Savunma sanayisinde kullanılan metal yüzeylerin kaplanmasında grafen tabanlı yöntemlerin geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of graphene-based methods in coating metal surfaces used in the defense industry
Yazar: VEYSEL YILDIZ
Danışman: PROF. DR. SERDAR KARAKURT
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kimyasal, Biyolojik, Radyolojik ve Nükleer Savunma Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Yaklaşık 200 yıllık bir geçmişe sahip olan metal kaplamacılığı son 15-20 yılda oldukça önemli hale gelmiştir. Metallerin kaplanması; korozyona karşı dirençli olabilmeleri, sürtünmeye karşı koyabilmeleri, çizilmemeleri ve daha uzun yıllar kullanılabilmeleri için yapılmaktadır. Mevcut bulunan birçok kaplamanın insan sağlığına önemli zararlarının olduğu bilinmektedir. Yüksek sıcaklıklarda yapılan kaplamalarda ise gaz çıkışı olduğu için solunum sistemine, atık suların kontrolsüz bir şekilde çevreye bırakılması ile hem doğaya hem de hayvanlara oldukça zararlıdır. Bu sorunların getirmiş olduğu risklerden dolayı zararı en az olan kaplama yöntemlerini bulmak için çalışmalar hızla devam etmektedir. Grafen ise bu alanda kullanılabilecek bir ürün olarak görülmektedir. 
Grafen, 2004 yılında keşfedilmiştir. Keşfiyle beraber bütün ilgiyi üstüne toplamayı başarmış bir maddedir. Grafen ile yapılan çalışmalar arasında metal kaplama sektörü de bulunmaktadır. Grafen 
seramik bir madde olduğu için kırılganlığı çok yüksektir. Bundan dolayı grafen tabanlı kompozit bir 
malzeme elde ederek kaplama yapmak mümkün olabilir. Sentezlenecek kompozit malzemenin kaplama 
sonrasında metallere; hidrofobiklik, homojenlik, yüksek sıcaklıklara dayanabilme, sürtünmeyi azaltma, çizilmelere ve darbelere karşı dayanıklı olması gibi özellikleri kazandırmış olması gerekmektedir. Sentezlenecek kompozit ürünümüz grafen tabanlı olacağı için grafenle etkileşime girebilecek özellikte olması gerekmektedir. Ayrıca savunma sanayisinde kullanılan metal malzemeler genellikle çelik alaşımlı malzemeler olduğu için bizim sentezleyeceğimiz kompozit ürünümüzün çelik yüzeyinde tutunabilmesi gereklidir. Metal yüzeylerin alışılmış olan kaplama metotlarının dışında bir kaplama yöntemiyle kaplanmış olması; akademik çalışmalarda, bu konudaki araştırmacıların artması, kolay uygulanabilir bir yöntem ile sanayide hızla kullanıma geçirilmesi gibi etkiler ortaya çıkabilecektir. 
Bu tez çalışmasında akımsız nikel kaplama banyosuna farklı konsantrasyonlarda grafen oksit 
ilavesi yaparak hem çelik hem de alüminyum malzemelere kaplama yapılmıştır. Yapılan bu çalışma 
akımsız kaplama tekniği ile yapıldığı için kaplama çözeltisinin temas ettiği her nokta kaplanmış 
olacaktır. Hazır olarak temin edilen 2 gr grafen oksit kullanılmıştır. Toplamda on tane birer litrelik kaplama banyosu hazırlanmıştır. Hazırlanan bu kaplama banyolarının kimyasalları da hazır halde alınmaktadır. Hazırlanan bu kaplama banyolarının beş tanesinde çelik malzeme beş tanesinde 
alüminyum malzeme kaplanmıştır. Bu on kaplama banyosunun iki tanesine hiç grafen oksit ilavesi 
yapılmamıştır. Çünkü grafen oksit ilavesi yapılan banyolarla arasındaki farklar görülmek istenmiştir.
Yapılan çalışmalar sonucunda, kaplama banyolarında grafen oksit miktarı arttıkça malzeme yüzeyinde pürüzlülüğün arttığı görülmüştür. Çelik malzemelerin grafen oksit bulunan banyolarda yapılan kaplamaları sonucunda paslanmalar meydana geldiği ve kaplamaların bozulduğu görülmüştür. Alüminyum malzemeler ise; grafen oksit miktarı fazla olan banyolarda süre düşürülerek kaplanmıştır. Fakat kaplamaların pürüzlü olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda grafen oksitin bu parametrelerde akımsız nikel kaplama banyosuna uygun olmadığı görülmüştür.

Abstract:
Metal coating, which has a history of approximately 200 years, has become quite important in 
the last 15-20 years. Coating of metals is done so that they can be resistant to corrosion, resist friction, not scratch and can be used for many years. It is known that many existing coatings have significant harms to human health. In coatings made at high temperatures, since there is gas release, it is very harmful to the respiratory system and to both nature and animals due to the uncontrolled release of wastewater into the environment. Due to the risks brought by these problems, studies are continuing rapidly to find coating methods that are least harmful. Graphene is seen as a product that can be used in this area.
Graphene was discovered in 2004. It is a substance that has managed to attract all the attention 
since its discovery. Among the studies conducted with graphene, there is also the metal coating sector. Since graphene is a ceramic material, it is very brittle. Therefore, it may be possible to obtain a graphene-based composite material and make a coating. The composite material to be synthesized must provide the metals with properties such as hydrophobicity, homogeneity, resistance to high temperatures, friction reduction, resistance to scratches and impacts after coating. Since our composite product to be synthesized will be graphene-based, it must be capable of interacting with graphene. In addition, since the metal materials used in the defense industry are generally steel alloy materials, our composite product that we will synthesize must be able to adhere to the steel surface. Coating metal surfaces with a coating method other than the usual coating methods may have effects such as increasing the number of researchers in this field in academic studies and rapidly putting it into use in the industry with an easily applicable method.
In this thesis, both steel and aluminum materials were coated by adding graphene oxide to the 
electroless nickel plating bath at different concentrations. Since this study was carried out with the electroless plating technique, every point that the plating solution touched would be coated. 2 grams of graphene oxide, which was supplied ready-made, was used. A total of ten one-liter plating baths were prepared. The chemicals for these prepared plating baths are also purchased ready-made. Steel material was coated in five of these prepared plating baths and aluminum material in five of them. No graphene oxide was added to two of these ten plating baths. Because the differences between the baths with graphene oxide were wanted to be seen.
As a result of the studies, it was observed that as the amount of graphene oxide in the coating 
baths increased, the roughness on the surface of the material increased. It was observed that as a result of the coating of steel materials in baths containing graphene oxide, rust occurred and the coatings deteriorated. Aluminum materials were coated in baths with a high amount of graphene oxide by reducing the time. However, it was observed that the coatings were rough. As a result of the studies, it was seen that graphene oxide was not suitable for the electroless nickel plating bath in these parameters.