Mikro Çizik Test Cihazı (Micro Scratch Tester) ile Otomobil Tampon Boyalarının Yapışma Dayanımı Analizi
Anton Paar TriTec (eski adı ile CSM Instruments), farklı katmanlar üzerindeki birçok farklı kaplamanın yapışma dayanımını ölçmek için yeni bir yöntem geliştirmiştir.
Mikro Çizik Testi (Micro Scratch Tester-MST) ince filmlerinin niteleyici ölçümü için endüstri tarafından geniş ölçüde kabul gören çizik dayanım testini baz alır. Ölçümler hızlı ve basittir, benzer kaplamaların doğrudan karşılaştırılmasına izin verir.
Örnek üzerindeki çizik testinde elmas bir uç ile yüzey kaplamasında kontrollü bir stres ve gerilim meydana gelir. Yüzey morfolojisindeki değişikliklerin, akustik emisyonun ve geçici sürtünmenin aynı anda kaydedilmesi sayesinde mekanik cevap ölçülebilir.
Çizilen bölgenin Raman görüntüsü, oluşan tüm tribokimyasal tortunun moleküler bileşimi hakkında bilgi verir.
Buna ek olarak lokal stres ve gerilim dağılımı konusunda da bilgi sağlar.
Bu makalede, büyük bir araba üreticisi tarafından sağlanan kaplanmış tamponların ayrımı konusunda MST’nin etkinliği sunulmuştur; aynı boya kaplamasına sahip 3 farklı tampon örneğinin çizik dayanım özelliklerinin karşılaştırılması dikkate alınmıştır.
Deneysel Çalışma
200 μm yarıçaplı standart Rockwell C elmas ucun iyi sonuçlar elde edebilmek için yeterli keskinlikte olmadığı saptanmıştır. Bu sonuçtan hareketle boya kaplamasının yumuşak karakteri nedeniyle 3 farklı örneğin çizik testi için 10 μm yarıçaplı sert metal uç kullanılmıştır.
Sonrasında her çiziğin baştan uca stres ve gerilim dağılımını incelemek için Raman görüntüsü alınmıştır.
Şekil 1. Boya kaplaması üzerinde maksimum 10 N yük uygulanarak elde edilen iki ardışık çizik görüntüsü
Sonuçlar
İki ana kırılma modunun da gösterildiği üç örnek kaplamada kritik Lc 1 yükünde oluşan kısmi tabaka ayrılması ve kritik Lc 2 yükünde oluşan toplam tabaka ayrılması takip edilmiştir. Her iki kritik yükün büyüklüğü kaplamanın / alt katmanın çizilme dayanımı hakkında fikir vermiştir.
Örneğin, toplam 10 N yük için kötü bir tampon malzemesi 1 N’ luk Lc 1 yüküne ve 2,7 N’ luk Lc 2 yüküne sahipken iyi bir tampon malzemesi 3,4 N’ luk Lc 1 yüküne ve 6,8 N’ luk Lc 2 yüküne sahiptir. İki tipik çizik, tüm hatlarıyla Şekil 1’de, kısmi ve toplam tabaka ayrılmasına malzemenin cevabının detayı ise Şekil 2’de görülebilir.
Şekil 2. Her 3 örnekte görülen iki ana kırılma modunun detayı; (a) kısmi, ve (b) toplam tabaka ayrımı
İyi bir tampon malzemesinin stres ve gerilim dağılımını ayrıntılı irdeleyen bir Raman spektrumu, aynı alanda çizik testinin öncesi ve sonrası için belirleyicidir.
Aksine, kötü bir tampon malzemesi deformasyondan sonra önemli bir stres ve gerilim çeşitliliğine sahiptir (Örneğin; kaplama/alt katman sisteminde bir stres oluşur). Bu durum, ara yüzeyde oluşan mekanizmayı açıklamaya yardım eder.
İyi bir tampon plastiği elastiktir ve yüklemeden kaynaklı esnemeye müsaittir. Bu nedenle, boya kaplamasında kırılma oluşmasını engeller. Kötü bir tampon malzemesi böyle bir özelliğe sahip değildir ve kaplamada erken bir bozulmaya neden olan gerilimi arttırır.
Özet
Bu çalışma, büyük endüstriyel öneme sahip kaplama/alt katman sisteminin karakterizasyonu için iki farklı analitik tekniğin kombine edilmesinin büyük yarar sağladığını göstermiştir.
Daha iyi malzemelerin ve prosesin geliştirilmesi için küçük ölçekteki araştırma çalışmalarında kullanılabileceği gibi üretim hattı kaplamalarının ve yüzey iyileştirme prosesinin rutin kalite kontrolünde de kullanılabilen bir test cihazı olarak MST endüstride yeni bir çığır açmaya adaydır.
Esra Ertani - Satış Mühendisi - Anton Paar Ölçüm Aletleri Ticaret Ltd. Şti.
İlgili Yayınlar
C. Julia-Schmutz ve H. E. Hintermann; Microscratch testing
to characterise the adhesion of thin layers, Surf. &
Coat. Tech., 48 (1991) 1-6.
D. Vaughn, B. G. Frushour ve W. C. Dale; Scratch indentation,
a simple adhesion test method for thin films on
polymeric supports, J. Adhesion Sci. Tech., 8 (1994) 635-
650.
P. J. Burnett ve D. S. Rickerby; The scratch adhesion test:
an elasticplastic indentation analysis, Thin Solid Films,
157 (1988) 233-254.
K. Ajito, J. P. Sukamto et al.; Strain imaging analysis of Si
using Raman microscopy, J. Vac. Sci. Tech. A, 13 (1995)
1234
