PEO Kaplamalar

PEO Kaplamalar Elektrolitik plazma oksidasyonu (EPO) olarak da bilinen PEO (plazma elektrolitik oksidasyonu), bir elektrolit çözeltisinde elektrik deşarjı kullanılarak metal yüzeyin seramik kaplamaya dönüştürülmesini kapsayan bir yüzey işlemidir. Oksidasyon (yükseltgenme), bir molekül, atom veya iyon tarafından reaksiyon sırasında ortaya çıkan elektron kaybını ifade etmektedir. Oksidasyon; bir molekülün, atomun veya iyonun oksidasyon durumu arttığında meydana gelir. Bir elektron kazanımı olduğunda ya da bir atomun, molekülün veya iyonun oksidasyon durumu azaldığında meydana gelen zıt süreç ise indirgenme olarak adlandırılır. PEO işlemi, yüksek korozyon direncine sahip ve yüzeyin mekanik özelliklerini iyileştiren, sert ve aşınmaya dayanıklı bir kaplama ortaya çıkarır. Kaplama, substrat metalinin okside kimyasal bir dönüşümüdür ve orijinal metal yüzeyinden hem içe hem de dışa doğru büyür. Alt tabakanın içine doğru büyüdüğü için, alt tabaka metaline oldukça güçlü bir şekilde yapışır. İşlenmiş alüminyum alaşımlarının tamamı ve çoğu döküm alaşımı dahil olmak üzere çok çeşitli alt tabaka alaşımları kaplanabilmektedir, ancak yüksek silikon seviyeleri kaplama kalitesini düşürebilir. PEO, yüksek elektrik voltajlarının uygulanması altında oksit kaplamaların oluşturulduğu çevre dostu zayıf alkali ve asidik elektrolitler kullanır. PEO kaplama oluşumu; elektrokimyasal reaksiyonlar, plazma kimyasal reaksiyonları ve termal oksijen difüzyon reaksiyonları olmak üzere üç eşzamanlı prosesi içeren, karmaşık bir süreçtir. Bu reaksiyonlardan elde edilen kaplamalar genellikle gözenekli dış tabaka, yoğun ara tabaka ve ince iç yoğun tabaka olmak üzere üç katmanlı yapılardan oluşur. PEO işlemi; substrat malzemesinin doğası, elektrolit bileşenleri, akımın yoğunluğu, akımın türü, voltaj, frekans, görev döngüsü, katkı maddeleri, dahil edilen parçacıklar, kaplama süresi ve çalışma sıcaklığı gibi farklı parametrelerden etkilenmektedir.

PEO Kaplamaların Kullanım Alanları

PEO kaplamalar, üst düzey aşınma ve korozyon direnci özelliklerinden dolayı havacılık, otomotiv, biyomedikal ve savunma gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin ABD ordusu, Humvees piston başlarıve yakıt pompaları üzerinde PEO kaplama tekniğini uygulamıştır. Bu parçalar, ısıya karşı direnç kazanarak materyallerin ömrünü uzatmıştır. Tıp alanında ise daha iyi kemik replasman protezleri oluşturmak için PEO teknolojisi kullanılmaktadır. Teknoloji şirketleri de cep telefonlarının dış kısımlarını oluştururken PEO teknolojisinden yararlanmaktadır. PEO kaplamalar, proses sırasında kullanılan spesifik parametrelere bağlı olarak kalınlık, bileşim ve yüzey morfolojisi bakımından farklılık gösterebilir. Kaplamanın kalınlığı, uygulamaya bağlı olarak birkaç mikrometreden birkaç yüz mikrometreye kadar değişebilir.

PEO Kaplamaların Avantajları

PEO kaplamalar, diğer kaplama türlerine kıyasla çeşitli avantajlara sahiptir. Bu tür kaplamalar, enoksal ve elektriksiz kaplamalar da dahil olmak üzere diğer birçok kaplamadan daha yüksek sertlik sağlar. Ayrıca, parçaların özellikle yüksek gerilime ve sürtünmeye maruz kaldığı uygulamalarda yararlı olan mükemmel aşınma direncine sahiptirler. PEO kaplamalar aynı zamanda güçlü termal stabilite ve elektriksel yalıtım özellikleri ile öne çıkmaktadır. Valf metalleri ve alaşımları için çok sayıda kaplama yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu kaplamalara örnek olarak kimyasal dönüştürme kaplaması, anotlama, elektriksiz/galvanik kaplama, organik kaplama, lazer yüzey işlemi, buhar (fiziksel buhar ve kimyasal buhar) bazlı biriktirme ve termal/soğuk sprey dahildir. Bu tekniklerin çoğu, alt tabaka üzerinde bir kaplama oluşturmak amacıyla toksik veya zararlı kimyasallar kullanır ve çalışma sırasında uygun bakım ve kontrol gerektirir. Yukarıda belirtilen kaplama işlemleri, temel olarak düşük yapışma kuvvetleri, kaplama yüzeyinin delaminasyonu, gözenekler ve potansiyel ekipman arızasına neden olan çatlakların büyümesi nedeniyle alt tabaka veya taban malzemesi ile ilgili birtakım sınırlamalara sahip olabilir. Buna karşılık PEO daha az komplekstir, çünkü genel olarak kaplamayı oluştururken tehlikesiz ve çevre dostu bir çözüm kullanmakta ve daha düşük maliyetler ve yüksek dayanıklılık ile maksimum verimli oksit kaplama elde edilmesini sağlamaktadır. Ancak, PEO kaplama yöntemi, geleneksel proseslere kıyasla birtakım dezavantajları da içermektedir. Proses çok yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir. Bu da ekipmanı çalıştırmak için gereken güç miktarını etkiler ve elektrolitlerin ömrünü kısaltır.

PEO ve Eloksal Kaplama Arasındaki Farklar

PEO kaplamalar, geleneksel eloksal (anodizasyon) ile benzerliklerine rağmen, uygulanan elektrik sinyalleri ve elektrolitler açısından ikincisinden önemli ölçüde farklıdır. PEO tipik olarak oksit filmin ve beraberindeki gazın (100-600 V) dielektrik kırılma voltajını aşan durumlarda oluşur ve seyreltik, çevre dostu alkalin elektrolitler kullanır. PEO’nun temel özelliği, gazın iyonlaşmasıyla üretilen ve kaplamanın içindeki parçalanma kanallarında yer alan çok sayıda kısa ömürlü (birkaç ila birkaç on msn arası) plazma mikro deşarjlarıdır. Plazmanın yüksek sıcaklıkları ve basınçları, kristal ve amorf fazlar oluşturan substrat ve elektrolit türevli bileşenleri içeren kaplamanın hızlı büyümesini (1-4 mikrometre/dk) kolaylaştırır. Geleneksel anotlamanın aksine PEO herhangi bir özel yüzey hazırlığına ihtiyaç duymaz ve olağanüstü sertlikte (alüminyum alaşımlarında 1000-2000 HV ve Mg ve Ti alaşımlarında 400 HV’nin üzerinde) ve aşınma direncinde kaplamalar üretir. PEO kaplamaların gözenekli dış kısmı, astarlar ve boyalar için mükemmel bir temel görevi görerek, üst düzey korozyon direnci ve endüstriyel ihtiyaçlar için bir dizi ayırt edici yüzey kaplaması elde edilmesini sağlamaktadır. Özetleyecek olursak PEO kaplamalar, bir metal yüzeyin elektrolit çözeltisinde elektrik deşarjı kullanılarak dönüştürülmesiyle üretilen yüzey işlem türüdür. Aşınma ve korozyon direnci yüksek olan PEO kaplamalar; havacılık, otomotiv, biyomedikal ve savunma sanayilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.   Kaynaklar https://www.dekmake.com/guide-to-plasma-electrolytic-oxidation/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8224744/ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897221005132, https://www.ucm.es/ccrm/anodizing-and-plasma-electrolytic-oxidation-of-magnesium,-aluminium-and-titanium-alloys https://www.thoughtco.com/definition-of-oxidation-in-chemistry-605456