Akışkan yatak reaktörde helikopter transmisyon tork şaftına poliamid kaplama uygulaması ve kaplamanın karakterizasyonu
Application of polyamide coating to helicopter transmission torque shaft in a fludized bed reactor and coating characterization
Yazar: SELİM KEVRAN
Danışman: PROF. DR. ATİLLA MİRATİ MURATHAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Havacılıkta kullanılan parçaların bir çoğu yurtdışından tedarik edilen yüksek maliyetli parçalardır. Bu parçaların tedarik maliyetlerinin yanısıra bakım, onarım ve yenileştirme maliyetleri oldukça yüksektir. Bu tez çalışmasında helikopter torkmetre şaftına poliamid kaplamanın uygulanabilirliği araştırılmıştır. Poliamid-11 kaplamanın uygulanması için iki farklı boyutta akışkan yatak reaktör tasarlanarak imal edimiştir. Akışkan yatak reaktörde yatak boşluk kesri, akışkanlaşma hızları, basınç düşmesi değeri gibi akışkanlaşma prosesine ait parametreler hesaplanmıştır. Torkmetre şaft için fırında gerekli değişiklikler yapılmış ve kaplama için gerekli maskeleme aparatları imal edilmiştir. Aynı zamanda şaftın üç boyutlu çizimleri SolidWorks programıyla yapılarak ANSYS programında termal analiz uygulanmıştır. Parçanın 2 saat boyunca yapılan analiz sonunda en yüksek 193 °C'ye sıcaklığa ulaştığı görülmüştür. Poliamid kaplama ve kaplama öncesi metal yüzeye uygulanan astarın termal özelliklerinin belirlenmesi amacıyla Termogravimetrik Analiz Cihazı (TGA) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ile termal analizler yapılmıştır. DSC analizlerinden polimerin camsı geçiş sıcaklığının 46 ºC, erime sıcaklığının ise 186 ºC olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca astarın DSC spektrumundan içerisinde yaklaşık kütlece % 50  su bulunduğu tespit edilmiştir. TGA analizlerinden polimer ve astarın bozunma sıcaklıkları sırasıyla 415 ºC ve 395 ºC olarak bulunmuştur.  Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrometre (FTIR) cihazıyla poliamid-11 ve astarın yapısında bulunan bağ yapıları belirlenmiştir. Polimerik kaplamanın yüzey morfolojisinin incelenmesi amacıyla kaplama yüzeyinden 10 µm2  yüzey alanı Atomik Kuvvet Mikroskobuyla (AFM) taranmış ve ortalama yüzey pürüzlülüğü 0,148 µm olarak tespit edilmiştir. Astar-polimer ve metal-astar arayüzeylerinde kaplamanın yapışma durumunun belirlenmesi amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobuyla (SEM) farklı büyütme oranlarında görüntüler elde edilmiştir. Polimerik kaplamanın korozyon dayanımının belirlenmesi amacıyla Al-2024 ve St-37 çelik plakalar farklı kalınlıklarda poliamid-11 ile kaplanmıştır. Plakalara 360 saat ve 720 saat boyunca tuz püskürtme testi uygulanmış ve herhangi bir korozyon görülmediği tespit edilmiştir. Ayrıca polimerik kaplamanın sıcak yağ dayanımı da test edilmiştir. Mekanik aksamlarda kullanılan parçalara bu kaplamanın uygulanabilirliğinin belirlenmesi amacıyla poliamid kaplamanın mekanik dayanım testleri yapılarak sonuçların iyi seviyede olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Most of the parts used in aviation industry are procured from abroad and they are high priced parts. Besides the procurement cost overhaul, maintenance and modernization costs are also very high. In this thesis, the applicability of polyamide coating to helicopter torque shaft was investigated. For the application of  polyamide-11 coating, two different sized fluidized bed reactor were designed and manufactured. For fluidized bed reactor, some fluidization parameters such as bed void fraction, fluidization velocities and  pressure drop value were calculated. The oven was modified for heating torque shaft and for coating process masking parts were manufactured. In addition, the 3D drawing was made by using Solid Works and thermal analysis was carried out with ANSYS program. After 2 hours thermal analysis, the shaft reached to maximum 193 ºC. To determine the thermal properties of polyamide coating and primer that applied before polymer coating on metal surface, thermal analyses were performed with Thermogravimetric Analysis and Differential Scanning Calorimeter. Glass transition temperature and melting temperatures of polymer were found as 46 ºC and 186 ºC respectively from DSC spectrum. Furthermore, it was obvious that primer contains 50 % percent by weight water. Decomposition temperatures of polymer and primer were found 415 ºC and 395 ºC  respectively with TGA analyses. The molecular bonds of polyamide-11 coating and primer were characterized by FTIR spectrometer. To examine the polymeric coating, surface morphology 10 µm2 surface area was scanned by Atomic Force Microscope and average surface roughness value was found as 0,148 µm. The images of primer- polymer and primer-metal interfaces at different magnification ratios were obtained by Scanning Electron Microscope (SEM) to evaluate the adhesion of coating to interfaces. To identify the corrosion resistance of polymeric coating, Al-2024 and St-37 test plates were coated with different coating thickness. After 360 and 720 hour salt spray test any corrosion defect and failure was not observed. To determine the applicability of coating to dynamic mechanical parts, some mechanical strength tests were performed and it was observed that coating mechanical test results were fine.