PVD aluminyum kaplama prosesi buharlaşma fazı ve tungsten filament tel geometri optimizasyonu

PVD alüminyum kaplama prosesi otomotiv aydınlatma sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer kaplama proseslerine göre ekonomik ve çevre dostu olduğu için endüstride kullanımı daha da yaygınlaşmaktadır. PVD alüminyum kaplama prosesinde, proses tasarımı ve ürün geometrisi nihai ürün kalitesini direkt olarak etkilemektedir. Alüminyum kaplama kalınlığının ürünün optik gereksinimlerini karşılaması, sürdürülebilir ve homojen kalınlıkta olması prosesin en önemli çıktısı ve başlıca kriteridir. Bu çalışmanın amacı, endüstriyel boyutlardaki PVD kaplama makinesinde üretilen ürünün, kaplama kalınlığını arttıracak seri üretim koşullarına uygun proses koşullarının optimizasyon çalışması ile belirlenmesidir. Optimizasyon çalışmalarında, Taguchi L27 deneysel tasarım metodu kullanılarak, parçanın çember içerisindeki iki boyutlu konumunun, buharlaşma kaynağı olarak kullanılan tungsten filament geometrisinin, alüminyum tel kütlesinin ve makine ön ısıtma parametrelerinin, alüminyum kaplama kalınlığına olan etkisi incelenmiştir. Çalışmalar endüstriyel ölçekteki PVD kaplama makinesinde gerçekleştirilmiş ve optimum çalışma şartlar belirlenmiştir. MİNİTAB® sonuçlarının değerlendirilmesinde Taguchi'nin "en büyük daha iyi" değerlendirme kriterleri kullanılmıştır. Altlık parça üzerindeki kaplama kalınlığını en çok etkileyen faktörler, tungsten filamentin buharlaşma kaynağına olan uzaklığı ve elektrota göre konumu olarak bulunmuştur. Filamentin elektrota göre orta kısımlarda bulunması ve buhar kaynağına yakın konumlandırılması, kaplama kalınlığının artmasına ve standart sapmanın azalmasına sebep olmaktadır. Bu durum ürünün sürdürülebilirliği ve alümiyum kaplama homojenitesini arttırmaktadır. Alüminyum kütlesinin sürekli artışı kaplama kalinlığında sürekli artışa neden olmamak ile birlikte deneylerde kullanılan tungsten filament tiplerinde dezavantaj yaratmaktadır. Alüminyum kaplama kalınlığını en az etkileyen faktör ise filament geometrisidir. Kullanılan filament tiplerine göre en iyi sonucu basket tipi tungsten filament vermektedir. Fakat çalışmada kullanılan diğer tungsten tipleri, sarmal ve deve tipi arasında bariz farklılıklar yoktur, her biri seri üretim koşullarında yarattığı diğer avantajlar nedeni ile seçilebilir. Taguchi deneysel tasarım çalışmasına ek olarak, PVD makinesinin üç farklı ön ısıtma parametresi incelenmiş ve deneysel tasarım doğrulama deneyleri yapılmıştır. Ön ısıtma gelirilimin buharlaşma gerilimine yakın olması (7kV), alüminyumun sıvı fazda daha fazla sürede kalmasına ve çember zeminine damlamasına neden olmaktadır. Bu durum kaplama kalınlığını olumsuz etkilemektedir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda kaplama kalınlığını arttıracak proses koşulları belirlenmiştir. Bu proses koşulları gelecek projelerde yer alacak ürün ve proses tasarımlarına ait girdileri oluşturacaktır.