Yerli bazaltlardan üretilen cam-seramik esaslı tozların plazma sprey kaplamalarda kullanılabilirliğinin araştırılması
The investigation of usage of glass-ceramic based powders produced from domestic basalts in plasma spray coatings
Yazar: GÜNHAN BAYRAK
Danışman: DOÇ. DR. ŞENOL YILMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Bazalt = Basalt ; Cam seramikler = Glass ceramics ; Kaplama = Coating ; Magmatik kayaçlar = Igneous rocks ; Plazma püskürtme = Plasma spraying

Özet:
Bu çalışmada, Konya yöresi bazaltı kullanılarak cam-seramik malzeme üretilmiş ve elde edilen kaplamaların yapısal ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. 53± 45 ? m boyutunda bazalt tozlar plazma sprey kaplama tekniği ile kaplanarak ani soğuma etkisiyle camlaştırılmıştır. Üretilen kaplamalar kontrollü kristallenme ısıl işlemiyle cam seramik kaplamalara dönüştürülmüştür. Elde edilen kaplamaların X ışınları difraksiyon analizi (XRD) ile amorf yapıda olduğu tespit edilmiştir. Kaplamalar, diferansiyel termal analiz (DTA) ölçümlerinden elde edilen sonuçlar yardımıyla, argon atmosferinde kristalizasyon ısıl işlemine tabi tutularak cam-seramik elde edilmiştir.DTA sonuçlarından faydalanılarak 800 °C, 900 °C ve 1000 °C sıcaklıklarda direkt ısıtma yöntemiyle kristalizasyon işlemleri yapılmış, sürenin kristallenmeye etkisini görmek amacıyla her bir sıcaklıkta 1-4 saat süre ile ısıl işlemler gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemelerinde kaplama-matris ara yüzeylerinde herhangi bir ayrılmanın olmadığı görülmüştür.XRD analizleri sonucunda cam-seramik kaplamaların, Ojit, Fe-diopsit, Anortit ve Andezin fazlarından oluştuğu tespit edilmiştir. Kristallenme miktarının % 36-97 arasında değişmektedir.Kinetik çalışmalardan kristallenme ve viskoz akış aktivasyon enerjileri 324 kJ mol-1 ve 364 kJ mol-1, olarak belirlenmiştir. Sertlik ve kırılma tokluğunun uygulanan ısıl işlem sıcaklık ve süresine bağlı olarak, 1009 Hv0.05 ? 1295 Hv0.05 ve 2.2 MPa.m1/2-3.8 MPa.m1/2 değerleri arasında değiştiği saptanmıştır. Aşınma deneylerinde uygulanan yük ve hızın artışına bağlı olarak aşınma hızının arttığı belirlenmiştir.Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, bazaltların plazma sprey kaplama yöntemiyle kaplanabileceğini ve ısıl işlemle kristallendirilerek cam-seramik kaplamaların elde edilebileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this study we aimed to determine structural and mechanical properties of basalt provided from Konya source, glass-ceramics were produced and coated on AISI 1040 steel substrate by plasma spray technique. Basalt powders with size of ? 53 + 45 µm coated on steel substrate amorphous ceramic was manufactured by sudden cooling. The coatings obtained were transformed into glass ceramics by controlled heat treatment. The amorphous structure of coatings was verified by XRD analysis. Glass-ceramics using DTA analysis results by exposed to crystallization heat treatment in argon atmosphere were obtained.Using DTA results crystallization treatments were performed at 800, 900 and 1000 °C by direct heating method and to see effect of heat treatment every heat treatment was performed for 1-4 hours.Augite, ferrian-diopsite, anorthite and andesine phases formed in coating were verified by XRD analysis. The degree of crystallinity of the glass-based basalt coating has changed between 36 % and 97 %.Crystallization and viscous flow activation energies of the glass coating were determined as 324 kj mol-1 and 364 kj mol-1. The hardness basalt-based glass-ceramic coatings were changing between 1009 HV0.05 and 1295 HV0.05. The fracture toughness of the coating layers ranged from 2.2 MPa m1/2 to 3.8 MPa m1/2. Wear tests of the coatings revealed that depending on increase in velocity and load the wear rate increased.In the present study, results obtained from the studies showed that basalt was able to use for glass-ceramic coating by means of plasma spray coating treatment and controlled crystallization heat treatment.