HVOF

1. HVOF Yüksek Hızlı Oksi– Yakıt Yrd.Doç.Dr.Yıldız Yaralı ÖZBEK

2. Yüksek Hızlı Oksi – Yakıt Yüksek basınçlı, su soğutmalı yanma odası ve uzun tip nozuldan oluşan sistem: Yakıt (kerosen, asetilen, propilen, Hidrojen) ve Oksijen, yanma odasına gönderilerek yüksek sıcaklıkta yüksek basınçlı bir alev elde edilir. Bu alev, hızı artarak nozuldan çıkar ve beslenen tozları ergiterek altlık yüzeyine yapışmalarını sağlar. Bu yöntemde toz besleme; yanma odasına yüksek basınç altında ve paralel; veya basıncın düşük olduğu nozul uç kısmına yakın bir bölgeye olmak üzere 2 şekilde yapılabilir.

3. Yüksek Hızlı Oksi – Yakıt 2. Bir başka metotta ise, daha basit bir yanma nozulu ve hava başlığı kullanılır. Gaz halindeki yakıt ve Oksijen yüksek basınçla sisteme verilir, yanma nozulun dışında, sıkıştırılmış havanın bulunduğu başlığın içinde gerçekleşir. Sıkıştırılmış hava; yanmayla oluşan alevi yönlendirir ve yüksek hızla dışarı çıkmasını sağlar, ayrıca HVOF tabancasını soğutma görevini görür. Tozlar ise nozulun merkezinden itibaren eksene paralel ve yüksek basınçla beslenir.

4. HVOF : High VelocityOxi-Fuel /CoatingsSystem : Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt Sprey Kaplama Termal sprey ailesinin en yeni üyesi olan HVOF, 1980’li yıllarda James Browning tarafından ABD’de geliştirilmiş daha sonra geliştirilen yöntem kendi başına kaplama yöntemi olarak kabul edilmiştir. HVOF, temel olarak alev sprey prosesinin geliştirilmiş bir versiyonu olarak tanımlanabilir. HVOF, yanma yüksek basınç altında oksijen-yakıt karışımının yanmasıyla gerçekleşir. Bu gaz akışında nisbeten ince boyutlu tozların beslendiği sürekli bir yanma meydana gelir. ).

5. Prosseste yanma gazları bir yanma hücresinde gerçekleşir, yanma gazlarının basınçları 6 ila 10 bar arasında olabilir. Yanma sonrası, açığa çıkan gazların hızı 2000 m/sn ye ulaşabilir. • Püskürtülen partikül hızı, tane boyut dağılımı ve yoğunluğa bağlı olarak 500-700 m/sn arasında değişebilir. • Gazın nozulu terk etmesi sırasında, süpersonik hıza ulaşıldığından, nozul ucunda elmas kristalleri gözlenir. Bu gaz sıkışmasından meydana gelen düğüm noktalarına Mack düğümleri denir (shockdiamand

6. HVOF’da, optimum püskürtme mesafesi, püskürtme tabancasına ve diğer püskürtme materyallerine bağlı olmakla birlikte 220-380 mm arasında değişmektedir. Minimum püskürtme mesafesi,her zaman tanelerin yeterli oranda ısınmasını ve yeterli püskürtme miktarını sağlamaz.bu da kaplamadaki bileşenlerin yeterli olmayan sıcaklıktaki püskürtülme riskini artırır.

7. Maksimum püskürtme mesafesi, bileşenlerin maksimum ısıtma süresi sonucunu çıkarırı.Ancak bu her zaman bileşenlerin maksimum sıcaklıkta olduğu ve püskürtme oranın maksimum olduğu anlamına gelmemektedir. • Optimum püskürtme durumunun kararlaştırılması, kaplama kalınlığının ölçülmesi, aynı metodun farklı şartlarda gerçekleştirilmesi ve spray tabancasının geçiş sayısına ve püskürtme hızına bağlıdır.

8. HVOF YÜKSEK HIZLI OKSİ YAKIT SPREY Prosesin en büyük özelliği ses hızının üzerinde uçuş hızı Ses hızının üzerinde uçuş hızı M> Süpersonik uçuş M>5 süpersonik üzeri uçuş

13. HVOF KAPLAMA TOZLARI HVOF sprey yönteminde kullanılan kaplama tozları genellikle +22-5  veya -45+11 tane boyut aralığına sahip, karbür esaslı malzemelerden üretilmiş tozlardır.

14. HVOF Sisteminde Kullanılan Gazların Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

15. HVOF Tabancaları Gazlı Sistem; Hidrojenli (H2) Asetilen Propan 100 kW’lık güç Kerosenli Sistem H2 Asetilen Propan 100 kW’lık güç

17. Kerosenli HP-HVOF

19. HVOF sprayedMCrAlYcoating at a magnification of 100x and 200x in the unetchedcondition.

20. MCrAlY (HVOF ile püskürtülmüş) HVOF cermetcoating WC-Co (88/12)

23. HVOF kaplama teknolojisi, bir çok alt grup jenerasyondan oluşan kaplama Tabancalarının geliştirilmesiyle bugünkü duruma gelmiştir. Aşağıda teknolojinin Kilometre taşları olan tabancalar verilmiştir. Yakıt (Sıvı/Gaz) +Oksijen+Azot→Su+Karbondioksit+Azot+Isı Propan/H2/Keroson+O2+N2 → H2O+CO2+N2+ Isı

25. Gazla çalışan bir HVOF tabancası Sıvı yakıtla çalışan bir HVOF tabancası

26. HVOF KAPLAMA TOZLARI HVOF sprey yönteminde kullanılan kaplama tozları genellikle +22-5  veya -45+11 tane boyut aralığına sahip, karbür esaslı malzemelerden üretilmiş tozlardır. Kaplama Malzemeleri: WC, TiC, CrxCy, karbür-metal alaşımları WC-Co, WC-NiCr mükemmel aşınma ve korozyon dayanımı WC-Co Halk tabiriyle elmas kaplama

28. Manuel’den…

29. Barajlarda kullanılan bir jeneratör türbininin HVOF ile kaplanması

30. tel çekme endüstrisinde ve demir çelik endüstrisinde kullanılan kaplanmış silindirler

36. 3. HVOF’un Avantajları ve Dezavantajları HVOF ile üretilen kaplamalar genellikle D–Gunile üretilenlere benzer: Yüksek yoğunlukta, güçlü ve işlem sonrası düşük gerilime sahip; bu sayede diğer TS prosesleriyle üretilenlerden daha kalın ve kaliteli kaplamalardır. HVOF kaplamalar, en yüksek yoğunluk ve dayanımın istendiği durumlarda ve diğer TS yöntemleriyle elde edilemeyecek özelliklerin sağlanması amacıyla kullanılırlar.

37. HVOF’un Avantajları ve Dezavantajları Kaplama malzemesini teşkil eden toz partikülleri, sahip oldukları yüksek kinetik enerji sebebiyle tamamen ergitilmeden yüzeye çarptırılabilir. Bu durum, Karbid–Sermet esaslı kaplamaların üretiminde kuşkusuz büyük bir avantajdır ve HVOF TS prosesinin üstünlüğünün bir kanıtıdır. HVOF’un diğer avantajları ise şunlardır:

38. HVOF’un Avantajları ve Dezavantajları • Yüksek bağ kuvveti (83 Mpa - 12000 psi) • Yüksek yoğunluk, düşük porozite, düşük oksit içeriği • Yüksek sertlik değerleri (WC / Co için 500 - 1300 DPH’a kadar) • Tekstür, üst yüzey veya koruyucu katman olmak üzere kaplanabilme (0.1 – 0.2 mikron) • Aşınma, yenim ve erozyona karşı çok yüksek direnç.

39. HVOF’un Avantajları ve Dezavantajları • HVOF TS yönteminin dezavantajları şöyle sıralanabilir: • – Yüksek poroziteye sahip kaplamaların üretilebilmesi için polyester vb. yardımcı malzeme ilavesi gerekir; bu da HVOF ile Termal Bariyer Kaplamaların üretimini zorlaştırmaktadır. • – HVOF ile yüksek kaliteli YSZ TBK’lar, Gradyan, Kompozit vb. kaplamalar üretilebilir; ancak Plazma Sprey yöntemine göre daha pahalıdır.

40. 4. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar • Alumina – aluminit kaplamalar • Termal Bariyer Kaplamalar için bağ tabakaları, sert kaplamalar • Medikal implantlar için Hidroksiapatit (HA) kaplamalar • MCrAlY (M: Metal; Co, Fe, Ni) kaplamalar • Dönen kesici bıçaklar • Otomobil ve Uçak motor parçaları (Piston ve Şaftlar) • Valf ve vanalar

41. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Tungsten Karbid Kaplamalar HVOF Tungsten Karbid / % 12 Kobalt Kaplama HVOF Sprayed Tungsten Carbide / 12 % Cobalt Coating HVOF Tungsten Karbid / % 17 Kobalt Kaplama HVOF Sprayed Tungsten Carbide / 17% Cobalt Coating

42. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Tungsten Karbid / Kobalt Krom Kaplamalar Aynı kaplama (sağda), elmas uçla sertlik testi yapılmış (H:1250 HV / 0.3) Samecoating (right), note diamond microhardness impression (H:1250 HV/0.3)

43. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Tungsten Karbid / Krom Nikel Kaplamalar HVOF Tungsten Karbid / Krom Nikel Kaplama (WC/20Cr7Ni)

44. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Nikel Krom Molibden Alaşımlı Kaplamalar HVOF Nikel Krom Molibden Süperalaşım Kaplama (Inconel 625 Type)

45. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Nikel Krom Molibden Tungsten Demir Alaşımlı Kaplamalar HVOF Nickel Krom Molibden Tungsten Demir AlaşımKaplama (Hastelloy C 276 Type)

46. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Krom Karbid / Nikel Krom Kaplamalar Dökme demir altlık üzerine Krom Karbid / Nikel Krom Kaplama

47. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar HVOF Nikel Krom Kendinden Taşınımlı Alaşım Kaplama HVOF NikelKrom Kendinden Taşınımlı Kaplama: NiCrSiBCuMo (Ergitilmemiş) Bu tür kaplamların adhezyonu düşüktür.

48. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar Bunların dışında; özellikle Uçak motorlarında yakıt tasarrufu ve verimi artırmak amacıyla geliştirilen aşındırılabilir kaplamaların üretimi HVOF ile yapılabilmektedir. Örneğin; Bağ tabakası → NiAl, CoNiCrAlY Üst tabaka → CoNiCrAlY/BN/ Polyester şeklinde, poröz aşındırılabilir kaplamalar üretilmekte ve uygulanmaktadır.

49. HVOF’un Kullanıldığı Alanlar ve HVOF TS Kaplamalar Gaz Türbinli Motor Şeması

50. 5. Gelecekte TS ve HVOF Trendi Termal Sprey uygulamaları yıllardır ekonomik, kaliteli ve uzun ömürlü kaplamaların üretimine olanak sağlamaktadır. Ayrıca ilk yatırım maliyeti açısından bakıldığında diğer kaplama proseslerinden (PVD, CVD vb.) bir adım öne geçmektedir.