Grafen takviyeli kompozit kaplamaların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the physical and chemical properties of graphene reinforced composite coatings
Yazar: TAHA AKBULAT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÖNLER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Grafen = Graphene ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Kompozitler = Composites ; Korozyon = Corrosion ; Sertlik = Hardness ; Temas açısı = Contact angle

Özet:
Grafen, karbon atomlarının, sp2 hibritleşmesi sonucu oluşan iki boyutlu, bir atom kalınlığında ve bal peteği formundaki halidir. Sağladığı üstün mekanik özellikleri, kimyasal özellikleri, yüksek elastisite modülü, oda sıcaklığında yüksek elektron hareketi gibi özelliklerinden dolayı, otomotiv, denizcilik, elektronik vb. birçok alanda tercih edilmektedir.
Bu çalışmada, otomotiv sektöründe gerçekleştirilen çok katmanlı kaplama metodu kullanılarak farklı katmanlara katkılanan indirgenmiş grafen oksidin korozyon direncine, temas açısına ve sertliğe nasıl etki ettiği incelenmiştir. Altlık olarak tercih edilen düşük karbonlu çelik, sırasıyla, elektro galvaniz kaplama, kimyasal dönüşüm kaplama, primer astar kaplama ve son katman olarak Poliamid 12 (PA12) ile kaplanmıştır. Grafen katkısının farklı katmanlardaki performansının belirlenmesi amacıyla takviyelendirme işlemi primer astar katmanında bir oran ve PA12 katmanlarında dört farklı oranda hazırlanan dispersiyonlar ile gerçekleştirilmiştir.
Kaplanmış numunelerin tabaka kalınlıkları ve iç yapıları SEM analizi ile incelendi. Hazırlanan numuneler korozyon dayanımı için potansiyo-dinamik testine, sertlik için Shore sertlik testine ve suya karşı gösterdiği davranışı görmek için temas açısı testine tabi tutuldu. Bu testler neticesinde korozyon ölçümleri astar katmanında gerçekleştirildi ve grafen oksit katkılandırılmış astardan katkılandırılmamış haline göre yaklaşık 15 katlık bir korozyon dayanım artışı elde edilmiştir. Sertlik testlerinde Shore testi gerçekleştirilmiştir ve ölçülen değerler grafen oksidin son katmanda katkılandırılmasının sertlik değerini azalttığı yönünde olmuştur. Bu düşüş maksimum %6,5 iken minimum %2,5 olarak ölçüldü. Gerçekleştirilen bir diğer test olan temas açısı testinde, astar katmanı ile kıyaslandığı takdirde, grafen katkılandırmak hidrofobik özelliği arttırırken son katman olan PA12 katmanında kıyaslandığında grafen katkılandırmanın hidrofilik özelliği arttırdığı sonucu elde edilmiştir.

Abstract:
Graphene is a two-dimensional, one-atom-thick honeycomb form formed as a result of sp2 hybridization of carbon atoms. It is preferred in many fields such as automotive, marine, electronics, due to its superior mechanical properties, chemical properties, high Young's modulus, high electron movement at room temperature.
In this study, the effects of reduced graphene oxide added to different layers on corrosion resistance, contact angle and hardness were investigated using the multi-layer coating method carried out in the automotive industry. Low carbon steel, which is preferred as the substrate, is coated with electro galvanized coating, chemical conversion coating, primary primer coating and Polyamide 12 (PA12) as the last layer, respectively. In order to determine the performance of the graphene additive in different layers, the reinforcement process was carried out with dispersions prepared in one ratio in the primary primer layer and four different ratios in the PA12 layers.
Layer thicknesses and internal structures of the coated samples were examined by SEM analysis. Prepared samples were subjected to potentiodynamic test for corrosion resistance, Shore hardness test for hardness and contact angle test to see its behavior against water. As a result of these tests, corrosion measurements were carried out on the primer layer and approximately 15 times better corrosion resistance was obtained from the graphene oxide doped primer compared to the undoped version. Shore test was performed in the hardness tests and the measured values were that the doping of graphene oxide in the last layer reduces the hardness value. This decrease was measured as a maximum of 6,5% and a minimum of 2,5%. In another test performed, the contact angle test, it was concluded that while graphene doping increased the hydrophobic property when compared to the primer layer, when compared to the last layer, PA12 layer, graphene reinforcing increased the hydrophilic property.