NANO KOMPOZİT NANO KOMPOZİT KAPLAMA YÖNTEMİ İLE KAPLAMA YÖNTEMİ İLE

ELEKTRİK KONTAK ELEKTRİK KONTAK AMAÇLI YÜZEYLER AMAÇLI YÜZEYLER

ÜRETİMİÜRETİMİTASARIM PROJESİTASARIM PROJESİ

060020151 Esma Şenel

060010149 Murat Şen

060010278 Erman Uçkun

060020272 Özkan Demirbilek

060030702 Şeyhmus Hasar

Danışmanlar:

Prof. Dr. Mustafa Ürgen, Yrd. Doç. Kürşat Kazmanlı, Yrd. Doç. Burak Özkal.

GİRİŞGİRİŞ

Elektrik Kontaktörler ve Kontak Elektrik Kontaktörler ve Kontak MalzemeleriMalzemeleri

Elektrik devrelerini açıp kapamaya yarayan ve bir Elektrik devrelerini açıp kapamaya yarayan ve bir tahrik sistemi aracılığı ile uzaktan kumanda tahrik sistemi aracılığı ile uzaktan kumanda edilebilen bir tür elektrik anahtarıdır. edilebilen bir tür elektrik anahtarıdır.

Elektrik KontaktörlerElektrik Kontaktörler

http://www.sigmaelektrik.com/products.asp

Elektrik Kontak Malzemeleri

Refrakter-Metal Esaslı

Metal-Metal Esaslı

Metal-metaldışı

Cr-CuW-Cu

WC-CuW-Cu-AgW-Cu-NiMo-CuMo-Ag

Mo2C-CuMo2C-Ag

Mo2C-Ag-Ni

Ag-NiAg-CoAg-CdAg-Cu

Ag-Cd-Ni

Ag-CdOAg-SnO2

Ag-ZnOAg-CCu-C

Elektrik Kontak Malzemelerinin Elektrik Kontak Malzemelerinin Sınıflandırılması [*]Sınıflandırılması [*]

Elektrik Kontak Elektrik Kontak Malzemelerinin Üretim Malzemelerinin Üretim

Yöntemleri Yöntemleri

* : Bakan, H.İ., 1999, Doktora Tezi. * : Bakan, H.İ., 1999, Doktora Tezi.

Elektrik Kontak Malzemesi Elektrik Kontak Malzemesi Olarak GümüşOlarak Gümüş

Yüksek elektrik ve ısıl iletkenlikYüksek elektrik ve ısıl iletkenlik

Saf veya alaşım olarak kullanım (1-600 A)Saf veya alaşım olarak kullanım (1-600 A)

Oksidasyona düşük dayanımOksidasyona düşük dayanım

Bu çalışmanın amacı:Bu çalışmanın amacı:

Orta ve düşük akımlarda çalışan gümüş Orta ve düşük akımlarda çalışan gümüş esaslı (AC3 Sınıfı) kontaktörlerde, elektrik esaslı (AC3 Sınıfı) kontaktörlerde, elektrik kontak malzemesinin kimyasal kararlılığını, kontak malzemesinin kimyasal kararlılığını, mekanik dayanımını ve ısıl dayanımınımekanik dayanımını ve ısıl dayanımını kaplama yoluyla iyileştirmek.kaplama yoluyla iyileştirmek.

YöntemYöntem

Gümüşü paladyumla alaşımlama,Gümüşü paladyumla alaşımlama,

Gümüş-paladyum alaşımına krom nitrürü Gümüş-paladyum alaşımına krom nitrürü dispersoid olarak eklemedispersoid olarak ekleme

HedefHedef

Pd katkısı ilePd katkısı ile Oksidasyon (tarnish) direncini,Oksidasyon (tarnish) direncini, Sertliğini,Sertliğini, Ergime noktasını artırmak,Ergime noktasını artırmak,

Mukavemet ve sertlik için nano kompozit Mukavemet ve sertlik için nano kompozit yapı elde etmek amacıyla krom nitrürün yapı elde etmek amacıyla krom nitrürün dispersoid olarak kaplamaya girmesini dispersoid olarak kaplamaya girmesini sağlamaktır.sağlamaktır.

Pd ile ilgili açıklamaPd ile ilgili açıklama

Paladyum-Gümüş Bileşimiyle Değişen Elektrik Paladyum-Gümüş Bileşimiyle Değişen Elektrik DirenciDirenci

http://www.g-e-m.com/info/agpdphase.html

Paladyum-Gümüş İkili Faz DiyagramıPaladyum-Gümüş İkili Faz Diyagramı

http://www.g-e-m.com/info/agpdphase.html

Nano Kompozit YapıNano Kompozit Yapı Nanometre mertebelerinde tane boyutuNanometre mertebelerinde tane boyutu Bu boyutta elektriksel, kimyasal ve Bu boyutta elektriksel, kimyasal ve

mekanik özelliklerinde büyük oranda mekanik özelliklerinde büyük oranda değişimler değişimler

Nanokristalin yapılarla yeni özelliklerNanokristalin yapılarla yeni özellikler

Nano kompozit yapının şematik gösterimi

Musil, J., Veek, J., 1983. “Magnetron sputtering of films with controlled texture and grain size”, New York

DENEYSEL DENEYSEL ÇALIŞMALARÇALIŞMALAR

Taban Malzeme Seçimi

Numune Hazırlama

Kaplama

Kaplama Karakterizasyonu

X Işınları Analizi

Sertlik Ölçümü

Taramalı Elektron Mikroskobu İncelemeleri

Performans Testi

Performans Testi Sonrası Karakterizasyon

Taban malzeme Ag Ag-Pd Ag-CrN Ag-Pd/CrN

Silisyum-Wafer + + + +

Cu Altlık + + + +

Kontaktör + +

Taban Malzeme Seçimi

Kaplamalar İçin Kullanılan Altlık Malzemeler ve Kaplamalar

Manyetik sıçratma hedef malzemesi

Manyetik sıçratma modu

Sıçratma için uygulanan güç

Katot malze-mesi

Kaplamasırasındabasınç

AgAg-10Pd alaşımı

Doğruakım0,1-1 A

0,4 kW Cr65 A

1 Pa N2

Temizleme Isıtma Sıcaklık

Şerare etkisi Argon iyonu ile argon akış hızı 150 sscm15 dk

Metal iyon dağlamasıCr ile 70 A 1 dk

70 º C

Kaplama Parametreleri

Temizleme-Isıtma Parametreleri

KaplamaAg ve Ag-Pd alaşımı magnetron sıçratma, Cr katodik ark yöntemi ile yapıya eklenmiş, iki yöntemi birlikte kullanarak hibrid kaplama yapılmıştır.

Katodik ArkKatodik ArkMagnetron SıçratmaMagnetron Sıçratma

http://www.pvd-coatings.co.uk

Magnetronun şematik gösterimi

Manyetik alan çizgisinde bir elektronun hareketi

XRD Analiz Dataları (CuK, Ni filtre)

Ag Kaplama Ag-Pd Kaplama

Ag/CrN Kaplama Ag-Pd/CrN Kaplama

Karakterizasyon- X-Işınları AnaliziKarakterizasyon- X-Işınları Analizi

Gümüş kaplama Gümüş-paladyum kaplama

Ag Pd Au

Atomik yüzde (%) 90,061 8,357 0,582

Konsantrasyon (%Ağ.) 90,726 8,215 1,060

Ag ve Ag-Pd Kaplama Kesit Görüntüleri

Ag-Pd Kaplama Yüzeyden Alınan EDS Analiz Sonuçları

Ag/CrN Kaplama Yüzeyden Alınan EDS Analiz Sonuçları

Ag Cr

Atomik yüzde 61,979 38,021

Konsantrasyon (%Ağ.) 77,178 22,822

Gümüş kaplama Gümüş-paladyum kaplama

Ag/CrN Kaplama Yüzey ve Kesit Görüntüleri

AgAg PdPd CrCr NN

Atomik yüzdeAtomik yüzde 31,39831,398 4,1904,190 21,90321,903 42,50942,509

Konsantrasyon (%Ağ.)Konsantrasyon (%Ağ.) 60,83860,838 8,0098,009 20,45720,457 10,69510,695

Ag-Pd/CrN Kaplama Yüzey ve Kesit Görüntüleri

Ag-Pd/CrN Kaplama Yüzeyden Alınan EDS Analiz Sonuçları

SertlikSertlik

Numune Vickers Sertlik

(N/mm2) Young Modülü

(GPa)

Ag kaplama 140,4 83,34

Ag-Pd kaplama

277,7 118,60

Ag/CrN 537,8 112,35

Ag-Pd/CrN 583,5 105,87

Kaplamaların ölçülen mikro-sertlik değerleri

Performans Testi Performans Testi SonuçlarıSonuçları

90 A (A.C.)-100 Manevra ve 90 A (A.C.)-100 Manevra ve 150 A (A.C.)-300 Manevra 150 A (A.C.)-300 Manevra

Açma-Kapama TestiAçma-Kapama Testi

Karakterizasyon- Makro ve Mikro Karakterizasyon- Makro ve Mikro Görüntüler, Görüntüler, Hasar Hasar İncelemeleriİncelemeleri

Kaplamasız Kontaktör

Ag-Pd/CrN Kaplı Kontaktör

Ag/CrN Kaplı Kontaktör

hareketli sabit

sabit

hareketli

hareketli

sabit

Hareketli ve Sabit Kontaktörlerin 90 A- 100 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Alınan Stereo Mikroskop Görüntüleri

Sabit

Kaplamasız Kontaktör

Hareketli

Ag/CrN Kaplı Kontaktör

Sabit

Ag-Pd/CrN Kaplı Kontaktör

Hareketli

Hareketli Sabit

Hareketli ve Sabit Kontaktörlerin 90 A - 100 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Alınan Profilometre Görüntüleri

Kaplanmamış Sabit Kontaktör, 90 A- 100 Manevra Açma-Kapama

Testinin Ardından Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri ve Hasarlar

Ag/CrN Kaplanmış Sabit Kontaktör, 90 A- 100 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri ve Hasarlar

Ag-Pd/CrN Kaplanmış Sabit Kontaktör, 90 A- 100 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri ve Hasarlar

yapışma

Ag-Pd/CrN Kaplanmış Hareketli Kontaktör, 90 A- 100 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri ve Hasarlar

Ag-Pd/CrN Kaplanmış Sabit Kontaktör, 150 A- 300 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Çeşitli Büyütmelerde Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri

Ag (ağ % )Ag (ağ % ) Cr (ağ % )Cr (ağ % ) Pd (ağ % )Pd (ağ % )

1. Bölge1. Bölge 25,47425,474 74,52674,526 00

2. Bölge2. Bölge 59,63459,634 40,36440,364 00

3. Bölge3. Bölge 12,64812,648 87,36987,369 0,1830,183

4. Bölge4. Bölge 89,60589,605 10,39810,398 00

Ag-Pd/CrN Kaplanmış Sabit

Kontaktör, 150 A- 300 Manevra

Açma-Kapama Testinin Ardından

EDS Analizi Alınan Bölgeler

Ag-Pd/CrN Kaplanmış Hareketli Kontaktör, 150 A- 300 Manevra Açma-Kapama Testinin Ardından Çeşitli Büyütmelerde Alınan Elektron Mikroskop Görüntüleri

Ag (ağ % )Ag (ağ % ) Cr (ağ % )Cr (ağ % ) Pd (ağ % )Pd (ağ % )

1. Bölge1. Bölge 77,42077,420 22,58022,580 00

2. Bölge2. Bölge 6,6756,675 93,32593,325 00

3. Bölge3. Bölge 32,19732,197 67,80367,803 00

4. Bölge4. Bölge 91,72691,726 8,1378,137 0,1370,137

Ag-Pd/CrN Kaplanmış

Hareketli Kontaktör, 150 A-

300 Manevra Açma-Kapama

Testinin Ardından EDS Analizi

Alınan Bölgeler

150 A- 300 manevra açma kapama testleri 150 A- 300 manevra açma kapama testleri uygulanmış Ag-Pd/CrN kaplı numuneler, uygulanmış Ag-Pd/CrN kaplı numuneler, deney öncesi ve her 100 manevra sonrası, deney öncesi ve her 100 manevra sonrası, 63 A test akımı geçirilerek gerilim değerleri 63 A test akımı geçirilerek gerilim değerleri ölçülmüştür. L1, L2 ve L3, test edilen üç ölçülmüştür. L1, L2 ve L3, test edilen üç ayrı kontaktörü göstermektedir ayrı kontaktörü göstermektedir

Kayıp Güç (W)Kayıp Güç (W) L1L1 L2L2 L3L3

Test ÖncesiTest Öncesi 24,00324,003 13,2313,23 15,87615,876

100 manevra100 manevra 24,12924,129 23,12123,121 19,21519,215

200 manevra200 manevra 22,11322,113 23,37323,373 19,21519,215

300 manevra300 manevra 20,47520,475 20,34920,349 21,23121,231

150 A- 300 manevra açma kapama testleri uygulanmış Ag-Pd/CrN 150 A- 300 manevra açma kapama testleri uygulanmış Ag-Pd/CrN kaplı numunelerin her bir fazının kayıp gücükaplı numunelerin her bir fazının kayıp gücü

Gümüş-Paladyum kaplamalara Krom Nitrür ilavesi ile Gümüş-Paladyum kaplamalara Krom Nitrür ilavesi ile nano kompozit kaplama (5nano kompozit kaplama (5m) üretimi gerçekleşmiştir.m) üretimi gerçekleşmiştir. X-Işınları Analizi sonucu ile tane boyutunun X-Işınları Analizi sonucu ile tane boyutunun

küçüldüğü,küçüldüğü, Elektron Mikroskobu görüntüleri ile kolonsal olmayan Elektron Mikroskobu görüntüleri ile kolonsal olmayan

nano kompozit kaplama film morfolojisi,nano kompozit kaplama film morfolojisi, Sertlik ölçümü ile sertliğin arttığı tespit edilmiştir.Sertlik ölçümü ile sertliğin arttığı tespit edilmiştir.

90 A- 100 Manevra açma-kapama testi sırasında, 90 A- 100 Manevra açma-kapama testi sırasında, kontaktörlerin teması tam sağlanamadığından, sonuç kontaktörlerin teması tam sağlanamadığından, sonuç değerlendirilememiştir.değerlendirilememiştir.

150 A- 300 Manevra açma-kapama testi sonucu, 150 A- 300 Manevra açma-kapama testi sonucu, yüzeyde gümüş miktarında düşüş, krom miktarında artış yüzeyde gümüş miktarında düşüş, krom miktarında artış olan bölgelerin mevcudiyeti ile, kaplamanın kontaktör olan bölgelerin mevcudiyeti ile, kaplamanın kontaktör ömrünü artıracağı düşünülmüştür.ömrünü artıracağı düşünülmüştür.

SonuçlarSonuçlar

Teşekkür Teşekkür EderizEderizProf. Dr. Mustafa ÜRGENProf. Dr. Mustafa ÜRGEN

Yrd. Doç. Kürşat Yrd. Doç. Kürşat KAZMANLIKAZMANLI

Yrd. Doç. Burak ÖZKALYrd. Doç. Burak ÖZKAL

Prof. Dr. İ. Servet TİMURProf. Dr. İ. Servet TİMUR

Yük. Müh. Ahmet ÖZTÜRKYük. Müh. Ahmet ÖZTÜRK

Yük. Müh. Kadri Vefa Yük. Müh. Kadri Vefa EZİRİMİKEZİRİMİK

Yük. Müh. Sevgin TÜRKELİYük. Müh. Sevgin TÜRKELİ

Yük. Müh. Barış DARYALYük. Müh. Barış DARYAL

Müh. Berk DEMİRELMüh. Berk DEMİREL

Müh. Nazem GÖÇKANMüh. Nazem GÖÇKAN

Sigma Elektrik A.Ş. Sigma Elektrik A.Ş. çalışanlarıçalışanları

Test Sonrası Voltaj Değerleri ve Sabit Akım Değeri (90A) ileHesaplanan Direnç Değerleri (ohm)

Ag/CrN direnci 0,006 0,0038 0,0047

Ag-Pd/CrN direnci 0,0034 0,0051 0,0038