakla k 5-10 kat daha fazla kullan m mrne
sahip olmas , maliyeti nemli lde drmektedir. Tekstil endstrisinde kullan lan
iplik k lavuzu ve baraban iin maliyet hesab Tablo 6.6' da verilmitir.
Trbin paleleri, yanma odalar , pervane statrleri ve pervane platformlar gibi
eitli gaz trbin paralar n n zellikle s cak korozyona kar direnleri ile yksek
s cakl k kararl l klar n artt rmak ve s kay plar n azaltmak amac yla TBC' l esasl
seramik kaplamalar uygulanmaktad r. Trbin kanat klar na TBC uygulanmas ile
trbin giri s cakl 1500C' ye ykselmekte ve bylece yak t tasarrufu yan nda paralar n servis mrleri de artmaktad r [elik ve ark. , 1994].
Tablo 6.6. Bir plik K lavuzu ve Barabanin Maliyet Hesab [elik ve ark. ,1994].
MALYET PLK KILAVUZU BARABAN Kaplanmam Fiyat (TL) 300 000 3 000 000Kaplama Alan Kaplama Maliyeti(TL/cm2)Yzeyleme Maliyet(Taslama) (TL)
220 000
100 000
3020 000500 000
Kaplanm Fiyat (TL) 440 000 4 100 000
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
51/85
40
7. ALIMANIN AMACI
Bu al man n yap lmas ndaki ama kaplama yntemlerinden olan
HVOF(Yksek H zl Oksi-Yak t) ve plazma pskrtme yntemlerini kar lat r p
koullara gre hangi yntemle kaplaman n daha faydal sonular verebileceini tespit
etmektir.
Plazma sprey kaplama yntemi, metallerin eitli tozlarla kaplanarak a nmaya,
oksitlenmeye, korozyona ve s ya dayan kl hale getirilmesinde yayg n olarak kulla-
n
lan bir termal sprey kaplama yntemidir. Bu yntemle gerekletirilen ince bir kaplama sayesinde belirtilen zellikler elde edildii gibi, ana malzemenin stn
zelliklerinden tokluk ve kolayekillendirilebilme zellikleri de korunmaktad r.
Bylece plazma sprey kaplama, metal ve seramiklerin stn zelliklerinin yeni bir
malzemede toplanmas na imkan salamaktad r. HVOF ilemi ise bizlere birok
avantajlar sunar. Bunlar; kal n kaplama kapasitesi (belirli metaller iin 2.5 mm
den fazla), para bykl s n rlamas olmamas , kimyasal solsyon kullan m na
ihtiya duymamas ve daha dk tertibat (kurma) ve uygulama maliyeti.
Uygulanan mikro-sertlik testleri, XRD deneyleri, EDAX analizleri ve ekilen
SEM fotoraflar sayesinde deien koullar kar s nda hangi durumda hangi
yntemin daha faydal olaca na karar vermi olaca z.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
52/85
41
8. DENEYSEL ALIMALAR
8.1. Deneyde kullan lan numunelerin spektral analizi
Deney al mas n n ilk aamas nda ayn altl k malzemeden (St3S) drt adet
numune kesilmitir.
Deneyde kullan lan altl k malzeme St3S eliinin Tablo 8.1 de kimyasal
kompozisyonu verilmitir.
Tablo 8.1. St3S eliinin kimyasal kompozisyonu [Stashlschluessel, 2001]
K MYASAL KOMPOZSYON (% a rl k)C Mn P S Al Si Cr Cu Ni
St3S%0.22(max)
%1.10 %0.05(max)
%0.05(max)
%0.02(min)
%0.1(min)%0.35(max)
%0.3(max)
%0.3 %0.3
8.2. Deneyin Yap l
Kaplama ilemlerinden nce altl k yzeyi kumlanarak temizlendi. Kumlama
ilemi kum boyutu 200 mikrondan byk olmayan kum partiklleri ve 6 atmosfer
bas n alt nda kumlama cihaz ile gerekletirildi.
Kaplama ilemlerinde kullan lan cihazlardan plazma pskrtme cihaz n nmarkas PN120, HVOF(Yksek h zda oksijen yak t ) ile kaplama ynteminde
kulland m z cihaz n markas ise JP 5000 d r.
Kaplama ilemi deney parametreleri Tablo 8.2. de gsterilen plazma pskrtme
ve Tablo 8.3 de gsterilen HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) metodu ile Tablo 8.4
de ebatlar verilen numune yzeylerine uyguland .
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
53/85
42
Tablo 8.2. Plazma Pskrtme Metodu Deney Parametreleri
Plazma Pskrtme Metodu No Kaplama Malzemesi Toz
tr
Taneciklerin
boyutu
Jetin
yzeydenmesafesi
evresel
h z
Voltaj Ak m
1 CoWC CrNiBSi + 80% Ticaritoz
45-55 m 10 mm 20 cm/s 44 V 480A
2 )25/75(23 NiCr C Cr Ticaritoz
45-55 m 10 mm 20 cm/s 53 V 510A
Gaz bileimi ak
h
z
No Argon (I/h) Hidrojen (I/h) Nitrojen-Toztransferi iin (I/h)
1 2700 85 1102 2900 95 100
Tablo 8.3. HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu Deney Parametreleri
HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu No Kaplama Malzemesi Toz
trTaneciklerin boyutu
Jetinyzeydenmesafesi
evreselh z
Voltaj
3 CoWC CrNiBSi + 80% Ticaritoz
30-40 m 3000 mm 58 cm/s 44 V
4 )25/75(23 NiCr C Cr Ticaritoz
30-40 m 300 mm 58 cm/s 53 V
Gaz bileimi ak h z No Aviation kerosene
(I/h)Oksijen (I/h) Nitrojen (I/h)
3 22 890 114 26 920 11
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
54/85
43
Tablo 8.4. Numunelerin ebatlar
En (cm) Boy (cm) Kal nl k (cm)
Numune 1 (Plazma) 3.7 3.8 0.5 Numune 2 (Plazma) 3.6 3.8 0.6 Numune 3 (HVOF) 3.1 3.9 0.5 Numune 4 (HVOF) 2.9 3.8 0.6
Altl k malzemesi ST3S elii olan numunenin zerineCoWC CrNiBSi + 80% tozu pskrtlerek 1. no lu numune iin plazma pskrtme
ve 3. no lu numune iin HVOF yntemleri kullan larak kaplama yap ld . Bir dier toz olan )25/75(23 NiCr C Cr ise 2. no lu numune iin plazma pskrtme ve 4. no
lu numune iin HVOF yntemleri kullan larak kaplama yap ld .
1 no lu numune 45-55 mikron parac k boyutunda CoWC CrNiBSi + 80%
ticari tozlar ile yzeye 10 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 20 cm/sn perihedral h z , 44
volt , 480 A ve 2700 (l/h) Ar+85 (l/h) 2 H ve toz ta n m iin 110 (l/h) N gaz
kar m n n ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.
2 no lu numune 45-55 mikron parac k boyutunda )25/75(23 NiCr C Cr ticari
tozlar ile yzeye 10 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 20 cm/sn perihedral h z , 53 volt ,
510 A ve 2900 (l/h) Ar+95 (l/h) 2 H ve toz ta n m iin 100 (l/h) N gaz kar m n n
ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.
3 no lu numune 30-40 mikron parac k boyutunda CoWC CrNiBSi + 80%
ticari tozlar ile yzeye 300 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 58 cm/sn perihedral h z ve
22(l/h) Aviation kerosene+890 (l/h) 2O ve toz ta n m iin 11 (l/h) N gaz
kar m n n ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.
4 no lu numune 30-40 mikron parac k boyutunda )25/75(23
NiCr C Cr ticari
tozlar ile yzeye 300 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 58 cm/sn perihedral h z ve 26
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
55/85
44
(l/h) Aviation kerosene+920 (l/h) 2O ve toz ta n m iin 11 (l/h) N gaz kar m n n
ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.
8.3. Mikro-Sertlik lmleri
Kaplamalar n sahip olduklar sertlik deerleri enine kesitten altl a doru
200gr/f uygulanarak ZEISS marka mikro-sertlik cihaz ile llm, yzey sertlikleri
ise 300gr/f uygulanarak ZWICK Hardness Measurement Machine cihaz ile her
numune iin kaplama sertlik deerleri ve altl k malzemenin sertlik deerleri farkl
blmlerinden al nan deerlerin ortalamas al narak tespit edilmitir.
8.4. X-I nlar Difraksiyon Analizi ve EDAX analizi
Kaplanm numunelerin fazlar n n tespiti iin Rigaku X-Ray difraktometresi
kullan lm t r. lmlerde 1.504 A dalga boyunda 2s 20-90 aras nda olan Cu K n demeti kullan lm t r.
Kullan lan kaplama tozlar nda ve spreyleme neticesi oluan kaplamada mevcut
fazlar X- nlar difraksiyon analiz yntemi ile tespit edilmitir.
8.5. Taramal Elektron Mikroskobu (SEM)ncelemesi
Yzeyden kaplama morfolojisi incelendi.ncelemeler HITACHI S3400 N marka
SEM cihaz ile yap ld .
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
56/85
45
9. SONULAR VERDELENMES
9.1. X-I nlar Difraksiyonu Analizi
ki farkl toz tipi iin HVOF ve plazma pskrtme metodu kullan larak kaplanan
numunelerin mevcut fazlar n tayin etmek amac ile X- nlar difraksiyon analizi
kullan lm t r.
ekil 9.1 de retilen kaplamalar n X-I nlar paternleri gsterilmektedir. St3S
elii olan malzemenin zerine CrNiBSi+ 80% WC-Co tozu plazma pskrtmemetodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n
grebiliriz. Bunlar WC (Wolfram Karbr), C W 2 , 493 C W Co , C W Co 96 , C W Ni 42 ,
37C Cr fazlar d r. Hakim faz ise yksek pikten tr WC faz d r.
St3S elii olan malzemenin zerine )25/75(23 NiCr C Cr tozu plazma
pskrtme metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n grebiliriz. Bunlar 23C Cr , 37C Cr , 623C Cr ve Ni fazlar d r. Hakim
faz ise yksek pikten tr Ni faz d r.(ekil 9.2)
St3S elii olan malzemenin zerine CrNiBSi+80% WC-Co tozu, HVOF
metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n
grebiliriz. Bunlar WC (Wolfram Karbr), C W 2 , 493 C W Co , C W Co 96 , C W Ni 42 ,
37C Cr fazlar d r. Hakim faz ise yksek pikten tr WC faz d r.(ekil 9.3)
St3S elii olan malzemenin zerine )25/75(23 NiCr C Cr tozu, HVOF
metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n
grebiliriz. Bunlar 23C Cr , 37C Cr , 623C Cr ve Ni fazlar d r. Hakim faz ise yksek
pikten tr Ni faz d r.(ekil 9.4)
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
57/85
46
ekil 9.1. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co
tozlar n n pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi.
ekil 9.2. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr
tozlar n n pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
58/85
47
ekil 9.3. St3S yzeyine HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi
ekil 9.4. St3S yzeyine HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n
pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
59/85
48
1. no lu numunede CrNiBSi + 80% WC-Co tozuyla, plazma pskrtme
yntemiyle ve 3. no lu numune ayn tozla HVOF yntemiyle kaplanm t r.
Aralar ndaki XRD grafiklerini k yaslayacak olursak 3. no lu numunede HVOF
ynteminde sertlie sebebiyet veren WC den (volfram karbr) tr daha fazla
sertlik oluumuna sebebiyet verdii grlr.
2. no lu numunede )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla plazma pskrtme
yntemiyle ve 4. no lu numune ayn tozla HVOF yntemiyle kaplanm t r.
Aralar ndaki XRD grafiklerini k yaslayacak olursak 4. no lu numunede HVOF
ynteminde sertlie sebebiyet veren 23C Cr den (krom karbr) tr daha fazla
sertlik oluumuna sebebiyet verdii grlr.
9.2. Mikro-Sertlik lmleri
9.2.1. Yzeyden Mikro-Sertlik lmleri
Numunelerin yzeyden mikro-sertlik lmleri 300 gr/f ykleme alt nda farkl
blgelerden al nan deerlerin ortalamalar al narak yap lm t r. Numunelerin deien
artlar kar s nda sertlik deerlerinin ortalamalar standart sapmalar ile birlikte
verilmitir.
Tablo 9.1 Numunelerin yzeyden sertlik deer ortalamalar ve standart sapmalar
Numune No. Yzeyden Mikro-sertlik (m)1 (Plazma pskrtme) CrNiBSi+ 80% WC-Co 526,43 82,252 (Plazma pskrtme) )25/75(23 NiCr C Cr 570,81 81,17 3 (HVOF) CrNiBSi+ 80% WC-Co 677,68 109,934 (HVOF) )25/75(23 NiCr C Cr 691,19 48,23
ekil 9.5 de kullan lan tozlar n HVOF ve plazma metodu ile oluturduklar
kaplama sertliklerinin kar lat r lmas verilmektedir.
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
60/85
49
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Plazma HVOF
Kaplam a Yntem leri
M i k r o s e r t l i
k ( H V )
CrNiBSi+%80 WC-CoCr3C2-NiCr
ekil 9.5. Mikro-sertlik deerlerinin kaplama yntemlerine gre deiimi.
9.2.2. Kesitten Mikro-Sertlik lmleri
Numunelerin kesitten altl a doru yap lan mikro-sertlik lmleri 200 gr/f yk
alt nda gerekletirilmitir.
Yzeyi plazma pskrtme (Numune 1) ve HVOF (Numune 3) metodlar ile
CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan numunelerin yzeylerinden altl k
malzemesine doru al nan sertlik deerleri ve ykn vurulduu noktan n
merkezinden bakalite kadar olan mesafelerin grafikleriekil 9.6 ve ekil 9.8 de
verilmitir.
Yzeyi plazma pskrtme (Numune 2) ve HVOF (Numune 4) metodlar ile)25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan numunelerin yzeylerinden altl k
malzemesine doru al nan sertlik deerleri ve ykn vurulduu noktan n
merkezinden bakalite kadar olan mesafelerin grafikleriekil 9.7 ve ekil 9.9 de
verilmitir
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
61/85
50
Sertlik-Mesafe De i imi
0
200
400
600
800
1000
0 100 200 300 400 500
Numune yzeyinden altl a do ru mesafe ( m)
M i k r o s e r t
l i k ( H V )
ekil 9.6. Plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm
olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii
Sertlik-Mesafe De i imi
0100200300400500600700800
9001000
0 100 200 300 400 500
Numune yzeyinden altl a do ru mesafe ( m)
M i k r o s e r t
l i k ( H V )
ekil 9.7. Plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm
olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
62/85
51
Sertlik-Mesafe De i imi
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500
Numune yzeyinden altl a do ru mesafe ( m)
M i k r o s e r t
l i k ( H V )
ekil 9.8. HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan elik
iin sertlik-mesafe deiim grafii
Sertlik-Mesafe De i imi
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500
Numune yzeyinden altl a do ru mesafe ( m)
M i k r o s e r t
l i k ( H V )
ekil 9.9. HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan elik iin
sertlik-mesafe deiim grafii
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
63/85
52
1.numune iin 16 noktadan, 2.numune iin 15 noktadan, 3.numune iin 14
noktadan ve son olarak 4.numune iin 15 ayr noktadan kal nl k lm yap larak
elde edilen deerlerin ortalamalar al nm t r ve standart sapmalar bulunmutur.
Tablo 9.2. Numunelerin kal nl k ortalamalar ve standart sapmalar
Numune No
Kal nl k (m)
1 247,00 42,922 327,91 25,023 354,20 39,60 4 264,94 34,05
Numune kesitinden altl a doru 200 gr/f yk alt nda yap lan mikro-sertlik
deneyi sonucu elde edilen sertlik izlerinin SEM cihaz ndaki grntleri zerine
belirtilen deerleri farkl bytmelerde aa daki ekillerde gsterilmitir.
Farkl kaplamalarda oluan23
C Cr -WC gibi stabil karbrlerin varl sertlikteki
heterojen da l ma sebebiyet verir. Sertlik analizinde tarama yaparken Vickers ucu
ou zaman kaplama malzemelerine denk gelmesine ramen, bu karbrlere ucun
bast r lmas sonucu sertlikte ani art lar grlr. Yukar daki sertlik-mesafe
ekillerinde grlen malzeme yzeyinde ani art lar n ve dlerin grlmesinin
sebebi de o anda Vickers ucunun karbrl blgeye denk gelmesidir.
Numune 1 den numune 4e kadar farkl parametrelerde elde edilmi farkl
kaplama kal nl klar , geni bir yelpazede kaplama yapma zelliini gstermektedir.
Numune 1 iin seilen parametrelerle yap lm kaplamadan elde edilen kal nl k 247
HV iken, numune 3 iin farkl parametrelerde 355 HV elde edilmitir. Bylesi
sonular yzeyden derinlie farkl kal nl klardan farkl a nma mrlerini ortaya
kart r. Bu da farkl a nma durumlar iin malzeme kullan m n salar.
Kaplama kal nsa malzeme gevrek hale gelir. Kaplama kal nl artt ka darbelere
kar btn malzemenin direnci der. Yani malzeme gevrekleerek k r lgan bir hale
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
64/85
53
gelir. [Donald R. Askeland, 1998]:
Aa daki ekiller numunelerin sertlik izlerinin SEM grntleridir.ekillerde 3
farkl renkte blgeler grlr. Kesitten al nan SEM grntlerindeki bu blgeleri
aa dan yukar ya belirtecek olursak altl k malzeme, kaplama malzemesi ve bakalit
malzemesidir. Belirtilen deerler altl k malzemenin ve kaplama malzemesinin sertlik
deerleridir. Kaplama malzemesindeki yksek sertlik deerlerinin sebebi Vickers
ucunun karbrl blgelere tekabl etmesi sonucu oluur. Sonu olarak serlikteki ani
art lar meydana gelmektedir.
ekil 9.10. Numune 1 iin sertlik izlerinin SEM grnts
ekil 9.11. Numune 2 iin sertlik izlerinin SEM grnts
-
8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co
65/85
54
ekil 9.12. Numune 3 iin sertlik izlerinin SEM grnt
top related