Optimization of plasma surface treatments for enhanced adhesive bonding process aluminum/fiber reinforced polymer composites
Alüminyum/fiber takviyeli polimer kompozitlerin geliştirilmiş adeziv yapıştırma prosesi için plazma yüzey işlemlerinin optimizasyonu
- Tez No: 995318
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ONUR ERTUĞRUL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atmosferik basınç plazma, FRP malzemeler, Polimer kompozitler, Serbest yüzey, Soğuk plazma, Atmospheric pressure plasma, FRP materials, Polymer composites, Free surface, Cold plasma
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, atmosferik basınçlı plazma yüzey işlemi ve kontrol edilen nem koşullarının, Al5754 alüminyum alaşımı ile PA6/BFRP kompozit malzemelerin siyanoakrilat yapıştırma performansı üzerindeki etkilerini incelemektedir. Plazma işleminde frekans, güç ve işlem süresi değişkenleri kullanılmış; bu parametrelerin yüzey ıslatma davranışı, kimyasal bileşim, morfoloji ve mekanik dayanım üzerindeki etkileri temas açısı ölçümleri, XPS, SEM, FTIR, tek-lap kayma testleri ve ANOVA tabanlı istatistiksel analizler ile değerlendirilmiştir. AA5754 yüzeyinde plazma aktivasyonu temas açısını 16.6° seviyesine kadar düşürmüş ve kesme dayanımında %35–400 arasında artış sağlamıştır; en yüksek dayanım (9.345 MPa), 1250 Hz, 200 W ve 60 s'lik optimal parametrelerde elde edilmiştir. Kırılma modunun adeziften kohezyonel davranışa dönüşmesi arayüzey bağının güçlendiğini göstermiştir. PA6/BFRP kompozitlerde ise plazma işlemi temas açısını 67°'den 23.9°'a düşürmüş, yüzeye –OH, –COOH, C=O ve N–H gibi oksijen ve azot içeren fonksiyonel gruplar kazandırmış ve kontrollü mikro-pürüzlenme oluşturarak mekanik kilitlenmeyi artırmıştır. Bu değişimler, optimal parametrelerde (%690'a varan) kayma dayanımı artışına yol açmıştır. Ayrıca PA6'nın nem içeriğinin %0.2–0.4 seviyelerine düşürülmesi, plastifikasyonun azalması ve arayüzey etkileşimlerinin güçlenmesi sayesinde kayma dayanımını yaklaşık %8–10 artırmıştır. Özetle çalışma nem kontrollü plazma aktivasyonunun higroskopik polimerlerin metalik ve kompozit yüzeylerdeki yapışma performansını önemli ölçüde artırdığını göstermekte ve ileri seviye yapısal birleştirme teknolojileri için değerli bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates how atmospheric-pressure plasma treatment and controlled moisture affect the cyanoacrylate bonding performance of Al5754 aluminum and PA6/BFRP composite materials. Plasma treatments were applied using varying combinations of frequency, power, and exposure time, and their effects on surface wettability, chemistry, morphology, and mechanical performance were analyzed through contact-angle measurements, XPS, SEM, FTIR, lap-shear testing, and ANOVA-based statistical evaluation. For Al5754 substrates, plasma activation significantly reduced the contact angle to as low as 16.6° and increased shear strength by 35–400%, with optimal parameters (1250 Hz, 200 W, 60 s) yielding a maximum strength of 9.345 MPa. Failure modes shifted from adhesive to cohesive dominance, confirming improved interfacial integrity. In PA6/BFRP composites, plasma treatment reduced the contact angle from 67° to 23.9°, introduced oxygen- and nitrogen-containing functional groups (–OH, –COOH, C=O, N–H), and produced controlled micro-roughening that enhanced mechanical interlocking. These changes resulted in up to a 690% increase in shear strength under optimal conditions (1250 Hz, 100 W, 30 s). Additionally, reducing the intrinsic moisture content of PA6 to 0.2–0.4% improved adhesion by approximately 8–10%, primarily due to reduced plasticization and enhanced interfacial interactions. In summary, the study indicates that humidity-regulated plasma activation greatly boosts the adhesion performance of hygroscopic polymers on metallic and composite surfaces, delivering valuable knowledge for advanced structural joining technologies.
Benzer Tezler
- Optimization of interfacial bonding at metal case-adhesive and adhesive-epdm insulation interfaces through surface treatments for rocket motor applications
Roket motoru uygulamaları için yüzey işlemleri ile metal gövde–yapıştırıcı ve yapıştırıcı–epdm yalıtım arayüzlerindeki yapışmanın optimizasyonu
NEHİR KAHRAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Mikro ark oksidasyon işleminin seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen alsi10mg alaşımının yüzey özelliklerine etkisi
Effect of micro arc oxidation process on the surface properties of alsi10mg alloy fabricated by selective laser melting method
AYSİMA GÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Multifaceted characterization and optimization of aerospace grade thermoplastic composites joints: Advances in surface treatments, mechanical performance, and environmental resilience
Havacilik ve uzay sinifi termoplastik kompozit bağlantilarin çok yönlü karakterizasyonu ve optimizasyonu: Yüzey işlemleri, mekanik performans ve çevresel koşullarda dayaniklilik alanindaki gelişmeler
CEREN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Optimization of fabrication steps for n-type c-Si solar cells
N-tipi kristal silisyum güneş gözesi üretimi için fabrikasyon basamaklarının optimizasyonu
EFE ORHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Fotovoltaik uygulamalar için CZTS (Cu2SnZnS4) ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of CZTS (Cu2SnZnS4) thin films for photovoltaic applications
ALİ RIZA YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH CEYLAN