The Mechanical Properties of Basalt Based Glass and Glass-ceramic Coatings

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 17 - 24, 01.12.2014

Ediz Ercenk Günhan Bayrak Uğur Şen Şenol Yılmaz

Abstract

In this study, the mechanical properties of the glass and glass-ceramic coatings obtained from the basalt powders prepared in different ways were investigated. Volcanic basalt rocks were subjected to crushing, grinding and sieving processes (- 53 + 45 µm). An amount of basalt powder was melted in Platinum crucible and cast into water to obtain basalt glass granules. These granules were powdered to the size of - 53 + 45 µm. Thus, two different basalt based coating powders were prepared for the plasma spray process. These powders were coated on the AISI 1040 substrate by using atmospheric plasma spray (APS) coating process. After the coating operation, glass coatings were exposed to controlled crystallization heat treatment to provide glass-ceramic transformation by using differential thermal analysis (DTA) results. X-ray diffraction analysis (XRD) was used for phase analysis. The results showed that the coatings were amorphous (glass) after the coating process and augite, Fe-diopside, anorthide, albite, and Ca-albite phases were detected in glass-ceramic coatings. Scanning electron microscopy (SEM) was performed for micro-structural analysis. In addition, the mechanical tests such as hardness, fracture toughness and wear (ball on disc) were realized. The mechanical tests results showed that initial powders have effective roles on mechanical properties. Especially, the coatings obtained from melting and casting basaltic glass powders are more resistant than other coating group. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. Giriş

Keywords

“Basalt”, “Plasma Spray Coating”, “Glassceramic”

Bazalt Esaslı Cam ve Cam-Seramik Kaplamaların Mekanik Özellikleri

Abstract

Bu çalışmada, plazma sprey kaplama yöntemi için farklı şekilde hazırlanan bazalt esaslı tozlardan üretilen cam ve cam-seramik kaplamaların mekanik özellikleri incelenmiştir. Volkanik bazalt kayaçları kırma, öğütme ve eleme (- 53 + 45 µm) işlemlerinden sonra plazma sprey kaplamada kullanılmıştır. Bundan farklı olarak diğer kaplama tozu ise -100 +53 µm boyutundaki bazalt tozlarının platin potada 1500 °C’de ergitilerek su içine dökülmesi ile elde edilen amorf cam granüllerinden hazırlanmıştır. Bu granüller benzer şekilde kırma, öğütme ve eleme (- 53 + 45 µm) işlemlerinden geçirilerek kaplamaya hazır hale getirilmiştir. Farklı yöntemlerle hazırlanan bu tozlar AISI 1040 çelik altlıklar üzerine atmosferik plazma sprey (APS) kaplama yöntemi ile kaplanmıştır. Kaplama sonrası amorf camsı yapıda elde edilen cam kaplamalar, cam-seramik dönüşümünün sağlanması için diferansiyel termal analiz (DTA) ile tespit edilen cam geçiş ve kristallenme sıcaklıklarına göre ısıl işleme tabi tutularak kristallendirilmiştir. Kaplama işlemi sonrası kaplamaların yapısını ve ısıl işlem sonrası da oluşan kristal fazları belirlemek için x-ışınları difraksiyon analizi (XRD) uygulanmıştır. Kaplama sonrası amorf camsı yapıda kaplamaların elde edildiği, ısıl işlem sonrasında ise ojit, Fe-diopsit, anorthit, albit ve Ca-albit fazlarının kristallendiği tespit edilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapısı incelenen kaplamaların mekanik özelliklerini belirlemek için de sertlik, kırılma tokluğu ve ball on disk aşınma testleri uygulanmıştır. Başlangıç tozlarının mekanik özelliklere etki ettiği, özellikle ergitme döküm yöntemiyle elde edilen camsı kaplama tozlarından yapılan kaplamaların aşınma direncinin daha düşük olduğu tespit edilmiştir

Keywords

“Bazalt”, “Plazma Sprey Kaplama”, “Cam-Seramik”

References

• Bayrak, G. and Yılmaz, S., 2006. Crystallization kinetics of plasma sprayed basalt coatings, Ceramics International, 32, 441–446.
• Beall, G.H., and Rıttler, H. L., 1971. Process for Forming a Basaltic Glass-Ceramic Product. United States Patent Office, 3, 557-575.
• Beall, G.H. and Rittler, H.L., 1976. Basalt Glass- Ceramics, American Ceramic Society Bull., 55, 579- 582.
• Davis, J. R., (editor) 2004. Handbook of Thermal Spray Technology , ASM International, New York.
• Erol, M., Küçükbayrak, S. and Ersoy-Meriçboyu, A., 2007. Production of glass-ceramics obtained from industrial wastes by means of controlled nucleation Engineering Journal, 132, 335–343. Chemical
• Kalenborn Technical Brouchure, Schmelzbasaltwerk Kalenborn Dr.-Ing. Mauritz Gmbh and Co. KG D- 5467 Vettelschoss 2 (near Linz/Rhine), Germany.
• Rawlings, R.D., Wu J.P., and Boccacini A.R., 2006. Glass-ceramics: Their production from wastes-A Review. Journal of Material Science, 41, 733–761.
• Uz, B., 1991. Petrografi Ders Notları, İ.T.Ü. Matbaası, İstanbul.
• Yılmaz, Ş., 1997. Volkanik Bazalt Kayaçlarından Cam- Seramik Malzeme Üretim Koşullarının Araştırılması ve Özelliklerinin İncelenmesi. Doktora Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 182.
• Yılmaz, S., Bayrak, G. Sen, S. and Sen, U., 2006. Structural characterization of basalt-based glass– ceramic coatings, Materials and Design, 27, 1092– 1096.