Ark sprey tekniği ile kaplanan dökme demir borularda yüzey özelliklerinin geliştirilmesi ve korozyon davranışının incelenmesi

Tam metin

(1)KOCAELĐ Ü ĐVERSĐTESĐ * FE BĐLĐMLERĐ E STĐTÜSÜ. ARK SPREY TEK ĐĞĐ ĐLE KAPLA A DÖKME DEMĐR BORULARDA YÜZEY ÖZELLĐKLERĐ Đ GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE KOROZYO DAVRA IŞI I Đ CELE MESĐ. YÜKSEK LĐSA S. Metalurji Müh. Alper KAYA. Anabilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Danışman: Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT. KOCAELĐ, 2010.

(2) KOCAELĐ Ü ĐVERSĐTESĐ * FE BĐLĐMLERĐ E STĐTÜSÜ. ARK SPREY TEK ĐĞĐ ĐLE KAPLA A DÖKME DEMĐR BORULARDA YÜZEY ÖZELLĐKLERĐ Đ GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE KOROZYO DAVRA IŞI I Đ CELE MESĐ. YÜKSEK LĐSA S Metalurji Müh. Alper KAYA. Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 06 Mayıs 2010 Tezin Savunulduğu Tarih: 02 Haziran 2010. KOCAELĐ, 2010.

(3) Ö SÖZ VE TEŞEKKÜR Atık su ve içme suyu taşıyan dökme demir boruların kaplama öncesi yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi ve korozyona karşı uygulanan kaplamanın geliştirilmesi amacıyla yürütülen proje kapsamında hazırlamış olduğum bu çalışmanın konuyla ilgili çalışan ya da çeşitli araştırmalarda bulunan kişi ya da kurumlara faydalı olmasını diliyorum.. Yüksek lisans tez çalışmamı yapmam konusunda bana güvenip Almanya kapılarını açan ve desteklerini hiç esirgemeyen Prof. Dr. Şadi KARAGÖZ ve danışmanım Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT’ a sonsuz teşekkürlerimi ve hürmetlerimi sunarım. Stuttgart Üniversitesi, IFKB ‘de (Institut für Fertigungtechnologie Keramicsher Bauteile), bana çalışma imkanı sağlayan Prof. Dr. Rainer GADOW ’ a, çalışmalarım esnasında beni yalnız bırakmayan, bilgilerini ve deneyimlerini paylaştığım Dipl. –Ing. Martin SILBER’e teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca bana ağabeylik eden ve yardımlarını esirgemeyen Arş. Gör. Yük. Müh. Hakan ATAPEK ve ailesine de saygı ve sevgilerimi iletirim. Beni her zaman destekleyen, başarılı olacağıma inanan ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ailem ve arkadaşlarıma da sonsuz teşekkürlerimi sunarım.. i.

(4) ĐÇĐ DEKĐLER ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR..............................................................................................i ĐÇĐNDEKĐLER ............................................................................................................ii ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ.....................................................................................................iv TABLOLAR DĐZĐNĐ ..................................................................................................ix SĐMGELER DĐZĐNĐ VE KISALTMALAR.................................................................x ÖZET ..........................................................................................................................xi ĐNGĐLĐZCE ÖZET.…………………………………………...…………………….xii BÖLÜM 1. GĐRĐŞ ........................................................................................................1 BÖLÜM 2. OKSĐDASYON VE DEKARBÜRĐZASYON DAVRANIŞLARI……...2 2.1. Giriş………………………………………………………………………………2 2.2. Oksidasyon……………………………………………………………………….2 2.2.1. Saf demirin oksidasyonu……………………………………………………….6 2.2.1.1. 700-1250 °C………………………………………………………………….7 2.2.1.2. Kinetik………………………………………………………………………..8 2.2.1.3. 570-700 °C…………………………………………………………………...9 2.2.1.4 570 °C ve altı………………………………………………………………..10 2.2.2. Karbon Çeliklerinin ve Fe-C Alaşımlarının Đzotermal Oksidasyonu……….12 2.2.2.1. Oksidasyon Kinetiği……………………….………………………...……..12 2.2.2.2. 800 °C ve Üzerindeki Oluşumlar……….…………………………………..13 2.2.2.3. 800 Derecenin Altındaki Oluşumlar……...………………………………...14 2.2.2.4. Fe-C Alaşımlarının Oksidasyonu…………………………………………..17 2.3. Dekarbürizasyon………………………………………………………………..18 2.4. Oksidasyon ve Dekarbürizayonun Redükleyici Gazlar Vasıtasıyla Engellenmesi ……………………………………………………………………………………….22 BÖLÜM 3. TERMAL SPREY KAPLAMALAR………………………………….24 3.1. Giriş……………………………………………………………………………..24 3.2. Termal Sprey Kaplama Teknikleri……………………………………………...24 3.2.1. Alev sprey yöntemi…………………………………………………………...25 3.2.2. Atmosferik plazma sprey tekniği……………………………………………..26 3.2.3. Elektrik ark sprey tekniği (EAS)……………………………………………...28 3.2.4. Patlatma tabancası (D-Gun)…………………………………………………..29 3.2.5. Yüksek hızlı oksijen yakıtlı sprey (HVOF) prosesi…………………………..30 3.3. Termal Sprey Kaplamalar………………………………………………………31 3.4. Elektrik Ark Sprey Prosesi ve Etki Eden Parametreler………………………...35 3.4.1. Sprey mesafesinin etkisi……………………………………………………38 3.4.2. Ark voltajının etkisi………………………………………………………...38 3.4.3. Atomizasyon gaz basıncının ve gaz tipinin etkisi…………………………..39 BÖLÜM 4. ÇĐNKO (Zn), ALÜMĐNYUM (Al) VE ÇĐNKO/ALÜMĐNYUM (Zn/Al 85/15) KAPLAMALAR…………………………………………………………….43 4.1. Giriş……………………………………………………………………………..43 4.2. Korozyonu Engelleyici Çinko (Zn), Alüminyum (Al) ve Alaşımlarından Oluşan Kaplamalar………………………………………………………………………..…43 4.2.1. Çinko (Zn) kaplamalar………………………………………………………44. ii.

(5) 4.2.2. Alüminyum (Al) kaplamalar………………………………………………...46 4.2.3. Zn/Al 85/15 kaplamalar……………………………………………………..49 BÖLÜM 5. DENEYSEL ÇALIŞMA…………………………………………….51 5.1. Giriş……………………………………………………………………………..51 5.2. Boruların Üretimi……………………………………………………………….52 5.3. Kaplama Öncesi Isıl Đşlem……………………………………………………...54 5.3.1. Tavlama sonrası yüzey durumu………………………………………………56 5.3.2. Oksit tabakalarının giderilmesi……………………………………………….59 5.3.2.1. Kumlama……………………………………………………………………59 5.3.2.2. Koruyucu gaz atmosferinde ısıl işlem……………………………………...61 5.4. Boruların Kaplanması…………………………………………………………..71 5.4.1. Al kaplanmış numune………………………………………………………80 5.4.2. AlSi5 kaplanmış numune…………………………………………………...81 5.4.3. Zn kaplanmış numune………………………………………………………82 5.4.4. Zn/Al 85/15 ile kaplanmış numune………………………………………....84 5.4.5. Çift tabaka kaplanmış numuneler…………………………………………..86 5.5. Korozyon………………………………………………………………………..90 5.5.1. Ağırlık Kayıpları……………………………………………………………..90 5.5.1.1. Al kaplanmış numune………………………………………………………90 5.5.1.2. AlSi5 kaplı numune………………………………………………………...93 5.5.1.3. Zn kaplı numune……………………………………………………………95 5.5.1.4. ZnAl 85/15 kaplı numune…………………………………………………..97 5.5.1.5. Zn+ ZnAl 85/15 kaplı numune……………………………………………..99 5.5.1.6. Al+Zn kaplı numune………………………………………………………101 5.5.1.7. AlSi5+Zn kaplı numune…………………………………………………...104 5.5.1.8. Değerlendirme……………………………………………………………..106 5.5.2. Korozyon Görüntüleri……………………………………………………….109 5.5.2.1. Al kaplı numune…………………………………………………………...109 5.5.2.2. AlSi5 kaplı numune……………………………………………………….112 5.5.2.3. Zn kaplı numune…………………………………………………………..115 5.5.2.4. ZnAl 85/15 kaplı numune…………………………………………………118 5.5.2.5. Zn+ZnAl 85/15 kaplı numune…………………………………………….120 5.5.2.6. Al+Zn kaplı numune………………………………………………………123 5.5.2.7. AlSi5+Zn kaplı numune…………………………………………………...125 BÖLÜM 6. SONUÇLAR VE ĐLERĐ BAKIŞ…………………………………...128 KAYNAKLAR…………………………………………………………………….131 ÖZGEÇMĐŞ………………………………………………………………………..136. iii.

(6) ŞEKĐLLER DĐZĐ Đ Şekil 2.1:Demirin oksidasyonunun şematik gösterimi Şekil 2.2:Saf demirin oksidasyonu, a) Oksit tabakası, b) Oksidasyon sırasındaki prosesin gelişimi Şekil 2.3:Değişen sıcaklık ve zamanla beraber oksit kalınlığındaki değişim Şekil 2.4:Ellingham diyagramı Şekil 2.5:Fe-O diyagramı Şekil 2.6: 700 °C de ki sıcaklığa 2.5 saat maruz kalan çelik yüzeyinin üzerinde oluşan hematit kristalleri. (a) ve (b) farklı 2 büyütmede çekilmiş hematit kristallerine ait görüntüler. Şekil 2.7:570 derecenin üzerinde oluşan oksit tabakaları Şekil 2.8:570 derecenin altında oluşan oksit tabakaları Şekil 2.9: 550 derecede 72 saatlik ısıl işlem neticesinde yüzeyde oluşan iki tabakalı oksit yapısı Şekil 2.10:Tane boyutunun oksidasyona etkisi Şekil 2.11:Demir ve düşük karbonlu çeliğin havadaki oksidasyonu sonucu elde edilen parabolik oran sabitleri Şekil 2.12:Oksit film morfolojisinin oksidasyon sıcaklığı ile değişimi a) 250°C, 30 dk, b) 500°C, 30 dk, c) 750°C, 30 dk Şekil 2.13:Oksit filmlerinin 500 derecedeki oksidasyonla beraber değişen morfolojileri a) 10 dakika, b) 30 dakika, c) 60 dakika Şekil 2.14:Yüzeye yakın bölgelerde dekarbürizasyon a) Đç kısım, b) Đç/dış ara bölgesi, c) Dış kısım Şekil 2.15:Dekarbürizasyon sonrası sertlik değişimi Şekil 2.16:Artan sıcaklıkla beraber tane boyutu ve gözenek miktarındaki değişim a)744°C, b) 950°C, c) 1400°C Şekil 3.1: Toz alev sprey yönteminin şematik görünümü. 1)Çalışma gazları (yakıt ve oksijen), 2) Toz beslemesi, 3) Torç, 4) Kaplama, 5) Partikül akışı 6) Alev Şekil 3.2: Tel alev sprey yönteminin şematik görünümü 1)Oksijen girişi, 2) Yakıt girişi, 3)Basınçlı hava girişi, 4) Tel, 5) Erimiş partiküllerin akışı, 6) Çalışma gazları için nozul, 7)Basınçlı hava başlığı, 8) Alev, 9) Erimiş tel Şekil 3.3: Atmosferik plazma sprey yönteminin prensibi Şekil 3.4: Ark sprey tekniğinin şematik gösterimi 1)Atomizasyon için gaz akışı, 2) Torç, 3) Erimiş partiküllerin akışı, 4) Elektrik arkı, 5) Tüketilebilir ark elektrodları Şekil 3.5: Patlama tabancası yönteminin şematik gösterimi, 1) Toz girişi, 2)Kıvılcım bujisi, 3) Tabanca kovanı, 4) Oksijen girişi, 5) Azot girişi Şekil 3.6: HVOF prosesinin şematik görünümü Şekil 3.7: Kuvvetli çarpma kuvvetine bağlı olarak ergimiş partikülün yüzeyde levha şeklini alması Şekil 3.8: Termal sprey yapısı Şekil 3.9: Termal sprey kaplamalarda oluşan porozite tipleri Şekil 3.10: Elektrik ark sprey tekniğinin şematik gösterimi Şekil 3.11:a) Elektrik ark sprey ekipmanı, b) EAS ile kaplama prosesi iv.

(7) Şekil 3.12: Ark voltajının sprey hızı ve sıcaklığa etkisi Şekil 3.13: Farklı atomizasyon gazları ile yapılan işlem sonucu kaplamanın oksit içeriğindeki değişim Şekil 3.14: a) 94m3/h gaz basıncıyla yapılan işlem, b) 130m3/h gaz basıncıyla yapılan işlem Şekil 3.15: Gaz basıncının partikül hızına etkisi Şekil 3.16: Kaplamadaki oksijen miktarına gaz akış oranının etkisi Şekil 3.17: Kaplama sertliğine gaz akış oranının etkisi Şekil 3.18: Gaz akış oranının porozite miktarına etkisi Şekil 4.1: Çinkonun korozyon oranının pH ile değişimi Şekil 4.2:Alüminyumun korozyon oranının pH ile değişimi Şekil 4.3: Klor miktarının kütle kaybına etkisi Şekil 5.1: Yatay savurma dökümün şematik gösterimi Şekil 5.2: Boruların üretiminde kalıba gelen ergiyigin yüksek hızla döndürülmesi Şekil 5.3: Savurma döküm yöntemiyle dökme demir boru eldesi Şekil 5.4: Đşletmede boruların ark sprey tekniği ile kaplanması Şekil 5.5: Küresel grafitli dökme demirlerde tavlama işlemi sonrası elde edilen ferritik matriks Şekil 5.6: Isıl işlem öncesi savurma döküm prosesi ardından mikroyapı Şekil 5.7: Isıl işlem sonrası dökme demir borunun mikroyapısı Şekil 5.8: Tavlama öncesi yüzey durumu Şekil 5.9: 570 derecenin üzerinde oluşan oksit tabakalarının şematik gösterimi Şekil 5.10: Tavlama sonrası yüzeyde oluşan oksit tabakaları Şekil 5.11: Oksitlenme sırasında oksit filminde oluşan kabartılar Şekil 5.12: Oksit tabakasının yüzeyden ayrılması Şekil 5.13: GTV marka kumlama cihazı Şekil 5.14: Kumlama ile beraber elde edilen yüzey görünümü Şekil 5.15: Kumlama sonrası elde edilen yüzeyin mikroyapısı Şekil 5.16: LINN KS 80 S marka 1050 °C kapasiteli fırın Şekil 5.17: a) Fe-C diyagramı b)Tavlama sıcaklık ve süreleri Şekil 5.18: Koruyucu gaz atmosferinde yapılan tavlama işlemi sonucu elde edilen mikroyapı (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.19: Koruyucu gaz atmosferinde yapılan tavlama işlemi sonucu elde edilen mikroyapı (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.20: Koruyucu gaz atmosferi olmadan gerçekleştirilen tavlamama sonrası elde edilen mikroyapı Şekil 5.21: Koruyucu gaz atmosferi olmadan gerçekleştirilen tavlamama sonrası elde edilen mikroyapı Şekil 5.22: Koruyucu gaz atmosferi olmadan gerçekleştirilen tavlamama sonrası elde edilen mikroyapı Şekil 5.23: Koruyucu gaz atmosferinde yapılan ısıl işlem sonrası elde edilen yapının dağlanmış görüntüsü (%3,5 nital) (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.24: Koruyucu gaz olmadan yapılan ısıl işlem sonrası elde edilen yapının dağlanmış görüntüsü (%3,5 nital) Şekil 5.25: Soğuma esnasında kullanılan koruyucu gazın kesilmesi sonucu elde edilen görüntü (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.26: Soğuma esnasında kullanılan koruyucu gazın kesilmesi sonucu elde edilen görüntü (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.27: Koruyu gaz atmosferinde ısıl işlem (90/10): Gaz soğuma esnasında kesildi.. v.

(8) Şekil 5.28: Koruyucu gaz atmosferinde ısıl işlem (90/10): Gaz soğuma esnasında kesildi. Şekil 5.29: IFKB’ de yapılan ısıl işlem neticesinde yüzey görünümü ve WDX noktaları. (Isıl işlemde soğuma fırında gerçekleştirilmiştir ve herhangi bir koruyucu gaz atmosferi kullanılmamıştır) Şekil 5.30: IFKB’ de yapılan ısıl işlem neticesinde yüzey görünümü ve WDX noktaları. (Uygulamada fırının soğuması esnasında gaz beslemesi kesilmiştir). (Gaz tipi: 95/5) Şekil 5.31: Đşletme koşullarında yapılan ısıl işlem neticesinde yüzey görünümü ve WDX noktaları. (Isıl işlemde soğuma dışarıda gerçekleştirilmiştir ve herhangi bir koruyucu gaz atmosferi kullanılmamıştır) Şekil 5.32: Ark sprey torcu Şekil 5.33: Ark sprey torcunun önden görünümü Şekil 5.34: Tel besleme ünitesi Şekil 5.35: Ark sprey ünitesinin bağlı olduğu 6 dönme dereceli robotik sistem Şekil 5.36: Kaplama işlemi için borunun yerleştirildiği dönen tabla Şekil 5.37: Güç ve kontrol ünitesi Şekil 5.38: Alüminyum kaplanmış boru numunesi Şekil 5.39: Ark sprey torcunun bir çevrim hareketi Şekil 5.40: a) Borulardan numune kesilmesi, b) Kesilen numuneler, c) Metalografik inceleme için hazırlanan numuneler Şekil 5.41: Al kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.42: Al kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.43: AlSi5 kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.44: AlSi5 kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.45: Faklı dönme hızlarının etkilerinin şematik olarak gösterimi Şekil 5.46: Zn kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.47: Zn kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.48: ZnAl 85/15 kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum) Şekil 5.49: ZnAl 85/15 kaplanmış boru numunesi (parlatılmış konum Şekil 5.50: Zn + ZnAl 85/15 ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.51: Zn + ZnAl 85/15 ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.52: Al+Zn ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.53: Al+Zn ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.54: AlSi5+Zn ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.55: AlSi5+Zn ile kaplanmış numune (parlatılmış konum) Şekil 5.56: a) Đşletme koşullarında Zn kaplanan numune b) IFKB tarafından Zn kaplanan numune Şekil 5.57: a) Đşletme koşullarında ZnAl 85/15 kaplanan numune b) IFKB tarafından ZnAl 85/15 kaplanan numune Şekil 5.58: Al kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.59: Al kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.60: Al kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.61: Al kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.62: AlSi5 kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.63: AlSi5 kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.64: AlSi5 kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.65: Zn kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.66: Zn kaplı numunedeki ağırlık artışı. vi.

(9) Şekil 5.67: Zn kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.68: Zn kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.69: ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.70: ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.71: ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.72: ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.73: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.74: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.75: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.76: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.77: Al+Zn kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.78: Al+Zn kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.79: Al+Zn kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.80: Al+Zn kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.81: AlSi5+Zn kaplı numunedeki ağırlık değişikliği Şekil 5.82: AlSi5+Zn kaplı numunedeki ağırlık artışı Şekil 5.83: AlSi5+Zn kaplı numunedeki ağırlık azalması Şekil 5.84: AlSi5+Zn kaplı numunedeki ağırlık kaybı Şekil 5.85: Al kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.86: Al kaplı numunenin 1. gündeki görünümü Şekil 5.87: Al kaplı numunenin 2. gündeki görünümü (Gözeneklerin kaybolması) Şekil 5.88: Al kaplı numunenin 5. gündeki görünümü (Gözenekte korozyon başlangıcı) Şekil 5.89: Al kaplı numunenin 10. gündeki görünümü Şekil 5.90: AlSi5 kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.91: AlSi5 kaplı numunenin 1. gündeki görünümü Şekil 5.92: AlSi5 kaplı numunenin 5. gündeki görünümü Şekil 5.93: AlSi5 kaplı numunenin 10. gündeki görünümü (gözeneklerde korozyon başlangıcı ve bazılarının yok olması) Şekil 5.94: Zn kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü (kaplamanın yüzeyden kalkması sonucu oluşan süreksizlik) Şekil 5.95: Zn kaplı numunenin 1. gündeki görünümü (kaplamanın yüzeyden kalkması sonucu oluşan süreksizliğin kapanması) Şekil 5.96: Zn kaplı numunenin 2. gündeki görünümü (korozyon ürünlerinin oluşumu) Şekil 5.97: Zn kaplı numunenin 5. gündeki görünümü (korozyon ürünlerinin oluşumu) Şekil 5.98: Zn kaplı numunenin 10. gündeki görünümü (korozyon ürünlerinin oluşumu) Şekil 5.99: ZnAl 85/15 kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.100: ZnAl 85/15 kaplı numunenin 1. gündeki görünümü (yüzeyde boşluk oluşumu) Şekil 5.101: ZnAl 85/15 kaplı numunenin 5. gündeki görünümü (boşlukları yüzeyden kaybolması) Şekil 5.102: ZnAl 85/15 kaplı numunenin 10. gündeki görünümü (gözeneklerde korozyon ürünlerinin birikmesi) Şekil 5.103: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.104: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunenin 1. gündeki görünümü. vii.

(10) Şekil 5.105: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunenin 5. gündeki görünümü (yüzey gözeneklerinin yok olmaya başlaması) Şekil 5.106: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunenin 10.ündeki görünümü Şekil 5.107: Al+Zn kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.108: Al+Zn kaplı numunenin 1. gündeki görünümü Şekil 5.109: Al+Zn kaplı numunenin 5. gündeki görünümü (gözeneklerde korozyon ürünlerinin birikimi) Şekil 5.110: Al+Zn kaplı numunenin 10. gündeki görünümü Şekil 5.111: AlSi5+Zn kaplı numunenin korozyon deneyi öncesi görünümü Şekil 5.112: AlSi5+Zn kaplı numunenin 1.gündeki görünümü Şekil 5.113: AlSi5+Zn kaplı numunenin 5.gündeki görünümü (korozyon ürünlerinin gözeneklerde birikmesi Şekil 5.114: AlSi5+Zn kaplı numunenin 10.gündeki görünümü. viii.

(11) TABLOLAR DĐZĐ Đ Tablo 3.1: Termal sprey metodlarının bazı karakteristiklerinin kıyaslanması Tablo 3.2: Elektrik ark sprey proses parametreleri Tablo 5.1: Ark sprey parametreleri Tablo 5.2: Teori ve pratikte elde edilen kaplama verileri Tablo 5.3: Al kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.4: AlSi5 kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.5: Zn kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.6: ZnAl 85/15 kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.7: Zn+ZnAl 85/15 kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.8: Al+Zn kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişimi Tablo 5.9: AlSi5+Zn kaplı numunede korozyon deneyi sırasındaki ağırlık değişim Tablo 5.10: Kaplamaların korozyon hızlarının kıyaslanması. ix.

(12) SĐMGELER DĐZĐ Đ VE KISALTMALAR Simgeler. x t x0. : Toplam oksit tabakası kalınlığı : Oksidasyon zamanı : ilk oluşan oksit kalınlığı (t=0). k x (= 2k x' ). : Parabolik oran sabiti (cm2sn-1). k x0 Q T R W k p (= 2k p' ). : Sabit : Saf demirin oksidasyonunun aktivasyon enerjisi (J.mol-1) : Sıcaklık : Gaz sabiti (J.K-1mol-1) : Birim alan başına demir oksitteki ağırlık artışı : Parabolik oran sabiti (g2.cm-4 sn-1). W0 V A G h R A r m U. : Đlk oluşan oksit ağırlığı (t=0) : Voltaj : Amper : Gravity : Borunun yüksekliği : Borunun çapı : Borunun yüzey alanı : Ark sprey telinin yarıçapı : Kütle : Borunun dönme hızı. Kısaltmalar IFKB SAE AISI HVOF APS EAS D-Gun WDX SEM. : Institut für Fertigungtechnologie Keramischer Bauteile : The Society of Automotive Engineers : American Iron Steel and Institute : High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spray Process : Atmospheric Plasma Spray : Electric Arc Spray : Detonation Gun : Wave- Length-Dispersive X-ray Spectroscopy : Scanning Electron Microscope. x.

(13) ARK SPREY TEK ĐĞĐ ĐLE KAPLA A DÖKME DEMĐR BORULARDA YÜZEY ÖZELLĐKLERĐ Đ GELĐŞTĐRĐLMESĐ VE KOROZYO. DAVRA IŞI I Đ CELE MESĐ Alper KAYA Anahtar Kelimeler: Ark sprey, Isıl Đşlem, Koruyucu Gaz, Oksit Tabakası, WDX, Korozyon Özet: Bu çalışmanın amacı, ısıl işlem sırasında oksit tabakası oluşumunu engellemek için kullanılan korucu gazlar vasıtasıyla dökme demir boruların yüzey özelliklerinin geliştirilmesi ve farklı ark sprey parametreleri ile kaplanan boru yüzeylerinin incelenmesidir. Isıl işlem sonrası oksit tabakasını kaldırmak için kumlama tekniğinin yerine, oksidasyon ve dekarbürizasyonu engellemek amacıyla koruyucu gazlar kullanılmıştır. Isıl işlem sonrası yüzeyde oluşan oksit tabakalarının türleri Tarama Elektron Mikroskobunda (SEM) Dalgaboyu Dağılım Spektrometresi (WDX) kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca boru yüzeylerindeki kaplamaların korozyon davranışları incelenmiş ve çift tabakanın etkisi araştırılmıştır.. xi.

(14) IMPROVI G THE SURFACE PROPERTIES A D I VESTIGATI G THE CORROSIO BEHAVIOR OF CAST IRO TUBES COATED BY ARC SPRAY TECH IQUE Alper KAYA Keywords: Arc Spray, Heat Treatment, Protective Gas, Oxide Layer, WDX Corrosion. Abstract: The aim of this study is to improve the surfaces of cast iron tubes during heat treatment by using protective gases to prevent annealing skin and to investigate the coatings applied on the tube surfaces with different arc spray parameters. Instead of sandblasting technique to remove the oxide layer on the surfaces after heat treatment, protective gases are applied during heat treatment to prevent oxidation and decarburization. The oxide layers formed on the tube surfaces after heat treatment are investigated by using Wavelength Dispersive X-Ray Spectroscopy (WDX) in Scanning Electron Microscope (SEM). Corrosion behaviour of the coatings and effect of double layers on the surfaces are studied.. xii.

(15) BÖLÜM 1. GĐRĐŞ Dökme demir borular toprak altında temiz su ya da atık su taşımak amacıyla kullanılmaktadır. Fakat bu işlem sırasında toprağın bileşimi malzemenin korozyon direncini düşürebilmektedir. Bu nedenle toprak altında kullanılan bu tüpler çeşitli teknikler ile kaplanmaktadır. Bu kaplama teknikleri arasında termal sprey teknikleri önemli bir yere sahiptir [1].. Termal sprey teknikleri vasıtasıyla metalik ve metalik olmayan kaplamalar önceden hazırlanan substrat yüzeylerine kolaylıkla kaplanabilmektedir. Ark sprey püskürtme yöntemi ekonomik ve verimli olması nedeniyle birçok endüstriyel uygulamada kullanılan termal sprey tekniklerinden biridir [2].. Bu çalışmada kaplama öncesi malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla yapılan ısıl işlem sonucu yüzeyde oluşan oksit tabakasını gidermek için çeşitli yöntemler denenmiştir. Yüzeyde oluşan oksit tabakaları, kaplamanın kalitesini düşürdüğü ve ana malzeme ile kaplama arasındaki yapışma özelliklerini etkilediği için kaplama öncesi yüzeyin temizlenmesi hedeflenmiştir.. Yer altı boruları üreten bir firma ile ortak bir proje çerçevesinde hazırlanan bu çalışma kapsamında fabrika koşullarında ısıl işlem sonrası tüplere uygulanan kaplama, ark sprey parametreleri vasıtasıyla optimize edilerek geliştirilmiştir.. Çeşitli malzeme türleri ile farklı parametreler kullanılarak hazırlanan kaplamalar korozyon testine tabi tutulmuş ve hangi malzeme grubunun korozyon şartlarına daha dirençli olduğu elde edilen sonuçlar vasıtasıyla belirlenmeye çalışılmıştır.. 1.

(16) BÖLÜM 2. OKSĐDASYO VE DEKARBÜRĐZASYO DAVRA IŞLARI. 2.1. Giriş Metal ve alaşımlarının oksijenle tepkimeye girmeleri sonucu oksitler meydana gelmektedir. Oluşan bu oksit yapıları metal ve oksijenin basit bir şekilde kimyasal olarak birleşmesiyle değil, bir elektrokimyasal süreçle meydana gelir. Gaz tribünlerinin, roket motorlarının ve yüksek sıcaklıkta çalışan petrokimya cihazlarının tasarımında, metallerin yüksek sıcaklıkta oksitlenmeleri özellikle önem taşımaktadır [3].. Dekarbürizasyon ise malzeme yüzeyindeki karbonun malzemenin kimyasal kompozisyonuna bağlı olarak azalması anlamına gelmektedir. Bu tarz bir oluşum özellikle çeliklere mekanik ve mikroyapısal değişimler getirmekte ve yapı homojenlikten uzaklaşmaktadır. Yüksek karbon çeliklerinde ısıl işlem sırasında dekarbürizasyon kaçınılmazdır [4,5].. 2.2. Oksidasyon Metallerin. ve. alaşımların. yüksek. sıcaklıklara. maruz. kalması. oksidasyon. tabakalarının oluşumuna müsaade etmektedir. Bu tarz oluşumlar birçok uygulamada önem arz eder. Örneğin, oksit tabakalarının çeliklerin sıcak haddelenmesi sırasında sürtünme ve ısı transferi üzerindeki etkisi oldukça fazladır. Haddeleme sırasında yüzeyin oksitlenmesi nedeniyle uygulanan kuvvetlerin bu sebepten dolayı artması ve yüzey kalitesinin düşmesi olasıdır. Yeniden ısıtma, kaba haddeleme, bitirme ve sarma işlemleri sırasındaki yüksek sıcaklıklardan dolayı bir oksit tabakasının varlığı kaçınılmazdır. Bu oksit tabakasının varlığı 5-10 µm arasında olup, tabaka kalınlığı sıcaklık ve malzemeye göre değişmektedir [4,6,7].. 2.

(17) Metallik malzemeler ısıtılmaya başlandıklarında demir iyonları çelik malzemeden yüzeye doğru ortamdaki oksijenle reaksiyona girmek üzere difüzyon mekanizmasıyla harekete geçerler ve ortamdaki oksijenle tepkimeye girerler [8]. (Şekil 2.1).. Şekil 2.1: Demirin oksidasyonunun şematik gösterimi [9]. Oluşan bu oksit tabakası kimyasal kompozisyona kuvvetli bir şekilde bağlıdır. Farklı alaşım elementlerinin farklı difüzyon kabiliyetlerine sahip olması oksidasyon prosesinde de farklı etkiler yaratacaktır. Örneğin, Al, Cr, Si demirden daha az soydur ve bu elementlerin varlığında oksidasyon kaçınılmazdır. Fakat Cu, Ni ve Sn gibi elementler demirden daha soydur ve oksidasyona katkıları çok azdır. Krom, alüminyum ve silisyumun alaşımdaki kompozisyonlarına bağlı olarak oluşturdukları Cr2O3, Al2O3 ve SiO2 koruyucu tabakaları sayesinde demirin oksidasyon direnci gelişir. Sıcaklık ve oksidasyona dirençli önemli alaşımların kompozisyonlarında bu alaşım elementlerinin bir ya da bir kaçı mekanik özellikleri ve oksidasyon direncini geliştirmek amacıyla bulunmaktadır [4,8,10].. Çelikler normal havaya yüksek sıcaklıklar altında maruz kaldıklarında yüzeylerinden çok tabakalı oksit oluşumu şeklinde bir oksidasyon davranışı gösterirler. Bu durumun nedeni demirin +2 ve +3 değerlikle olmasından kaynaklanmaktadır. Demirce zengin olan oksit tipleri metal yüzeyine yakın yörelerde oluşurken, oksijence zengin olan. 3.

(18) oksit tipleri ise dış kısımlarda, gaz atmosferine maruz olan alanlarda meydana gelmektedir [10].. Morfolojik olarak saf demirin ve çeliklerin yüzeyinde meydana gelen oksit tabakalarını 3 farklı oluşum olarak karakterize edebiliriz. Bu oksit tabakaları en iç kısımda oksijen miktarı az olan wüstit (FeO), daha sonra magnetit (Fe3O4) ve en dış kısımda hematit (Fe2O3) şeklindedir. Özellikle yüksek oranlarda silisyum içeren çeliklerde oksit-çelik arayüzeyinde fayalit (FeSiO4) oluşumu da görülür.. Yüksek. sıcaklıklardaki bu geri dönüşümsüz reaksiyonlar aşağıdaki gibi ifade edilebilir [11].. 2Fe + O2 → 2FeO. (2.1). 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3. (2.2). 3Fe + 2O2 → Fe3O4. (2.3). 700-1250 °C’ de hava ortamında gerçekleştirilen ısıl işlem ve yapılan ölçümler neticesinde oluşan oksit tabakasındaki wüstit/magnetit/hematit oranının 95:4:1 olduğu bulunmuştur. Wüstit, magnetit ve hematitin bu oranları sıcaklık, malzeme ve oksidasyona neden olan ortamın cinsine bağlı olarak değişmektedir. 200 derecenin altındaki sıcaklıklarda demir oksitlendiği zaman oluşan tabakanın kalınlığı logaritmik bir davranışı takip ederken, 250-1200 °C sıcaklıkları arasındaki işlemlerde nerdeyse tüm metallerin oksidasyon kinetiğinin parabolik bir davranış gösterdiği tespit edilmiştir [6,7,12]. (b). (a). Şekil 2.2: Saf demirin oksidasyonu, a) Oksit tabakası, b) Oksidasyon sırasındaki prosesin gelişimi [8]. 4.

(19) Oksidasyon miktarı sıcaklığa, çeliğin kompozisyon ve fiziksel karakterine, aynı zamanda çeliğin oksidasyon sıcaklığına maruz kaldığı zamana oldukça bağımlıdır. Çeşitli sıcaklıklarda yapılan oksidasyon çalışmaları neticesinde oksidasyon süresinin oksit kalınlığını arttırdığı tespit edilmiştir (Şekil 2.3) [6,12].. Şekil 2.3: Değişen sıcaklık ve zamanla beraber oksit kalınlığındaki değişim [6].. Her metalin saf haldeyken oksijene karşı tepkiyeme girebilmek ve kendi karakteristik oksidini oluşturabilmek adına bir eğilimi vardır, bu eğilim artan sıcaklık seviyeleri ile beraber artmaktadır. Metalin oksijene karşı olan afinitesi genellikle Ellingham diyagramları üzerinden gösterilir (Şekil 2.4). Bu diyagramlar Gibbs oksit oluşum enerjilerini oksijen miktarına bağlı olarak, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak gösterirler. Bu diyagramlardan faydalanarak Gibbs serbest enerjileri üzerinden hangi oksidin hangi sıcaklıkta kararlı olduğunu ve gaz basınçları açısından hangi reaksiyonun dengede olduğunu tespit edebiliriz. Mesela 1600 °C’ de 2Fe+O2 = 2FeO reaksiyonu için denge oksijen basıncı yaklaşık 10-8 atm mertebesindedir. Bu değer bu reaksiyon için denge oksijen basıncını vermektedir. Daha küçük oksijen basıncı değerlerinde ortamda metalik demir, daha büyük değerlerde ise ortamda FeO bulunmaktadır. Aynı işlemler benzer şekilde ortamda CO-CO2 gazları veya H-H2O gazları bulunduğu durum için tespit edilebilir. Burada da her reaksiyon için denge halindeki CO/CO2. 5.

(20) oranı veya H/H2 oranı grafikten belirlenebilir. Diğer bir örnekte 4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 için verilebilir. Bu reaksiyonunda 1500°C’ nin üzerinde Fe3O4 ün oksidasyonu mümkün değildir, çünkü Fe2O3 kararlı bir yapıda değildir [10].. Şekil 2.4: Ellingham diyagramı [13]. 2.2.1. Saf demirin oksidasyonu Demir-oksijen reaksiyonları ekzotermiktir ve yüksek sıcaklık reaksiyonudur. Đlk oluşan reaksiyonların hızlı olmasına rağmen uzun süreli oksidasyonlar izotermaloksidasyon koşulları altında oldukça sabittir ve parabolik bir davranış sergilerler. Demir ve oksijen arasındaki dengeler Fe-O diyagramları vasıtasıyla takip edilebilir [4]. Şekil 2.5 oksijen miktarına ve sıcaklığa bağlı olarak oluşan demir oksit türlerini göstermektedir [9].. 6.

(21) Şekil 2.5: Fe-O diyagramı [9]. 2.2.1.1. 700-1250°C arası yüzeydeki oksit oluşumları Parabolik bir oksidasyon rejiminin içinde bu sıcaklıklar arasında demir yüzeyinde oluşan oksidasyon tabakası, dış yüzeyde oldukça ince bir hematit, ortada ince bir magnetit ve iç kısımlarda kalın bir wüstit tabakasından ibarettir. Oksit fazlarının bu kalınlık miktarlarındaki değişim demirin oksitler içindeki difüzyon kabiliyeti ile ilgilidir. Bu durumda demirin wüstit içindeki difüzyon katsayısı en büyük iken hematitteki difüzyon katsayısı en düşüktür. Demirin magnetitteki difüzyon katsayısı ise bu ikisi arasındadır [4].. Oksit tabakasının mol kesri sıcaklıkla beraber değişmektedir. Yapılan çalışmalar göstermektedir ki 900 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda manyetit ve hematitin mol kesri oksit tabakası içerisinde artarken, wüstitin mol kesri ise azalmaktadır [12].. 7.

(22) 2.2.1.2. Kinetik Saf demirin havada ya da oksijendeki izotermal-oksidasyon kinetiği belli bir sıcaklıkta sabit koşullar altında aşağıdaki gibi bir parabolik eşitlik ile ifade edilebilir. dx / dt = k ' x / x. (2.4). x 2 = k x t + x 02. (2.5). x = toplam oksit tabakası kalınlığı t = oksidasyon zamanı x 0 = ilk oluşan oksit kalınlığı (t=0) k x (= 2k x' ) = parabolik oran sabiti (cm2sn-1). eşitlikte x0 değeri sıfır alınabilir. Parabolik oran sabiti sıcaklığa eksponansiyel olarak bağlıdır ve aşağıdaki gibi ifade edilebilir. k x (cm 2 sn −1 ) = k xo exp(−Q / RT ). (2.6). k x0 = Sabit Q = Saf demirin oksidasyonunun aktivasyon enerjisi (J.mol-1) T = Sıcaklık R = Gaz sabiti (J.K-1mol-1). Başka çalışmalarda oksidasyon kinetikleri ağırlık artışından yola çıkılarak da hesaplanmıştır bu durumda aşağıdaki gibi bir eşitlik elde edilebilir. dW / dt = k P' / W. (2.7). W 2 = k p t + W02. (2.8). W = Birim alan başına demir oksitteki ağırlık artışı. k p (= 2k p' ) = Parabolik oran sabiti (g2.cm-4 sn-1). 8.

(23) W0 = Đlk oluşa oksit ağırlığı (t=0). Eşitlikte W0 sıfır alınabilir [4].. Şekil 2.6’da görüldüğü üzere hava ile hematit arasındaki arayüzeyde hematit monokristalleri iğnesel bir şekilde büyümektedir. Bu büyümede kristaller gaz ortamının olduğu dış ortama doğru gelişmektedir. Bu partiküllerin dış kısımdaki yoğunluğu homojen değildir, boyutları ve dağılımları sıcaklık seviyesine, oksidasyon sırasında maruz kalınan zamana bağlı olarak değişmektedir.. (b). (a). Şekil 2.6: 700 °C de ki sıcaklığa 2.5 saat maruz kalan çelik yüzeyinin üzerinde oluşan hematit kristalleri. (a) ve (b) farklı 2 büyütmede çekilmiş hematit kristallerine ait görüntüler[10]. 2.2.1.3. 570-700 °C arası yüzeydeki oksit oluşumları Bu sıcaklık aralığında oksidasyon davranışı oldukça komplekstir. Đzotermal oksidasyon kinetikleri bu sıcaklıklarda da parabolik bir davranış sergilerler, fakat oksit kalınlıkları farklı çalışmalarda farklı değerlerde elde edilmiştir.. Yapılan deneysel çalışmalar 625 °C’ nin üzerindeki sıcaklıklarda önemli miktarlarda magnetit (Fe3O4) ve hematit (Fe2O3) oluşumu göstermektedir.. 9. 570-625 °C.

(24) sıcaklıkları arasında havada yapılan çalışmalar da 604 °C’ de wüstit (FeO) demir yüzeyinde hızla oluşurken, 585 °C’ de 24 saatlik beklemenin ardından wüstit oluşumunu gözlemlenmemiştir. 600 °C’ de de sonuçlar hemen hemen aynıdır. 700 °C’ nin üzerindeki sıcaklıklarda oldukça ince bir hematit (Fe2O3), ince bir magnetit (Fe3O4) ve kalın bir wüstit tabakası elde edilmektedir (Şekil 2.7) [4,13].. Şekil 2.7: 570 derecenin üzerinde oluşan oksit tabakaları [13]. 2.2.1.4. 570 °C ve altındaki sıcaklıklarda yüzeydeki oksit oluşumları 570 °C ve altındaki sıcaklıklarda wüstit kararlı değildir. Bu durumun nedeni ise Ellingham diyagramı üzerinden açıklanabilir (Şekil 2.4). Yüksek sıcaklıklarda FeO, Fe3O4’ ten daha kararlıdır, çünkü FeO’ nun yüksek sıcaklıklardaki Gibbs serbest enerjisi daha düşüktür, fakat düşen sıcaklıkla beraber yapı kararlı hale gelmekten uzaklaşır, çünkü Fe3O4’ ün serbest enerjisi daha negatif olmaya başlar. Bu durumda oluşan oksit tabakası dış kısımda hematit, iç kısımda manyetit şeklindedir [10]. Xışınları ile yapılan çalışmalar da göstermiştir ki wüstitin dekompoze olduğu 570 derecenin altındaki sıcaklıklarda oksit tabakasında çoğunlukla magnetit oluşumu vardır. 500 °C’ ye 72 saat boyunca maruz kalan numunelerde 25 µm kalınlığında oksit oluşumu söz konusudur. Bu oksit çoğunlukla 0.96 kalınlık oranına sahip magnetitten ve az miktarda 0.04 kalınlık oranına sahip hematitten meydana gelmektedir (Şekil2.8) [14,15].. 10.

(25) Şekil 2.8: 570 derecenin altında oluşan oksit tabakaları [13].. Şekil 2.9: 550 derecede 72 saatlik ısıl işlem neticesinde yüzeyde oluşan iki tabakalı oksit yapısı [14]. 570 °C wüstitin termodinamik olarak stabil kaldığı en düşük sıcaklıktır ve bu sıcaklığın altında wüstit için kimyasal reaksiyon; [16]. 4FeO → Fe3O4 + Fe. (2.9). 570 °C nin üzerindeki sıcaklıklarda ters reaksiyon meydana gelir.. Fe3O4 + Fe → 4FeO. (2.10). 11.

(26) Tane boyutunun da yüksek sıcaklık oksidasyonuna etkisi vardır. Tane sınırlarının, polikristalin metallerde yüksek difüzyon yöreleri olarak rol almasından dolayı, substratın tane boyutu çeliklerde oksidasyon davranışının difüzyon kontrolü açısından önemli bir yere sahiptir. Şekil 2.10 saf demirin oksidasyon davranışının azalan substrat tane boyutu ile beraber arttığını net bir şekilde ifade etmektedir. 550 °C’ de 72 saatlik uygulama neticesinden elde edilen bu oksit yapısı substratla temas halinde olan Fe3O4 ve dış kısımda bulunan Fe2O3’ den meydana gelmektedir. (Şekil 2.10) [14]. Şekil 2.10: Tane boyutunun oksidasyona etkisi [14]. 2.2.2. Karbon Çeliklerinin ve Fe-C Alaşımlarının Đzotermal Oksidasyonu Çeliğin oksidasyon davranışına içerisinde bulunan alaşım elementleri de etki etmektedir, tabi ki bu etki her element için aynı değildir. Örneğin mangan, çeliğin önemli alaşım elemanlarından biridir fakat oksidasyona katkısı azdır. Silisyum ve alüminyumun oksijene afiniteleri daha fazladır ve bu elementler çelik üretiminde deoksidant olarak kullanırlar [4].. 2.2.2.1. Oksidasyon Kinetiği Oksidasyon kinetiğini anlamak için yapılan çalışmalarda SAE-AISI 1006 çeliği ile saf demirin oksidasyon davranışları 700 ile 1000 derece arasında değişen. 12.

(27) sıcaklıklarda karşılaştırılmıştır. Bu sıcaklık aralığında SAE-AISI 1006 çeliğinin parabolik bir oksidasyon davranışı gösterdiği ancak hava ya da oksijen ortamındaki oksidasyon oranlarının saf demire nazaran daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Şekil 2.11’ de görüldüğü üzere parabolik oran sabiti 1006 çeliği için daha küçüktür, bu durumdan 1006 çeliğinin 700-1250 °C sıcaklıkları arasında oksidasyon oranının daha az olduğu sonucunu çıkarabiliriz [4]. Şekil 2.11: Demir ve düşük karbonlu çeliğin havadaki oksidasyonu sonucu elde edilen parabolik oran sabitleri [4]. 2.2.2.2. 800 °C ve Üzerindeki Oluşumlar Oksidasyonun başlamasından kısa bir süre sonra yüzeydeki oksit filmi saf demire benzer bir şekilde kalın bir iç wüstit tabakası, ortada çok ince bir magnetit ve dış yüzeyde ince bir hematit tabakasından meydana gelmektedir. Uzun süreli oksidasyonun ardından oksit tabakasında düzensiz şekilli kabartılar meydana gelmeye başlamaktadır. Bu oluşumlarla beraber oksit yapısı düzensizleşmeye başlar. Bu kabarmalar ilk oluşan hematit ve magnetitten dışarı doğru kavislenen bir yapı şeklindedir [4].. 13.

(28) Yüksek sıcaklıklardaki işlemler sırasında ortamda karbonun oksidasyonu ile beraber açığa çıkan gazlar, inert atmosfer ya da çeşitli gazlar var olabilir. Bu gazların oksit içerisindeki boş yerleri zapt etmesi ve birikmesinden dolayı meydana gelen lokal ayrılmalar bu tarz kabartıların oluşmasına neden olur. Oksit tabakasının bu şekle gelebilmesi için yeterli plastisiteye sahip olması gerekir, 800°C ve üstündeki sıcaklıklarda yeterli plastisiteye sahip olan oksit tabakasında 750°C’ nin altındaki düşük plastisite bu kabartıların oluşmasını engeller ve kabartılar bu sıcaklıklarda gözlenmez.. Oksit ile substrat arasında belirli bölgelerde temassızlık meydana gelebilir, bu temassızlığın nedeni oksit içerisindeki boşyerlerin oksit-metal arayüzeyine göç etmesinden kaynaklanır. Bu kısımlarda oksit tabakasının yüzeyden ayrılmasının ardından wüstit tabakası oksitlenerek yüksek oksitler oluşur, çünkü temassızlığın olmadığı yerlerde demir beslemesi kesilir ve oksijenle reaksiyon başlar. Elde edilen kalınlık değerleri bölgeden bölgeye farklılık göstermektedir. [4]. 2.2.2.3. 800 Derecenin Altındaki Oluşumlar SAE-AISI 1006 çeliği 580-760 derece aralığında 1-16 saat sürelerle bekletildiğinde oluşan oksit tabaka kalınlığı ve oluşan yapılar düzensizdir. Oksit tabakası ilk oluşan hematit ve magnetitten ve çok az ya da hiç olmayan wüstitten oluşmaktadır. Wüstit tabakası 660 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çok küçük alanlarda var olmaktadır. 450-660 derece arasındaki oluşumlar saf demirinkine benzemektedir (iki tabakalı hematit-magnetit yapısı). [4].. Şekil. 2.12’ de düşük karbonlu bir çelik üzerinde oluşan oksit filmlerinin morfolojisi gösterilmektedir. Isıl işlem sonrası oksit filmlerinin morfolojisi sıcaklık ile beraber değişmektedir. Yapılar 250 °C de ince taneli, 500 °C’ de iğnesel, 700 °C’ de süngerimsi bir morfoloji ile oluşmaktadır. Oksidasyon sıcaklıklarının artmasına paralel olarak oksit filminin büyümesi ve gelişmesi de artacaktır [17].. 14.

(29) Şekil 2.12: Oksit film morfolojisinin oksidasyon sıcaklığı ile değişimi a) 250°C, 30 dk, b) 500°C, 30 dk, c) 750°C, 30 dk [17]. 15.

(30) Oksit film morfolojileri 500°C’ deki sıcaklıklarda artan zamanla birlikte de değişmektedir, Şekil. 2.13’ de görüleceği üzere 10 dakika sonrasında ki yapı ince taneli iken 30 dakika ve 60 dakika sonrasındaki yapı iğnesel bir morfolojiye sahiptir [17].. Şekil 2.13: Oksit filmlerinin 500 derecedeki oksidasyonla beraber değişen morfolojileri 10 dakika, b) 30 dakika. 16.

(31) Şekil 2.13: Oksit filmlerinin 500 derecedeki oksidasyonla beraber değişen morfolojileri (devamı) c) 60 dakika [17]. 2.2.2.4. Fe-C Alaşımlarının Oksidasyonu Yapıda karbonun varlığı oksidasyon oranını saf demire kıyasla azaltmaktadır. 700 °C’ de wüstit stabil olmasına rağmen, oksit yapısı çoğunlukla hematit ve biraz da magnetitten. oluşmaktadır.. Elektron. difraksiyon. çalışmaları. ile. çelik-oksit. arayüzeyinde çok ince bir grafit tabakası tespit edilmiştir ve bu durumun çeliğin oksidasyonunu engellediği düşünülmektedir.. 850 °C dekarbürizazyon açısından çok önemlidir ve bu sıcaklıkta belirgin bir dekarbürizasyon oranı vardır. Fakat 700 °C ve altındaki sıcaklıklarda karbon kaybı ölçülebilir değildir, nedeni ise oksit tabakası ile çelik arasındaki karbon birikmesidir. Bu birikim oksit ile çelik arasında zayıf bir iletişime neden olacaktır. Oksidasyon kinetikleri parabolik bir davranış göstermesine rağmen oksidasyon oranları saf demire kıyasla azalacaktır [4].. Çeliklerin kalitesini yüzey hataları oldukça güçlü bir şekilde etkilemektedir. Bu hatalar çoğunlukla yüksek sıcaklık oksidasyon prosesleri ile ilgilidir. Bu hataların varlığını azaltmak için yüksek sıcaklıkta meydana gelen bu oksitlerin oluşumunun ve birbirleri arasındaki etkileşimin çok iyi anlaşılması gerekir [18]. 17.

(32) 2.3. Dekarbürizasyon Dekarbürizasyon genel olarak malzeme yüzeyindeki karbon oranının azalması anlamına gelmektedir. Çeliklerde istenilen mikroyapı ve mekanik özellikler ısıl işlemler ile sağlanır. Bu işlemler genellikle östenit alanda olup kimyasal kompozisyona bağlı olarak 800 – 1200 ºC arasındadır. Fırın atmosferinde oksijen bulunması kaçınılmazdır. Bunun yanında atmosferde bulunan karbon oranı ısıl işlem yapılan malzemedeki karbon oranından daha düşük olabilir. Bu nedenle karbon çelik yüzeyinden ayrılma eğilimi gösterir ve buna dekarbürizasyon denir [5].. Yüzey dekarburizasyonu çeliklerin servis ömrü boyunca kötüleşen mekanik davranışlar sergilemesine neden olmaktadır. Bu metalurjik proses oldukça komplekstir ve sıcaklık, α/γ dönüşümü, morfoloji, alaşım kompozisyonu gibi birçok faktörden etkilenmektedir [19].. Çeşitli koşullar altında demirin oksidasyonu sırasında karbonunda oksidasyonu beklenen bir durum haline gelir. Yüzeydeki karbon, difüzyon mekanizması sonucu tükenmeye başlar. Dekarbürizasyon prosesi 3 safhadan oluşmaktadır.. 1. Metal yüzeyine oksijen transferi 2. Gaz-metal arayüzeyinde karbon değişimi 3. Metalin içindeki karbonun difüzyonu. Çeliklerdeki. güçlü. karbür. bileşikleri. malzemenin. mekanik. özelliklerini. geliştirmektedir. Fakat yüzeyden meydana gelen karbon kaybı karbürlerin matriks içerisindeki çözünme oranını ve dolayısıyla malzemenin yüzeyinde ki mekanik özellikleri etkilemektedir. Bu kısımlarda dayanım, yüzey direnci ve yorulma direnci azalmaktadır. Mühendislik malzemelerinin performansını etkileyen bu tarz risklerden kaçınmak için dekarbürizasyon çelik üretim prosesinin her aşamasında minimize edilmelidir [8].. Dekarbürizasyon ışık mikroskobu yardımıyla yapılan incelemeler ve yüzeyden iç kısımlara doğru yapılan sertlik ölçümleri ile çok rahat olarak tespit edilebilmektedir.. 18.

(33) Ağırlıkça %0,8 karbon içeren 1080 çeliği fırında koruma atmosferi olmaksızın 1200 ºC’de 2 saat bekletilip yavaş soğutulduğunda Şekil 2.14’ deki değişimler meydana gelir [5].. (a). (b). (c) Şekil 2.14: Yüzeye yakın bölgelerde dekarbürizasyon a) Đç kısım, b) Đç/dış ara bölgesi, c) Dış kısım [5]. 19.

(34) Şekil 2.14’deki mikroyapılarda yüzeye yakın bölgelerde oluşan dekarbürizasyon rahatlıkla görülebilmektedir. Hatta en dış kısımlar neredeyse karbonsuzlaşmış durumda olup, bu bölgelerde oksidasyonun da ilerlemeye başladığı ayırt edilebilmektedir.. Eğer yüzeyden itibaren iç kısımlara doğru sertlik ölçümü alınırsa, sertlik değerleri arasındaki fark karbon kaybından dolayı çok rahat ayırt edilebilmektedir. Çünkü yüzeydeki karbon kaybı buradaki fazların değişmesine, değişen fazlarla beraber sertliğin düşmesine neden olmaktadır. Bu sebepten sertlik profili malzemenin iç kısımlarına doğru artmaktadır (Şekil 2.15) [5].. Şekil 2.15: Dekarbürizasyon sonrası sertlik değişimi [5]. Çeliğin oksidasyonu sonucu karbonun da oksitlenmesi ile beraber dekarbürizasyon meydana gelir. Dekarbürizasyon normalde 700 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda ve karbon oranının yüksek olduğu zamanlarda çok sık görülür. Oksidasyon sonucu oluşan ürünlerin karbon ile reaksiyonu da dekarbürizasyona neden olacak ve yüzeydeki mekanik özellikler bu nedenle değişecektir.. Karbon ile oksit arasındaki reaksiyonlar şu şekilde gerçekleşir [4].. [C] + FeO → Fe + CO. (2.11). [C] + 2FeO → 2Fe + CO2. (2.12). CO + FeO → Fe + CO2. (2.13). 20.

(35) [C] + Fe3O4 → 3FeO + CO. (2.14). [C] + 2Fe3O4 → 6FeO + CO2. (2.15). Çelik içerisindeki sementit ve karbon ile oksidasyon sonrası oluşan oksitler arasındaki reaksiyonlar sonucu meydana gelen redüksiyon, aşağıdaki reaksiyonlar doğrultusunda ilerler ve dekarbürizasyon sementit üzerinden gelişir [20].. Fe3C + FeO → 4Fe + CO. (2.16). Fe3C + 2FeO → 5Fe + CO2. (2.17). Fe3C + 4Fe3O4 → 15 FeO + CO. (2.18). Fe3C + 5Fe3O4 → 18FeO + CO2. (2.19). Bu reaksiyonlar sonucu açığa çıkan gazlar mikroçatlaklardan ya da porlardan sızabilir. Eğer gazların taşınımı çok yavaş olursa ya da engellenirse oksit tabakası içerisinde CO basıncı gelişecek ve artan seviye neticesinde kabarma ya da oksit tabakasının parçalanması meydana gelecektir [4].. Sementit yapısı 800 derece ve altındaki sıcaklıklarda kararlı olmadığından dekompoze olma eğilimindedir.. Fe3C → 3Fe + C. (2.20). Sementitin yapı içerisinde dekompoze olması demir ve karbonun oksitlenme eğilimini arttırır, bu durumda iki oluşum beraber gerçekleşir ve karbon oksitlenerek dekarbürizasyona, demir oksitlenerek oksidasyona neden olur [13].. Küresel grafitli dökme demirlerde yüzeye yakın yerlerde dekarbürizasyondan dolayı grafitin küçülüp yok olması sonucu, grafitten artakalan boşlukların bir kısmı sıcaklıkla beraber yok olurlar. Çünkü yüksek sıcaklıklarda boşluklar tane gibi hareket ederler. Hareket etmeleriyle beraber birleşir ve yüzeye yakın yerlerdeki boşluklar yüzeyden ayrılırlar. Isıl işlem sırasında oluşan oksidasyon tabakalarının gözenekli bir yapıya sahip olması bu boşluk göçünü tamamen engelleyemez. Boşlukların artan. 21.

(36) sıcaklıkla beraber değişimi en iyi toz metalurjik numunelerde gözlemlenir. Şekil 2.16 artan sıcaklıkla beraber gözeneklilikteki değişimi çok iyi göstermektedir [21].. Şekil 2.16: Artan sıcaklıkla beraber tane boyutu ve gözenek miktarındaki değişim [21] a)744°C, b) 950°C, c) 1400°C. 2.4.. Oksidasyon ve Dekarbürizayonun Redükleyici Gazlar Vasıtasıyla. Engellenmesi Endüstriyel tesislerde çelik kaybını azaltmak ve yüzey kalitesini geliştirmek adına, çeliklerin yüksek sıcaklık oksidasyonu ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Bu tarz oluşumların varlığı, yüzey kalitesi açısından istenmeyen hatalar olarak kategorize edilir [18]. Yüksek sıcaklıklarda meydana gelen dekarbürizasyonda malzemeyi mekanik anlamda homojen kılmaz, yüzey ve yüzeye yakın kısımların mekanik özelliklerinin değişmesine ve servis ömrü boyunca sorunların çıkmasına neden olabilir [8].. Bu durumları ortadan kaldırmak için ısıl işlem sırasında ya vakum fırınları tercih edilmeli ya da koruyucu gaz atmosferinde ısıl işlem gerçekleştirilmelidir. Bu anlamda azot-hidrojen gaz karışımları ticari olarak en çok bilinen koruyucu gaz atmosferleridir. Birçok uygulamada azot koruyucu gaz atmosferi olarak tercih edilmektedir, fakat sadece azot kullanımı elde edilecek sonuçlar açısından yeterli değildir, çünkü azot sadece inert bir atmosfer sağlamaktadır. Bu nedenle azot gazı hidrojen katkısı ile kullanılmaya başlanmıştır. Çünkü hidrojenin redükleyici özelliği gazın koruyucu olma niteliğini arttırmaktadır. Deneyimler göstermektedir ki % 5-10 luk hidrojen katkısı çok iyi sonuçlar vermektedir ve bu karışım yanıcı değildir [22,23,24].. 22.

(37) Koruyucu atmosfer olarak ayrışmış amonyak bazlı karışımlarda kullanılabilmektedir. Bu tarz karışımlar %75 azot ve %25 hidrojen içerirler. Yüksek hidrojen içerikleri güçlü deoksidasyon potansiyelleri sağlar. Bu durum yüzeyin oksitlerden arındırılması ya da yüksek sıcaklık ısıl işlemlerinde oksit oluşumunun engellenmesi anlamında bir avantaj olarak görülebilmektedir. Ancak fazla miktardaki hidrojen malzemede hidrojen kırılganlığına neden olup, malzemenin mekanik anlamda zayıflamasına neden olabilir [11].. Hidrojen ısıl işlem esnasında ortamdaki oksijenle reaksiyona girerek, ısıl işlem atmosferini oksijenden temizler. Bu şekilde hem demir hem de karbon oksijenle reaksiyona. girmez.. Bu. reaksiyonlar. gerçekleşmediğinden. oksidasyon. ve. dekarbürizasyon da engellenmiş olur. Hidrojen aynı zamanda oksitlerle reaksiyona girerek onları da redükler [20].. Hidrojenin redükleme reaksiyonları şu şekilde gerçekleşir [3].. 3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O. (2.21). Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O. (2.22). FeO + H2 → Fe + H2O. (2.23). 2H2 + O2 → 2H2O. (2.24). 23.

(38) BÖLÜM 3. TERMAL SPREY KAPLAMALAR. 3.1. Giriş Termal sprey tekniği, metalik veya metalik olmayan kaplama uygulamaları grubu için genel bir tanımdır. Bu kaplama prosesleri üç ana gruptan oluşur. Bunlar alev püskürtme, elektrik ark püskürtme ve plazma ark püskürtmedir. Kullanılan kaplama malzemesi (toz, tel, çubuk) ergimiş veya yarı ergimiş hale bu enerji kaynakları kullanılarak getirilir ve bu hammaddeler kullanılacak kaplama türüne göre seçilir. Ergimiş ve/veya yarı ergimiş hale gelen partiküller, proses gazları ve atomize jetler ile önceden hazırlanmış yüzeye doğru hızla yönlendirilirler. Ergimiş veya yarı ergimiş partiküllerin yüzeye çarpması ile birlikte arayüzeyde mekanik bir bağlanma meydana gelir. Yönlendirilmiş partiküllerin üst üste çarpması ve birbirine bağlanması ile lamelar bir kaplama yapısı oluşur. Bu ince yapışmış partiküller çok hızlı bir soğuma rejimi göstererek ani bir şekilde katılaşırlar. Bu tarz kaplamalar malzemenin korozyon direncinin geliştirilmesi açısından önemli bir yere sahiptir.. Kullanılacak kaplama malzemesinin türü de kaplama tekniğinin belirlenmesinde önem arz etmektedir. Kaplama malzemesi, kaplama tekniği ve uygun parametreler, malzeme özelliklerine göre ayarlanır. Örneğin bir seramik kaplama prosesi gerçekleştirilecek ise sıcaklık ve püskürtme hızları metallere nazaran çok daha yüksek seçilmelidir. Bu tarz bir uygulama için ise plazma ya da yüksek hızlı oksijen yakıtlı püskürtme prosesi (HVOF) seçilmelidir [25,26].. 3.2. Termal Sprey Kaplama Teknikleri Püskürtme yöntemlerinde püskürtme hızı, sıcaklık ve operasyon aralığı, kaplama karakterini etkileyen önemli faktörlerdir. Püskürtme sisteminin taşınabilirliği iç veya dış alanda olabilecek kaplama uygulamaları da bu yönden etkilidir. Termal sprey yönteminin seçimi genellikle şu faktörlere bağlıdır.. 24.

(39) a) Bir pasodaki kaplama alanı, b) Maliyet etkili kaplamalar c) Taşınabilir kaplama sistemleri d) Sprey kaplamaların mekanik özellikleri e) Çevresel zorluklar f) Đş güvenliği. Uygulama gereksinimlerine bağlı olarak çeşitli termal sprey kaplama teknikleri bulunmaktadır [25]. Bunlar aşağıdaki bölümlerde açıklanmıştır.. 3.2.1. Alev sprey yöntemi Alev sprey tekniği kronolojik olarak ilk geliştirilen termal sprey tekniğidir. Đlk başlarda düşük ergime sıcaklığına sahip metaller için (kalay, kurşun gibi) kullanılan bu teknik ile daha sonraları refrakter metaller ve hatta seramiklerde kullanılmaya başlanmıştır. Püskürtme malzemeleri tel ya da toz formda olabilir. Şekil 3.1 ve 3.2 ’de toz ve tel alev sprey yönteminin şematik görünü sunulmuştur [27].. Şekil 3.1: Toz alev sprey yönteminin şematik görünümü [27]. 1) Çalışma gazları (yakıt ve oksijen), 2) Toz beslemesi, 3) Torç, 4) Kaplama, 5) Partikül akışı 6) Alev. 25.

(40) Şekil 3.2: Tel alev sprey yönteminin şematik görünümü [27] 1)Oksijen girişi, 2) Yakıt girişi, 3) Basınçlı hava girişi, 4) Tel, 5) Erimiş partiküllerin akışı, 6) Çalışma gazları için nozul, 7) Basınçlı hava başlığı, 8) Alev, 9) Erimiş tel. Toz ve tel formunda kullanılabilen püskürtme malzemeleri püskürtme tabancasının içinden geçirilir ve organik yakıtın yanması sonucu oluşan yüksek sıcaklık ile ergitilirler. Asetilen, metil-asetilen, propadien, propan, propilen ve doğal gaz gibi yakıtlar oksijen ile birlikte bu sistemde kullanılan yakıtlardır. Ergimiş partiküller substrate çarpacak şekilde hız kazandırabilen basınçlı hava ile substrat yüzeyine gönderilirler. 2480°C’nin altında ergime derecesine sahip olan bütün malzemeler bu sistem ile kaplanabilmektedir [25]. Sprey oranları genellikle 0.5-9 kg/saat aralığında değişmektedir, fakat bu oran düşük ergime noktasına sahip metallerde daha yüksek olmaktadır. Substrat malzemedeki sıcaklık değerleri kullanılan alevden dolayı 100160 °C aralığında değişmektedir [28].. Elde edilen kaplama kalınlığı 1-3 mm arasında değişmektedir. Ana metalde metalurjik bir bağ oluşur. Özellikle silindir ve geniş yüzeylerin kaplanmasında kullanılır. Diğer sistemlerle karşılaştırıldığında düşük proses sıcaklığına ve düşük püskürtme hızlarına sahiptir. Bu yöntem ile yüksek poroziteli ve düşük bağ mukavemetlerine sahip kaplamalar elde edilmektedir. Diğer yöntemlere nazaran alev sprey tabancaları hafif, kompakt ve ucuzdur [29].. 3.2.2. Atmosferik plazma sprey tekniği (APS) Günümüzde termal sprey kaplama yöntemlerinin en önemlilerinden birisi de plazma sprey kaplama yöntemidir. Plazma sprey kaplama teknolojisinde ana düşünce; substrat üzerine pahalı olmayan ve koruyucu değeri yüksek bir tabaka meydana getirmektir. Plazma sprey prosesi; genellikle Ar, N2, H2 ve He gibi soygazların nozul. 26.

(41) içinde oluşturulan bir elektrik arkı ile 20.000ºC gibi çok yüksek sıcaklıklarda plazma formuna girmesi ve toz formundaki oksitlerin, karbürlerin, silikat ve nitratların, bu gaz plazması içerisinde ergitilerek kaplanacak yüzeye çok hızlı bir şekilde püskürtülmesi ile gerçekleşir. Substrat bir plazmaya maruz bırakıldığı zaman iyonlar, elektronlar, enerjilendirilmiş atomlar tarafından bombardımana uğrarlar. Böylece tok ve plastik olarak şekillendirilebilir metalik malzemelerle, yüksek sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı seramik malzemelerin kombinasyonu mümkün olmaktadır. Bu teknoloji aşınma ve ısı etkisiyle bölgesel olarak deforme olmuş alanların tamiratına da imkan sağlar. Plazma püskürtme tabancası tungsten katot ve anodun bulunduğu iki elektrottan oluşmuştur. Tabanca içindeki kanallarda plazma kaplama prosesi boyunca soğutmayı sağlamak için su dolaşmaktadır. Sistem şematik olarak Şekil 3.3’ de gösterilmiştir [25,29].. Şekil 3.3: Atmosferik plazma sprey yönteminin prensibi [29]. Plazma püskürtme metalik ve metalik olmayan toz malzemelerini kapsayan çok geniş bir püskürtme malzeme çeşitliliğinde kullanılabilmektedir. Birçok metalik malzemelerin, refrakter oksitlerin ve karbürlerin ergimesi için gerekli olan yüksek sıcaklıklar (1900°C ve üstü). plazma püskürtme prosesinde elde edilmekte ve. malzemelerin tam ergimesi sağlanmaktadır. Bu yönden bakıldığında plazma püskürtme prosesi alev püskürtmeye göre daha verimlidir. Plazma püskürtme prosesi ile iyi kalitede, yoğun ve temiz bir kaplama elde edilebilmektedir. Özelliklerin bu. 27.

(42) derece iyi olmasının nedeni temiz bir ısı kaynağının ve yüksek püskürtme hızlarının elde edilmesidir. Yine de plazma püskürtme prosesinde kaplama malzemesinin toz olarak kullanılması bir sınırlama getirmektedir. Bu özelliklere ilave olarak bu sistem pahalı genellikle yüksek ekipman ve onarım maliyetine sahiptir [25].. 3.2.3. Elektrik ark sprey tekniği (EAS) Bu yöntemde kullanılan malzemeler tel formundadır. Diğer termal sprey tekniklerinden farklı olarak dıştan gelen, gaz alevi ya da plazma gibi herhangi bir ısı kaynağı yoktur. Isıtma ve ergitme işlemi için elektrik arkı kullanılır ve bu arkın üretimi için iki elektrod olarak iki metalik tel kullanılmaktadır. Ergimiş metal basınçlı hava ya da diğer gazlar tarafından atomize edilir ve yine bu gazlar tarafından substrat yüzeyine hızlandırılır (Şekil 3.4) [28,30].. Şekil 3.4: Ark sprey tekniğinin şematik gösterimi [27] 1)Atomizasyon için gaz akışı, 2) Torç, 3) Erimiş partiküllerin akışı, 4) Elektrik arkı, 5) Tüketilebilir ark elektrodları. Đşlem sırasında substrat malzemeye sıcak gaz jeti teması olmadığı için, substrat sıcaklıkları alev sprey tekniğine nazaran oldukça düşüktür. Bu yöntem aynı zamanda inert gazlar ya da kontrollü atmosfer ortamlarında da gerçekleştirilebilir. Alev sprey kaplamaya nazaran birçok avantajı vardır. Mesela 69 MPa’ a kadar yüksek yapışma kuvvetleri bu yöntemle elde edilmiştir. Bazı nikel bazlı alaşımlarda kaplama oranları 55 kg/saat oranlarına kadar çıkabilir. Bu tarz sistemler diğer yöntemlere nazaran. 28.