Termal püskürtme kaplamaya düzgün bir yüzey hazırlanarak başlanır. Bu hazırlık aşamaları temizleme, grit üfleme ile aşındırma, makro işleme, püskürtme ile kaplayıcı malzemeyi yüzeye bağlama şeklinde ifade edilebilir.
Ön ısıtma püskürtmeye geçmeden önce yapılır. Nemi almak ve püskürtülen ilk katman parçacıkları için kuru ve ılık bir yüzey sağlamak görevini görür. Alüminyum, bakır, ve titanyum altlıklar normal şartlarda önısıtma işlemine tabii tutulmazlar. Aşırı önısıtmalardan kaçınılmalıdır. Aksi halde yüzeyde oksitlenme oluşur ve bağlanan parçacıkların sağlamlığı deforme olur.
Termal Püskürtme yöntemleri Partikül Çarpma Hızı (m/s) Yapışma Gücü Oksit İçeriği (%) Maksimum Püskürtme Oranı (kg/h) Güç (kw) Eritme İçin Gerekli Enerji (kW/kg) Toz alev 30 Düşük 6 7 25-75 11-22
Tel alev 180 Orta 4 9 50-100 11-22
HVOF 610-1060 Çok Yüksek 0,2 14 100-270 22-220 Detanasyon tabancası 910 Çok Yüksek 0,1 1 100-270 220 Elektrikli tel 240 Yüksek 0,5-3 16 4-6 0,2 - 0,4 Geleneksel plazma 240 Yüksek 0,5-1 5 30-80 11-22 Yüksek enerjili plazma 240-1220 Çok Yüksek 0,1 23 100- 250 9- 13 Vakum plazma 240-610 Çok Yüksek --- 10 50- 100 11-22
Temizlik aşamasından sonra kaplamada en önemli ikinci proses pürüzleme basamağıdır ve iyi bir kaplama eldesi için kritik bir öneme sahiptir. Yüzeyi pürüzlendirmek için bir takım metodlar geliştirilmiş olup bu teknikler;
- Kuru aşındırıcı partikül püskürtme, - İşletme ve makroişletme,
- Bağ kaplaması uygulaması.
şeklinde sıralanabilir. Bu metodların bir kaçının kombinasyonu ile uygulama yapılır, en iyi ve en uygun makrosertlikte yüzey oluşumuna gidilir. İyi temizlenmiş ve pürüzlendirilmiş bir yüzey ilk katmanda ergitilen ve yumuşatılan kaplama partiküllerinin yüzey ile etkileşim faktörünü arttırıcı niteliğe sahiptir. İyi temizleme ve pürüzlendirme basamakları, düzgünce hazırlanmış bir yüzey kaplama süreci için şu artılar sağlar;
- Temizlik,
- Pürüzlendirme ile artan yüzey alanı kaplamayı olumlu yönde etkiler (maksimum tutunma oranı sağladığı için.),
- Pürüzleştirme ile metalurjik etkileşim de bir çok artı sağlanır,
- Makro pürüzleme ile boylamsal alan gerilimi azaltılır, bu da herbir tabaka için kaplama kalınlığının daha ince ve hassas olması anlamına gelir.
Altlık materyal tipi, sağlamlığı, sertliği, ön ısıtma işleminde ne şekilde davranılmasını gerektiğini bilmek ve değerlendirmek için tanımlanmak zorundadır. Bu basit analizde kullanıcıya hangi altlığın ne şekilde kullanılacağına dair bilgiler verilmektedir. Metal tipi ve ısıl özellik kullanıcıya püskürtme süresince en doğru ön ısıtma sıcaklığının ne olduğunu da belirleyecektir. Püskürtme yapmadan önce kaplanacak alan tanımlanmalı ve parçanın kaplama bölgesi ile simetri durumları varsa bunlar belirlenmeli ve bu bölge püskürtme tabancası ile dik yuvalanmalıdır. Püskürtülen parçacık akışı hedef bölgenin normali (90˚) ile etkileşime tabii tutulmalıdır.
Termal püskürtmeli kaplamalar gerçekte ağaç, plastik, cam, kağıt ve diğer tüm yüzeylere uygulanabilir. Fakat en sık kullanılan altlık kaplama materyalleri, çelik, demir, nikel alaşımları, titanyum, aluminyum, bakır ve magnezyumdur. Karbon ve çelik alaşımları, sağlamlık özelliği göstergesi olarak ısıl davranış şartında kullanılır. 40 HRC’ nin altındaki altlıklar standart bazı teknikler yardımıyla sertleştirilebilinir. 40 HRC’ nin üstündeki altlıklar da ise prosesin başarılı olması zor olup bu ters tepki oluşturabilir.
Yüzeyin hazırlık aşamasının tamamlanmasından hemen sonra termal püskürtme işlemine başlanması iyi bir zamanlamadır. Temiz metal, metalurjik karakteristik bakımından aktif olup çevreden kolayca etkilenir özellik gösterir. Parmak izleri ve yabancı materyal teması ile kaplama bozuluma uğruyabilir, bu durumda yapışma tam sağlanamaz. Yeni hazırlanan bir yüzey püskürtmeden önce yüklenmelidir ve kaplama işlemi sıcaklığın 40º C olduğu temiz ve kuru bir alanda yapılmalıdır [14] . Termal püskürtme kaplamanın avantaj ve dezavantajlarını şöyle sıralayabiliriz. Avantajları;
- Geniş bir malzeme skalası, - Düşük proses maliyetleri,
- Geniş skalalı bir kaplama kalınlığı (50 µm den 6.5 mm ye kadar), - Geniş kullanım aralığı,
- Malzeme maliyetleri,
- Düzenli kontroller ile altlık yüzeyinde minimal termal alçaltma. Dezavantajları;
- Düşük bağlanma dayanımı, - Gözeneklilik,
- Anizotropik özellikler, - Zayıf yük kapasitesi,
- Basit geometrik şekilli kaplamalarda kolay kullanılır fakat komplex şekillerde kullanımı zordur [14].
Şekil 2.3’de yüksek entalpiye sahip bir bölge oluşturmak için kullanılan ısı kaynaklarını göstermektedir. Toz, tel ya da çubuk halindeki materyal bu bölgeye enjekte edilir ve erimiş yada plastik halde olan damlacıklar oluşur. Bu damlacıklar daha önceden hazırlanan yüzeye hızlandırılarak etki ederler ve koruyucu kaplama için bağ oluştururlar.
Şekil 2.3. Termal püskürtme kaplama prosesinin genel gösterimi [10]
Şekil 2.4’de termal püskürtme toz prosesinin şekli görülmektedir. Termal püskürtme sürecinin sınırlandırmaları genellikle düşük bağ kuvvetleri, kaplamadaki gözeneklilik oranı, kaplamanın kalınlığı ve kör delikleri kaplayamamasıdır. Termal püskürtülen kaplamaların yapısı lamelli, yüzeye etki edince düzleşen ve hızlı bir şekilde soğuyan parçacıklardan oluşur. Püskürtülen materyaller genellikle püskürtme sürecinde oluşan dağılmış oksitler yüzünden karşısındaki altlık metale göre daha serttir [13].
Şekil 2.4. Termal püskürtme toz prosesinin tipik şekli ve kaplamada oluşan yapılar [15]
2.3.1. Termal püskürtme kaplamada kullanılan yüzey aşındırma malzemeleri
Kumlama işlemi için genellikle SiC, Al2O3 tozları ile kuvars kumu kullanılır. Yüzey hazırlama işleminin tipi ve yüzeyin pürüzlülük derecesi kaplamanın cinsine ve kalınlığına bağlıdır. Kumlama için kullanılan havanın ve kumlama malzemesinin kuru olması gerekmektedir. Ayrıca kumlama malzemelerinin daha önce başka bir amaç için kullanılmamış olması, yağsız ve temiz olması önemlidir. Arzu edilen yüzey pürüzlülüğüne keskin köşeli kumlarla ulaşmak mümkündür. Kumlama sonucu elde edilen pürüzlülük derecesi; aşındırıcının tane boyutuna, hava basıncına, ana malzemenin yüzey sertliğine, püskürtme açısına, aşındırıcının şekline vs. bağlıdır. Kumlama işleminden sonra kaplama için çok fazla beklenmemelidir. Böylelikle kaplanacak yüzeyin istenmeyen bir şekilde tekrar oksitlenmesi azaltılabilir. Aşağıda kumlamada kullanılan aşındırıcılardan bahsedilmiştir.
a-Alümina; Al2O3 püskürtme kabinlerinde çok iyi iş görür. Yüksek hava basıncı ile sertleştirilmiş çelik ve diğer sert altlık materyaller kullanılmadığı sürece bozulma oranı düşük mertebelerdedir Alümina ergitilmiş ve saf olup oldukça serttir ve köşelerde düzgün ve keskin dövmeler yapmaya imkan sağlar. İki tipi vardır: C tipi (kaba) ve F tipi (düzgün). Her tür kullanımda iyi olan gritler, bunlar üfleme kabininde kullanılır.
b- Silika Kumu: dış işlerde sıkça kullanılır ve temizlik oranı yüksek düzgün genişlikteki kum ile düşük maliyet ve geniş kullanılabilirlik imkanı sunar. En genel dezavantajı tehlikeli olmalarıdır. Özelikle operatör için bu dezavantaj ciddi bir problemdir. Yakın temas halinde solunum ters reaksiyonu oluşturur. ABD’nin bazı eyaletlerinde silika kumu kullanımı sınırlandırılmış olup, İngiltere’de ise sadece bazı özel kullanımlara izin verilmektedir.
c- Dövülmüş Filint: Tüm elek boyutları için üfleme yapmaya uygundur. Bazı kullanıcılar dövülmüş filintin silika kumundan daha etkin olduğunu ifade eder. Dövülmüş filint çok temiz olup, parçacıkları çok açısal ve keskindir.
d- Dövülmüş Garnet (Tarak): Bir çok bölgede çıkarılır özellikle üfleme kullanımı için en uygun garnetler Birleşik Devletlerin Idoha eyaletinde çıkarılır. Fakat bu da solunum ters reaksiyonuna neden olacak özeliktedir. Beklenildiği üzere bozulma oranı garnet kaynaklarına göre değişir, bazı garnet tiplerinde üfleme süresince serbest-toz özelliği görülür dövülmüş garnetli çalışma çok uygun bir çalışma biçimi değildir [13,16].