Investigation of Crater Formation on Coatings via Combination of SEM-EDX and FT-IR Microscopy

Öz

Boya kaplamaları, genellikle kimyasal yapılarına göre organik veya inorganik içerikli olarak sınıflandırılmaktadır. Malzeme üzerinde dekorasyon ve koruma amacıyla veya yüzeyleri kaplamak için kullanılabilirler. Boya kaplamalarındaki malzemelerin içeriği her koşulda dayanıklılık sağlamalıdır. Ancak, bazen boya kaplaması uygulamaları sonrasında yüzeylerde kusurlar meydana gelebilir. Boya kaplamaları sektöründe en sık karşılaşılan sorun kaplanmış yüzeyde krater oluşumudur. SEM-EDX ve FT-IR mikroskop yöntemlerinin birlikte kullanılması, boya kaplamalarının organik ve inorganik bileşenleri kaynaklı krater oluşumunun tespiti için umut verici olmaktadır. Bu çalışmada, su bazlı astar kaplanmış kalay panel üzerinde gözlemlenen krater problemi ile referans yüzey arasında SEM-EDX ve FT-IR mikroskop yöntemleri birlikte kullanılarak kök neden analiz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, boya kaplamasındaki kalsit ham maddesi kaynaklı kalsiyum elementinin konsantrasyonunun krater alanında referans alana göre daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Sorunlu ve referans yüzeylerin EDX analizinde tespit edilen Ca ve Ti elementleri içeriğinin C elementi içeriğine olan oranları karşılaştırıldığında, inorganik kompozisyon oranlarındaki değişimi desteklemektedir. Bu yöntemlerden elde edilen tüm nicel ve nitel veriler, kalsit'in krater alanında aglomere olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada uygulanan SEM-EDX ve FT-IR mikroskop analitik yöntemleri kombinasyonunun organik ve inorganik yapıların krater oluşumuna etkisini belirlemek amacıyla kullanılması, boya kaplamalarında krater oluşumunun temel nedeninin belirlenmesine yönelik çalışmalara yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Böylece bu iki analitik yöntem, boya endüstrisinin sıklıkla karşılaştığı organik veya inorganik kaynaklı çeşitli yüzey kusurlarını çözmek için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• boya kaplamaları
• yüzey kusurları
• SEM-EDx
• FIT-IR mikroskop
• krater oluşumu

Investigation of Crater Formation on Coatings via Combination of SEM-EDX and FT-IR Microscopy

Öz

In general, coatings are specified as organic or inorganic according to their chemical structure. They might be used for decoration and protection purposes on several materials, or as assemblies to cover substrates. The combination of materials in a coating must provide durability under all conditions, however surface defects might occasionally occur on coated objects. Crater formation on the coated surface is the most common issue in the coating industry. The root-cause of crater formation remains unclear in several cases, and complex analysis is required for its identification. The combination of SEM-EDX and FT-IR microscopy methods might be promising for the analysis of organic and inorganic components of a coating. In this study, a water-borne primer coating applied on a tin surface, and a comparison analysis was performed at an area with crater defect and at a defect-free reference area both observed on the same coated panel. As a consequence, it has been found that the concentration of Calcium element, derived from Calcite in coating, was higher in the crater area than the reference area. For further analysis, another inorganic component TiO2 was compared to CaCO3 through the comparison of proportions of Ca and Ti elements to C element. All visual and quantitative data obtained from these techniques indicate agglomeration of Calcite on the crater area. The methods applied in this study might assist on the identification of root-cause of crater formation on coatings and offer a new perspective to resolve several kinds of surface defects that coating industry suffers from. Kaplamalar genellikle kimyasal yapılarına göre organik veya inorganik olarak sınıflandırılmaktadır. Malzeme üzerinde dekorasyon ve koruma amacıyla veya yüzeyleri kaplamak için kullanılabilirler. Bir kaplamadaki malzemelerin içeriği, her koşulda dayanıklılık sağlamalıdır, ancak bazen kaplanmış nesnelerde yüzey kusurları meydana gelebilir. Kaplama sektöründe en sık karşılaşılan sorun kaplanmış yüzeyde krater oluşumudur. SEM-EDX ve FT-IR mikroskopi yöntemlerinin birlikte kullanılması, kaplamanın organik ve inorganik bileşenleri kaynaklı krater oluşumunun tespiti için umut verici olmaktadır. Bu çalışmada, kalay yüzeye su bazlı astar kaplanmış panel üzerinde gözlemlenen krater problemi ile sorunsuz referans arasında karşılaştırmalı analizi yapılmıştır. Sonuç olarak, kaplamada kalsit ham madedesi kaynaklı kalsiyum elementinin konsantrasyonunun krater alanında referans alana göre daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bu bulguyu detaylandırmak için yapılan analizlerde, EDX sonuçlarında tespit edilen Ca ve Ti elementleri içeriğinin C elementi içeriğine olan oranlarının karşılaştırılması, inorganik kompozisyon oranlarıdaki değişimi desteklemektedir. Bu tekniklerden elde edilen tüm nicel ve nitel veriler, kalsit'in krater alanında aglomere olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada uygulanan SEM-EDX ve FT-IR analitik yöntemleri kombinasyonunun organik ve inorganik yapıların krater oluşumuna etkisini belirlemek amacıyla kullanılması, kaplamalarda krater oluşumunun temel nedeninin belirlenmesine yönelik çalışmalara yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Böylece bu iki teknik, boya endüstrisinin sıklıkla karşılaştığı organik veya inorganik kaynaklı çeşitli yüzey kusurlarını çözmek için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• SEM-EDX
• Organik Kaplama
• Yüzey kusurları
• FT-IR Mikroskopisi
• Krater Oluşumu

Kaynakça

1. Referans1 Coating Types and Characteristics (1995), Chapter 4, Pdhonline.
2. Referans2 C.K. Schoff (1999), Surface Defects: Diagnosis and Cure, Protective Coatings.
3. Referans3 B. Fitzsimons and T.Parry (2011) Fitz’s Atlas 2 of Coating Defects, MPI Group.
4. Referans4 Kenneth B. Tator (2015), ASM Handbook Volume 5B: Protective Organic Coatings, ASM International.
5. Referans5 Q.Luo (2018), Electron Microscopy and Spectroscopy in the Analysis of Friction and Wear Mechanisms, Lubricants.
6. Referans6 J. Van Der Weerd, H. Brammer, J. J. Boon, and R. M. A. Heeren (2001), Fourier Transform Infrared Microscopic Imaging of an Embedded Paint Cross-Section, Society for Applied Spectroscopy.