Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 119 - 132 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.656258 İndeks Tarihi: 09-11-2022

PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu

Öz:
Far yansıtıcı yüzeyleri içeren alt parçaların çevresel faktörlere dayanımının sağlanması için Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) proseslerinde alüminyum kaplama üzerine koruyucu film tabakası oluşturulmaktadır. Bu çalışmada, PVD proseslerinde koruyucu film tabakası oluşturmak için kullanılan Heksametildisiloksan (HMDSO) monomeri salınım hattının Sonlu Hacimler Yöntemi kullanılarak, vakum çanı içerisine hat boyunca homojen salınım olacak şekilde optimizasyonu sağlanmıştır. Bununla birlikte vakum çanına salınan HMDSO monomerinin polimerizasyon öncesi eşit dağılımı için parça altlıkları dönüş mekanikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) simülasyonları ile analiz edilmiş ve deneysel uygulamalar ile sonuçlar doğrulanmıştır. Çalışma öncesinde vakum çanı içerisinde farklı bölgelerdeki parçaların Sodyum Hidroksit (NaOH) dayanım süreleri 350-550 saniye arasında iken, çalışma sonrasında dayanım süreleri tüm bölgeler için 1000 saniye üzerine taşınmıştır. Bu sayede parça nihai ömrü uzatılmış ve parçanın çevresel faktörlere karşı dayanımı arttırılmıştır. Bu çalışma sayesinde 2,84 m3 hacmindeki vakum çanında kaplanan parçalarda istenilen kalite gereksinimi çan içerisindeki farklı bölgelerdeki tüm parçalar için sağlanmıştır. Tek altlıklı, 1,13 m3 hacme sahip vakum çanı olan yeni makinelere ihtiyaç kalmamış, büyük çana sahip makineler ile ise 2 katı fazla üretim çıktısı alınmıştır. Gerek literatürde gerekse tedarikçi firmalar tarafından yürütülen çalışmalarda bu makalede gerçekleştirilen optimizasyon çalışmalarına benzer bir çalışmaya rastlanmamıştır.
Anahtar Kelime: PVD fiziksel buhar biriktirme HMDSO polimerizasyonu ince film kaplama metalizasyon

Process optimisation of HMDSO polymerisation in PVD vacuum medium by numerical analysis for automotive industry

Öz:
A protective film layer is formed over aluminum coating with Physical Vapor Deposition (PVD) processes to ensure the resistance to environmental factors of the sub-components that include headlight reflective surfaces. Increasing endurance of the sub-components to environmantol factors is demanded with the development of automotive quality demands. In this study, Hexamethyldisiloxane (HMDSO) monomer releasing system that is used to form a protective film layer in PVD processes, has been optimized for releasing homogenously through the pipeline to the vacuum chamber by using finite volumes method. In addition, for uniform distribution of the HMDSO monomer release before polymerization into the vacuum medium, the substrate’s jig revolution mechanics were analyzed by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and the results were verified by experimental applications. The Sodium Hydroxide (NaOH) resistance of parts in various regions of the vacuum chamber was between 350-550 seconds before the study. However, it has been carried to over 1000 seconds for all regions after the optimisation process. Thus, ultimate life of the part and parts’ resistance to environmental factors are increased. Thanks to this study, the desired quality requirement for the sub-components that are coated in the vacuum chamber with a volume of 2,84 m3 was provided for all parts in different regions within the chamber. There is no need for new single planet machines with 1,13 m3 volume vacuum chamber and production output that was obtained with the bigger chamber machine is doubled. No similar works have been found that are carried out by suppliers or in the literature.
Anahtar Kelime: PVD physical vapor deposition HMDSO polymerization thin film layer metallization

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Hegemann D., Brunner H., Oehr C., Plasma treatment of polymers for surface and adhesion improvement, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, 208, 281-286, 2003.
  • 2. Engel A.K., Yoden T., Sanui K. and N. Ogata, Synthesis of aromatic Schiff base oligomers at the air/water interface, Journal of American Chemical Sociecty (J. Am Chem. Soc.), 107, 8308-8310, 1985.
  • 3. Kakimato M., Suzuki M., T. Konishi, Imai Y., Iwamoto M. and Hino T., Preparatıon of mono- and multılayer fılms of aromatıc polyımıdes usıng Langmuır–Blodgett technıque, CSJ Journals Chemistry letters, 15 (5), 823- 826, 1986.
  • 4. Kubono A., Higuchi H., Umemoto S. and Okui N. , Molecular orientation of alkyl-aromatic polyimide thin films prepared by vapour deposition polymerization, Thin Solid Films, 229 (1), 133-136, 1993.
  • 5. Ebihara K., Fujishima T., Kojyo D. and Murata M., Silicon oxide film preparation by RF plasma-enhanced MOCVD using hexamethyldisiloxane, Plasma Sources Science and Technology, 2 (1), 14, 1993.
  • 6. Hegemann D., Brunner H., Oehr C., Evaluation of deposition conditions to design plasma coatings lke SiOx and a-C:H on polymers, Surface and Coating Technologies, 174-175, 253-269, 2003.
  • 7. VW PV1200 Testing of Resistance to Environmental Cycle Test (+80/-40) °C https://www.testxchange.com/standard/pv-1200/ Erişim Tarihi: 04.05.2020.
  • 8. Pandiyaraj K., Kumar A.A., Ramkumar M.C., Kumar U.S., Gopinath P., Cools P., Geyter De N., Morent R., Bah M., Shah I.S., Su P., Deshmukh R.R., Effect of processing parameters on the deposition of SiOx-like coatings on the surface of polypropylene films using glow discharge plasm assisted polymerization for tissue engineering applications, Vacuum, 143, 412-422, 2017.
  • 9. Freidrich J., Mechanisms of Plasma Polymerization – Reviewed from a Chemical Point of View, Plasma Processes and Polymers, 8 (1), 783-802, 2011.
  • 10. Vasile, M. J., Smolinsky G.. Organosilicon films formed by an RF plasma polymerization process Journal of the Electrochemical Society 119 (4) ,451-455, 1972.
  • 11. Yasuda H., Lamaze C. E., Polymerization in an electrodeless glow discharge. II. Olefinic monomers Journal of Applied Polymer Science, 17 (5), 1519-1531, 1973.
  • 12. Yasuda H., Lamaze C. E., Polymerization in an electrodeless glow discharge III. Organic compounds without olefinic doublebond Journal of Applied Polymer Science, 17 (5), 1533-1544, 1973.
  • 13. Mearns A. M., Insulator thin films formed by glow discharge and radiation techniques, Thin Solid Films, 3 (3) 201-228 1969.
  • 14. Hollahan J. R., Rare gas plasma polymerization of benzene at− 196°, Macromoleculer Chemistry and Physics, 154 (1), 303, 1972.
  • 15. Ansys Inc., ANSYS FLUENT theory guide, Canonsburg, PA, Release 15.0, 2-6, 2013.
  • 16. Wilcox D.C., Turbulence modeling for CFD, DCW industries, Vol. 2. La Canada, CA, 137-140, 1998.
  • 17. Sobachkin, A. and Dumnov G., Numerical basis of CAD-embedded CFD, NAFEMS World Congress, 7- 11, 2013.
  • 18. RanadeV., Computational Flow Modelling for Chemical Reactor Engineering, Academic Press, Ch. 20 (5), 1-108, 2001.
  • 19. Lamendola R., D’Agostino R, Fracassi F, Thin film deposation from hexamethyldisliloxane fed glow discharges, Plasmas and Polymers, 2 (3), 147-164, 1997.
  • 20. Schwarz J., Schmidt M. and Ohl A., Synthesis of plasma-polymerized hexamethyldisiloxane (HMDSO) films by microwave discharge, Surface and Coating Technology, 98 (1-3),859-864, 1998.
  • 21. Morent R., Geyter N.D., Vlierberghe S.V., Dubruel P., Leys C. and Schacht E., Organic-inorganic behaviour of HMDSO films plasma-polymerized at athmospheric pressure”, Surface and Coating Technology, 203 (10- 11), 1366-1372, 2009.
  • 22. Zajickova L., Bursikova V., Perina V., Mackova A., Subedi D., Janca J., Simirnov S., Plasma mofication of polycarbonates, Surface and Coating Technology, 142- 144, 449-454, 2001.
  • 23. Jamieson E.H.H. and Windle A.H., Structure and oxygen-barrier properties of metallized polymer film, Journal of Material. Sciences, 18 (1),64-80, 1983.
  • 24. İç Y.T. ve Yıldırım S. ,Improvement of a product design using multi criteria decision making methods with Taguchi method, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 27 (2), 447-458, 2012.
APA Sözer İ, Geçim S, KIDIL G, CAKIR M (2021). PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. , 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
Chicago Sözer İbrahim Emrah,Geçim Serkan,KIDIL Gökmen,CAKIR Mustafa Cemal PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. (2021): 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
MLA Sözer İbrahim Emrah,Geçim Serkan,KIDIL Gökmen,CAKIR Mustafa Cemal PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. , 2021, ss.119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
AMA Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. . 2021; 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
Vancouver Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. . 2021; 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
IEEE Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M "PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu." , ss.119 - 132, 2021. 10.17341/gazimmfd.656258
ISNAD Sözer, İbrahim Emrah vd. "PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu". (2021), 119-132. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.656258
APA Sözer İ, Geçim S, KIDIL G, CAKIR M (2021). PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(1), 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
Chicago Sözer İbrahim Emrah,Geçim Serkan,KIDIL Gökmen,CAKIR Mustafa Cemal PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.1 (2021): 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
MLA Sözer İbrahim Emrah,Geçim Serkan,KIDIL Gökmen,CAKIR Mustafa Cemal PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.1, 2021, ss.119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
AMA Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
Vancouver Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 119 - 132. 10.17341/gazimmfd.656258
IEEE Sözer İ,Geçim S,KIDIL G,CAKIR M "PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.119 - 132, 2021. 10.17341/gazimmfd.656258
ISNAD Sözer, İbrahim Emrah vd. "PVD vakum ortamında HMDSO polimerizasyonunun otomotiv endüstrisi için nümerik olarak incelenmesi ve proses optimizasyonu". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/1 (2021), 119-132. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.656258