Termal sprey kaplamalar, yüzeylere üstün performans özellikleri kazandırmak için kullanılan gelişmiş bir tekniktir. Bu kaplamalar, çeşitli endüstrilerde (havacılık, enerji, otomotiv, medikal vb.) aşınma, korozyon, ısı ve erozyon gibi etkilere karşı koruma sağlamak veya belirli fonksiyonel özellikler (termal bariyer, elektriksel iletkenlik/yalıtım) kazandırmak amacıyla uygulanır. Termal sprey prosesinde, özel olarak formüle edilmiş tozların yüksek sıcaklıkta eritilerek veya yarı erimiş halde bir substrat üzerine püskürtülmesi esastır. Bu sürecin başarısında, kullanılan toz parametreleri kritik bir rol oynar. Doğru toz seçimi ve parametrelerin optimize edilmesi, kaplamanın kalitesini, performansını ve maliyet etkinliğini doğrudan etkiler.
Termal sprey kaplama kalitesini etkileyen başlıca toz parametreleri şunlardır:
Kimyasal Bileşim: Tozun içerdiği elementler ve bunların oranları, nihai kaplamanın mekanik, termal ve kimyasal özelliklerini belirler. Örneğin, seramik tozları (Zirkonya, Alümina) genellikle termal bariyer kaplamaları için kullanılırken, metalik alaşımlar (NiCr, CoCr) aşınma ve korozyon direncini artırmak için tercih edilir. Kaplamanın uygulanacağı ortamın gereksinimlerine göre doğru bileşime sahip toz seçimi esastır.
Parçacık Boyut Dağılımı (PSD): Toz parçacıklarının boyutları ve bu boyutların dağılımı, sprey prosesindeki davranışlarını (ısınma, ivmelenme) ve substrat üzerindeki birikimini büyük ölçüde etkiler.
İdeal Boyut Aralığı: Genellikle 5-100 mikron arasında değişen boyutlar tercih edilir. Çok ince tozlar nozülde tıkanmalara neden olabilirken, çok büyük tozlar tam eriyemeyebilir veya düzensiz bir kaplama oluşturabilir.
Dar PSD: Homojen bir kaplama kalitesi için daha dar bir boyut dağılımı istenir. Geniş bir dağılım, farklı boyutlardaki parçacıkların farklı hızlarda ve sıcaklıklarda birikmesine yol açarak kaplama içinde homojensizliklere neden olabilir.
Parçacık Morfolojisi (Şekli): Toz parçacıklarının şekli, akışkanlıklarını, yığılma yoğunluklarını ve erime davranışlarını etkiler.
Küresel (Sferik) Tozlar: Genellikle atomizasyon ile üretilir ve iyi akışkanlık, yüksek yığılma yoğunluğu ve homojen ısınma özellikleri sunar. Plazma sprey gibi bazı prosesler için idealdir.
Düzensiz/Açısal Tozlar: Daha düşük akışkanlığa sahip olabilirler ancak bazı durumlarda mekanik kilitleme yoluyla daha iyi bağ mukavemeti sağlayabilirler.
Akışkanlık (Flowability): Tozun besleme sisteminde ne kadar kolay aktığını ifade eder. İyi akışkanlık, toz besleyiciye sorunsuz ve sürekli bir akış sağlayarak kararlı bir kaplama prosesi için kritik öneme sahiptir. Düşük nem içeriği, küresel şekil ve geniş boyut aralığı iyi akışkanlığı destekler.
Yığılma Yoğunluğu (Apparent Density/Bulk Density): Belirli bir hacme sığabilen tozun kütlesidir. Yüksek yığılma yoğunluğu, aynı hacimde daha fazla malzeme işlenebileceği anlamına gelir, bu da proses verimliliğini artırır. Ayrıca, toz parçacıklarının ne kadar iyi paketlendiğini gösterir ve kaplamanın yoğunluğunu dolaylı olarak etkiler.
Saflık ve Kontaminasyon: Tozun içinde istenmeyen elementlerin veya kirliliklerin bulunması, kaplamanın performansını olumsuz etkileyebilir. Özellikle hassas uygulamalarda (medikal implantlar, yarı iletkenler) yüksek saflıkta tozlar gereklidir.
Nem İçeriği: Toz içinde bulunan nem, akışkanlığı azaltabilir, topaklanmaya neden olabilir ve bazı durumlarda sprey prosesi sırasında (örn. hidrojen gevrekleşmesi) sorunlara yol açabilir. Bu nedenle, tozlar genellikle kullanımdan önce kurutulur.
Termal Özellikler (Erime Noktası, Özgül Isı): Tozun erime noktası, sprey prosesinde uygulanacak enerji miktarını belirler. Düşük erime noktasına sahip tozlar daha kolay eritilebilirken, yüksek erime noktalı malzemeler daha yüksek enerji girdisi gerektirir. Özgül ısı, tozun ısınma davranışını etkiler.
Sertlik: Özellikle aşınma direnci kaplamaları için önemli bir parametredir. Tozun sertliği, kaplamanın aşınma performansını doğrudan etkiler.
Termal sprey kaplamalarda en iyi sonuçları elde etmek için toz parametrelerinin proses parametreleriyle (örneğin, sprey tabancası gücü, besleme hızı, sprey mesafesi, taşıyıcı gaz debisi) birlikte optimize edilmesi gerekir. Örneğin:
Daha ince tozlar genellikle daha düşük besleme hızları ve daha kısa sprey mesafeleri gerektirebilirken, daha büyük tozlar için daha yüksek enerji ve daha uzun mesafeler gerekebilir.
Yüksek akışkanlığa sahip tozlar, daha yüksek besleme hızlarında dahi kararlı bir besleme sağlayabilir.
Her sprey teknolojisi (plazma sprey, HVOF, ark spreyi vb.) farklı toz parametreleri aralıklarında daha verimli çalışır.
Termal sprey kaplamaların kalitesi, maliyeti ve performansı, kullanılan tozların özelliklerine doğrudan bağlıdır. Kimyasal bileşim, parçacık boyutu dağılımı, morfoloji, akışkanlık ve yığılma yoğunluğu gibi temel parametreler, kaplama sürecinin ve nihai ürünün başarısında kilit rol oynar. Bu parametrelerin dikkatli bir şekilde seçilmesi, ölçülmesi ve proses koşullarıyla uyumlu hale getirilmesi, termal sprey teknolojisinin sunduğu avantajlardan tam olarak faydalanmayı sağlar.
