Sıcak Daldırma Galvanizleme İşleminin Yüzey Kalitesine Etkileri

Galvanizlenecek parçaların çinko banyosunda kalma süreleri 1 ile 5 dakika arasında değişmektedir. İnce ve düzgün yüzeyli parçalar için kısa daldırma süresi, kalın ve karmaşık şekilli parçalar içinde uzun daldırma süreleri seçilir. Banyoda tüm yüzeylerin homojen kaplanabilmesi için belirli bir süre tutmak gereklidir. Ancak bu süre yeterlilik sınırını aşarsa kaplama kalın ve gevrek olacaktır. Uzun malzemelerin daldırılmasında, ilk daldırılan kısım banyoda daha çok tutulursa kaplama homojen olmaz. İlk daldırılan kısım daha kalın, son daldırılan kısım daha ince olacaktır. Bu yüzden malzeme daha çabuk (hızlı) ve genişliğine daldırılmalıdır. Ayrıca yığın halinde daldırılmış parçalar birbirine temas etmemeli ve teker teker ya da gruplar halinde banyodan dışarı çekilmelidir. Kaplama kalınlığına her bir faktör ayrı ayrı etki etmez. Tüm faktörler daldırma banyosunda etkisini bu kısa daldırma süresinde gösterir. Gerçekte kaplama kalınlığı; malzeme bileşiminin, yüzey durumunun, banyo kompozisyonunun, daldırma süresinin ve çekme hızınının bir fonksiyonudur. Sıcak daldırmayla galvanizlemede kaplama kalınlığı daldırma süresi ile kontrol edilmektedir. Galvanizlenecek parça mümkün olduğunca hızlı bir şekilde daldırılmalıdır. Parça banyoya daldırıldıktan sonra çelik yüzeyi 360°C'ye ulaştığı anda reaksiyonlar başlamaktadır.

Galvanizleme sırasında amaç, çelik ve çinko arasında bir ısıl denge kurulduğunda normal olarak istenilen kaplama kalınlığı değerlerine ulaşılmasıdır. Bu yüzden flaks tuzlarının parçalanması bittiğinde çelik parça banyodan çıkarılmaya hazır olmalıdır. Minimum kalınlıkta homojen bir kaplama elde etmek için parça maksimum çinko sıyrılmasına izin verecek şekilde banyodan çıkarılmalıdır. Eğer çıkarma süresini düşürmek için parça hızlı bir şekilde banyodan çıkarılırsa, parça üzerindeki sıcaklık hızla çinkonun ergime sıcaklığı civarına düşeceğinden çinko yüzeyden yeterince sıyrılamayacaktır. Bu nedenle katılaşmaya kadar olan süre içerisinde aşırı çinkonun sıyrılması için gereken süreyi arttırmak amacıyla mümkün olduğunca en düşük çekme hızlarında çalışılmaktadır.

Mamul parçalara sıcak daldırma galvaniz işlemi uygulanırken kaplama kalınlığı daldırma süresi ile kontrol edilir. Bununla birlikte zamanlama parçanın taşınma kolaylığına bağlı olup, kaplanan değişik parçalar için denemeler yapılarak daldırma süresi tespit edilmelidir, genellikle 1-5 dakika arasındadır. Daldırma hızı kaplamanın uniform olup olmamasına etki eder. Özellikle uzun parçalar için banyoya ilk ve son giren kısımların daldırılma zamanları arasındaki fark göz önünde tutulmalıdır.

Temiz, düşük silisyumlu çelik ile erimiş çinko arasındaki reaksiyon, malzeme daldırıldıktan ilk bir veya iki dakika sonra hızla alaşım tabakası oluşması ile meydana gelir. Parçanın banyoda kalma süresi uzadıkça alaşım oluşma hızı da gittikçe yavaşlar. Bununla birlikte %0,05’ ten daha fazla silisyum içeren çelikler için, genellikle ağır kaplamalarda kaplama ağırlığı daldırma süresi ile doğru orantılı (lineer) olarak artar. Bu nedenle silisyum içeren çelikler işlem görürken, alaşımın ve kaplama ağırlığının çok fazla artmaması için daldırma süresinin en azda tutulması önemlidir.

Minimum kalınlıkta uniform kaplamayı sağlamak için, parça banyodan çıkarıldıktan sonra santrifüje verilmemeli, bu işlem yavaş ve kontrollü olarak yapılarak maksimum süzülme sağlanmalıdır. Genellikle parçanın banyodan yavaş veya hızlı çıkarılabilmesini sağlayacak iki hızlı kaldırma asansörleri kullanılır. Banyodan çıkarılma hızı, çıkarılan parçanın üzerindeki alaşımsız çinko tabakasının kalınlığını tayin eder ve yapılan galvaniz işleminin tipine göre değişir. Çoğu parçalar için banyodan en uygun çıkarılma hızı yaklaşık 1,5 metre/dakika’ dır (5 ft/dak).

Parça üzerindeki alaşımsız çinko tabakasının kalınlığını belirleyen çekme hızı işlemin türüne göre değişir. Çoğu parçalar için optimum yaklaşık 1.5 m/dk.’dır. Bunun için hızlı daldırılıp yavaş çeken iki devirli motor kullanmak gerekir. Parça çinkonun yüzeyden serbestçe aktığı hızdan daha hızlı çekilmemesi halinde kaplamanın alaşımsız çinko tabakası üniform olur. Daha yüksek çıkarma hızlarında banyodan çıkarılan fazla çinko katılaşana kadar kaplama kaba ve düzensizdir. Bu artık çinko parçanın ömrüne katkıda bulunmaz. Çünkü parçanın ömrü çinkonun en ince noktasında sağladığı korumadır.

Banyodan çıkarma hızının yavaş ve kontrollü yapılmasının uygulanabilir ve ekonomik olmadığı durumlarda (genellikle küçük parçalarla çalışılırken söz konusudur), çıkarma hızı artırılabilir ve kapalı bir sepete konmuş parçaların üzerindeki süzüntünün sepeti döndürmek suretiyle akması sağlanabilir. Santrifüj kuvvetiyle parçaların üzerinden akan fazla çinko süzüntüsü bir taşıyıcıda veya kapakta toplanabilir. Akışkanlığı arttırmak ve oksidasyonu azaltmak için döndürülmeden önce parçalara az miktarda flaks uygulanabilir. Parçaların üzerindeki fazla çinkoyu bu iş için tasarlanmış gereçlerle mekanik olarak silmek de bir diğer yöntemdir.

Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için ıpn çelik profil sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Çinkonun malzemeden serbest olarak süzülebildiği en düşük sıcaklıkta galvaniz yapılmalıdır. Düşük galvanizleme sıcaklığı kül ve lapa oluşumunun minimumda tutulmasına yardımcı olur. Ayrıca banyonun emniyeti artar, yakıt masrafı azalır. Banyo sıcaklığı 450°C den 470°C ye çıkarıldığında 30 sn. daldırılan ve asitte temizlenmiş malzemeden, teşekkül eden lapa miktarı iki misline çıkar. Tecrübeler hemen hemen bütün malzemelerin 445–465 °C arasında iyi galvanizlenebileceğini göstermektedir. 450°C uygun bir çalışma sıcaklığıdır. Artan sıcaklıkla alaşım tabakası daha hızlı büyür, ürünlerin iyi olması ve çinkonun etkin olarak kullanılması isteniyorsa banyo sıcaklığının kontrolü önemlidir. Çelikle çinko arasındaki reaksiyon için kritik sıcaklık 480°C dir. Aynı daldırma ve çıkarma sürelerinde 480°C sıcaklıkta kaplama büyüme hızı en fazladır. Düşük karbonlu çelikler sıcak daldırma galvaniz yapıldığında 530oC’de kaplama kalınlığı maksimuma ulaşır. 480 ° C'de oluşturulan zeta tabakası tutarsızdır ve gevşektir bundan dolayı galvanizleyen sanayide çelikler, bu sıcaklıkta galvanizlenmemelidir. Zeta tabakası, önemli şekilde sıcaklığın artışıyla değişir. Zeta tabakasının tane sınırlarında alaşım yapan elementlerin segregasyonu tutarlı ve sıkı zeta tabakasının biçimini engelleyen sıvının oluşumu ile sonuçlanır. Sonuç olarak sıvı çinko, direkt delta tabakasıyla temas kurar ve delta tabakasını aşındırır. Hızlı ara yüzey tepkimeleri kaplamanın hızlı büyümesini sağlayan zeta tabakasının oluşumunu hızlandırır.

480°C nin üstünde alaşım tabakası dağılır ve hücum fazlalaşır. O zaman lapa teşekkülü fazla olur. Galvaniz fırınını korumak için duvar sıcaklığı 480°C ye çıkmamalıdır. Bunun için ısınma bölgesine en yakın yere konulan pirometre ile sıcaklığı daima kontrol etmek gerekir. Malzeme mümkün olduğu kadar hızlı batırılmalıdır. Bilhassa yaş galvanizlemede bu çok önemlidir. Zira teşekkül eden lapa miktarı flaks örtüsüyle olan temas zamanına orantılı olarak artar. Daldırma hızı aynı zamanda kaplamanın düzgünlüğünü artırır. Hızlı daldırma ile deformasyonda azalmış olur.

Sıcak daldırma galvanizleme çinko banyosunun sıcaklığı 450°C nin altında olursa çinkonun akışkanlığı azalır. (Viskozitesi artar) Bununda kaplamanın kalın ve heterojen olmasına neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca 419,4°C nin altında çinko kristalenmeye başladığı için banyo sıcaklığının iyi kontrol edilmediği bir ortamda katılaşma tehlikesi meydana çıkabilir. Banyo tankı saçına göre genleşmesi üç kat daha fazla olan çinko katılaştığı takdirde tankı kolaylıkla patlatabilir. Buna karşın seramik tanklar içinde 500 °C üzerindeki sıcaklıklarda da başarılı kaplamalar yapılabilmektedir.

Klasik galvanizleme sıcaklık aralığı içinde sıcaklıkta bir artış,

• Eriyik çinkonun akışkanlığını arttırır.
• Banyo yüzeyinde oksit oluşumuna ivme kazandırır.
• Parçayı daha yüksek bir sıcaklığa getirir ve böylece parça çıkarıldığında çinkonun sertleşmesi için gereken zamanı uzatır.

Tüm bu oluşumlar belli bir etkiye sahiptir ve galvanizleme işlemini kontrol etmede kullanılabilirler. Banyo sıcaklığındaki bir artış, parça şekline bağlı olarak yüzeyden merkeze doğru büyük bir sıcaklık farkına yol açarak parçanın kırılganlığını arttırabilmektedir.

Çelikle çinko arasındaki tepkimenin en kritik sıcaklığı 480 °C'tır. Bu sıcaklığa kadar çelik üstündeki etkisi yavaştır. 480 °C'ın üstünde Fe - Zn alaşım tabakası farklı kristaller halinde kırılır ve çinko çeliğin içine nüfuz eder ve yüzeyden parçacıklar koparır. Bu da sert çinko (lapa) oluşumunu artırır. Bu yüzden işletmelerde sıcaklığın otomatik olarak kontrol edilmesi gerekir. Banyonun akışkanlığını artırmak için iş parçasına ön ısıtma uygulamak ya da az miktarda alüminyum ilavesi işlemi geliştirmek diğer işlemlerdir.

Yaklaşık 550 °C (1020 °F) sıcaklıkta yapılan galvaniz işleminde elde edilen kaplama kalınlığı ile daldırma süresi arasındaki ilişki, geleneksel galvaniz sıcaklığında, silisyum içeren çeliklere uygulanan galvaniz işlemindekine göre daha az hassastır. Zamana bağlı olarak kaplama ağırlığındaki artış doğrusal olmayıp daha yavaştır. Daldırma süresini iki katına çıkarılarak dört dakika yerine sekiz dakika yapılırsa ağırlıktaki artış yaklaşık % 30 civarındadır.
 

Çinko ve çeliğin reaksiyona girebilmeleri ve bir alaşım tabakası oluşturabilmeleri için flakslamaya ihtiyaç vardır. Flaks daldırma sırasında çinkonun parça yüzeyini ıslatmasını sağlar. Islanma olmayan noktalara (özellikle önceki kademelerde yağı iyi giderilmemiş yerler) çinko yapışmaz. Çinko kaplama bu yüzden kolay soyulur. Flakslamanın diğer bir yararı da banyoya galvanizlenecek parça daldırmadan önce bir süre banyo üzerinde tutularak kurutulur.

Amaç sıcak çinko sıçramalarına engel olmaktır. İşte bu bekletme sırasında temizlenmiş korozif ortamın etkilerine tamamen açılmış çelik yüzeyinde hemen bir oksit filmi oluşur. Önceki kademeler bu durumda boşuna uygulanmış olur. Yeniden yüzey temizliğine dönülmek zorunda kalınır. Asitle temizleme ve galvanizleme kademeleri arasına sokulan flakslama kademesiyle asitle temizlenmiş yüzeyde ince ve koruyucu bir tuz tabakası oluşur. Böylece oksitlenmeye engel olunur.

Flaks tabakasının görevleri şunlardır: 

• Çinko ile parçanın reaksiyona girebilmesi için parça ve eriyik çinko yüzeyini temizlemek, 
• Yaş malzeme daldırıldığında sıçrama tehlikesini azaltmak, 
• Çekme esnasında parçayı silmek, böylece daha ince kaplama meydana getirmek, 
• Çinko oksidasyonunu önlemek ve kül teşekkülüne mani olmak, 
• Büyük malzemeleri daldırırken veya çift daldırma esnasında yanmayı ve aşırı ısınmayı önlemek, 
• Özellikle ince levhalarda parçanın fazla ısınması ile şekil bozukluğunu önlemek için kalın bir flaks tabakasına ihtiyaç vardır.

Bu görevlerini yerine getirebilmek için flaks örtüsü banyo üzerinde serbest yüzebilmeli ve malzeme daldırılırken, çıkarılırken malzemeyle temasta olmalıdır.