Çelik malzemelerin kaplanmasında kullanılan yöntemler 3 grupta toplanabilir,
• Mekanik yöntemle kaplama
• Elektrolitik ve daldırma yöntemiyle kaplama
• Püskürtme yöntemiyle kaplama
Mekanik Kaplama
Mekanik kaplama, demir-çelik malzemelerin, bakır alaşımlarının, paslanmaz çelik ve bazı döküm çeşitlerinin kaplandığı bir metottur. Proses ile sünek yapıda, metalik ve korozyona karşı dayanıklı çinko, kadmiyum, kalay, bakır veya alüminyum kaplama elde edilir. Çoğunlukla mühendislik, ekonomi ve atık problemlerine çözüm getirir. Tercih edilmekte olan mekanik ve galvanik özellikleri, en az hidrojen kırılganlığı riski ile sağlar. Ayrıca elektrolitik kaplama karşısında fiyat açısından da avantaj sağlamaktadır. Mekanik kaplama, parçaların, cam partikülleri karışımının, metalik tozların yükseltici ve hızlandırıcı kimyasalların ve suyun tanburda birlikte çevrilmesi ile oluşur.
Avantajları şunlardır:
• Hidrojen kırılganlığına karşı hassasiyeti büyük ölçüde azaltır.
• Birçok metal üzerinde, değişik oranlarda kaplama kalınlığı elde edilebilir.
• Başka proseslerden daha az enerji harcanır.
• Zehirli kimyasal kullanımı gerektirmez.
• Artık işlemlerini kolaylaştırır.
• Çoğunlukla pişirme işlemi gerektirmez.
• Üniform kaplama sağlar.
Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
çelik sac nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Elektrolitik ve Daldırma Yöntemiyle Kaplama
Bir kaplama işlemi genel olarak polisaj ve eloktrolitik ve daldırma yöntemiyle kaplama olmak üzere iki kısımda incelenebilir.
Polisajda kaplanacak yüzeyler bir ayna parlaklığına getirilir. Burada en önemli husus demir veya alüminyum parçaların polisajlarının aynı polisaj tezgahında değil, ayrı ayrı tezgahlarda yapılması gerekir, aksi halde Al tozlar, yangına sebebiyet verir.
Yüzey temizleme;
• Yağdan temizleme
• Parça üzerindeki oksit ve pasın giderilmesi
• Elektrolitik kimyasal parlatma Banyolarda Kaplama;
Polisaj gerektiren parçalarda, polisaj işleminden sonra parçalar bekletilmez. Yüzey temizliği yapılan parçalar elektrolite daldırılır ve akım verilir, bazı durumlarda da parçalar akım altında asılır. Aksi halde metalin yüzeyinde bir oksit tabakası oluşur. Kaplama işleminin aralıksız, bekletilmeden devam edilmesi gerekir. Akım kesilmesi durumlarında ise kaplanmış ve ya yarı kaplanmış parçalar bir sonraki yıkama banyosunda bekletilmelidir. En son kaplamadan çıkan parçalar demineralize sıcak suda 95 °C de 5-10 dakika bekletilmelidir.
Kimyasal kaplamanın kalitesini etkileyen faktörler aşağıdaki gibidir;
• Akım yoğunluğu
• Konsantrasyon ve karıştırma
• Sıcaklık
• Temel metalin ve elektrolitin yapısı
• pH'in etkisi
• Kaplama gücü yani dağılma gücü
Elektrolitik ve daldırma yöntemiyle kaplamanın avantajları:
• Uniform kaplama sağlaması
• Metal yüzeyinde çok iyi tutunması
• Kaplanacak malzemelerin özelliklerini değiştirmemesi
• Az enerji harcanması
• Kullanım ömrünün uzun olması
• Hassas ölçü toleranslarında çalışmayı sağlaması
Püskürtme Yöntemi
Öncelikli olarak geliştirilen Metalizasyon adı verilen yöntemde, yüzeyin kaplanması yüksek kinetik ve termik enerjiye sahip olan parçacıkların bombardıman edilmesiyle gerçekleşmektedir. 1915 te İsviçre 'de geliştirilen yöntemle eritilmiş metal, küçük damlalar şeklinde basınçlı hava akımı ile yüzeye püskürtülmektedir. Daha sonra bu yöntem geliştirilerek gaz-alev metalizasyon yöntemi adını aldı. Bu yöntem aşınmış metal parçaların onarımında günümüzde de geniş olarak kullanılmaktadır.
Toz püskürtme yönteminin başlıca amacı, kaplama işleminden geçen bir ürün ya da parçanın, termik deformasyona uğramaksızın ve ana malzeme özelliklerini olumsuz olarak etkilemeksizin yüzeyde dayanıklı, sert bir katman oluşturmaktır. Bunu sağlayacak yöntem olarak ta detonasyon püskürtme yöntemi geliştirilmiştir. Gaz ortamında meydana gelen detonasyon, belirli bir maddenin belirli bir ortamda maksimuma ulaşmış sabit süpersonik hızla yayılan bir patlama sürecidir. Detonasyon yönteminde toz taneciklerin yüzeye çarpma hızı 800-1300 m/s ye kadar ulaşmaktadır. Oldukça yüksek olan bu detonasyon hızları, yüksek kaliteli kaplamaların yapılmasına olanak sağlamaktadır. Detonasyon yönteminin en büyük avantajı, kaplama süresince malzeme yüzeyini aşırı olarak ısıtmamasıdır.
Detonasyon kaplama yönteminin avantajları:
• Metal yüzeyinde çok iyi tutunması
• Yüksek yoğunluk
• Her bir malzeme tozuyla birçok malzeme yüzeyinin kaplanabilmesi
• Kaplama sürecinde kaplanacak malzemelerin özelliklerini değiştirmemesi
• Volfram karbür, titan karbür gibi metal ve seramik tozlarının sağlam koruyucu katmanın oluşmasına olanak sağlaması
Çeliklerin Aşınma ve Korozyon Dayanımını Artırmak İçin Uygulanan Kimyasal Kaplamalar
Çeliklerin aşınma ve korozyon dayanımını artırmak için parçanın kullanım şartlarına bağlı olarak kimyasal kaplama işlemi uygulanmaktadır. Bu uygulama yapılmadan önce yüzeyin çeşitli yüzey işlemleri uygulanarak kaplamaya hazır hale getirilmesi gerekmektedir.
Çelik Yüzeylerin Kaplamaya Hazırlanması
Günümüzde artık yüzey kaplama işlemlerinde en önemli aşamanın, ilk kaplama tabakasının uygulanmasından önce altlık malzemesinin hazırlanması olduğuna inanılmaktadır. İlk tabaka, altlık malzemesi ile kaplamanın fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinin farklı veya benzer olması durumunda ve bütünlüğün sağlanabilmesi için hem elektriksel hem de yapısal sürekliliğin gerektiği durumlarda altlık malzemesi ile kaplama arasında bir köprü kurulabilmesini sağlamaktadır. Aynı şekilde kirletici artıklar da böyle bir sürekliliği bozan doğal bir engeldir.
Bu amaçla yüzeyin kaplamaya hazırlanması, mekanik temizleme, solvent yardımıyla temizleme, alkaliler ile temizleme, asitle temizleme, biyolojik oluşumların temizlenmesi işlemlerini içerir.
Çeliklere Uygulanan Kimyasal Kaplamalar
Çeliklere uygulanan kimyasal kaplama türleri;
• Çinko kaplama
• Çinko fosfat kaplama
• Mangan fosfat kaplama
• Kadmiyum kaplama
• Akımsız nikel kaplama
• Sert krom kaplama
olarak sıralanabilir.
Çinko Kaplama
Çinko, sert, kristalik ve kırılgan olan mavimsi beyaz parlak bir metaldir. Bu metal demire karşı elektronegatiftir ve özellikle sanayi ve şehir çevrelerinde korozyona karşı mükemmel bir dayanım gösterir. Çinko, birçok metal ile kendiliğinden alaşımlar meydana getirir ve en önde gelen kullanım alanlarından biri, metal piyasasında önemi olan çinko esaslı kalıp dökümler için bir alaşım şeklidir. Süper plastik alaşımlarda da çinko esaslıdır ve üfleme yöntemiyle kaplanabilir. Çinko, korozyona dayanıklı bir sonuç istenilen yerlerde daima parlak bir şekilde kaplanır, bu da sonradan pasive edilebilir.
Çinko seyreltik asit ve çeliklerde kendiliğinden çözünür, bu sebeple yiyecek maddeleri ile temas etme ihtimali olan parçalar üzerine elektrolitik yolla kaplanması uygun olmayan bir malzemedir. Parlak çinko kaplanmış parçalar soğutucularda geniş ölçüde kullanılır.
Çinko kaplama özellikle elektrik sanayiinde daha önceleri kadmiyum kaplanan parçalar için artan bir ölçüde kullanılır.
Sıcak daldırma yöntemi ile galvanizleme, bağlantıları kapatmak için kalın bir kaplamanın istendiği, yıllarca aşınmaya karşı dayanımın gerektiği alanlarda sık bir şekilde uygulanmaktadır.
Çinko kaplama çözeltileri;
• Yüksek/orta siyanürlü çinko çözeltileri
• Düşük siyanürlü çinko çözeltileri
• Siyanürsüz çinko çözeltileri
• Asitli çinko çözeltileri
şeklinde sınıflandırılabilir.
Çinko Fosfat Kaplama
Çinko fosfat kaplamalar, metallerin, metalik ve iletken olmayan özellikler sahip yeni yüzeylere dönüştürülmesi için kullanılır. Çinko fosfat kaplamaların en geniş kullanım yeri boyanmış ürünlerin yararlı ömrünü uzatmaktır.
Çinko fosfat kaplamalar,
• Boya için taban oluşturmak
• Plastik veya lastik kaplamalar için taban oluşturmak
• Metal şekillendinne ve yağlama
• Pas önleme
amacıyla kullanılır.
Çinko fosfat kaplamaların en önemli özellikleri,
• Çok ağır kristal yapısı
• Daha büyük hacimde yağ tutma
• 0,01-0,03 mg/mm2 kaplama kalınlığı
• Düşük ekipman masrafları
• Düşük kimyasal masrafları
• Kolay kontrol
olarak sıralanabilir.
Çinko fosfat kaplanacak parça temizlendikten sonra, akan suda yıkanır ve çalkalama işlemine tabi tutulur. Yüzeyi temizlenen parça kaplama banyosunda çinko fosfat kaplandıktan sonra, çalkalanarak yeniden temizlenir ve kurutulur.
Mangan Fosfat Kaplama
Mangan fosfat kaplamalar, metallerin, metalik ve iletken olmayan özellikler sahip yeni yüzeylere dönüştürülmesi için kullanılır. Mangan fosfat kaplamaların en geniş kullanım yeri boyanmış ürünlerin yararlı ömrünü uzatmaktır. Mangan fosfat kaplamalar,
• Boya için taban oluşturmak
• Plastik veya lastik kaplamalar için taban oluşturmak
• Metal şekillendirme ve yağlama
• Pas önleme amacıyla kullanılır.
Mangan fosfat kaplamaların en önemli özellikleri,
• Çok kalın kristal yapısı
• Daha büyük hacimde yağ tutma
• 0,01-0,04 mg/mm2 kaplama kalınlığı
• İyi çözelti ömrü
• Düşük ekipman masrafları
• Düşük kimyasal masrafları
• Kolay kontrol
olarak sıralanabilir.
Mangan fosfat kaplanacak parça temizlendikten sonra, akan suda yıkanır ve çalkalama işlemine tabi tutulur. Yüzeyi temizlenen parça kaplama banyosunda mangan fosfat kaplandıktan sonra, çalkalanarak yeniden temizlenir ve kurutulur.
Kadmiyum Kaplama
Kadmiyumun elektrolitik birikimi çelik ve döküm demirin korozyona karşı korunmasında geniş ölçüde kullanılır. Kadmiyum altında bulunan demire göre anodik olduğundan, altta bulunan demirli metal kadmiyum ile kaplandığında, bu kadmiyum kesilerek veya kazınarak etkiyi alta geçirse dahi korunur. Kadmiyum atmosferik korozyona karşı korunmak için kullanıldığında her zaman ince bir tabaka olarak uygulanır. Diğer metallerin bir alt kaplaması olarak nadiren kullanılır ve kimyasalların çoğunun korozyona olan dayanıklılığı azdır. Parçaların ve birbirine benzemeyen metallerden oluşan grupların kaplanması için, galvanik korozyonu en aza indirme kabiliyeti nedeniyle sık sık kullanılır. Mükemmel lehim olma kabiliyeti birçok elektriksel uygulamada avantajdır.
Kaplama banyoları;
Kadmiyum kaplamanın çoğu genellikle kadmiyum oksidin siyanür çözeltisinde çözülmesi ile elde edilen siyanür banyosunda yapılır. Sodyum siyanür iletkenliği sağlar ve kadmiyum anotların korozyonunu mümkün kıllar. İyi dengelenmiş ve dikkatlice çalıştırılan banyoda kaba ve çukurlu birikimler ile karşılaşılmaz. Çukurlu birikimler her zaman metalik safsızlıkların ve fazla miktardaki bozulmuş organik ilave maddelerin sonucudur. Çukurlar nitratların bulunmasından da ileri gelebilir.
Kabalığın ve çukurluğun düzeltilmesi, fazla sodyum karbonatın alınması, çinko tozu ile saflaştırma, aktif karbon uygulaması ve süzmeyi içeren komple çözelti temizlemesini gerektirebilir.
Bir siyanür çözeltili kadmiyum kaplama anot sistemi çıplak çelikten spiral bir kafeste top şeklindeki kadmiyum anotlardan ibarettir. Küresel şekil, kadmiyum için büyük yatırım olmadan, ağırlığa göre büyük bir alan sağlar. Top anotlar hemen hemen sabit bir anot alanı sağlar, çok az veya hiç fire meydana gelmez.
Eğer kadmiyum siyanür çözeltisi uzunca bir süre kullanılmayacaksa çelik anot kafesler dışarı alınmalıdır. Çünkü çelik ile kadmiyum anotlar arasında meydana gelecek galvanik pil, akım durdurulduğunda anotların kimyasal çözünmesini hızlandıracaktır.
Çubuk anotların siyanür çözeltisinde kullanımları yüksek oranda atık ile sonuçlanır. Çünkü bunlar, kesit alanları küçülünce alınmalı ve değiştirilmelidir veya bunlar çözeltinin yüzeyinde çözünecekler ve kaplama havuzun dibine düşecektir.
Kadmiyum kaplama için güç motor jeneratörler veya redresörler ile sağlanabilir.
Akımsız Nikel Kaplama
Akımsız nikel kaplama nikel ve fosforun sıkı bir alaşımıdır. Fosfor miktarı genellikle, banyonun bileşimine, çalışma pH’ına ve banyonun eskiliğine göre %3-12 arasında değişir. Akımsız nikel kaplama redresör, elektrik akımı ve anot gerektirmez. Birikim, metal iyonları, bir indirgeyici maddeyi, parlatıcıları, kompleks yapıcı maddeleri ve sabitleyicileri ihtiva eden bir sulu çözeltide meydana gelir. Kaplanacak parçanın yüzeyindeki kimyasal reaksiyonlar bir nikel alaşımının birikimine neden olur.
Akımsız nikel kaplama fonksiyonel bir kaplamadır ve sadece dekoratif amaçlarla nadiren kullanılır. Akımsız nikel kaplama kullanımı için ilk kriterler şu şekildedir;
• Korozyona dayanıklılık
• Eskimeye dayanıklılık
• Sertlik
• Tamir edilebilirlik
• Geometriye bağlı olmaksızın birikim uniformsuzluğu
Akımsız nikel kaplama gerçekten olağanüstü özellikleri olan bir alaşım elde eder. Bu özellikler geniş bir alandaki fonksiyonel uygulamalarda çok yararlıdır. Uygulamaların çoğu, akımsız nikel kaplamanın kompleks geometrileri ve dış yüzeyleri olduğu kadar iç yüzeyleri de kaplama kabiliyetine dayanır. Sertliğinin, yağlılığının, korozyona dayanıklılığının, elektriksel ve manyetik özelliklerin avantajlarını alır.
Akımsız nikel kaplama banyoları;
• Nikel-fosfor banyoları: mühendislik uygulaman için en fazla kullanılan asit nikel-fosfor banyoları %88-93 nikel ve %7-12 fosfor biriktirir. Bu banyolarda elde edilen birikim serttir, tabii yağlılığa sahiptir, aşınmaya ve korozyona dayanıklıdır.
• Alkali nikel-fosfor banyoları: bu banyolar, plastikten üzerine kaplamayı mümkün kılar, oldukça düşük sıcaklıklarda kaplama yapar.
• Nikel-bor banyoları: kimyasal indirgeyici olarak daima amin boran kullanılarak formüle edilir. Alaşım asit olduğu kadar alkali banyolarda da birikir ve kaplama olarak nikel-fosfor birikimlerinden daha serttir, ayrıca nikel-bor alaşımlarının erime noktası daha yüksektir. Akımsız nikel kaplanmış ürünün uygunluğunun, uzun banyo ömrünün ve sabit birikimlerin sağlanabilmesi için dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır;
• Tank hacmi belirlenmelidir
• Sıcaklık kontrol edilmelidir
• Çözelti uygun bir ortamda, uygun bir hızda filtre edilmelidir
• Belirlenen pH devam ettirilmelidir
• Banyo gereksiz yere uzun süre ısıtılmamalıdır
• Banyo normal ömrünün üzerinde kullanılmamalıdır.
Sert Krom Kaplama
Sert krom kaplama aşınmaya karşı dayanıklı bir yüzey elde etmek için kullanılır. Sert krom kaplama işlemi polisaj ve elektrolitik yolla kaplama olarak iki kısımda incelenebilir.
Krom kaplanacak parçanın şekline göre polisaj işlemi yapılır. Önce yüzeyindeki polisaj, cila vs. artıkları giderilmelidir. Organik yağlardan oluşan, kirlilik, alkaliksıcak yağ alma banyolarında sabunlaştırma yolu ile giderilebilir. Kaplanacak parça, özel firmaların hazır olarak sanıkları kimyasallardan %5-10 gibi oranda suda eritilerek hazırlanan çözeltiye, 65-70 °C' de ve 5-15 dakika müddetle temizlemeye tabi tutulur. Burada en etken kimyasallar Na3PO4, NaOH, Na2CO3' tür.
Sert krom kaplamanın kalitesine etki eden faktörler;
• Akım yoğunluğu
• Konsantrsayon ve karıştırma
• Sıcaklık
• Temel metalin ve elektrolitin yapısı
• pH'in etkisi
olarak sıralanabilir.
