Şekil 1. Kaplama kalınlığı ölçümü için, ölçüm aleti silindir deliğine yerleştirilir (üst delik açıklığı). Böylece kaplama kalınlığı, çevredeki herhangi bir konumda ve silindir deliğinin derinliğinde ölçülebilir.
Termal püskürtme işlemi, kaplama malzemesinin bir termal kaynak ile, örneğin bir plazma aleviyle kaynaştırılması ve bir gaz akışı ile bileşen üzerine kaplanmasıyla sınıflandırılır. Sıvı parçacıklar, yüzey ile temas ettiğinde aniden katılaşır ve tabaka halinde bir kaplama üretir. Toz bazlı atmosferik termal püskürtme kaplamalar ile, hemen hemen tüm materyaller kaplanabilir. Kaplama çeşitleri termoplastikler, metaller ve karbürlerden seramiklere kadar geniş bir yelpazeye sahiptir. Demir bazlı kaplamalar gerekli tribolojik özellikleri sağlar ve tel veya toz olarak kullanılabilir. Tel ark püskürtme kaplama, plazma transfer tel ark (PTWA) ve dönen tek tel (RSW) kaplamalar tel kaplama işleminin örnekleridir. Toz esaslı atmosferik plazma püskürtme kaplama, metallere ek olarak seramik malzemelerin uygulanabilmesine de imkan sağlar. Düşük alaşımlı karbon çelikleri ağırlıklı olarak hem benzin hem de dizel motorların çalışan yüzeylerinin kaplamaları için kullanılır. Kaplamalar heterojendir ve sadece kaynaşmış ve katılaşmış parçacıklardan ibaret değildir. Kaplamalar içinde, proses parametrelerine bağlı olarak, oksit ve karbürlerin yanı sıra sıklığı %1 ila 4 arasında olan gözenekler oluşur. Bu gözenekler, honlamadan sonra yağlayıcı bir hazne görevi yapar ve yağlayıcıyı sabit bir yerde tutar. Piston halkası, piston ve silindir çeperleri arasındaki sürtünme kuvvetleri, bu sayede en aza indirgenir. Yakıt tüketimi azalır ve motorun servis ömrü arttırılır. Bir saniye altında kaplama kalınlığı ölçümü: Henüz işlenmemiş termal sprey kaplamanın kalınlığı dar tolerans bantlarını takip etmelidir. Belirtilen toleranslardan herhangi bir sapma, sonraki işlem aşamasında honlama takımının zarar görmesine ve yeniden işlemlere yol açabilir. Erken kaplama kalınlığı ölçümü kullanıldığında, katman kalınlığının çok küçük olması sağlanarak, değer zincirindeki sonraki işlemler korunabilir. Geleneksel kaplama kalınlığı ölçüm cihazları, kaba kaplamadan dolayı düşük bir tekrarlama doğruluğuna sahiptir. Bu nedenle kalite güvence açısından uygun değildir. Fotomikrograflar yoluyla rastgele kontroller çok zaman alıcıdır ve kaplama işleminin kesintisiz ve tahribatsız muayenesine izin vermez. Buna karşılık, Winterthur Instruments’ın yeni cihazı CoatMaster, 1 ila 3 mm çapındaki ölçüm bölgesi ile ortalama kaplama kalınlığını ölçer. Sonuç olarak, yüksek pürüzlülüklerde bile, %1 ila 2’lik yüksek tekrarlama doğruluğu elde edilir. Bir ölçüm bir saniyeden daha az sürer ve bu nedenle her bir delik için birkaç ölçüm noktasının test edilmesi de seri üretimde mümkündür. Coatmaster kaplamayı termal bir test presibiyle ölçer. Cihazın ışık kaynağı, birkaç milisaniyelik bir süre boyunca kaplama yüzeyini birkaç santigrat derece artıracak şekilde ısıtır. Optik elemanlar ve kızılötesi sensörler ile yüzey sıcaklığındaki değişimler kayıt altına alınır. Kullanılan ışık kaynağı fotografik flaş ile aynıdır ve insanlar veya çevre için herhangi bir tehlike oluşturmaz. Her bir ölçüm işlemi için 100.000’den fazla sıcaklık okuması analiz edilir, bu da daha sonra kaplama kalınlığını belirler. Ölçüm, bir metreye kadar olan mesafeden ve 2 ila 50 mm arasında çapa sahip ayarlanabilir bir ölçüm yüzeyi ile yapılabilir. Tek ölçümün hatası tipik olarak %1’in altındadır. Kaplama kalınlıkları 2 Hz’lik bir frekans ile kaydedilebilir. Cihaza takılan bir optik ölçüm probu (Şekil 1) sayesinde, ölçüm pozisyonları otomatik olarak tüm silindir çalışma yüzeyi üzerinde sabit bir aralıkta kaydedilir. CoatMaster, termal olarak sprey edilen kaplamanın doğrudan doğruya tahribatsız bir şekilde doğru ve hızlı olarak kalınlığının ölçülmesini mümkün kılar. Kaplama kalınlığını etkileyen işlem sapmaları hızlı bir şekilde tespit edilebilir ve düzeltilebilir (Şekil 2).
Şekil 2. Silindir çalışma yüzeyindeki kaplama kalınlığı ölçümü, zıt noktalarda alttan üste doğru (a, b). Ölçümler 1-15 Karter 1, Ölçümler 16-30 Karter 2.
Yapıştırıcı kalite özelliği olarak tabaka kalınlığı: Yapıştırıcı tabaka kalınlığı tipik olarak mikrometre olarak ölçülür ve bir tolerans penceresine sahiptir.
Katman kalınlığı tolerans penceresinin altındaysa, kauçuk ve metal arasında yapışma problemlerine yol açabilir ve daha sonra burulma titreşim sönümleyicinin işlevselliği kaybolur. Tabaka kalınlığı çok yüksek olduğunda, bileşenin mekanik yüklenmesi altında yapışkanlık yapıcı tabaka içinde çatlaklar oluşabilir.
Bu nedenle, üretim sırasında kaplama kalınlığı ölçümü, burulma titreşim sönümleyicilerinin çalışmasını sağlamak için temel bir kalite kriteridir. İşlevsel olarak kritik kalite parametreleri için kullanılan test ekipmanı dikkatli değerlendirilmelidir.
Bu amaçla, otomotiv endüstrisinde kalite kapasitesi Cg ile tanımlanmaktadır. Cg değeri, aşağıdaki formüle göre Bosch Kitapçığı 10’a göre hesaplanır:
T: tolerans bandı (üst tolerans sınırı - alt tolerans limiti), Sg: Standart sapma (her bir ölçümün hatalarına karşılık gelir).
Uygun bir ölçüm cihazı arayışı: Bu standarda göre sadece kalite güvencesinde 1.33’ten daha yüksek Cg değerine sahip test cihazları kullanılabilir. Örneğin, 10 mikronluk bir tolerans penceresi ve 0,9 mikronluk tek bir ölçüm hatasıyla, bir ölçüm cihazı 0,37 Cg değerine ulaşacak ve kalite güvencesinde kullanılamayacaktır. Geçmişte, yapışma destekleyicilerinin tabaka kalınlığını test etmek için endüksiyon akımı veya manyeto-indüktif ölçüm cihazları kullanıldı. Bunlar tipik olarak ön işlem görmüş ve kaplanmış yüzeyler üzerinde birkaç mikron standart sapmaya sahiptir. Bu, 10 ya da 20 mikrometre tolerans pencereleri ile 1.33’ün altında Cg değerleri ile sonuçlanır. Bu ölçüm cihazları bu nedenle kalite güvencesi için onaylanmamıştır. Şu anda güç aktarım elemanı üreticileri, bu termal prensip ile çalışan kaplama kalınlığı ölçüm cihazını kullanıyor. Entegre bir ışık kaynağı, yapıştırıcının yüzeyini birkaç milisaniye boyunca birkaç santigrat derece ile ısıtır. Optik elemanlar ve bir kızılötesi sensör ile yüzey sıcaklığı belirlenir ve kayıt edilir. Kullanılan ışık kaynağının teknik verileri, fotografik flaş tüpler ile karşılaştırılabilir insan ya da çevreye tehlike oluşturmaz. Lazer, beta veya X-ışını kaynakları gibi şüpheli kaynakların kullanılması kasıtlı olarak önlenmiştir. Ortalama olarak, her ölçüm işlemi için 100.000 sıcaklık okuması analiz edilir ve bu verilerden tabaka kalınlığı belirlenir. Ölçüm, 1 metreye kadar bir mesafeden 2 ila 50 milimetre çap arasında ayarlanabilir bir ölçüm yüzeyi ile gerçekleştirilebilir. Her bir ölçümün hatası %1 altına düşebilir ve ölçülen değerler 1 hertz frekansıyla kaydedilebilir. Yüksek doğrulukta temassız ölçüm: CoatMaster, 70 nanometre (= 0.07 mikron) bir ölçüm hatası ile yapışkan tabakasının temassız katman kalınlığı ölçümüne imkan verir. Bu 4,5’lik bir Cg değerine karşılık gelir ve böylece otomotiv endüstrisinin gereksinimlerini karşılar. Özet olarak, ölçüm cihazının üreticiler tarafından kullanıldığında ve çok yüksek doğrulukta kullanıldığında önemli bir parametre belirlediği söylenebilir.
Çağrı Doğançay
Genel Müdür
DB Kimya San. ve Tic. A.Ş.
Şekil 5. Coatmaster: Winterthur Instruments’ın temassız hat içi kaplama kalınlığı ölçüm cihazı.
