Düşük basınçlı döküm kalıpları için poteyaj uygulamasına alternatif termal sprey yöntemleri ile termal bariyer kaplama uygulaması

Abstract

Alüminyum alaşımlarının düşük basınçlı dökümünde proses performansını artırmak amacıyla uzun yıllardır döküm kalıplarına kaplama uygulanmaktadır. Özellikle düşük basınçlı döküm veya gravite döküm proseslerinde kalıp boşluğunun dolumu yüksek basınçlı döküm proseslerine göre kısmen daha fazla zaman almaktadır. Erken katılaşmayı engellemek amacıyla metalik kalıp yüzeylerinde termal yalıtım görevi sağlayan kaplamalar kullanılmaktadır. Poroziteli olan bu kaplamalar hem termal bariyer görevi yapmakta hemde sıvı metalin erozif aşınma ve korozif etkilerine kaşrı kalıbı korumaktadır. Ancak bu ticari kullanılan kalıp kaplamaların zayıf mekanik dayanımı ve aşınma direnci proses sürecinde önemli oranda bakım ve tamir maliyetlerine neden olmaktadır. Bu durum gerek üretimi hızını ve verimliliğini engellemekte, birkaç vardiya içerisinde üretim duruşlarına yol açmaktadır. Kaplamanın aşınması ve kesit kalınlığının azalması nedeniyle ısı transferi değişimi söz konusu olmakta, bunun sonucunda katılaşma hızının değişimi döküm ürününde de mikroyapısal değişikliklere dökümde gözenek oranında artışa neden olmaktadır. Döküm prosesinin verimliliğini artırmak amacıyla uzun ömürlü ve dayanıklı kaplamalara ihtiyaç duyulmaktadır. Kaplamaların dayanımı çoğunlukla yapışma mukavemetine ve aşınma direncine bağlıdır. Yapışma dayanımını artırmak amacıyla termal sprey kaplama teknikleri düşünülmüştür. Bu tez çalışmasında MgO ile stabilize zirkonya esaslı ve polimer-parçacık katkılı kaplamaların alev ve/veya plazma sprey yöntemleri ile üretimi ve kaplama performansı araştırılmıştır. Kaplamaların kompozisyonuna ve üretim yöntemine bağlı olarak mekanik özellikleri, yüzey özellikleri ve uygulanabilirliği teknik ve ekonomik açıdan karşılaştırmalı olarak karakterize edilmiş ve incelenmiştir.

Die coatings have been used for low pressure die casting of aluminium alloys for improved process performance for many decades. Essentially during low pressure and gravity die casting, the die cavity takes longer time to fill in compared with high pressure die casting, and as a result to prevent premature solidification of the casting alloy a thermal insulating coating is applied to the metallic die surface. The porous coating provides good thermal insulation and also provides protection from erosion and corrosion from contact with molten metal. However, these coatings are fragile and the wear properties are poor, requiring frequent costly and often in-situ maintenance to maintain the coating in service. These coating have a relatively short service life and production is frequently interrupted to replace the die coat after only afew shifts. In addition, maintaining cast product quality is difficult because as the die coating wears and reduces in thickness, the heat transfer alters changing the solidifying pattern of the aluminium alloy and porosity position. To improve productivity and reduce the production costs there was a need to develop a durable insulating die coat for low pressure die casting. Durability of a die coat is largely dependent on the bond strength and wear resistance. To achieve stronger bonding, thermal spraying techniques were considered. In this thesis project the new developed coatings performance for thermal sprayed (APS, Flame spray) MgO stabilized ZrO2 with polymer and BN particle reinforced coatings were investigated. The microstructure, surface and mechanical properties of the coatings are characterized and their appliciability is investigated and also compared by technically and economically depend on composition and spray method.