ÇİNKO KAPLAMA VE PASİVASYON SİSTEMLERİ

100 Yılı aşkın bir süredir gerçekleştirilmekte olan çinko kaplamadaki asıl amaç, demire korozyon direnci vermek ve görüntüde iyi bir renk elde etmektir. Bu gün ise çinko, kaplama endüstrisine en büyük desteği sağlamaktadır. Çinko % 30 oranında otomotiv endüstrisinde kullanılmaktadır ve otomotiv üreticileri bu yolla araçları için 12 yıl ve üzeri yıllar için garanti vermektedirler. Çinko kaplama her gün çevremizde görebildiğimiz kaplama çeşitleri arasındadır. Örneğin arabamızdaki, daha hızlı gitmemizi sağlayan parçaları bir arada tutan tüm elemanlar çinko kaplanmaktadır. 

Dolayısıyla otomotiv ve bağlantı elemanları endüstrisi, çinko kaplamanın en çok kullanıldığı alandır. Bunun yanında ispanyolet sektörü de çinko kaplamayı tercih etmektedir. Yükselen ihtiyaç ise, her geçen gün yeni otomatik tesislerin veya manuel tesislerin açılmasını öngörmektedir. Bu sebeple hem bu sektörde kalite anlayışı yükselmiş hem de korozyona karşı uzun yıllar garanti verilmeye başlanmıştır.

Çinko kullanımına neden olan ve en başta gelen sorun, demirin korozyona uğramasından kaynaklanan maliyet etkisidir. İnşaat sektörü, kontrüksiyon, enerji, mobilya, otomotiv gibi tüm sektörlerde oldukça fazla kullanım alanına sahiptir. 

Çinko Prosesinin Elektrolitik Kaplamada kullanılabilirliği: Elektrolitik uygulamalar da kullanılan çinko, birkaç farkı uygulama ile karşımıza çıkmaktadır. Bu farkı uygulamalarla ilgili bilgiler aşağıda verilmiştir.

Siyanürlü çinko bu uygulamalardan birisi olup, en eski ve uzun süreli kullanıma sahip bir proses olarak karşımıza çıkmaktadır. Hala çeşitli sektörlerde kullanımına devam edilmektedir. Siyanürlü çinko ile oluşturulan kaplamalar, iyi bir sürekliliğe sahip olmakla beraber, kullanımı da oldukça basittir. Sürekli ön işlem gerektirmeyen ve hata oranı düşük kaplamalar elde edilir. Metal dağılımı olarak da düzgün ve homojen bir kaplama yapılmasını sağlar. Fakat siyanürün zararlı etkilerinden, arıtma zorlukları ve alternatiflerinin daha üstün avantajlara sahip olmasından dolayı, popülerliğini kaybetmeye başlamıştır.  

Klor bazlı çinko kaplama, neredeyse nikel – kroma yakın parlaklık veren bir prosestir. Klorlu sistemler de siyanürlü çinko kaplama gibi oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Döküm parçalar, karbonitratyon yapılmış çelik ve zor alaşımlar da uygun bir kaplama türü olarak bilinmektedir. Bu banyolar asidik ph da ve yüksek iletkenlikte çalışmasından dolayı, yüksek verimlere sahiptir. Dolayısıyla enerjinin korunmasını ve üretim verimliliğinin yükselmesini sağlar. 

Fakat iyi bir metal dağılımı sağlayamadığından, özellikle griftli parçalar için uygun bir kaplama türü değildir. Ayrıca siyanürlü çinko banyoları gibi temizleme özelliğine sahip bir çözelti olmadığından, ön işlem banyoları büyük önem arz etmektedir. Belirli aralıklarla gerçekleştirilen banyo çözeltisi analizleriyle sürekli standart kalite kaplama yapmak mümkündür. 

Sülfat bazlı sistemler de ise parlak kaplamaların gerekmediği asidik pH’larda çalışan banyolardır. Çelik, saç, boru, çubuk gibi ürünlerin kaplanmasında kullanılan banyolar olarak dikkat çekmektedir. Fakat günümüzde kullanımı pek yaygın değildir.

Sonrası gelişim ise, siyanürlü çinko kaplama sistemleri yerine geçen siyanür ihtiva etmeyen siyanürsüz alkali çinko kaplama sistemleridir. Siyanürlü çinko için gerekli kaplama ekipmanları ve anot sepetleri bu banyo için de kullanılabileceğinden siyanürlü çinko kaplama sisteminden siyanürsüz alkali çinko kaplama sistemine geçiş kolay olmaktadır. Siyanürsüz alkali çinko kaplama sistemleri arıtma kolaylıkları ve zararlı etkileri olmayışından dolayı, hem çalışma rahatlığı hem de ekonomik rahatlık sağlar. 

Çevreci bir kaplama türüdür. Diğer avantajlarından birisi de metal üzeri kaplamalarda çok iyi dağılım sağlar. Böylece griftli parçalar içinde oldukça uygun bir kaplama türüdür. Günümüzde siyanürsüz alkali çinko kaplama sistemleri için iki tip prosesler mevcuttur. Bunlardan birisi sodyum hidroksitli klasik sistem diğeri ise potasyum hidroksitli sistemdir. Potasyum hidroksit ile kurulan banyolar, özellikle askı hattında ciddi avantajlara sahiptir. Çok daha iyi iletkenlik sağladığından elektrik sarfiyatında önemli tasarruf sağlar.  Böylece sodyum hidroksit’ e göre yüksek olan potasyum hidroksit maliyeti dikkate alınmaz. 

Ayrıca potasyum hidroksitli banyolar daha hızlı kaplama yapabilme özelliğine sahip olmasından dolayı daha kısa sürede malzeme alınmasını sağlar ve bu da ciddi kapasite artışı anlamına gelir. Bir dezavantajı vardır ki çok çok parlak yüzey elde edilmemesi gereğidir. Çünkü çok parlak yüzeyler kaplamadan sonrası birkaç gün veya hafta sonra malzemenin yüzeyinde lekelenmeler oluşturabilmektedir. Günümüzde siyanürsüz alkali çinko kaplama türü, tam otomatik tesisiler de en uygun kaplama ve en çok kullanılan kaplama türü olmaya başlamıştır. 

Düzenli olarak gerçekleştirilen banyo kontrolleri ve analizleri sürekli aynı kalitede ürün elde edilebilmektedir. Bu sistemin diğer bir özelliği de, dışarı da çözünen anot sistemi ile oldukça verimli bir şekilde çalışabilmesidir. Böylece hem sürekli istenilen miktarda çinko sağlanabilmekte hem de anottan gelebilecek kirlilikler önlenebilmektedir. Çünkü anot çözünme tankından çözelti filtre edilerek kaplama banyosuna verilmektedir. 

Siyanürsüz alkali çinko kaplama türünün yayılmasıyla daha da iyisinin yapılabileceği düşünülerek, alaşımlı kaplamalar gündeme gelmiştir. Özellikle otomotiv sektörü ihtiyaçları için, yüksek korozyon direnci isteklerinin sağlanabilmesi amacıyla geliştirilen bu alaşımlı kaplama türleri, kobalt, demir, kalay, nikel olarak sıralanabilir. Çinko – kobalt, çinko – demir mükemmel bir kalınlık dağılımı sarma gücü sağlar. Bunun tam tersi ise; çinko – nikel ve çinko – kobalt (asidik) banyoları için geçerlidir. Fakat bu çözeltiler karbonitrasyon yapılmış çelik, döküm ve yumuşak metaller kullanılan güvenilir ve uygun kaplama türleridir.

Cr+6 SARI PASİVASYON   

• Sarı janjanlı renk sağlar.
• Çarpma ve çizilme sonunda kendi kendini yenileme özelliğine sahiptir.
• Cr+6 değerlikleri krom içerdiğinden dolayı kanserojendir ve iyi bir arıtma sistemine ihtiyaç vardır.
• Maliyetli bir çözelti değildir.
• Kısa ömürlü bir çözelti olduğundan sık sık değiştirilir.

Cr+3 SARI PASİVASYON

• Pembensi yeşil janjanlı bir renk sağlar
• Kendi kendini yenileme özelliği yoktur.
• Kanserojen özelliği yoktur. Kolaylıkla arıtılması mümkündür.
• Maliyetli bir çözeltidir.
• Banyo ömrü daha uzundur.
• Gerekli kontroller ve ekipmanların kullanılmasıyla bu süre daha da uzatılabilir.
• Çok daha fazla kontrol gerektiriyor. Sürekli pH, sıcaklık kontrol edilmelidir. Bunun yanı sıra çalışma yoğunluğuna bağlı olarak konsantrasyon analizi yapılmalı ve eksik miktar tamamlanmalıdır. Yine çalışma sıklığına göre bağlı olarak banyoda oluşabilecek metalik kirlilik miktarları belirlenmeli ve kimyasal firmanın önereceği işlemler kullanılmalıdır.
• Önerilen optimum şartlarda çalışma sağlandığında her hangi bir problem yaşanmamaktadır. Fakat kaplama banyosundan daha fazla ilgiye ihtiyaç vardır.

Çinkoda Yüksek Korozyon Direnci: Çinko ve alaşımlarının korozyon direnci, bazı dönüşüm kaplamalarının uygulanması ile arttırılabilir. Bunun için çok araştırma ve geliştirmeler yapılmış ve uygulanmaya başlamıştır. Bu gün korozyon direncini belirlemek için kullanılmakta olan en belirgin yöntem ASTM B 117 standartıdır ve bu yöntem tuzlu su püskürtme yöntemi olarak bilinir. Testin temelinde belirli bir sıcaklık ve basınçta kabin içersine parçaların belirli bir şekilde yerleştirilmesi ve üzerine tuzlu su püskürtmesiyle korozyona uğratılması esası yer almaktadır. Böylece korozyona uğratma gerçekleşmiş olur. Bu korozif ortama mağdur bırakılmış parçalar, bir süre sonra tepki olarak paslanmaya başlar. Özellikle üzerinde koruma tabakası türüne göre bir saatten önce, yüzeyde beyaz tuz birikmeye başlar. 

Çinko kalınlığına bağlı olarak ta 24 saat gibi süre sonra kırmızı pas gözlenir. İşte bu düşük korozyon durumundan dolayı korumaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun için pasivasyon olarak adlandırılan kaplama üstü uygulamalar geliştirilmiştir. Bu pasivasyonlar, krom bazlı olarak çeşitlendirilmiştir. Parçanın çözelti içersine daldırılması ve belirli bir süre bekletilmesi ile yüzeye tutunması sağlanır. Pasivasyon oluşumu bir miktar çinkonun çözelti içersinde çözünmesi ve pasivasyon tabakasının yüzeye yapışması ile oluşur. Böylece korozyon direnci yükseltilmiş parçalarda korozyondan kaynaklanabilecek sürtünme önlenmiş olur.

Ayrıca görüntü bozunmasına engel olunur. bir diğer avantaj ise, yüzeye bir renk vererek daha hoş bir görüntü sağlar. En popüler pasivasyon renkleri olarak bilinenler mavi, sarı, petrol yeşili ve siyahtır. Pasivasyon çözeltisinin içersine boya ilavesi ile bu renkleri çeşitlendirmenin mümkün olmasıdır. Sarı pasivasyon renk olarak, pirinç parçalara benzediğinden, özellikle bağlantı elemanlarında tercih edilmektedir. Kalın bir tabaka kalınlığı oluşturarak ve kendi kendini yenileme özelliğine de sahip olmasından dolayı oldukça yüksek korozyon direnci sağlar. Bu yüzden daha çok açık havaya maruz kalan parçalarda uygulama alanına sahiptir. 

Fakat Cr+6 değerlikli olduğundan bugün popülerliğini kaybederek yerini Cr+3 değerlikli pasivasyonlara bırakmıştır. Cr+3 olarak bilinen sarı pasivasyonlar gerçekte Cr+6 sarı pasivasyon gibi sarı rengi sağlamaz. Cr+3 olarak adlandırılmasının nedeni yaklaşık olarak aynı tabaka kalınlığını sağlayarak aynı korozyon dirençlerini verebilmesidir. Mavi pasivasyon hem Cr+6  hem de Cr+3 değerlikli olarak iki tipte kullanıma sahiptir. 

Yukarıdaki verilen bilgilerden de bahsedildiği üzere bu pasivasyonlarda da Cr+3’ e geçiş başlamıştır. Mavi pasivasyon, oldukça düşük korozyon direncine sahiptir. Çünkü ince bir pasivasyon tabakası oluşturur. Fakat renk olarak parlak kroma benzer bir renk sağladığından tercih edilmektedir. Korozyon direncinin çok yüksek istenmediği, daha çok kapalı alanlar da kullanılan parçalar için kullanılır. 

Yeşil pasivasyon en çok askeri ekipmanlar da ve otomotiv sektöründe kullanılmaktadır. Aynı şekilde siyah pasivasyonda otomotiv sektöründe ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Bu güne kadar Cr+6 değerlikli olarak kullanılan siyah pasivasyon, yine ağır metallerin kullanılmasına getirilen yasaklar nedeniyle yerini Cr+3 değerlikli pasivasyonlara bırakmıştır. Henüz kullanımı 

çok yaygın değildir. Daha yüksek korozyon dirençleri daha homojen görünüm için sürekli yeni gelişmeler üzerine çalışmalar devam etmektedir. Bu pasivasyonların korozyon direnci için kısa bilgi vermek gerekirse, çinko kaplama üzeri mavi pasivasyon tuz testinde 8 – 96 saat arasında değişen bir korozyon direnci sağlamaktadır. Bu aralık uygulanan pasivasyon tabaksının kalınlığına bağlı olarak değişim gösterir. Çinko kaplama üzeri sarı pasivasyon ise, yine mavi pasivasyonda olduğu gibi tabaka kalınlığına bağlı olarak değişim gösterir. 96 – 300 saat gibi tuz testi direnci sağlar. Yeşil pasivasyon uygulanan parçalarda ise 100 – 200 saatlik direnç gözlenmektedir.

Siyah pasivasyondaki korozyon direnci değişimi ise, yine tabakaya bağlı olmakla beraber içersindeki gümüş iyonları da sonucu etkilemektedir. Siyah rengin oluşmasını sağlayan gümüş iyonları içeriyor ise 24 – 150 saat arası direnç sağladığı gözlenmektedir. Gümüş iyonlarının dahil edilmediği siyah pasivasyonlar da ise oldukça mükemmel olan 500 – 1.500 saat gibi değerler elde edilmektedir. Yukarıda bahsi geçen tüm pasivasyonlar çinko kaplama üzeri ekstra bir koruma sağlar.

Bu korumayı bira arttırabilmek ise, yine geliştirilen farklı çözeltilerle mümkündür. Bunlar, inorganik çözeltiler, lak sistemleri ve vakslar olarak sıralanabilir ve pasivasyon üzeri uygulanabilir. Bu artı uygulama sonucu, pasivasyonların sağladığı tuz testi direncine 20 – 250 saat bir koruma daha eklenmiş olur. Ekstra korozyon direnci sağlamalarının yanında pasivasyonun oluşturduğu rengin sabitleyerek ve janjanı yok ederek, standart görünümde ürün elde edilmesini sağlar. Hat üzerinde sadece daldırma ve püskürtme yöntemiyle uygulanan bu sistem oldukça pratik olarak kullanılmaktadır.

Önceki satırlarda belirtmiş olduğumuz Cr+3 pasivasyonların kendi kendine yenileme özelliğinin olmadığından dolayı bu tarz pasivasyonlara genelde uygulanır. Çünkü, lak sistemleri sert bir film tabakası oluşturarak, parçanın darbeden ve çarpmalardan etkilenmesini önler böylelikle hem çinko hem de pasivasyon tabakası korunmuş olur. Bu tabakanın tam olarak yüzeye tutunması ve katılaşması için 70 – 800 C’ de mutlaka kurutulması gerekir.