Yüzey işleme yöntemlerinin alüminyum alaşımlarının yapışma dayanımına sinerjik etkisinin incelenmesi - Yaşar, Mert (Bursa Teknik Üniversitesi, 2025)
Gelişen malzeme teknolojileri, özellikle yapısal bileşenlerde kullanılan yapıştırma yöntemlerinin kalitesini ve dayanıklılığını artırmak amacıyla, farklı yüzey hazırlama tekniklerinin önemini giderek artırmaktadır. Metal yüzeylerin epoksi esaslı yapıştırıcılarla birleştirilmesinde, yüzey hazırlığı uygulamaları hem kimyasal hem de mekanik anlamda, nihai yapışma performansının belirleyicisi durumundadır. Bu bağlamda yapılan çalışmada, alüminyum plakaların yüzeylerine farklı kombinasyonlarda uygulanan yüzey modifikasyonlarının, Bisfenol A esaslı epoksi yapıştırıcı ile oluşturulan bağlantıların yapışma dayanımlarına etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Yüzey hazırlığı amacıyla mekanik (zımparalama), kimyasal (sodyum hidroksit ve nitrik asit ile aşındırma), elektro-kimyasal (fosforik asit anodizasyonu) ve fiziksel (radyofrekans vakum plazma) işlemler planlı bir sıra dahilinde uygulanmıştır. Ayrıca, yüzeyde kimyasal bağlanmayı güçlendirmek amacıyla silanlama işlemi (örneğin TEOS kullanımı) gerçekleştirilmiştir. Yüzey hazırlık işlemlerinin tek tek ve kombinasyonlar halinde uygulanması sayesinde farklı yüzey morfolojileri ve yüzey kimyaları elde edilmiştir. Deneysel süreçte, yüzey modifikasyonu uygulanmamış kontrol numunelerinin çekme testlerinde 3,4 MPa gibi düşük bir mukavemet değeri gösterdiği belirlenmiştir. Buna karşılık, zımparalama ve plazma uygulaması bir arada yapıldığında bu değer yaklaşık üç katına çıkarak 10,4 MPa seviyesine ulaşmıştır. Silanlama işleminin de eklenmesiyle yüzeyde fonksiyonel gruplar zenginleştirilmiş ve yüzey enerjisi artırılmış, böylece yapışma dayanımı 15,8 MPa'ın üzerine çıkmıştır. En yüksek değer ise, kimyasal aşındırma, fosforik asit anodizasyonu, silanlama ve vakum plazma işlemlerinin sıralı uygulanması sonucu 32,1 MPa olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, çoklu yüzey hazırlama yöntemlerinin sinerjik etkisini ve yüzey topografyasının yanı sıra kimyasal özelliklerin de yapışma performansında ne denli kritik olduğunu ortaya koymaktadır. Yaşlandırma testleri (termal döngü ve nem maruziyeti) sonrasında, tek adımlı işlemlerle elde edilen yüzeylerde mukavemette belirgin düşüşler gözlenirken, çoklu işlem kombinasyonları özellikle silanlama içeren yüzeylerde yüksek yapışma değerlerini büyük oranda korumuş; bu durum, kimyasal bağların uzun vadeli kararlılıkta kritik rol oynadığını ortaya koymuştur. Yüzey işlemlerinin etkinliğinin detaylı şekilde karakterize edilmesi amacıyla her bir işlemden elde edilen alüminyum plakalar üzerinde Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. SEM görüntüleri, mekanik işlemlerde yüzeyin belirgin şekilde pürüzlendirilirken, kimyasal aşındırma ve anodizasyon işlemleriyle nano-gözenekli yapılar oluştuğunu ortaya koymuştur.

With the advancement of material technologies, the importance of various surface preparation techniques has been steadily increasing, particularly to enhance the quality and durability of adhesive bonding methods used in structural components. In the bonding of metal surfaces with epoxy-based adhesives, surface preparation processes, both chemically and mechanically, are decisive factors in determining the final adhesion performance. In this study, the effects of different combinations of surface modification processes applied to aluminum plates on the adhesion strength of joints formed with a Bisphenol A–based epoxy adhesive were comprehensively investigated. For surface preparation, mechanical (sanding), chemical (etching with sodium hydroxide and nitric acid), electrochemical (phosphoric acid anodization), and physical (radiofrequency vacuum plasma) treatments were applied in a planned sequence. In addition, silanization (e.g., using TEOS) was performed to enhance chemical bonding on the surface. By applying surface preparation methods individually and in combination, different surface morphologies and chemistries were obtained. In the experimental process, tensile tests on control specimens without any surface modification showed a low strength value of 3.4 MPa. In contrast, the combination of sanding and plasma treatment increased this value by nearly threefold to 10.4 MPa. When silanization was also included, functional groups on the surface were enriched, and surface energy was increased, resulting in adhesion strengths exceeding 15.8 MPa. The highest value was obtained by sequentially applying chemical etching, phosphoric acid anodization, silanization, and vacuum plasma treatment, reaching 32.1 MPa. These results reveal the synergistic effect of multiple surface preparation methods and highlight that both surface topography and chemical properties are critical in adhesion performance. After aging tests (thermal cycling and humidity exposure), surfaces treated with single-step processes exhibited significant reductions in strength, whereas multi-process combinations—especially those including silanization—largely retained high adhesion values. This finding demonstrates the crucial role of chemical bonds in long-term stability. To characterize the effectiveness of the surface treatments in detail, Scanning Electron Microscopy (SEM) analyses were performed on aluminum plates obtained after each process. SEM images showed that while mechanical treatments significantly roughened the surface, chemical etching and anodization produced nano-porous structures.
Investigation of the synergistic effect of surface treatment methods on the bond strength of aluminum alloys
Keywords: Kimya Mühendisliği; Chemical Engineering ; Metalurji Mühendisliği