ELEKTORİLİK ÇİNKO KAPLAMA

Genel özellikleri

* Atom Sayısı : 30

* Atom Ağırlığı : 65,37

* Değerliği : + 2

* Yoğunluğu : 7,141gr/cm3

* Ergime Noktası : 419,4 0 C

* Kaynama Noktası : 907 0 C

* Isı İletkenliği : 0,278 cal/cm. grd

 Çinkonun koruyucu özelliği muntazam ve iyi yapışan kaplamalar vermesinden ileri gelir. Ayrıca çinkonun atmosferdeki elementlerle etkileşmesi sonucu oluşan korozyon ürünlerinin kaplama tabakasını kaplama tabasını koruması da ayrıca bir avantajdır. Çinko kaplama üzerine uygulanan pasivasyon işlemi kaplamanın korozyon direncini % 25 – 30 oranında arttırır. Çinko kaplamada bir önemli nokta daha vardır. 

Bir çinko kaplama banyosunda bulunan yabancı metallerin çinko ile birlikte katod da birikmesi yani çinko ile birlikte yabancı metallerin de kaplamaya dahil olması kaplama örtüsünde problem yaratmaz. (Diğer kaplama çeşitleri için bu avantaj söylenemez) çinko kaplamanın bir diğer özelliği de uzak koruma tesiridir. Yani çinko kaplama üzerinde ufak ebatta birkaç mm2 kaplanmamış yerler olsa dahi koruma tesiri devam etmektedir. Çinko normal atmosferde yavaş yavaş okside olur. Yüzeyinde daha ziyade çinko hidroksit, çinko karbonat, bazen de çinko sülfat ve çinko klorür meydana gelir. 

Bu oksidasyon ürünleri yüzeye sıkı yapışan ve korozyonu geciktiren bir örtü tabakası meydana getirir. Fakat hepsinin koruyuculuk dereceleri farklıdır. Örneğin endüstri bölgelerinde hava ekseri kükürt di oksit ihtiva eder. Kükürt di oksit gazı çinko ile etkileşerek kaplama tabakasının üzerinde çinko sülfat oluşumuna neden olur. Bu tuzda suda çözünen bir tuzdur ve özelliğinden dolayı korozyonu arttırır. Deniz ikliminin hakim olduğu bölgeler de ise atmosferde bulunan klor çinko ile etkileşerek çinko klorür tuzunu meydana getirir ve bu tuz suda çözünmez ve yüzeyde koruyucu bir tabaka meydana getirir.

Çinko kaplamanın kalınlığı  kaplama tabakasının korozyon mukavemetine etki eden en büyük faktördür. İsteğe ve kullanacağı yere göre 5 – 50 mikron arasında kaplama yapılır. Daha yüksek kaplamalar da korozyon direnci düşer. Çinko kaplamanın direnci kaplama kalınlığı ile ters orantılıdır. Örneğin dış atmosfere maruz kalacak parçalar en az 12 mikron kaplama yapılmalıdır.

 Alman kaplamacı laub a göre 9 – 10 mikron kalınlığındaki çinko kaplamanın korozyon mukavemeti; endüstri atmosferinde bina dışındaki ömrü 1,1 – 1,5 yıl bina içinde ise 4 – 4,5 yıldır. Deniz atmosferinde ise bina dışında 2,2 – 3,2 bina içinde ise    4,6 – 6,5  yıldır. Çinko metali ve tuzları zehirlidir. Bu nedenle yiyecek konacak olan kaplar çinko ile kaplanmamalıdır. 40 mgr/lt konsantrasyonda öldürücüdür. 

1) Çinko Kaplama Türleri

1. a) Siyanürlü Alkali Çinko Prosesi: B proseslerde elde edilen çinko kaplama tabakası, asidik çinko banyolarında elde edilen çinko kaplama tabakasından daha düzgün ve parlaktır. Atomların yüzeydeki dizilişi daha düzgün ve sıkıdır. Kaplama tabası daha homojen olup yani kaplama kalınlığı parçanın çukur ve sivri yerinde, anoda uzak ve yakın yerlerinde yaklaşık aynıdır. Bu banyolar komplike parçaların kaplanmasında tercih edilir.bu banyoda döküm parçalar kaplanamaz haberleşme sanayinde kullanılan parçalar bu banyolar da kaplanır. Bu banyoların klasik özelliklerine gelince

Siyanürlü alkali çinko banyolarının akım verimliliği düşüktür. Bu sebepten dolayı bu banyolarda döküm parçalar kaplanamaz çünkü parça yüzeyinde hidrojen gazı çıkışından dolayı arızalı kaplama elde edilir.

Çukur ve pürüzlülük giderme özelliği zayıftır. Atıkların nötürlenmesi zor ve pahalıdır bu özellikler bu banyonun dezavantajını oluşturur.

Derin dağılım kudretleri çok iyidir. Ön temizlik işlemlerinde toleransları geniştir. Yüzey temiz olmasa bile kaplama sorun çıkarmaz. Çünkü bu banyoların temizleyici özelliği vardır. Örnek bir çinko banyosu kuruluşu aşağıdaki gibidir.

Çinko : 35 – 40 gr/lt

Sodyum hidroksit : 40 – 65 gr/lt

Sodyum siyanür : 90 – 110 gr/lt

Akım yoğunluğu : 1,5 amp./dm2

Banyo sıcaklığı : 15 – 40 0 C

pH değeri : yüksek alkali

Bu banyolarda akım verimi 2 amp./dm2 de % 85 civarındadır ve dakikada 0,5 mikron kalınlık elde edilir.

1. b) Siyanürsüz Alkali Çinko Banyoları: bu prosesle elde edilen çinko kaplama özellikleri siyanürlü çinko banyolarda elde edilen özelliklere benzer bu banyolar siyanürün nötürlenmesinin pahalı olmasından dolayı geliştirilmiştir. Fakat bu banyolarda kullanılan kimyasalların kompleksleştirici özelliklerde olması ve bu komplekslerin bozunmaması daha büyük problem olarak ortaya çıkar. Bu nedenle bu banyolar fazla rağbet görmemiştir. Örnek bir çinko banyosu kuruluşu aşağıdaki gibidir.

Çinko : 5 – 12 gr/lt

Sodyum hidroksit : 100 – 150 gr/lt

Akım yoğunluğu : 1,5 amp./dm2

Banyo sıcaklığı : 18 – 32 0 C

pH değeri : yüksek alkali

Bu banyolarda akım verimi 2 amp./dm2 de % 85 – 90  civarındadır ve dakikada 0,45 mikron kalınlık elde edilir.

1. c) Asitli Çinko Banyoları: son yıllarda oldukça yaygın kullanım alanı bulan banyo türüdür.alman meslek firmaları tarafından geliştirilmiştir ve 1967 yılından beri kullanılmaktadır. Atıkların kolay nötürelize edilmesi, kimyasal tuzların daha ucuz olması, işletmenin daha kolay olması ve hidrojen gevrekliğine hassas olan parçaların kaplanabilmesi gibi avantajlara sahiptir. Ayrıca bu banyolarda akım verimliliği daha yüksektir. Bu nedenle istenilen kaplama kalınlığına daha çabuk ulaşılır. 2 – 3 amp./dm2 de akım yoğunluğunda dakikada 0,7 mikron kalınlık elde edilir. Bu banyoların düzeltici tesiri daha etkilidir. 

Dezavantajları  da dağılım kudretlerinin azlığıdır. Komplike parçalarda homojen olmayan kaplama tabakaları elde edilir. Parçanın uç ve anoda yakın yerlerinde kaplama kalınlığı kalındır ve çukur ve anoda uzak yerlerde kaplama kalınlığı azdır. Bu banyoların bir diğer dezavantajı da in işlemlerinin çok iyi yapılmasını gerektirmektedir. Bilhassa temizlik çok iyi yapılmalıdır. Asitli çinko banyolarında çelikten ve dökümden yapılma parçalar çok rahatlıkla kaplanabilir. Bazı durumlar da çinko kaplama yapabilmek için parçalara ısıl işlem uygulamak gerekir. Bunlar

• • menevişlemeden sonra işlenen ve taşlanan parçalar

• soğuk şekillendirilmiş parçalar

• kısmi veya tamamen karbonlanmış parçalar
• bölgesel veya tamamen sertleştirilmiş çelik parçalar için ısıl işlem yapılmalıdır.

Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta var çekme dayanımı 1.500 newton/mm2 den büyük olan parçalar normal olarak sağlıklı kaplanamazlar. Çekme dayanımı 1.000 – 1.500’ e kadar olan parçalarda , ise gerilim giderme işleminden sonra kaplama yapılır. Bir fikir vermek üzere, bu parçalar menevişleme sıcaklık sınırları içersinde, öncelikle üst sınıra yakın sıcaklıklarda 30 dk veya 190 – 210 0 C de en az bir saat tavlanması gerekir. 

Endüksiyan veya alevde sertleştirilmiş, semente edilmiş ve sonra taşlanmış bazı çelikler yukarıdaki sıcaklıklarda bozunabilir. Buna meydan vermemek için bu çeliklere daha düşük sıcaklıklarda gerilim giderme tavı vermek gerekir. Örneğin 1700 C de 1 saatden az olmamak kaydıyla tavlanır. Burada dikkat edilmesi gereken bir önemli nokta daha var. Çalışma koşullarında yorulma veya uzun süreli yükleme gerilmesi altında kalan ve aşırı soğuk biçimlendirilmiş veya çekme dayanımı 1.000 N/mm2 den yüksek olan çeliklerden yapılmış parçalar kaplandıktan sonra ısı işleminden geçirilmelidir. Isı işlemi için öngörülen sıcaklığın zararlı olacağı hallerde, örneğin yüzeyi sertleştirilmiş bazı parçalarda olduğu gibi daha düşük sıcaklığın daha uzun bir süre uygulanması gerekir.

Bir asitli çinko prosesinde işlem sırası aşağıdaki gibidir. 

• • Sıcak Yağ Alma                  * Kaskat Yıkama

• Asit Yıkama (dekapaj)       * Kaskat Yıkama

• Elektrikli Yağ Alma (Katodik ve Anodik)       * Kaskat Yıkama

• Asit Yıkama (Dekapaj)       * Kaskat Yıkama

• Asitli Çinko Kaplama       * Ekonomi Yıkama

• Durulama
• Renk açma       * Kaskat Yıkama
• Pasivasyon       * Kaskat Yıkama
• Sıcak Durulama       * Kurutma

1) Sıcak Yağ Alma: kaplama yapılacak parçanın yüzeyindeki yağ, kir, pas, ve metal tozların temizlenmesi amacıyla temizlik işlemidir. Parçanın kirlilik derecesi ve şekline göre temizlik işlemi dada etkili yapılabilir. Sıcak yağ almanın yanına ultrasonik yağ alma ve elektrikli yağ alma dahil edilebilir. Banyo çözeltisi devri daim pompası ile malzeme yüzeyine püskürtülebilir. Böylece temizlik işleminin kusursuz olması sağlanır. İşlem zamanı parçanın tipine ve kirlilik derecesine göre 5 – 10 dakika civarında değişir. Kullanılan yağ alma maddesinin, kaplanacak olan metale uygun olmasına dikkat edilmelidir.

Ayrıca kullanılacak kimyasal malzemenin

• İyi dağılma gücüne
• Temizleme gücüne
• Su ile uzaklaştırılabilme özelliğine 
• Yüzeyin aşındırıcı özellikte olmamasına 
• Atığın kolay nötürleşebilme özelliğine dikkat edilmelidir

Ayrıca bir yağ alma kimyasalının içersine giren yağı emülge etme özelliği olmalıdır. Kaliteli bir yağ alma malzemesinin 5 gr/lt yağ bağlaması gerekiyor. Yağ alma malzemesinin ömrü analitik yöntemlerle izlenir. Her firmanın kendi kimyasalı için kullanım parametresi vardır. Bunun dışında bu kimyasalların temizleme durumu bazı belirtilerle de kendini gösterir. Örneğin banyonun renginin sarıdan yeşile dönmesi, yüzeyinde yağ tabakalarını oluşması ve banyodan çıkan parçalarda durulamadan sonra boncuk boncuk su damlaları ve yol yol su izlerinin oluşması banyonun artık verimden düştüğünü gösterir bu durumda banyo takviye edilmelidir. Bir yağ alma banyosu, ilk kuruluş kimyasalının % 50 kadar takviye edilir. Ondan sonra dökülüp yeniden kurulur. Yağ alma banyosunun basit bir yöntemi daha vardır. 

Testin Yapılışı: 10*10 cm DKP saç plaka kesilir. İş parçaları ile birlikte aynı süre yağ alma işlemine tabi tutulur, kurutulur, % 2 lik sülfürik asit çözeltisine daldırılıp çıkartılır. Kurumaya bırakılan parça yüzeyinde meydana gelen pas tabakası homojen ve her yerde eşit ise yağ alma işlemi iyi yapıyor şayet pas tabakası homojen değil de bölgesel ise yağ alma işlemi yeterli değil değiştirip yenisini kurmak lazım

2) Asit Banyosu: parça üzerindeki pas ve oksit tabakası çözmek amacıyla yapılan işlemdir. Bir başka amaç da sıcak yağ alma kimyasallarını artıklarının uzaklaştırılmasıdır. İş zamanı 0,5 – 1 dakika olup bazı parçalarda 5 dakikaya kadar da çıkabilir. Fakat burada çok dikkatli olmak gerekir hidrojen meyilli parçalarda işlem mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır. Çünkü bu tür parçalar yapılarına hidrojen aldıklarından kaplama sert ve gevrek olabilir. Gri döküm parçalarda işlem süresi uzun tutulmalıdır. Aksi halde yüzeyde meydana gelen grafit  tabakası yalıtkan olduğundan kaplamaya engel teşkil edebilir. Dikkat edilecek diğer bir  nokta da dekapaj asidinin cinsi ve konsantrasyonunun doğru seçilmesidir. Bu durum kaplanacak malzemenin durumuna uygun olmalıdır. 

3) Elektrikli Yağ Alma: Çok kirli parçaların temizliği için sıcak yağ almayı takviye amacıyla yapılan yağ alma işlemidir. Bu işlem yüzeyde kalan son yağ oksit ve iyon artıklarını temizlemek için kullanılır. Anodik ve katodik olarak kullanılır. Katodik yağ alma işlemi hidrojen gevrekliğinin mahzur ettiği parçalarda kullanılmaz böyle parçalarda anodik yağ alma banyosu kullanılır. Anodik yağ alma işleminde sürenin kısa olmasına dikkat edilmelidir. 

Çünkü bir kaplama banyosunda elektrik akımının gücü anottan katoda doğru olduğundan parça yüzeyinde çözülmeler meydana gelir. Bu banyoların kontrolü analitik yöntemlerle sağlanır. Sıcak yağ alma için yapılan basit testler elektrikli yağ alma için de uygulanabilir. 

4) Çinko Kaplama: Asitli çinko banyolarında korozyona dayanıklı çok kaliteli kaplamalar elde edilebilir. Askı ve dolap kaplamalarda çok kısa sürede parlak kaplamalar elde edilebilir. Bu banyoların parlatıcı eşliğinde verdiği kaplamalar esnektir ve her yerde kullanılabilir. Kaplama kalınlığı oldukça homojendir. Düşük karbonlu, normal karbonlu, döküm ve dövme demirin her türlüsü bu banyoda parlak tabakalar vererek kaplanabilir. 

Bu banyoda parlatıcı ve parlak taşıyıcıların büyük önemi vardır. Yeni hazırlanan asitli çinko banyosuna banyo hacminin % 2 – 4 kadar ilave edilir. Bu ilk kuruluş ilavesinden sonra bilhassa çinko klorür ilaveleri ile birlikte küçük partiler halinde ilave edilmelidir. Parlatıcı ise kaplamanın güzelliğini sağlar genel olarak 10.000 amp/saatde sarfiyat 1,8 – 2,0 litredir.

Parlak taşıyıcının banyodaki miktarının daima 40 gr/lt olmasında fayda var. Parlatıcı ve parlak taşıyıcının kontrolü için hull cell testi ile banyodaki oranlar sürekli kontrol altında tutulmalıdır. Ayrıca parlatıcı ve parlak taşıyıcılar da analitik yöntemlerle de belirlenebilir. Çinko banyolarında pH ayarı için amonyak ve hidroklorik asit kullanılır. 

Banyonun sürekli filtre edilmesi gerekir asitli çinko banyolarında çalışma esnasında banyoda sürekli ısınma meydana gelir bunun neticesinde parlatıcı sarfiyatı artar kaplamada alçak akım yoğunluklar mat çıkar. Banyo sıcaklığı 35 0C aşmamalıdır. Bunun için çinko banyolarında sürekli soğutma sağlanmalıdır. Anot olarak % 99,99 saflıkta elektrolitik çinko kullanılmalıdır. Anotlar anot sepetinde ve poli propilen torbalarda asiılmalıdır. Banyoda anot kadot en az 1/1 olmalıdır.

Banyonun Çalışma Şartları:  

Çinko :   27 –   33 gr/lt 

Klorür : 145 – 165 gr/lt

Borik asit :   25 –   35 gr/lt

Parlatıcı :               1 ml/lt

Parlak Taşıyıcı :             40 ml/lt

pH : 4,8 – 5,2

Banyo sıcaklığı : 23 – 27 0 C

Akım yoğunluğu : 2 – 2,5 amp/dm2

Ayrışma hzız : 0,6 mikron dakika

• Banyo yarıya kadar su ile doldurulur. 500 C ye ısıtılır.
• Miktarı belli olan çinko klorür ve potasyum klorür banyoya karıştırılarak ilave edilir.
• Miktarı belli olan borik asit banyoya konur. Karıştırılarak ilave edilir.
• Sıcaklık 30 0 C düşürülerek banyo süzülür.
• Gerekli miktar parlatıcı ve parlak taşıyıcı ilave edilip banyo hacmine tamamlanır.
• pH % 50’lik hidroklorik asit ile ayarlanır.

Banyo çalışmaya hazırdır. Banyodaki çinko klorür ve borik asit konsantrasyonu analitik yöntemlerle parlatıcı ve parlak taşıyıcı hull cell testi ile tesbit edilir. Banyodaki zarar verici kirlilik için sınır değerler aşağıdaki gibidir.

Fe : 5 gr/lt Cd : 0,015 gr/lt 

Krom metali eser miktarda olsa bile kaplamayı kötü etkiler.

5) Pasivasyon: Çinko kaplamın korozyon mukavemetini arttırmak için kullanılır. Çinko kaplamalara uygulanan 4 tür pasivasyon vardır.

• Mavi Pasivasyon: Renksiz pasivasyon da denir. F harfiyle sembolize edilir.
• Siyah pasivasyon: S harfiyle sempolize edilir.
• Sarı pasivasyon   : Sarımsı, yeşil renk  G harfiyle sembolize edilir.
• Zeytuni yaşil pasivasyon : O harfiyle sembolize edilir.

Bu pasivasyonların korozyon mukavemeti maviden zeytuni yeşile doğru artar. Mavi pasivasyon dekoratif amaçlı iken zeytuni yeşil pasivasyon ağır korozif ortamlar içindir. Pasivasyon banyolarının çalışma parametreleri her firmaya göre değişiklikler gösterir. Çalışma sonucunda kromat renginde azalma ve ya daldırma süresinde artma banyonun performansının azaldığını gösterir. Banyo ya tamamen değiştirilir yada ½ oranında yenilenmelidir. Ayrıca yukarıdaki kirlilik değerleri aşıldığında banyo dökülüp yeniden kurulur. Eski banyonun % 10’ u yeni banyoya ilave edilir. Bu banyolarda renk dağılımının homojen olması için hava karıştırması olmalıdır. Pasivasyon yapılmış parçalar 60 0 C nin üzerinde kurutulmamalıdır. 

6) Sıcak Durulama: Parçanın daha çabuk kuruması için kullanılan banyodur. Isı 60 – 70 0 C dir. İşlem zamanı 0,5 – 1 dakikadır. Banyoya 2 ml/lt bağlayıcı ilave edilir. Eğer kaplanmış parçanın kaplama almamış olan yerlerinde bir korozyon mukavemeti isteniyorsa o zaman banyoya aşağıdaki kimyasallar ilave edilir.

* Tri etanol amin :     5 ml/lt

* Emülgatör :     3 ml/lt 

* Sodyum Fosfat :   0,2 gr/lt

* Sodyum kromat : 0,04 gr/lt

Bu ilaveler yapıldığında banyo pH sı 9 a çıkar bu durumda banyo pH sı seyreltik hidroklorik asit ile veya sodyum hidroksit ile ayarlanır.

7) Kaplamanın Özellikleri: Kaplanmış parçanın belirli kaplama yüzeyi üzerinde kabarcık, karıncalanma, dalgalanma, çatlak, kaplanmamış bölge ve leke olmamalıdır. Parça temiz ve zedelenmemiş olmalıdır. Tersi istenmedikçe kaplama yüzeyi parlak olmalıdır. İstenilen kalınlık teknik resimle belirlenmelidir. Ölçüm teknik resimde verilen yerlerde verilir uygun bir kalınlığa uymak gerekir. Kaplama kalınlığı her vardiya başında ve daha sonra her saatte ölçme noktalarında belirtilen yerlerde ölçülür. Ayrıca çözeltinin her ayarlanmasında veya çalışma şartlarının değiştirilmesi halinde kaplama kalınlığı ölçülmelidir. 

Kaplama kalınlığını anlamak için manyetik prensibe göre ‘’ tahrip etmeden’’ bir kaplama kalınlığı ölçümü tercih edilmelidir. Alternatif olarak kaplamanın bölgesel olarak çıkartılması da uygun olabilir. Ölçüm pürüzsüz ve düzgün ve mümkünse işlenmiş yüzeyde yapılmalıdır.

• Yapışma:  Elde edilen kaplama tabakası aşağıdaki deney uygulandığında ana metalden ayrılmalıdır. Düz bir metal alet 15 sn bir süre ile kaplama yüzeyi üzerinde 650 mm2 den çok olmayan bir alana hızlı ve kuvvetli bir şekilde sürtülür. Basınç her sürtmede kaplamayı parlatmak için yeterli, fakat kaplamayı yırtacak kadar kuvvetli olmamalıdır. Kötü yapışma sürtme süresince büyüyen gevrek bir kabarcığın görünmesinden anlaşılır. Sürtmeye devam edildiğinde kaplamanın çatlayıp baz malzemeden soyulduğu görülür. Bu yapışmanın kötü olduğunu belirler
• Pasifleştirme Filminin Sürekliliği: Pasivasyon filmi çinko kaplama üzerinde sürekli olmalıdır. Pasifleştirme filminin varlığı aşağıdaki deneyle belirlenir.

1 litre damıtık suda 50 gr kurşun asetat çözülür. Kaplama yüzeyi üzerine bu kaplama çözeltisinden bir damla damlatılır ve 5 sn beklenir bundan sonra yüzeyde oluşmuş birikimin dağılmamasına dikkat edilerek damla emdirilerek temizlenir. Koyu renkli birikim veya siyah renkli bir leke pasifleştirme filminin bulunmadığını gösterir. Karşılaştırma için pasivasyon uygulanmış yüzeyde aynı işlem uygulanır.

• Pasifleştirme Filminin Yapışması: Pasivasyon filminin kaplamaya iyi yapışmış olması    

      gerekir. Bunun tesbiti için aşağıdaki deney yapılır.

Sert parçacıkları olmayan bir silgi pasivasyon yapılmış yüzeye 10 defa sürtülür. Bu işlem sonucunda pasivasyon film tabakası metale kadar aşınmamalıdır.

1. d)   Korozyon Mukavemeti: Yüzey kaplamanın korozyon direnci DİN 50021 SS’e göre        test gerektiğinde kullanılır. Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir husus vardır. Pasivasyon tabakası en az 24 saat yaşlandırmaya tabi tutulmalıdır. Aksi halde pasivasyon tabakası tam bir koruma direncine sahip olmaz. Bunun için oda sıcaklığında en az 24 saat beklenmelidir. Korozyon testinden sonra numunenin yüzeyi akar suda yıkanır kurutulur ve parça yüzeyinde pas meydana gelip gelmediği kontrol edilir. Kaplama tabakasının korozyon direnci tuz püskürtme testiyle belirlenir. Bulunan korozyon tipi ve  ölçüsü değerlendirmede baz olarak kullanılır. Numunenin sadece önemli bölümlerindeki çıplak gözle görülebilen paslar nazarı dikkate alınacaktır.