Soğuk Gaz Dinamik Sprey (CGDS) Kaplama Yöntemi

CGDS yöntemi Rus bilim adamları Profesör Anatolii Papyrin ve arkadaşları tarafından 1980’li yıllarda ilk defa geliştirilerek kullanılmaya başlanmıştır. Bu teknik, bir hava akımı içinde iki fazlı (katı+gaz parçacıklar) ses ötesi hızlarda akış çalışması gerçekleştirilirken ortaya çıkmıştır. Bilim insanları bu yöntemle birçok farklı malzeme üzerine metal kaplamalardan kompozite kadar oldukça farklı kaplamaları oluşturmuş ve CGDS yönteminin birçok farklı alanda kullanılabileceğini göstermişlerdir [100]. Yöntemin geliştirildiği yıllarda oldukça farklı görüşler ortaya atılmıştır. Bir grup araştırmacı, kaplamanın biriktirme yapabilmesi için yüzeye gönderilen parçacıkların ergime sıcaklığına veya biraz altındaki sıcaklığa kadar ısıtılması gerektiğini öne sürmüşlerdir. Diğer bir grup araştırmacı ise, parçacıklarda herhangi bir fiziksel değişimin olmadığını savunmuşlardır. Günümüze kadar yapılan çalışmaların gösterdiği sonuçlara göre altlık yüzeyine gönderilen parçacıkların herhangi bir ergimeye maruz kalmadan biriktirilebildiği kanısıdır. Bu sebepten dolayı herhangi bir fiziki değişimden bahsedilemez. Son zamanlarda, Rusya’da, Amerika Birleşik Devletleri’nde, Çin’de, Japonya’da, Güney Kore’de, Hindistan’da ve Brezilya’da havacılık ve uzay endüstrisindeki firmalar bu yöntem üzerine çalışmalar gerçekleştirmektedir [2,100].

3.1.7.1. CGDS Kaplama Yönteminin Çalışma Prensibi

CGDS tekniğinde toz kaplama malzemeleri yüksek hızlarda (ses ötesi) altlık yüzeyine çarpmaları sonucunda kaplama malzemelerinin deformasyon özelliğine göre yüzeyde kaplanmasına olanak sağlayan bir termal sprey yöntemidir. Bu yüksek hızlanma işlemiyle birlikte hava, azot ve helyum gibi gazların öncelikle ısıtılması ve basınçla

olan sistemlerde daha yüksek basınçlara ve hızlara çıkılabilmektedir. Bu sistemlerde özel bir yüksek basınç cihazı kullanılmaktadır. Taşınabilir sistemlerde, kaplama tabancası kaplama işlemini gerçekleştiren teknisyen tarafından manuel (el yardımıyla) bir şekilde kullanılır. Bu sebepten dolayı teknisyenin bilgi ve becerisi bu yöntemde oldukça önemlidir. Hareketin hızı ve tabancanın altlığa olan mesafesi taşınabilir sitemlerde değişkenlik gösterebilir. Sabit olan sistemlerde tabanca robotik bir kola bağlıdır. Bu yüzden kaplama hızı ve tabancanın altlığa olan uzaklığı üretim esnasında genellikle sabit kalır. Şekli karmaşık olan parçaların kaplanması genel itibariyle taşınabilir sistemlerle yapılması tercih edilir. Ulaşılması güç olan bölgelere manuel olarak müdahale etmek daha kolaydır [2,100,101].

Şekil 3.11 ve 3.12’de sabit CGDS sistemine ait şematik gösterimi ve gerçekte kullanılan bir CGDS ünitesinin resimleri yer almaktadır. Bu sistemde kaplama tozu ve taşıyıcı gaz yüksek basınçlı bir şekilde nozula gönderilerek orda karışması sağlanır. Toz ve gaz karışımı hazne içerisinden geçerek nozuldan altlık yüzeyine püskürtülür.

Şekil 3.12. Sabit Tip CGDS sistemlerine ait örnekler [102].

Şekil 3.13 ve 3.14’de taşıyıcı tip CGDS sisteminin şematik gösterimi ve gerçek görüntüsü verilmiştir. Bu tip sistemlerde, besleme düşük basınçlı olarak başlar. Tozların gönderilmesi için besleme ünitesine basınçlı hava gönderilir. Bu sistemlerin kullanılmasında yüksek basınç gerekli değildir.

CGDS yönteminde kaplama üretiminde ilk olarak yüksek hızlı parçacıklar altlık yüzeyini temizleyerek aktif hale getirirler. Sistemde altlık yüzeyine çarpan parçacıklar plastik deformasyona uğrayarak yapışırlar. Kaplama malzemesinin altlık yüzeyine yapışması için yüzeye gönderilen parçacıkların en az %50 sinin yüzeye temas etmesi gerekir. Nozuldan çıkan partiküller birbirlerine ve altlığa temas ederek metalurjik olarak bağlanma sağlamaktadır. Çok yüksek kinetik enerji oluşması çekme gerilmelerinin oluşumuna neden olmaktadır [38,100].

Şekil 3.15. CGDS yönteminde kaplamanın meydana geliş aşamaları [4,100]. CGDS sisteminde elde edilen kaplamaların mikroyapısı ve mekaniksel özellikleri kaplama malzemesinin türüne, tozun boyutuna ve ortalama boyut dağılımına bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Genellikle dar aralıkta toz dağılım ve mümkün olduğunca homojen tozlar bu yöntemde tercih edilmektedir. Şekil 3.15’te gösterilen kaplama esnasında meydana gelen 3 belirgin bölge vardır. 1. bölgede altlık kısımda krater oluşumu ve yüzey kısımda ilk birikme oluşumu, 2. bölgede parçacık deformasyonları başlangıcı, birikme ve hızlandırılmış parçaların yüzeyde rotasyona uğrayarak birbiri üzerinde birikmesi, 3. bölgede metaller arası bağ oluşumunun

meydana gelmesi ve yapışma sonrasında parçacıkların metalurjik açıdan birbirine bağlanması meydana gelir ve son olarak 4. bölge aşırı kinetik enerjinin olması halinde oluşur. Kütlesel deformasyon, çatlama, parçacıkların soğuk deformasyonu ve erozyon da bu kısımda meydana gelir.

3.1.7.2. CGDS Kaplama Yönteminin Avantajları

CGDS yönteminin diğer termal sprey kaplama yöntemlerine göre birçok avantajı mevcuttur. Bu yöntemle üretilen ürünlerde istenmeyen faz yapıları ve oksitlenme oluşmaz. Kaplama sıcaklıklarının düşük olmasından dolayı altlık malzemede ve kaplama yapısında herhangi bir kimyasal değişim görülmez. Bu yöntem ile birlikte yoğun ve yüksek sertliğe sahip kaplamalar elde edilir. Oldukça yüksek hızlarda kaplamaların üretilebilmesi, kaplama birikimindeki verimin yüksek olması, kaplama işleminin düşük sıcaklıklarda gerçekleşmesinden dolayı altlık malzemenin çok fazla ısınmaması ve kaplama işlemi esnasında patlayıcı gazların kullanılmaması diğer termal sprey kaplama yöntemlerine göre avantaj olarak görülmektedir [38,100,101].

3.1.7.3. CGDS Kaplama Yönteminin Kullanım Alanları

CGDS yönteminin oldukça fazla avantaja sahip olmasından dolayı çok fazla alanlarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. CGDS yönteminin kullanım alanlarını şu şekilde sıralayabiliriz:

• Denizcilik uygulamalarında; korozyona maruz kalmış parçaların onarılmasında, camlarda meydana gelen buğulanmaların çözülmesinde, pompa tamirlerinde, kaplamalarda meydana gelen bozulmaların giderilmesinde, • İnşaat uygulamalarında; dekoratif amaçlı parçalarda, galvaniz kaplanmış

parçaların tamirinde, döküm yoluyla üretilen boruların montajlanmasında, • Kimya uygulamalarında; bazı boruların kaplanabilmesinde, çukurcuk ve

• Metal uygulamalarında; metal üretimi için kullanılan döküm potalarında, haddeleme tezgahlarının ve bazı ufak mil benzeri parçaların kaplanmasında, • Medikal uygulamalarda; diş implant yüzeylerinin ve tıbbi uygulamalarda

kullanılan aletlerin kaplanmasında,

• Enerji üretim sektörü uygulamalarında; alüminyum ve bakır gibi iletkenlerin iletim bölümlerinde, türbin ve pompa tamirinde, yüksek sıcaklığa maruz kalan bazı parçalarda korozyon direncini arttırmada,

• Elektrik-elektronik uygulamalarda; soğutucularda, sensörlerde ve yalıtım sağlaması amacıyla üretilen seramiklerde,

• Nükleer uygulamalarda; enerji üretimi esnasında meydana gelen korozyonların giderilmesinde, sızdırmazlık ve basınç tanklarında, jeneratörlerin tamirinde, elektriksel devrelerin bağlantılarında, pompa tamirinde,

• Cam uygulamalarında; yoğunlaşmayı engellemek amacıyla,

• Üretim sektöründe; maça, kalıp, plastik enjeksiyon kalıp, termoform kalıp üretimi ve tamirinde,

• Havacılık uygulamalarında; korozyon direncini arttırmak için iniş-kalkış destek ekipmanlarında, yüzey tamirlerinde,

• Otomotivde; sprey lehim parçalarının düşük poroziteli olması istendiği durumlarda, motor bakım ve onarımında kullanılmaktadır.

CGDS tekniği, uygulama alanları gözönüne alındığında çoğunlukla yüzey bakımında, korozyona maruz kalmış alanların tamirinde kullanılan önemli bir teknik olduğu görülmektedir [38,100,103].