1. GİRİŞ:

1.1. Isısal Püskürtmenin Tanımı ve Uygulama Alanları:

Isıl püskürtme, ince öğütülmüş metal, metaloksit veya plastikleri, ergimiş veya yarı ergimiş durumda, uygun bir altyapı üzerine yapışma kaplama veya bir yapısal şekil oluşturmak üzere dolgu yöntemidir. Yöntem iki temel malzeme şekline göre sınıflandırılır.

1. Malzemenin öğütülmüş olduğu toz.
2. Tel yada çubuk ( metaller, teller, seramikler, çubuklar durumdadır.)

Toz püskürtmede ince parçacıklar yüksek ısı kaynağının içinden geçerek ergimiş yada yarı ergimiş duruma gelirler. Bir metal yüzeye çarptıklarında, o yüzeyin düzensiz bölgelerine takılarak bir yapışmış dolgu oluştururlar.(Şekil.1.1) Yüzey, daha iyi bir yapışma olması için önceden de pürüzlendirilir.

Tel veya çubuk püskürtmede, katı malzeme bir yüksek basınçlı hava ile çevrili bir ısı kaynağının içine sürülür. Malzemenin yüzeyi alevin ısısı tarafından ergitilince hava akımı tarafından ince damlacıklar durumunda atomize edilir ve bunlar kaplanacak metal üzerine gönderilir.(Şekil.1.2) Ergime noktası 2760 C nin altındaki tüm metal ve seramikler bu yolla bırakılır. Bu sıcaklığın üzerindeki malzemeler için ise ısı kaynağı olarak plazma kullanılır. Kendi ergime noktalarına varmadan buharlaşmayan veya ayrışmayan bütün bilinen malzemeler plazma ile püskürtülebilir.

Bırakılan metallerin ve bunların alaşımlarının fiziksel ve mekanik nitelikleri, ilk malzemelerinkinden oldukça farklıdır. Oluşan iç yapı, lameller ve homojen olmayan bir iç yapıdır. Aynı malzemenin çekilmiş durumundaki çekme dayanımına göre bırakılanınki düşük olur.

Isıl püskürtmenin en geniş kullanım alanı, makine parçaları alanıdır. Aşınmış veya hatalı işlenmiş parçalar, söz konusu olan özel hizmete göre seçilmiş metal püskürtülerek eski yada gerekli ölçülerine getirilebilir. Son zamanlarda; uçak motoru parçalarında plazma püskürtme kaplamasının kullanımı büyük gelişme kaydetmiş olup, alan sürekli olarak genişlemektedir. Ergitilmiş metalize kaplama, aşınmanın sorun olduğu her yerde geniş uygulama alanı bulur.

Metal püskürtme işleminin diğer yöntemlerden farklı özellikleri:

• Alt tabakaya yapışma, malzeme uygulanan yönteme bağlı olarak, kaplama ve alt tabaka arasındaki bağın kuvveti geniş bir yer kaplar.
• Bileşim ve distorsiyondan dolayı kaynak ile kaplama işlemine uygun olmayan yüzeyin kaplama yapılmasına olanak sağlar.
• Püskürtülen dolgu, kaynak yöntemiyle kaplamaya göre daha ince tabakalar olarak uygulanabilir.
• Hemen hemen bütün stabil sıvı faz içeren malzemeler, metaller, seramikler, karbürler, kompozitler ve plastikler bu yöntem ile uygulanabilir.

Isıl püskürtme yöntemi görevdeştir. Sistem bileşenleri, parametrelerle istenen kaplama işlevsellikleri ve özellikleri, yöntem için gerekli olan donanım ve malzeme cinsinin seçimine kadar belirlenmiş olmalıdır. Temel ısıl püskürtme sistemleri, yapı olarak, bir püskürtme tabancası, toz malzemeler veya kontrol kolu ile bir tel veya toz besleyicisinden oluşur.

Isıl püskürtme kaplamalar dökme demir ve çelik üzerine bütün korozif atak türlerine karşı üstün bir koruma sağlarlar. Aynı şekilde boya ve plastik son işlemler gibi organik malzemeler için olağanüstü korozyona dayanıklı kaplama altı olarak da kullanılırlar. Organik son kaplamalar, dökme demir ve çelik üzerinde genellikle kötü sonuç verir, bunun nedeni bu kaplamalar altında korozyon ve ana metale bağlantı sağlanamamasıdır. İnce kaplamalar ana metalin korozyonuna dayanırlar ve organik son kaplamaya kuvvetli bir bağlantı sağlarlar.

Korozyona dayanıklılık için genellikle çinko alüminyum, kadminyum gibi metaller kullanılır. Bunlar demire anodik olup kendilerini feda ederek onu korurlar. Ni, bronz korozifliğe direnç göstermesi durumunda kullanılır. Kurşun kaplamalar, ana metalin asit vs. kuvvetli korozif maddelere direnci arttırmada kullanılabilir. Fakat kurşun çeliğe göre oranla katodik olduğundan, kaplamanın çok iyi tıkanması gerekir. Bu da pasolar arasındaki tel fırça ile sağlanır.

Çeşitli kaplamalar, çalışma sıcaklığına bağlı olarak dayanım sağlanması için kullanılır. 870 C ye kadar alüminyum kaplaması püskürtülerek alüminize edilir. 870 C nin üstündeki sıcaklıklar için bir nikel-krom alaşımı kullanılabilir. Siyanür potaları, ocak ve fırın parçaları, fırın konveyörleri, magnezyum süper ısıtıcıları, uçak eksoz boruları ve tavlama kutuları.

Tungsten, zirkonyum oksidi ve alümin daha refrakter kaplamalar olarak kullanılma alanı bulurlar. Tantal, kolombiyum, nikel aluminid ve molibden refrakter bağlayıcı kaplamalar olarak kullanılabilirler. Teknik endüstrideki bazı örnekler Tablo 1.1 de liste olarak verilmiştir. Metal püskürtme işlemleri içerisinde en fazla kullanılan alevli püskürtme yöntemidir. Bu yöntem; millerin, merdanelerin, yatakların ve bunlar gibi birçok parçaların onarımı için kullanılabilir. Uygulamalar, tıbbi cihazlardan, daha ağır hareket eden ekipmanlara kadar sayılabilir.

1.2.Plazma ile püskürtme genel prensibi

15000C’ de (+) plazma püskürtme prosesi: Argon veya azot gibi gazlar, bir plazma oluşturmak için iyonlaşırlar. Bu yöntemde tel de kullanılabilmesine rağmen, refrakter malzemelerden en iyi şekilde yararlanmak için toz daha yaygın olarak kullanılır. Bu yöntemle, 70 Mpa’yı aşan yapışma dayanımı elde edilir. Metal kaplamalarda geçirgenlik % 2 ile 5 ‘e düşürülürken, oksit içeriği % 2 ile 5 arasındadır.

Püskürtme hızı kullanılan ekipmanların tipi ve tozlara göre değişebilir. Kaplama kalınlığı 0,13- 0,4 arası değişir. Genelde ısı girişi düşük olduğundan bir distorsiyon oluşmaz. Oldukça düzgün ve parlak kaplama elde edilir.


Burada plazmaya karışan tozun, plazma içinde dış kısmı veya tamamı ergir ve bir metal yüzeye püskürtülür. Püskürtme esnasında plazma ışınının püskürtülen paçayı aşırı ısıtmasını önlemek için plazma, soğuk bir plazma gazı ile yan tarafa üflenir. Sonuçta püskürtülen yüzeyde kısmen gözenekli bir tabaka elde edilir.

1.2.1. Atmosferik plazma sprey yöntemi (APS)

Metal ve seramik yüzeylerin kaplanmasında en yaygın ve endüstriyel çapta kullanılan yöntem ‘ Atmosferik Plazma Sprey’ yöntemidir. Bu yöntemde püskürtme işlemi havada gerçekleşir ve püskürtme patikülleri plazma üflecinden çıkıp kaplanacak malzemeye ulaşıncaya kadar çevre atmosferi ile öncelikle havanın oksijeniyle reaksiyona girer.

Püskürtme işleminde, direkt etkili plazma alevi kullanılır. Üfleçten gelen gaz (Argon, Helyum, Hidrojen içeren Azot ) anot ve katot arasında oluşan arkta ısınır ve iyonize olarak, memeden bir plazma jeti olarak çıkar. Bu jetin çıkış hızı 5000-6000 m/sn ve sıcaklığı 15000- 25000C arasındadır. Toz durumundaki püskürtme malzemesi plazma jetinde erir ve iş parçası üzerine püskürtülür.( Şekil 1.4 )

Plazma ile püskürtmede yüksek erime sıcaklıkları sağlanması nedeniyle; erime sıcaklıkları çok yüksek olan Krom, Tugsten, Tantal, ve bunların oksitlerinin (alüminyum okside) püskürtülmesi olanaklı olmaktadır.

Kaplama yüksek yoğunluğa ve arayüzey ile bağlantıya sahiptir. İş parçasına çok düşük ısı girişi söz konusudur. İş parçası ile kaplama malzeme arasında minimum çözünürlük ve homojen kaplama kompozisyonu vardır. Gaz ve ark püskürtme sistemlerinden daha yüksek maliyete sahiptir.

Refrakter, yüksek ergime dereceli malzemeler, seramik, karbürler ve yüksek sıcaklık alaşımlarının kullanıldığı; uçak motorları kompenentleri, tekstil makineleri, pompalar ve valf millerindeki aşınma dayanımı kaplamaları ve elektriksel, ısısal izolasyon uygulamalarında kullanılır.

1.2.2.Reaktif plazma püskürtme

Reaktif plazma püskürtmede tanecikler, belirli kaplama özellikleri üretmek için gaz ile etkili plazma aleviyle eritilmektedir. Eritmeden sonra propan ya da metan ile zenginleşen bir bölgeden tozlar akar ise karbür fazları metal bir kalıptan doğrudan doğruya oluşmaktadır. Bu yolla NiCr / TiC ve W / WC kaplamaları üretmek olanaklıdır.

Titanyum aluminede, plazma alevindeki TiCl4 buharı ile alüminyum tozu ayıracıyla reaktif püskürtme ile doğrudan doğruya üretilebilinmektedir. Bu yöntem ile, homojenlik ve porozite bakımından oldukça problemlerin görüldüğü toz ve bileşenlerinin ikisini de üretmek olanaklıdır.




1.2.3.İndüksiyon plazma püskürtme

Direkt akımlı konvensiyonel plazma püskürtmenin aksine hızlı plazma alevinde yanlara doğru ortaya çıkan tozlar indiksiyon plazma püskürtmede plazmanın eksenel olarak merkezinde ortaya çıkmaktadır.(Şekil 1.5-1.6 )

1.2.4.Düşük basınç altında plazma püskürtme yöntemi (LPP)

Bazı reaktif malzemelerin havada püskürtülememesi ve kaplama içine istenmeyen maddelerin karışması gibi sakıncalar, bu yöntemin kullanılmasıyla ortadan kaldırılır. LPP sistemi düşük basınç altında çalışmaktadır (50-70 mbar). Tozlar kaplama öncesi ön ısıtmaya tutulurlar. Kullanılan tozların, püskürtme sırasında kaybının az olması bu yöntemin ‘ Atmosferik Plazma Sprey ‘ yöntemine göre tercih edilmesini sağlamaktadır.

1.3.Düşük Enerjili Püskürtme Sistemleri

1.3.1.Elektrik arkı tel püskürtme sistemleri

4200C’ lik bir ısıda elektrik arkı, (Şekil 1.7): Bu yöntemle yüksek püskürtme hızlarına çıkılabilir. Kullanımı daha kolaydır, fakat gürültülü çalışır ve toz çıkarır. Bu sistemde, tel uçlarının birbirine ulaşarak bir arkı oluşturacak şekilde beraber beslenen tel çiftleri kullanıldığını ve ergiyen malzemenin yüksek basınçlı gaz jeti (genellikle hava) aracılığı ile erişmiş damlacıklar şeklinde arktan ileriye doğru gönderildiği belirtilmiştir.

Bu teller tozlar kadar geniş bir kullanım alanına sahip değildir.Teknik kaplama özellikleri şunlardır:30 Mpa’lık yapışma dayanımı yeteneği, % 10-15 arasında geçirgenlik ve % 15’lik bir oksit içeriği mevcuttur.

Arklı püskürtme donatımları iki temel tipte uygulanır: Önceden hazırlanan kenar tabaka direncinin aşınma direnç kaplamaları, abrazyon, korozyon, ve yeniden doldurma kaynağı kaplamaları, makine parçalarını kurtarma veya bitmiş parçaların karakteristiklerini düzeltmek için kullanılmaktadır.

Sistemin çalışması: Otomatik olarak iki ayrı makaradan gelen teller aynı zamanda arkı oluşturmada kullanılan akımı da iletirler.(Şekil 1.8-1.9). Bir arklı püskürtme donatımında şu bölümler bulunur:

a) Tel hareket mekanizması: Tellerin sürekli olarak memeye gönderildiği ve kademesiz olarak tel ilerleme hızının ayarlanabildiği bölümdür.
b) Kontakt donanımı: Ark için gerekli akımı tellere ileten donanımdır.
c) Püskürtme donanımı: Ark aracılığı ile eritilen metalin, püskürtülmesine yarayan donanımdır.

Bir arklı püskürtme donanımı Şekil 1.10 da gösterilmiştir. Şekil 1.11 de çeşitli püskürtme tabanca konstrüksiyonları görülmektedir.


a) Schoop püskürme memesi
b) Çekoslovak tipi meme
c) Alman tipi meme

Arklı püskürtmede eritme gücü, akım şiddetine bağlıdır. Tablo 1.2 de çeşitli malzemeler için arklı püskürtmenin çalışma değerleri verilmiştir. Arklı püskürtmede metaller 4000C ‘nin üzerinde erirler. Böylece metal parçacıkları daha sıcak ve plastik durumdadır. Bunun sonucu olarak; tanecikler püskürtülen yüzeye daha yassılaşmış bir durumda ulaşırlar ve bazıları birbirine kaynarlar. Arklı püskürtmedeki tabakanın oksit miktarı, alevle püskürtmedekinden daha azdır. Oksit kalıntıları ve gözeneklerin oluşumuna, püskürtme aralığı ve hava basıncı etki eder.

Katı veya tüp teller kullanılarak çoğu alaşımların kaplanması mümkündür. Yüksek püskürtme hızlarına çıkılabilir. İki farklı tel kullanılarak kompozit kaplama yapılabilir. Fakat yüksek enerjili prosesteki sistemlere nazaran düşük yoğunluğa sahip bir kaplama yapılması bir dezavantajdır. Arklı püskürtmede çalışma alanları Tablo 1.3 de verilmiştir.

Arklı püskürtmenin kullanı1dığı alanlar, şöyle sıralanabilir.

a) Çelik ye kağıt endüstrisi hadde rulolarında.

b) Boya ve plastik ertdüstrisindeki büyük kompenentlerin kaplanmasında.

c) Hidrolik şahmerdan ve pistonlar, şaft1ar, rulman yerleri gibi kısımların ıslah ve onarım işlerinde.

d) Üretilen yeni parcalarda olabilecek ölçü düşüklüklerinin tamamlanmasında.

e) Kır dökme dernir parçaların üzerindeki, döküm hatalarının ortadan kaldırılmasında.

f) Aşınmaya ve korozyona dayanıklı yüzeylerin oluşturulmasında. Örneğin; normal çelikten üreti1miş parçaların üzerine, krom-nikel çeliği püskürtülerek korozyona dayanıklı yüzeylerin elde edilmesi gibi.

g) Atmosferin etkilerine karşı yüzeylerin korunmasında; yüzeylere ince bir
tabaka halinde çinko, alüminyum, kurşun ve kalay püskürtülmesi








1.3.2.Yanıcı gaz (alevle) püskürtme sistemleri H

325OC’lik ısıda yakıcı alev. (Şekil 1.12): Oksijen yakıtlı gaz alevi. alevin tutulduğu tel veya tozu ısıtmak için kullanılır. Çeliklere püskürtmek için kullanılan yakıt gazı normalde asetilendir, fakat ergime noktası daha düşük çinko veya alüminyum gibi malzemeler için propan tercih edilen gazdır. lnce tozlar püskürtülürken hidrojende kullanılabilir. Toz malzeme ısıtılmak üzere aleve tutulur ve daha önce hazırlanmış yüzeye sıcak gaz buharı ile uygulanır.

Alevle püskürtmede kullanılma yerlerine göre, aşağıdaki gibi sınıflandırılır:


A)Anti-korozif alevle püskürtme tekniği

a) Tel sistemiyle çalışan cihazlar.
b) Toz metal sistemiyle çalışan cihazlar.
c) Plastik rnalzeme tozu ile çalışan cihazlar.

B ) Üretim ve onarımda alevle püskürtme

a) Tel sistemiyle çalışanlar.
b) Toz sistemiyle çalışanlar.

Bir alevle püskürtme cihazı, temel olarak şu fonksiyonları yerine getirir:

a) Püskürtülecek malzemenin nakli.
b) Telin bir yanıcı gaz-oksijen aleviyle eritilmesi
c) Erimiş metalin, püskürtme yapılacak esas metal üzerine gönderilmesi.
d) Korozyona karşı korumada yak1aşık 1:3 ve diğer üniversal iş1erde kullanılan
cihazlarda 1:7 oranında olmak üzere, kademesiz bir devir değiştirme olanağı.
e) Belirlenen devir sayısının durağan kalabilmesi.
f) Düşük devir sayılarında yeter bir dönme momentine sahip olabilmesi ve hafif bükülen
teli verebilrnesi.
g) Zor ça1ışma koşu11arı altında çalışma emniyeti.
h) Bütün ça1ıştırma sisteminin olabildiğince hafif olması.

Korozyona karşı koruma işlerinde kullanılan cihaz1arda devir sayısının ayarı iki sistemle yapılmaktadır. Bunlardan en fazla kullanılanı valf sistemidir. Daha ziyade korozyona karşı korumada kullanılan cihazlar bu sisternde o1uşturu1maktadir. (Şeki1 1.13). Bu sistemde üretilen cihazları aynı tel çapı için yüksek ve alçak derecede ergiyen metallerde kullanmak olanaklıdir.

Sistemlenin ikincisi bir santrifuj regülatör ile yapılan ayardır. Türbine giriş kesiti tarnamen açıktır.
Yukarıdaki fonksiyonları yerine getirmek üzere; a1ev1i püskürtme cihazında
tahrik sistemi, meme sistemi ve ventil sisterni olmak üzere üç temel kısım vardır.

Tahrik Sistemi: Telin çeşitli hızlarda gönderilmesini sağ1ar. Tahrik sistemi, elektrik motorlan veya basınçlı hava ile ça1ışrnaktadır.

Ventil Sistemi: Ventil ya da musluk sistemleri gazların (yanıcı gaz, oksijen ve
hava) ayarını sağ1ar.

Meme Sistemi: Yanıcı gaz ile oksijen karışımını, telin erimesini ve püskürtülmesini sağlayan önemli bir kısımdır. Şekil 1.14 de bir alevli püskürtme memesi görülmektedir. Tel, meme sisteminin simetri ekseni boyunca ilerler. Telin etrafındaki kanaldan, oksijen yanıcı gaz karışımı tele sürünerek çıkar. Bunun etrafındaki kanaldan da, püskürtme veya nakil iş1emini yapacak olan gaz dışarıya püskürtülür.

1.3.3 Yanıcı gaz tel püskürtme sistemleri

Çubuk veya tel biçimindeki kaplama malzemesi, püskürtme tabancasındaki hızı ayarlanabilir motor ile alev içine beslenir. Tel ucu alev içinde ergiyerek gaz jeti ile iş parçası üzerine doğru gönderi1ir. (Şeki1 1.15)

Yanıcı gaz-oksijen alevinde eritilmesi: Yüksek alev sıcaklığı sağlayabilmek için, yanıcı gaz olarak asetilen veya propan kullanılır.Oksijenin asetilenle oluşturduğu alevin sıcaklığı 32000C, propanla ise 28000C’dir. Bir oksi-asetilen alevinin yanma kademeleri, Şeki1 1.16’da verilmiştir. Alevin ayarı, eritilecek metal miktarına göre ayarlanır.

Erimiş telin püskürtülmesi ve toz durumuna gelmesi: Genellikle eritmede, nötr bir alev kullanılır. Erimiş durumdaki metalden püskürtülen taneciklerin büyüklüğü, 50 ile 200 mikron arasında olup; püskürtme basıncı ve ısı güciine bağlıdır. Püskürtme gücü büyüdükçe, taneler küçülürler. Alev ayarı aynı kalmak üzere telin ilerleme hızı azaltılırsa, taneler yine küçülür.

Tanelerin çıkıştaki sıcaklıkları, erime sıcaklıklarından yak1aşık olarak 100C daha yüksektir ve hızlan yak1aşık 160 m/sn. civarındadır. Parçaya kadar uçan taneciklerin sıcaklıkları, hala erime sıcaklığına yakındır ve parçaciklar plastik durumdadır.

Parçaya hızla çarpan tanecikler, pul şeklinde deforme olur ve önceden hazırlanmış parça (esas metal) yüzeyindeki boşluklara dolarlar. (Şekil 1.18) Genel olarak püskürtme uzaklığı, 100 ile 200 mm arasındadır.

Püskürtme demetinin püskürtülen yüzeyle oluşturduğu açı, 45 den az olmamalıdır. Aksi durumda, püskürtü1en tabaka, süngerimsi bir yapı olur. En iyi sonuç 70 lik püskürtme açılarında elde edilmektedir. Ekonomik bakımdan dar açılı bir püskürtma dernetinin kullanılması önerilir. Böylece kalınlığı düzün olan bir püskürtme tabakası sağlanmış olur.

Başlıca uygulamaları : Korozyondan korunma için ‚’Zn’ ve ‚’Al’ kaplama uygulaması oldukça sık kullanılır. Ayrıca, aşınmış yanlış işlenmiş parçaların; çelik,bakır, bakır alaşımları, nikel alaşımları ile tekrar doldurulması işlemi için uygundur.

1.3.4. Yanıcı gaz toz püskürtme sistemleri

Bu sistemde toz durumundaki kaplama malzemesi; şeki1 1.19’da görü1düğü gibi, toz haznesinden püskürtme alevi içine ya taşıyıcı gaz (genellikle hava), ya da oksijen gaz akımı ile taşınır.

Avantajları:

1) Yüksek alaşımlı ve kendinden flax kaplama malzemeleri için en uygun alevle püskürtme işlemidir.
2) Kaplama malzemesinin sürekli beslenmesi olanağını sağlar.
3) Çubuk veya tel şeklinde üretilemeyen malzemelerin kaplanmasını sağlar.
Dezavantajları:

1) Uygun mesh formunda toz gereksinimi.
2) Ark püskürtmden daha düşük yoğunlukta kaplama dayanımı verir.

Yanıcı gaz toz püskürtme sistemleri ile yüzey kaplama: Alev ile yapılan püskürtme sistemleri için çeşitli yöntemler var olup 3 ana katagoriye ayrılmaktadır.

1) Soğuk püskürtme işlemi
2) Tek kademeli sıcak püskürtme işlemi
3) İki kademeli sıcak püskürtme işlemi

Şekil 1.20 de yukarıda 3 katagoriye ayırdığımız püskürtme işlemlerinin bir proses akım şeması bulunmaktadır.

Soğuk püskürtme işlemi: Bu yöntem, püskürtülen a1aşımın ergime derecelerine yakın sıcaklıklarda püskürtme tabancası aracı1ığıyla, yüzeyi hazır1anmış iş parçasına püskürtülmesi ve yüzeyde fiziko kimyasal ve ekzotermik reaksiyon prensiplerine göre bir tabakanın o1uşumu prensibine dayanmaktadır. Püskürtülen partiküllerin kompenentin yüzeyine değmesiy1e sıcaklık artışı olur ve bu da ekzotermik reaksiyonun o1uşmasına neden olur. Bu arada partiküllerin ve metalin birlikte erimesi icin yeterli olan ısının büyük kısmı buradan sağlanır. Bu yöntem ana malzemenin aşırı ısınmasına neden olmaz. Küçük sıcaklık artış1arından dolayı distorsiyon minimum düzeyde tutulur ve yapısal değişik1ik1er o1uşmaz.

Bu kaplama iş1eminin yapılmasında iki farklı yöntem kullanılır. Bunlar; bağlayıcı bir tabakanın püskürtülmesi ve arkasından esas a1aşımın kaplanması veya tek kademe kendinden bağ1ayıcı1ı alaşım tozlarının püskürtülmesidir. Bu yöntemle; Fe, Ni, Co ve Cu bazlı a1aşım1ar kaplanarak, 10 ile 45 HRC sertliklerinde bir kaplama elde edilebilir. Oksi asetilenik alevle soguk püskürtme iş1emi aracılığı ile elde edilen kaplamanın yapısı heterojendir ve mikro poroziteler içermektedir.

Bu yöntemde, yapışma tekniği şu şekilde sıralanabilir;

* mekanik yapışma,
* yapışma,
* epitaksi,
* metalurjik etkilenim
* kısmi kaynak.

Mekanik yapışma: Yüzeyi iş1enmiş ve dolayısıyla pürüzlü olan yüzeyde partiküllerin çekilmeleri sonucudur.

Yapışma: Fiziksel yapışma, bir a1aşım partikülünün çarpmasıyla ana malzemenin ıslanma gereksinimi gösterdiği yapılarda, iki rnetalik yüzeyin karşı karşıya geldiginde o1uşur.

Kimyasal absorpsiyon, püskürtülen metalin ana malzemeye oldukça yüksek duyar1ılığı olduğunda o1uşur. Püskürtmeden önce iyi yüzey hazırlığının yapılması, kimyasal absorpsiyonu önleyecektir.

Epitaksi: Bu deyim, benzer yapıdaki yabancı maddenin ana yapı üzerinde oluşumunun benzerliği ve kontrolü olarak ifade edilebilir. Metalurjik yapılar birbirleriyle benzer ve i1işkili olmalıdır. Yüzeyin yüksek enerjili alanlarının aktif durumu epitaksial tabakaların gelişmesine yardım eder.

Metalurjik etkilenme: Püskürtülen alaşım ve ana metal arasında bir ekzotermik reaksiyon oluşur. Örneğin, Fe-Mo’li tabaka ile Fe-Al arasında bu gözlenir.

Kısmi kaynak: Partiküller arasında kısmi kaynak, daima püskürtülen tabakaların kendi kendilerine oluşturduklan bir geçiş zonunda gerçekleşir.

Yukarıdaki bütün etkenler; sıcaklık, partiküllerin enerjisi ve yüzeyde var olan enerjiye bağlı olarak, püskürtülen partiküllerin ana malzemeye yapışmasını sağlar.


Sıcak püskürtme işlemi: Bu yöntem, dolgu a1aşımının ana malzemeye katı faz difüzyonu ile bağlanma işlemidir .Yani; sert lehimleme iş1eminde olduğu gibi kaplama a1aşımı ile ana malzeme arasındaki bağ, difüzyonla bir sıvı fazın bir katı faza bağlanmasıyla elde edilir. (Difüzyon olayına en yaygın kullanılan örnek olarak yüzey sert1eştirme iş1emi verilebilir). Ana malzeme ısıtıldıgında atomları titreşmeye başlar ve hareket eder. Sıvı kaplama a1aşımı ve katı ana metal birbirleri içinde difüze olarak metalik olamayan yeni bir faz o1uşturur1ar (Katı-sıvı fazın birbirlerini etkilemesi). Böylece, belirli bir sıcaklıkta, yüzey difüzyonu o1uşarak iyi bir metalurjik bağ sağlanabilir. Bu bağ ile, yaklaşık 500 N/mm2’lik çekme davanımı olanaklı olur ve bu dayanıma çalışma gerilimleri altında bile kaplamanın görevini sürdürmesine olanak sağlar.

Sıcak püskürtme yöntemi ile sadece mekanik bir bağlantının yanında, metalurjik bir bağlantı da sağlanarak yoğun ve yüksek bir kalitede bir kaplama yapılabilir.

Tek aşamalı kullanım: Püskürtme ve ergitmenin aynı anda yapıldığı bu yöntem genellikle, düz parçaların, küçük boyuttaki parçaların köşe ve kenarların kaplanması ve onarımı amacıyla yapılır.

1.3.5. Yüksek Hızlı Alev Püskürtme (HVOF)

Propan veya hidrojen gibi yakma gazları yüksek basınçlarda, beslenir ve yüksek bir gaz hızı üretmek için patlar; bu yüksek gaz hızı daha sonra çalışma yapılan yüzeye doğru çok yüksek hızlarda parçacıklar gönderilir. Bu yöntemle daha yoğun kaplamalar elde etmek için, plazmanın termal enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. HVOF için temel uygulama alanı, aksamların yüzey karakteristiklerinin ıslah edilmesi veya değiştirilmesidir. (Şekil 1.23)

HVOF’a örnek olarak MET-JET 2 metalleme sistemini verebiliriz. Yoğun metalik ve karbür kaplamaların tümü, yüksek sertlik ve düşük oksit miktarlarıyla Met-Jet 2 metalleme sistemiyle üretilir. Bundan başka, kaplamalar basınçlı gerilmelerle kabarıp dökülme korkusu dışında uygulanmış olana izin veren kalın kaplamalardır. Met-Jet 2 metalleme sistemi ile genel marketlerin dizaynında ihtiyaç duyulduğunda karşılaşıyoruz. Sağlam yapılı ve kullanımı kolay ucuz bir sistemdir.

Met-Jet 2 sistemi tozları eritmez fakat sadece onları yumuşatır. Çünkü, Met-Jet 2 kaplamalarında düşük sıcaklıkta partiküllerin ve onların oturma zamanının çok kısa olduğunu, oksidasyon ve bozunmanın minimal düzeyde olduğu görülür.


Met-Jet 2 metalleme sistemi 4 ana kısımdan oluşur.

• Tabanca
• Kontrol ünitesi
• Toz besleme ünitesi
• Soğutma sistemi

Kapalamaların korozyon dayanıklılığı: Alaşımların korozyondan korunması bir dayanıklı bariyer tabaka ile sağlanır. Bu yüzden kapalama yoğunluğu çok önemlidir ve oksit tabakaları korozif ortam boyunca hareket edebilen yollar formunda tekrar edilir. Normal kaplamalar, kaplama içindeki penetrasyonu ve alaşımın uygun ayrışımını başaramamaktadırlar. Tablo 1.4 de tipik HVOF uygulamalarına örnekler verilmiştir.

2. Metalik Kaplamalar:

Ni, Co, Cu ya da demir esaslı alaşımın metalik kaplamaları yüksek hızlı alev püskürtme ile yapılmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda kullanmak için NiCr 19NbMo, NiCr22Mo9Nb ya da McrAlY alaşımları gibi malzemelerin onarım amacı ile daha kalın kaplamaları da yüksek hızlı alev püskürtme ile yapılır.

2.1. Isıl Püskürtmede Kullanılan Kaplama malzemeleri

Metallerin yüzeyindeki aşınmayı önlemekte kullanılan sert maden kaplama alaşımlarının 4 temel tipi vardır. 1) Ni esaslı alaşımlar 2) Kobalt esaslı alaşımlar 3) Tungsten karbür bileşikleri 4) Demir esaslı alaşımlar. Bu malzemeler çubuklar, teller veya tozlar olarak elde edilebilir.

2.1.1. Ni Esaslı Alaşımlar

Nikel bazlı alaşımlar, kobalt bazlı malzemeler ile genelde pekçok özelliklere sahiptirler. 5380C sıcak1ığında sertliğini kaybetmeyen Nikel, Kobalt gibi malzemeler, soğutulduğunda sıcaklık sınırını geçmez ise orjinal sertliğine geri dönecektir. Nikel, geniş bir plastik alana ve 10100C’den 10660C a kadar düşük bir ergime noktasına sahiptir. Nikel bazlı alaşım1ar, korozyon ile hem sıcak hem de soğuk abrazyona karşi üstün dirençli olarak hazırlanırlar. Nikel alüminyum gibi bazi nikel a1aşım1arı çok sert yüzeylere yapışacak ve yalnızca en küçük değerde yüzey hazırlama iş1emi gerektirecektir. Nikel a1aşım1arı, aynı zamanda oyma kusurlu yüzeylerin onarımı için
ideal malzemelerdir.

Ni-Cr-B-Si kendinden bağlayıcılı a1aşım1ardır. Alt tabakanın ıslanma yeteneğini arttıran Borsilikaltları o1uşturmak için tozlardaki yüzey oksitlerle düşük ergimeli ötektikler bir araya gelir. Bazı üreticiler, korozyon ve oyuklanma dayanımını arttırmak için Cu ve Mo eklerler. Bununla beraber, bakırın sıcak yırtılmaya neden olduğu bilinmektedir. Bu a1aşım1arın, abrezif ve adhesif aşınma dayanımı iyi, yüksek sıcaklıkta sertlik ve korozyon dayanımı Co esaslı a1aşım1ara göre daha azdır (Tablo 2.1,2,3,4).

2.1.2. Kobalt Esaslı alaşımlar

Kobalt esaslı alaşımlar, 8160C sıcaklıklarda sertliğini kaybetmez ve bu sıcaklıklar aşılmış olsa bile soğutulduğunda orjinal sertliğine geri döner. Kobalt, soğuk abrazyon, korozyon, sürtünme, oksidasyon ve çarpma aşınmasını içine alan pek çok uygulamalar için kullanılmaktadır. Bu alaşımlar, sıcak abrazyona gerekli direnç uygulamaları için olağanüstü iyidirler. Tablo 2.5 de kobalt esaslı ergitilmiş metalize kaplamalar için nominal bileşimler verilmiştir. Tablo 2.6 da Co bazlı alaşımların korozyon dayanımları verilmiştir.

Kaplama uygulamalarında kullanılan Co alaşımları, soğuma süresince kırılmaya eğilimlidirler. Bu problem metalin ön ısıtılması ile giderilebilir. Düşük sulanma özelliği olan plazma ark yöntemi ile düzenli olarak bu alaşımlar kaplanabilir. Tablo 2.7 de Co alaşımlarının uygulanabilecek püskürtme sistemleri belirtilmektedir.

3. Yüksek Sıcaklık ve Basınç Korozyon Testleri:

Çoğu iş çevresinin laboratuvar simülasyonu, malzemelerin korozyon direncini metalurjik, yapımsal ve çevresel değişkenlerin korozyona etkilerini saptamak amacıyla yapılan otoklav korozyon testlerine uygundur. Ticari ya da endüstriyel proseslerde bu gibi testlerin yaygınca olmasının nedeni çok yakından yeniden oluşmasıdır.

Bu sebeplerin birçoğu, toplam sistem basınç durumunu korozyon davranışlarının etkileriyle bağlı olması, farklı çözünebilir gazlı oluşturucuların kısmi basıncı ve sıcaklık gibi faktörlerdir. Tablo 3.1 bize bazı HT/HP ticari ilgi çevrelerini göstermektedir.

3.1. Basınçlı Korozyon Testleri

Şekil 3.1 de şematik olarak gösterildiği gibi HT/HP basit korozyon testleri; deliksiz, statik basınçlı test yatağı şeklinde yönetilir. Test kabı bir ergiyik ve ergiyiğin üzerinde bulunan buhar bölgesini içerir. Sıvı ve gaz fazlar, test sıcaklığı ile birlikte test kabındaki buhar basıncı oluşum miktarını saptarlar. Korozyon kuponları özel ilgi gerektiğinde, sulu faz, buhar fazı ya da faz arayüzeye bağlı konumda olabilir. Ayrıca, elektrokimyasal testler (lineer polarizasyon direnci) (LPR), eğri kuşak polarizasyonu ve devir polarizasyonu da yönetmek mümkün olabilir. Bu sebepten, basit statik test yatakları ile ikincil elektriksel geçiş besleyicisi, elektrokimyasal testlere gereksinen elektrotlarla bağdaştırılarak sıklıkla modifiye edilmesi gerekir.

3.2. Statik Testler

Basit HP/HT korozyon testlerinin statik durumlar altında yönetilmesidir. Çoğunlukla yalnız sıvı ortam kullanılır. Bununla birlikte bazı durumlarda malzemelerin çevresini kapsayan yüksek basınç hidrojen gazı, oksijen ya da diğer kimyasal ortamlar, geçimlilik çalışmalarında bulunduğu gibi, yalnız gaz fazının açılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Sulu korozyon içeren birçok konumda, su bazlı ergiyik içeren kalorit, karbonat, bikarbonat, alkali tuzlar, asit ve bunların farklı karışımları gibi değişken çözünürlükteki tuzlardır. Bazı durumlarda, basit bir test ortamında çoğunlukla bulunan birçok standart test metodundan ziyade amaç parçacık kullanım ortamlarını benzetmektir.

3.3. Çalkalama testleri

Statik korozyon testlerinde, test ortamındaki tek çalkalama formu ergiyiğin ısıtılmasıyla konveksiyonel üretilir. Bununla birlikte, eğer çeşitli sıvı fazları verildiyse ( sulu ya da sıvı hidrokarbon fazları ), tüm bilinen fazlarla korozyon test örneklerinin bağlantılı olduğu yerde zorunlu olarak sıksık karıştırma, cihazlarla kışkırma ya da test yataklarında karıştırma üretimi durumu olmalıdır. Özel manyetik ve mekanik karıştırıcılar hareketki akışkan faz karışımı üretiminde kullanılabilmek için hazırlanmıştır. Bazı durumlarda, sıvı ve gaz fazlarının her ikisinin kontak kurduğu yer korozyon prosesi için oldukça önemlidir, üretim sonuçlarını tasarlamada test yataklarını yavaşça döndürülmesi ya da çalkalama zorunlu olarak gerekebilir.

Manyetik veya mekanik karıştırma ekipmanları ayrıca çoğunlukla kullanılan dönen diskler ya da dönen silindir testleri gibi, test ortamlarında örnekler döndürülerek çalıştırılabilir. Hızın çalışmaya etkisi, test yataklarına deflektörleri yerleştirdiğimizde minimize edilmiş akışkan hareket ederken genellikle örneklerin döndürülmesi çok pratiktir. Bazı uygulamalar, yüksek sıcaklık ve basınç altında tekrarlanmak zorunda olan malzemelerin performansı, türbülans ya da yüksek hız akışı kritik faktördür. Test sistemleri 350 0C nin üzerinde basınçlı akan sistemi durumu gibi jet çarpma teknikleri kullanılır.

3.4. Canlandırma ve Yeniden Dolaşım Testleri

HP/HT testlerindeki korozif ortamın hacim sınırlaması, örnek yüzey alan oranlı çözelti hacmi gibi belirtilmesi zorunluluğu kritik bir faktördür. Çoğu zaman, bu oranın 30 ml/cm² nin altına düşmemesi avantajlı bir limittir. Herhangi bir sonuçta, korozyonla kabul edilemez yüksek seviyelerdeki metal iyon üretimi ile kirlenen çözelti ya da tüketimi önleyen kritik korozif alana dikkat edilecektir. Korozyon örnekleri ile güvenli kirletme ya da tüketme oranı için kaçınılmaz periyodik test zamanlarından sonra test unsurlarının periyodik değişikliklere gereksinimi olabilir.

HP/HT korozyon testlerinde kullanılan basınçlı sıvı faz yeniden doldurma sistemine bir örnek şekil 3.2 de verilmiştir. Dahil edilen sistemde test odacığı basınçlıyken, devamlı ya da periyodik akış vasıtasıyla sıvı ya da gaz fazları yenilenebilir.

Sonuç ve İrdeleme

Endüstride korozyon sık karşılaşılan bir olaydır. Bunun önüne geçebilmek için bazı metodlar denenmiştir. Bunlardan biri de ısısal püskürtme yöntemiyle uygulanan metalik kaplamalardır. Bu kaplamalar kullanıldığı ortama artı kullanılan kaplama malzemesine göre farklı korozyon dirençleri gösterirler. Korozyon dayanımını belirlemek ve uygun malzeme kullanmak amacıyla çeştli korozyon testleri yapılır. Bu testler bize kaplanan malzemenin servis ömrü ve tasarım uygunluğu hakkında bilgiler vermesi açısından son derece önemlidir.

__________________