Bakır Kalay (Bronz, Cu:80-Sn:20) Alaşım Sol-Jel kaplama Nasıl Yapılır?

Sol-jel kaplama, bronz alaşım mikron tozlarının yüzeylere uygulanarak korozyon direnci, aşınma dayanıklılığı ve termal stabilite gibi özellikleri artırmak için kullanılan ileri bir yöntemdir. Aşağıda, bu işlemin detaylı adımları açıklanmıştır:

1. Malzeme ve Yüzey Hazırlığı
   • Bronz Mikron Toz Hazırlığı: Cu:80-Sn:20 oranındaki bakır-kalay (bronz) alaşım mikron tozunu temin edin. Tozun tane boyutu genellikle 1-10 mikron arasında olmalıdır. Tozun yüzeyinde oksidasyon veya kirlenme olmaması için aseton veya etanol ile temizleyin ve ardından kurutun.
   • Substrat Temizliği: Kaplama yapılacak yüzey (örneğin çelik, alüminyum veya seramik bir substrat) yağ, pas ve diğer kirleticilerden arındırılmalıdır. Bu işlem için yüzeyi sırasıyla aseton, etanol ve deiyonize su ile ultrasonik banyoda temizleyin. Yüzeyi kuruttuktan sonra, yüzey aktif hale getirilmesi için hafif bir asitle (örneğin seyreltik HNO³) aşındırabilirsiniz.
2. Sol Çözeltisinin Hazırlanması
   • Öncü Seçimi: Sol-jel kaplama için genellikle silika bazlı tetraetil ortosilikat (TEOS) veya titanyum bazlı titanyum izopropoksit (TTIP) kullanılır. Örneğin, TEOS kullanıyorsanız, 1 mol TEOS’a 2-4 mol su ve 0.01-0.1 mol katalizör (genellikle HCl veya HNO³) oranında bir karışım hazırlayın.
   • Hidroliz ve Kondenzasyon: TEOS’u etanol ile seyreltin (örneğin 1:4 oranında). Ardından deiyonize su ve asit katalizörünü damla damla ekleyerek karışımı 30-60 dakika boyunca manyetik karıştırıcıda (300-500 rpm) karıştırın. Bu süreçte hidroliz ve kondenzasyon reaksiyonları gerçekleşir, böylece sıvı bir sol çözeltisi elde edilir. Çözelti berrak ve homojen olmalıdır.
3. Bronz Mikron Tozun Çözeltiye Eklenmesi
   • Hazırlanan sol çözeltisine bronz mikron tozunu yavaşça ekleyin. Tozun çözelti içinde aglomerasyon yapmasını önlemek için çözeltiye toz eklenirken sürekli karıştırın. Oran olarak, çözelti hacminin %5-10’u kadar bronz tozu ekleyebilirsiniz (örneğin 100 mL çözeltiye 5-10 g toz).
   • Homojenizasyon: Karışımı 15-30 dakika boyunca ultrasonik banyoda (40-60 kHz frekansta) işleme tabi tutun. Bu, tozun çözelti içinde eşit dağılmasını sağlar ve kaplamanın homojenliğini artırır.
4. Kaplamanın Uygulanması
   • Yöntem Seçimi: Sol-jel kaplama için iki yaygın yöntem vardır:
     • Dip Kaplama (Daldırma Kaplama): Substratı hazırlanan çözeltiye daldırın ve yavaşça (1-5 mm/s hızında) çekin. Bu yöntem ince ve homojen bir kaplama sağlar.
     • Spin Kaplama (Dönüş Kaplama): Substratı bir spin coater’a yerleştirin ve çözeltiyi yüzeye damlatın. 1000-3000 rpm hızda 30-60 saniye döndürerek kaplamayı uygulayın.
   • Katman Sayısı: Tek katman genellikle 100-500 nm kalınlık sağlar. Daha kalın bir kaplama için işlemi 2-3 kez tekrarlayabilirsiniz, ancak her katmandan sonra ara kurutma yapmalısınız.
5. Kurutma ve Isıl İşlem
   • Ara Kurutma: Kaplanmış substratı oda sıcaklığında (25°C) 1-2 saat bekletin, ardından 60-80°C’de 30 dakika fırında kurutun. Bu, çözeltideki solventin buharlaşmasını sağlar.
   • Sinterleme: Kaplamayı stabilize etmek ve mekanik dayanıklılığı artırmak için substratı 100-500°C arasında (malzemenin türüne bağlı olarak) 1-2 saat ısıl işlem yapın. Örneğin, silika bazlı kaplamalar için 300-400°C uygun olabilir. Isıl işlem sırasında sıcaklığı kademeli olarak artırın (5°C/dakika) ve aynı şekilde soğutun, böylece termal şok kaynaklı çatlaklar önlenir.
6. Kaplama Kalitesinin Kontrolü
   • Kalınlık ve Yüzey Analizi: Kaplamanın kalınlığını bir profilometre veya SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile ölçün. Tipik olarak sol-jel kaplamalar 100 nm ile 1 µm arasında kalınlık sağlar.
   • Aderans Testi: Kaplamanın yüzeye tutunmasını test etmek için çapraz çizik testi (cross-hatch test) yapabilirsiniz.
   • Kimyasal ve Mekanik Özellikler: Kaplamanın korozyon direncini tuz püskürtme testiyle, aşınma direncini ise taber abraser testiyle değerlendirin. Ayrıca, XRD (X-Işını Kırınımı) ve FTIR (Fourier Dönüşüm Kızılötesi Spektroskopisi) ile kaplamanın kimyasal yapısını analiz edin.
7. Son İşlemler ve Optimizasyon
   • Eğer kaplamada gözenekler veya düzensizlikler varsa, sol çözeltisine yüzey aktif maddeler (örneğin PEG) ekleyerek gözenekliliği azaltabilirsiniz.
   • Kaplamanın hidrofobik özelliklerini artırmak için son katman olarak florosilan gibi hidrofobik ajanlar uygulayabilirsiniz.
   • Gerekirse, kaplamayı daha dayanıklı hale getirmek için ikinci bir sol-jel katmanı (örneğin ZrO² bazlı) ekleyebilirsiniz.

Bu yöntemle, bronz mikron toz içeren sol-jel kaplama, endüstriyel uygulamalarda yüksek korozyon direnci ve estetik bir yüzey sağlayabilir. Özellikle denizcilik, otomotiv ve dekoratif kaplama alanlarında tercih edilir.