HVOF ve HVAF prosesi gibi yüksek hızda alev sprey teknolojisi konusunda uzmanlaşmış bir firma olan Kermetico firması yüksek hızda alev sprey tabancaları ve ekipmanları üretmektedir.
Bu özel tasarım tabancalar ile üretilen kaplamalarda yüksek yoğunluk, yüksek sertlik, üstün korozyon ve aşınma direncine sahip kaplamalar elde edilebilmektedir.Ge
leneksel HVOF prosesine alternatif olarak geliştirilen HVAF sprey tabancaları oksijen yerine hava kullanımı sayesinde hem ekonomik hem de metalurjik açıdan üstün performanslı kaplamaların eldesine olanak vermektedir.Bunun yanında kaplama birikme verimi ve hızı da bir çok rakip ürüne göre üstünperformans sağlamaktadır.
HVAF prosesi ile demir esasli metalik amorf kaplamalarin üretimi ve korozyon performanslarinin karşilaştirmali incelenmesi üzerine bir çalişma:
Mikroyapılarında tane sınırları ve dislokasyonların olmaması nedeniyle metalik camlar üstün korozyon direnci, aşınma direnci, yüksek elastik modülve mukavemet özelliklerini biraraya toplayarak mühendislik uygulamalarında yoğun ilgi görmeye başlamıştır.
Günümüzde Ti-, Zr-Fe- ve Cu- esaslı alaşım sistemlerinde metalik cam yapıları elde edilebilmiştir. Bulk halde sınırlı oranda cam oluşturma kabiliyeti nedeniyle termal sprey teknolojisiile kaplama halinde mühendislik uygulamalarında etkin bir camsı form elde edilerek endüstriyel kullanım alanını genişletme fırsatı yakalamıştır.
Geçmişte amorf camsı kaplamalar elde etmek amacıyla plazma sprey, ark sprey, lazer yüzey işlemleri ve yüksek hızda oksi/hava yakıt sprey (HVOF/HVAF) yöntemleri kullanılmıştır.
Bu yöntemler arasında yüksek hızda alev sprey tekniği olarakda bilinen HVOF sprey yüksek sprey hızlarının yanında yüksek soğuma hızı sergilemesi nedeniyle amorf kaplamaların üretimin önemli avantajlar sergilemektedir.
Yüksek hızda alev sprey prosesleri HVOF ve HVAF olmak üzere iki tür olup, oksijen ve hava yakıcı gaz kullanımına bağlı olarak birbiri ile rekabet etmektedir. Özellikle HVAF prosesi daha düşük püskürtme sıcaklıklarına sahip olması HVOF prosesine göre daha az faz dönüşümü ve yapısal dönüşüme neden olmaktadır.
HVAF prosesinde oksijen yerine havanın kullanılması da oksidasyon nedenli yapısal problemleri önemli ölçüde elimine etmektedir. Kaplama performansı ve dayanımı artmaktadır. HVAF prosesi ile 700 m/sn hızların üzerinde püskürtme yapılabilmesi ile daha düşük porozite oranına sahip kaplamalar elde edilebilmektedir.
Bir diğer önemli rekabetçi avantajı ise kaplama üretim maliyetlerinin oksijen yerine hava kullanımı ile önemli ölçüde azaltılabilmesidir. Şimdiye kadar HVAF prosesi ile amorf kaplama üretimi için hem akademik çalışmalarda hemde endüstriyel alanlarda bir takım uygulamalar gözlenmektedir.
Hem HVOF hemde HVAf prosesi ile üretilen amorf kaplamaların NaCl çözeltisi içerisinde performansları karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmalar göstermektedir ki HVAF prosesi ile üretilen kaplamaların hem ekonomik hemde yüksek kaplama performansı sağlaması nedeiyle endüstriyel uygulamalarda kullanım alanınıngenişleyeceği öngörülmektedir.
Metalik camlar üzerinde yapılan araştırmalarda özellikle Fe esaslı amorf metalik camlar diğer kompozisyonlaragöre oldukça yüksek kristalizasyon sıcaklığına,üstün korozyon direncine, iyi manyetik özelliklere ve nispeten düşük maliyetlere sahip olması nedeniyle aday kaplama malzemesi olarak seçilmektedir.
Bu çalışma kapsamında Fe42.87-Cr15.98-Mo16.33-C15.94-B8.88 (% atomik) esaslı kaplama kompozisyonu seçilmiş ve HVAF kaplama prosesi ile metal yüzeyine kaplanmış ve sonrasında farklı çözeltilerde korozyon performansı gözlemlenmiştir.
Kaplamaların mikroyapısal karakterizasyonu kesit mikroyapılarına bakılarak belirlenmiştir. Gang Wang ve arkadaşlarının (Ref: J.ofMan. Proc.22 (2016) çalışmalarında görüleceği üzere Şekil 1’de Fe-Cr-Mo-C-B esaslı alaşım tozların elektron mikroskobu görüntüsünden gaz atomizasyonu tekniği ile üretildiği ve ortalama 35μm toz boyutuna sahip olduğu açıkça görülmektedir.
Şekil 2a’da HVAF prosesi ile üretilen kaplamanın kesit ve üst yüzey (b) görüntüsünden anlaşılacağı üzere yoğun bir kaplama tabakası mevcut olup siyah renkli bölgeler kaplama mikroyapısında mevcut poroziteleri işaret etmektedir.
Kaplama tabakasında %1.5’in altında porozite oranı tespit edilmiş olup kaplama kalınlığı yaklaşık 100μm’dur. Üst yüzey görüntüsü incelendiğinde kaplama esnasında splatların oldukça iyi bir şekilde yüzeye hızla çarpma sonrasında yassılaşarak lamelli ve yoğun bir yapınını eldesine imkan verdiği anlaşılmaktadır.
Üst yüzey mikroyapısı da splatların iyi bir ergime ve yüzeyde mükemmel bir ıslatma ve yapışma gösterdiği anlaşılmaktadır.
Şekil 3’te kaplama tozunun ve kaplamanın XRD patternleri görülmektedir. Faz analizinden anlaşılacağı üzere HVAF prosesi (püskürtme hızı >700 m/s) ve soğuma hızı >107 K/s) ile yüksek oranda bir amorf yapının elde edilebildiği tespit edilmiştir.
Şekil 4’te HVAF prosesi ile üretilen kaplamaların farklı çözeltilerde potansiyodinamik polarizasyon eğrileri (korozyon performansı için) paslanmaz çelik malzeme ile karşılaştırmalı olarak görülmektedir. Tüm eğriler benzer bir polarizasyon davranışı sergilemektedir.
Paslanmaz çelik (304 kalite) ile karşılaştırıldığında HVAF kaplamanın daha yüksek korozyon direncine sahip olduğu görülebilmektedir. Şekil 5’de korozyon testi sonrası HVAF kaplamanın üst yüzey morfolojisi paslanmaz çelik ile karşılaştırılmaktadır. NaOH ve NaCl çözeltisinde test sonrası korozyonun etkileri gözlenmektedir.
NaOH ve NaCl çözeltisinde pitting korozyonu etkileri ile korozyon çatlakları üst yüzeylerde belirgin bir şekilde paslanmaz çelik yüzeyinde görülebilmektedir. Amorf kaplamada ise yüksek oranda bir korozif etki gözlenmemektedir.
Mikroyapısal incelemeler genel olarak değerlendirildiğinde elde edilen sonuçlar doğrultusunda düşük poroziteli yoğun bir amorf HVAF kaplamanın daha yüksek bir korozyon direncine sahip olduğu görülmektedir.
Kaplamanın morf özellikleri cam yapıcı alaşım elementlerin etkisi yanında HVAF prosesi esnasında yüksek soğuma hızıyla doğrudan ilişkilidir.Fe esaslı kaplamanın NaOH ve NaCl çözeltisinde paslanmaz çeliğe göre nispeten üstün korozyon direnci sağladığı görülmektedir.
Bununla birlikte NaOH çözeltisinde amorf kaplamanın NaCl çözeltisine göre daha düşük korozyon direnci sergilediği tespit edilmiştir.
Genel Sonuç
Kalite ve proses verimliliği açısından bir çok avataja sahip olan Kermetico sprey tabacalarının en önemli özelliği geleneksel HVOF prosesine göre daha düşük yanma sıcaklığı ile daha yüksek püskürtme kabiliyetine sahip olması özellikle karbür esaslı kaplamaların üretiminde yaşanan faz dönüşümü riskini azaltmaktadır.
Hava- gaz yakıt karışımına bağlı olarak yakıt ekonomisi yanında sprey tabancası nozülü boyunca eksenel toz besleme ile birlikte homojen bir ergime olanağı ve yüksek birikme verimi sağlamaktadır.Nozül iç cidarı parçacıklar ile etkileşime girmeksizin ivmelenebilmektedir.Bu sayede püskürtme hızları 800 hatta 1000 m/sn ye ulaşabilmektedir.
Kermetico sprey tabancası HVOF sprey tabancalarına göre 5-6 kat daha yüksek sprey hızlarına, %20-30 oranında daha yüksek birikme verimine sahiptir.
Dr. Ekrem Altuncu
Referanslar / References:
• KERMETICO; www.kermetico.com
• G. Wang et al. / Spraying of Fe-based amorphous coating with high corrosion resistance by HVAF, Journal of
Manufacturing Processes 22 (2016) 34–38.
• Ye FX, Chen Y, Yu P, Luo Q, Qu SJ, Shen J. Structured analysis of ironbased amorphous alloy coating deposited by AC-HVAF
spray. Acta Phys Sin 2014;63: 78101–78106.
• Zhou Z, Wang L, Wang FC. Formation and corrosion behavior of Fe-based amorphous metallic coatings by HVOF thermal
spraying. Surf Coat Tech 2009; 204: 563–70.
• Wang SL, Cheng JC, Yi SH, Ke LM. Corrosion resistance of Fe-based amorphous metallic matrix coating fabricated by
HVOF thermal spraying. Trans Nonferrous Met Soc China 2014;24:146–51.
• Guo RQ, Zhang C, Chen Q, Yang Y, Li N, Liu LW. Study of structure and corrosion resistance of Fe-basedamorphous
coatings prepared by HVAF and HVOF.Corros Sci 2011;53:2351–6.
