Gelişmiş Optik Teknolojisi İle Temassız Kaplama Kalınlığı Ölçümü

Nisan 06, 2018, 4:04 pm
18 dakika
Kaplama

 

Çağrı Doğançay
Genel Müdür 
DB Kimya San. ve Tic. A.Ş.

 

 

DB Kimya San. ve Tic. A.Ş. olarak, 2016 yılından bu yana dünyadaki kaplama teknolojilerindeki gelişmeleri çok yakından takip
ediyoruz. Bu takibimizin sonucu olarak Coatmaster’ı 2017 yılı ortalarında Türkiye’ye getirdik. Bu patentli teknoloji çok yeniydi ve
henüz 2015 yılında ticarileşmişti. Hızlıca sektörünün lider üreticilerinde denemeler ve tanıtımlar yapmaya başladık. Yazımızda bu
sistemin özellikle otomotiv ve toz boya uygulama hatlarına nasıl entegre edildiği ile ilgili bazı örnekler bulacaksınız.

Makalede örnekler ile farklı üç Coatmaster uygulamasından  bahsedeceğiz. Otomotivde termal sprey kaplama kalınlığı ölçümü,
burulma titreşim damperlerinde kauçuk- metal yapıştırıcı kalınlığı ölçümü ve toz boya uygulaması.

Otomotivdeki Termal Sprey Kaplamalarda Proses Kontrolü:
Coatmaster, termal sprey kaplamalarda hızlı ve tahribatsız kaplama kalınlığı ölçümü sağlar. Proses sapmaları erken tespit
edilebilir ve düzeltilir.

Kaplama

Şekil 1. Kaplama kalınlığı ölçümü için, ölçüm aleti silindir deliğine yerleştirilir
(üst delik açıklığı). Böylece kaplama kalınlığı, çevredeki herhangi bir konumda
ve silindir deliğinin derinliğinde ölçülebilir.

 

Termal püskürtme işlemi, kaplama malzemesinin bir termal kaynak ile, örneğin bir plazma aleviyle kaynaştırılması ve bir gaz akışı
ile bileşen üzerine kaplanmasıyla sınıflandırılır. Sıvı parçacıklar, yüzey ile temas ettiğinde aniden katılaşır ve tabaka halinde bir
kaplama üretir. Toz bazlı atmosferik termal püskürtme kaplamalar ile, hemen hemen tüm materyaller kaplanabilir. Kaplama
çeşitleri termoplastikler, metaller ve karbürlerden seramiklere kadar geniş bir yelpazeye sahiptir. Demir bazlı kaplamalar gerekli
tribolojik özellikleri sağlar ve tel veya toz olarak kullanılabilir. Tel ark püskürtme kaplama, plazma transfer tel ark (PTWA) ve
dönen tek tel (RSW) kaplamalar tel kaplama işleminin örnekleridir. Toz esaslı atmosferik plazma püskürtme kaplama, metallere
ek olarak seramik malzemelerin uygulanabilmesine de imkan sağlar. Düşük alaşımlı karbon çelikleri ağırlıklı olarak hem benzin
hem de dizel motorların çalışan yüzeylerinin kaplamaları için kullanılır. Kaplamalar heterojendir ve sadece kaynaşmış ve
katılaşmış parçacıklardan ibaret değildir. Kaplamalar içinde, proses parametrelerine bağlı olarak, oksit ve karbürlerin yanı sıra
sıklığı %1 ila 4 arasında olan gözenekler oluşur. Bu gözenekler, honlamadan sonra yağlayıcı bir hazne görevi yapar ve yağlayıcıyı
sabit bir yerde tutar. Piston halkası, piston ve silindir çeperleri arasındaki sürtünme kuvvetleri, bu sayede en aza indirgenir. Yakıt
tüketimi azalır ve motorun servis ömrü arttırılır.

Bir saniye altında kaplama kalınlığı ölçümü: Henüz işlenmemiş termal sprey kaplamanın kalınlığı dar tolerans bantlarını takip
etmelidir. Belirtilen toleranslardan herhangi bir sapma, sonraki işlem aşamasında honlama takımının zarar görmesine ve yeniden
işlemlere yol açabilir. Erken kaplama kalınlığı ölçümü kullanıldığında, katman kalınlığının çok küçük olması sağlanarak, değer
zincirindeki sonraki işlemler korunabilir. Geleneksel kaplama kalınlığı ölçüm cihazları, kaba kaplamadan dolayı düşük bir
tekrarlama doğruluğuna sahiptir. Bu nedenle kalite güvence açısından uygun değildir. Fotomikrograflar yoluyla rastgele
kontroller çok zaman alıcıdır ve kaplama işleminin kesintisiz ve tahribatsız muayenesine izin vermez. Buna karşılık, Winterthur
Instruments’ın yeni cihazı CoatMaster, 1 ila 3 mm çapındaki ölçüm bölgesi ile ortalama kaplama kalınlığını ölçer. Sonuç olarak,
yüksek pürüzlülüklerde bile, %1 ila 2’lik yüksek tekrarlama doğruluğu elde edilir. Bir ölçüm bir saniyeden daha az sürer ve bu
nedenle her bir delik için birkaç ölçüm noktasının test edilmesi de seri üretimde mümkündür. Coatmaster kaplamayı termal bir
test presibiyle ölçer. Cihazın ışık kaynağı, birkaç milisaniyelik bir süre boyunca kaplama yüzeyini birkaç santigrat derece artıracak
şekilde ısıtır. Optik elemanlar ve kızılötesi sensörler ile yüzey sıcaklığındaki değişimler kayıt altına alınır.

Kullanılan ışık kaynağı fotografik flaş ile aynıdır ve insanlar veya çevre için herhangi bir tehlike oluşturmaz. Her bir ölçüm işlemi
için 100.000’den fazla sıcaklık okuması analiz edilir, bu da daha sonra kaplama kalınlığını belirler. Ölçüm, bir metreye kadar olan
mesafeden ve 2 ila 50 mm arasında çapa sahip ayarlanabilir bir ölçüm yüzeyi ile yapılabilir. Tek ölçümün hatası tipik olarak %1’in
altındadır. Kaplama kalınlıkları 2 Hz’lik bir frekans ile kaydedilebilir. Cihaza takılan bir optik ölçüm probu (Şekil 1) sayesinde, ölçüm
pozisyonları otomatik olarak tüm silindir çalışma yüzeyi üzerinde sabit bir aralıkta kaydedilir. CoatMaster, termal olarak sprey
edilen kaplamanın doğrudan doğruya tahribatsız bir şekilde doğru ve hızlı olarak kalınlığının ölçülmesini mümkün kılar. Kaplama
kalınlığını etkileyen işlem sapmaları hızlı bir şekilde tespit edilebilir ve düzeltilebilir (Şekil 2).

Kaplama

Şekil 2. Silindir çalışma yüzeyindeki kaplama kalınlığı ölçümü, zıt noktalarda alttan üste
doğru (a, b).  Ölçümler 1-15 Karter 1, Ölçümler 16-30 Karter 2.

Yapıştırıcı Tabakalar İçin Modern Kalite Güvence Yöntemi
Otomotiv endüstrisinde, burulma titreşim damperlerinin üretiminde, yapışma destekleyicilerinin ve yapıştırıcıların kaplama
kalınlıklarının üretim aşamasında ölçülmesi, otomotivin yüksek standartlarını karşılamaktadır. Yazının bu bölümünde bu konu
işlenmiştir.

Burulma titreşim damperleri içten yanmalı motorlu araçlarda, radyal titreşimleri azaltmak için kullanılır. Bu titreşimlere pistondan
krank miline giden aralıklı güç iletimi neden olur. Bu titreşimler şanzımanda gürültü ve aşınmaya yol açan kısa süreli tork salınımları
üretirler. Buna ek olarak, krank miline baskı yaparak, burkulma kırıklara yol açabilirler. Burulma titreşim damperlerinin görevi, bu
titreşimleri bastırmaktır. Damperler, bir titreşim sönümleyici halkası ve bir göbek ile bir ara kauçuk elemandan oluşur. Üretim
sırasında, kauçukla temas eden titreşim sönümleyici halkasının ve göbeğin yüzeyleri özel olarak ön işlemden geçirilir. Daha sonra
bu yüzeyler bir yapıştırıcı ile kaplanır. Sonraki vulkanizasyon (sertleştirme) işlemi, titreşim sönümleyici halka, lastik kaplama ve
göbek arasında kalıcı bir bağ oluşturur.

Kaplama

Yapıştırıcı kalite özelliği olarak tabaka kalınlığı: Yapıştırıcı tabaka kalınlığı tipik olarak mikrometre olarak ölçülür ve bir tolerans
penceresine sahiptir. Katman kalınlığı tolerans penceresinin altındaysa, kauçuk ve metal arasında yapışma problemlerine yol
açabilir ve daha sonra burulma titreşim sönümleyicinin işlevselliği kaybolur. Tabaka kalınlığı çok yüksek olduğunda, bileşenin
mekanik yüklenmesi altında yapışkanlık yapıcı tabaka içinde çatlaklar oluşabilir. Bu nedenle, üretim sırasında kaplama kalınlığı
ölçümü, burulma titreşim sönümleyicilerinin çalışmasını sağlamak için temel bir kalite kriteridir. İşlevsel olarak kritik kalite
parametreleri için kullanılan test ekipmanı dikkatli değerlendirilmelidir. Bu amaçla, otomotiv endüstrisinde kalite kapasitesi Cg
ile tanımlanmaktadır. Cg değeri, aşağıdaki formüle göre Bosch Kitapçığı 10’a göre hesaplanır:

Kaplama

T: tolerans bandı (üst tolerans sınırı – alt tolerans limiti), Sg: Standart
sapma (her bir ölçümün hatalarına karşılık gelir).

 

Uygun bir ölçüm cihazı arayışı: Bu standarda göre sadece kalite güvencesinde 1.33’ten daha yüksek Cg değerine sahip test
cihazları kullanılabilir. Örneğin, 10 mikronluk bir tolerans penceresi ve 0,9 mikronluk tek bir ölçüm hatasıyla, bir ölçüm cihazı 0,37
Cg değerine ulaşacak ve kalite güvencesinde kullanılamayacaktır. Geçmişte, yapışma destekleyicilerinin tabaka kalınlığını test
etmek için endüksiyon akımı veya manyeto-indüktif ölçüm cihazları kullanıldı. Bunlar tipik olarak ön işlem görmüş ve kaplanmış
yüzeyler üzerinde birkaç mikron standart sapmaya sahiptir. Bu, 10 ya da 20 mikrometre tolerans pencereleri ile 1.33’ün altında
Cg değerleri ile sonuçlanır. Bu ölçüm cihazları bu nedenle kalite güvencesi için onaylanmamıştır.

Şu anda güç aktarım elemanı üreticileri, bu termal prensip ile çalışan kaplama kalınlığı ölçüm cihazını kullanıyor. Entegre bir ışık
kaynağı, yapıştırıcının yüzeyini birkaç milisaniye boyunca birkaç santigrat derece ile ısıtır. Optik elemanlar ve bir kızılötesi sensör
ile yüzey sıcaklığı belirlenir ve kayıt edilir. Kullanılan ışık kaynağının teknik verileri, fotografik flaş tüpler ile karşılaştırılabilir insan ya
da çevreye tehlike oluşturmaz. Lazer, beta veya X-ışını kaynakları gibi şüpheli kaynakların kullanılması kasıtlı olarak önlenmiştir.
Ortalama olarak, her ölçüm işlemi için 100.000 sıcaklık okuması analiz edilir ve bu verilerden tabaka kalınlığı belirlenir. Ölçüm,
1 metreye kadar bir mesafeden 2 ila 50 milimetre çap arasında ayarlanabilir bir ölçüm yüzeyi ile gerçekleştirilebilir. Her bir
ölçümün hatası %1 altına düşebilir ve ölçülen değerler 1 hertz frekansıyla kaydedilebilir.

Yüksek doğrulukta temassız ölçüm: CoatMaster, 70 nanometre (= 0.07 mikron) bir ölçüm hatası ile yapışkan tabakasının temassız
katman kalınlığı ölçümüne imkan verir. Bu 4,5’lik bir Cg değerine karşılık gelir ve böylece otomotiv endüstrisinin gereksinimlerini
karşılar. Özet olarak, ölçüm cihazının üreticiler tarafından kullanıldığında ve çok yüksek doğrulukta kullanıldığında önemli bir
parametre belirlediği söylenebilir.

Kaplama

Saha Testinde İnline Kaplama Kalınlığı Ölçümü İle Toz Boyaların Tasarruf Potansiyeli
%25’in üzerinde toz boya tasarrufu ve yüzey kalitesinde gözle görülür bir iyileşme elde edilir. Toz boya ürünleri, ekolojik ve
ekonomik açıdan giderek önem kazanmaktadır, bu da uzun vadede, toz boyalar lehine daha fazla büyüme anlamına geliyor.
Günümüzde yaşadığımız hammadde tedarik aksaklıkları ve boya imalat sanayinde artan bürokratik kısıtlar da göz önüne
alındığında, bu durum bizi kaynakları çok daha verimli kullanmaya itmekte ve sürdürülebilir teknolojileri gündeme getirmektedir.
Bu noktada boya uygulamalarında amaç mümkün olan en düşük kaplama kalınlığı ile çalışmak şeklinde yorumlanabilir. Diğer
bir taraftan, teknik olarak toz boyaların çok iyi olan mekanik özellikleri, artan uygulama kalınlıklarında, özellikle esneklik kaybı
olarak karşımıza çıkmakta ve bu da uygulayıcıları optimum uygulama kalınlıklarında çalışmaya itmektedir.

Toz boyaların mikrometre mertebesinde hassas bir şekilde uygulanması için, kaplama kalınlığı ölçümü kaplama işleminden
hemen sonra yapılmalıdır. Pişirme işleminden sonra kalınlığı ölçen geleneksel ölçüm yöntemleri bu nedenle konumuz dışında
tutulmuştur. Üretim alanlarındaki kaplama kalınlığı ölçüm işlemi için cihaz, uygun bir ölçüm menziline, yüksek açısal salınım ve
boşluk toleransına sahip olması gibi ön koşulları karşılamalıdır. Ölçüm cihazı, kullanımı basit ve güvenilir olmalı ve çalışanlar için
herhangi bir tehlike oluşturmamalıdır.

Ernst Schweizer AG’de yıl boyunca Winterthur Instruments firmasının temassız kaplama kalınlığı ölçümü cihazı Coatmaster ile
ilgili testler gerçekleştirildi. Coatmaster ile modernize edilmiş tesisin deneme sonuçları, özellikle yüzey kalitesinde gözle görülür
bir iyileşme, firelerin önlenmesi ve %28 boya tasarrufu oldu. Yeni çalışanlar için eğitim saatleri de önemli ölçüde azaldı. Firmada
ultrasonic ve lazer tabanlı ölçüm cihazlarıyla yapılan kapsamlı testlerden sonra, Winterthur Instruments’ın CoatMaster ölçüm
sistemi tercih edildi. Bu ölçüm sistemi toz boya uygulamasından hemen sonra, kabinin çıkışına monte edildi. Dikey bir eksen
üzerinde 2 metrelik bir mesafe boyunca geçmekte olan parçaların boya kalınlık dağılımını ürün taşıyıcısının yüksekliğini
kullanarak haritalandırdı. Kaplama kalınlığı ölçümünün sonuçları, ana kontrol sisteminin hemen yanındaki bir monitörde grafik
olarak görüntülendi. Tesis operatörü, proses parametrelerindeki değişiklikler hakkında kantitatif ve anlık geri bildirim aldı ve boya
kalınlığını tercihli olarak ve herhangi bir risk olmadan alt tolerans eşiğine indirebildi.

Kaplama

Şekil 5. Coatmaster: Winterthur Instruments’ın temassız hat içi
kaplama kalınlığı ölçüm cihazı.

 

  • (gizli tutulacaktır)