Sıcak Daldırma Galvanizli Kaplamalar

Sıcak daldırma galvanizleme, erimiş çinko banyosuna daldırılan demir ve çelik malzemelerin yüzeyine çinko ve çinko bileşikleri içeren koruyucu bir kaplama yapma işlemidir. Koruyucu kaplama genellikle birkaç tabakadan meydana gelir. Temel metale yakın olanlar, demir-çinko bileşiklerinden meydana gelmiştir. Üst üste yer alan bu tabakaların en dışında tamamen çinkodan meydana gelen bir tabaka yer alır. Galvaniz kaplamayı oluşturan tabakaların bu karmaşık yapısı, kimyasal kompozisyonu, fiziksel ve mekanik özellikleri büyük ölçüde değiştirerek kimyasal aktivite, difüzyon ve sonradan soğuma gibi özelliklerini etkiler. Kaplama kompozisyonu, banyo sıcaklığı, daldırma süresi, soğutma veya sonradan ısıtmada yapılacak ufak değişiklikler, kaplamanın görünümü ve özelliklerinde önemli değişikliklere yol açar. Çelik malzemeler üzerine yapılan çinko kaplamaların dört ana özelliği bulunmaktadır. Bunlar; yüzey görünümü, kaplama kalınlığı, mekanik özellikler ve korozyon davranışıdır.

Yüzey Görünümü

Demir ve çelik ve malzemenin yapısında bulunan karbon, silisyum benzeri bazı elementlerin kimyasal kompozisyonu, demir içeren metallerin sıcak daldırma galvanizlemeye uygunluğunu belirler ve kaplamanın görünümü ile özelliklerini etkiler. % 0,25’ ten daha az karbon, % 0,05’ ten daha az fosfor, % 1,35’ ten daha az mangan ve % 0,05’ ten daha az silisyum içerme özelliklerinden birine veya birkaçına sahip çelikler geleneksel galvanizleme teknikleri için genellikle uygundurlar.

Galvaniz kaplamalar genellikle makroskopik olarak fark edilebilir yüzey kristal yapıları (çiçekler) oluşturmaktadırlar. Klasik bir çiçek, tek bir çekirdeklenme noktasından dışa doğru birçok gözeneklerden oluşur. Bu gözeneklerden bazıları tek bir kristaldir ve parlak bir görünümü vardır. Çiçeklerin boyları uçtan uca 1 inç'i bulabilmektedir. Bununla beraber bazı diğer kristaller buzlu bir görüntüye yol açan alt kristallenmeler gösterebilmektedirler. Görsel özelliklerin yanı sıra çiçekler; boyanabilirlik, deformasyon sonucu adezyon kuvvet, yüzey düzgünlüğü gibi parametreleri etkilemekte, bu yüzden de bazen minimum çiçeklenme ya da çiçeksiz yüzey istenebilmektedir.

Çiçek oluşumu, genel olarak çinko içinde sınırlı çözünürlüğe sahip alaşım katkıları sonucu kaplama alaşımlarının dendritik katılaşma göstermesinden kaynaklanmaktadır. Saf çinko kaplamalar, tipik olarak gözeneksiz, düzgün kristalli bir yüzey yapısı göstermektedir. Spesifik alaşım katkıları, çekirdeklenme ve büyüme kinetiği yoluyla çiçek boyutuna etki etmektedir. Çiçeklerin oluşumu genellikle termal şartlara kritik olarak bağlıdır ve düşük soğuma hızları kristal boyutunun büyümesine yol açmaktadır.

Yüzey karakteristikleri, galvanizlenen çeliğin yüzeyinin düzgünlük ve düzenliliği ve yüzey kusurlarının yokluğunu kapsar.

Tele uygulanan kaplama, olabildiğince düzgün, endüstriyel teknolojinin elverdiği ölçülerde homojen dağılmış olmalı ve kaplanmamış bölge, lapa kirliliği gibi kusurlar ihtiva etmemelidir.

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


Kaplama Kalınlığı

Alaşım ilavelerinin kaplama kalınlığı üzerinde iki ana etkisi vardır. Birincisi çelik -kaplama ara yüzeyinde intermetalik oluşumları engellemek ya da hızlandırmak, ikincisi ise ergiyiğin parça üzerinden akma eğilimini değiştirmektir. Bu ikinci etki, kaplama üzerindeki saf çinko tabakası kalınlığını tayin etmektedir. 450 °C' ta önce Eta (η) fazı oluşur, bunu Zeta (ζ) ve Delta (δ) fazları izlemektedir. Alaşım ilavesi, bu ara fazların oluşumunu etkiler, hatta tamamen engelleyebilmektedir. Banyo metal kompozisyonu, kaplama alaşımı tabakası kalınlığını da etkiler. Metal yüzeyine kaplanarak terk eden kaplamanın miktarı, sıvının çelik üzerine yapışma kuvveti ve ergimiş metalin ağırlığı arasındaki kuvvet dengesiyle banyo bileşimi belirlenir. Bununla birlikte sürekli galvaniz sistemlerinde sıvı üzerindeki yerçekiminin yanı sıra yüzeye püskürtülen havanın etkisi de vardır.

Esas metalin kimyasal ve yüzey özelliklerine bağlı olarak, sıcak daldırma işlemi ile elde edilen kaplamaların kalınlığı esas olarak şunlara bağlıdır: 

a) Daldırma süresine (Alaşım tabakasının kalınlığına etki eder.)
b) Banyodan çıkarma hızına (Alaşıma katılmayan çinkonun yapışmasına etki eder.)
c) Banyonun sıcaklığına (Hem alaşım, hem de serbest çinko tabakalarına etki eder.)

Kaplamanın kalınlığı ayrıca daldırma işleminden sonra silme, çalkalama veya santrifüj ile sökülen çinko miktarına da bağlıdır. Çinko kaplama ile sağlanan korozyona karşı koruma, esas olarak kaplamanın kalınlığı ile belirlenir.

Banyodaki demirin 450 °C’ de (840 °F) % 0,03 olan çözünürlüğü, 550 °C’ de (1020 °F) % 0,3’ e yükselir. Demir içeriği kontrol edilmek suretiyle kaplamanın kalınlığı belirlenebilir. Demir içeriği sıfırdan % 0,3’ e yani 550 °C’ deki çözünürlük sınırına kadar yükselirken, kaplama kalınlığı iki katına çıkar. Demir içeriği % 0,1 – 0,2 aralığında tutularak, istenen özelliklerde ve fazla kalın olmayan kaplama elde edilir.

Mekanik Özellikler

Galvanizli kaplamaların uygulanan gerilime tepkisi, alaşım içeriğiyle yakından ilgilidir. Galvanizli çelikler konusunda en önemli nokta yapışma, yani kaplamanın bükme sonrası kalkmama özelliğidir. Yapışmanın zayıflığı genellikle çelik-kaplama ara yüzeyindeki demir-çinko alaşımlarının varlığı ile ilgilidir. Bu fazlar karmaşık kristal yapılan nedeniyle kırılgandır.
Haddelenebilirlik, deformasyon karşısında kaplamanın çatlamaya karşı direncidir. Alaşım kompozisyonuna bağlı bir parametredir. Katı ergiyik mukavemeti ve çökelme sertleşmesi, kaplamanın toplam uzama kabiliyetini sınırlayarak şekillendirilebilirliği etkiler. Tavlanmış galvaniz kaplamalar, yapısı sert olan ara fazların varlığı nedeniyle zayıf haddelenebilirlik gösterir. Tanecik sınırlarında oluşan faz, çatlamaya yol açmaktadır.

Galvanizleme prosesi, çelik alt tabakasının mekanik özelliklerini de değiştirebilir. Bununla beraber bu değişim, termal etkilerden ve bir miktar da flaks aşamasında çelik yapışma hidrojen geçişinden kaynaklanmakta olup direkt olarak alaşım kimyası ile ilgili değildir. Bazı alaşımlar (yüksek oranda Al içeren) daha yüksek sıcaklıkta kaplama yapılmasını gerektirir ve bu da çeliğin mekanik özelliklerinin değişmesine yol açabilir. Çift fazlı çeliklerin geliştirilmesiyle, alt tabaka özelliklerinin sıcak daldırmayla galvanizleme sonucu değişebilmesi, bu tip malzemeler için önemli bir noktadır.

Sıcak haddelenmiş sıcak daldırma galvaniz çeliğin, gerilme kuvveti, esneme (sünme) kuvveti, çekmede kopma noktası ve indirgenme hemen hemen değişmez. Sıcak daldırma galvaniz kaynak yerlerindeki gerilme kuvvetini %50–60 kadar azaltır. Soğuk çalışma veya ısıl işlem ile elde edilen yüksek kuvvet değerleri sıcak galvanizleme ile genellikle azalır. Kuvvetteki indirgenme derecesi çalışmada kullanılan miktar, ısıl işlem ve temel metalin kimyasına bağlı olarak değişir. Sıkıştırma dayanıklılığı biraz azalır ama uygulamada çelik bu durumdan fazla etkilenmez. Çeliğin şekil verilebilme özelliği etkilenmez. Yine de, eğer çelik sert şekilde bükülürse, gerilmiş taraftaki kaplama kalınlığına ve bükülme yarıçapına bağlı olarak çinko kaplama çatlayabilir. Değişik tipte çelikler sıcak daldırma işlemi sonucunda değişik şekillerde etkilenirler. Sıcak daldırma galvanizlemede, çerçeveli ve alüminyumu azaltılmış çeliklerin yorulma kuvveti daha az indirgenirken, silisyumu azaltılmış çeliklerinki ise önemli miktarda indirgenebilir. Silisyumu azaltılmış çeliklerin yorulma kuvvetindeki bu farklılığın sebebi kaplamanın yapısındaki değişikliğe atfedilebilir. Yorulma kuvvetinin etkisiyle demir-çinko tabakasında çatlaklar oluşabilir ve çeliğin yüzeyinde çatlak oluşumunu başlatabilir.

Yorulma kuvveti, genellikle işlenmemiş ham çelikler ile sıcak daldırma galvaniz işlemi görmüş malzemenin laboratuar testleri yapılarak karşılaştırılması suretiyle tespit edilir. Eğer işlem görmemiş çelik dış ortama maruz bırakılırsa paslanır. Korozyon çukurları oluşarak yorulma kuvvetinde kayba neden olur. Buna bağlı olarak dış ortama maruz kalan galvanizsiz çelikte, hızla paslanmaya bağlı olarak bozulmuş noktalar oluşur. Sıcak daldırma galvanizli çelikte ise, çelik yüzeyindeki çinko tabakası mevcut kaldıkça yorulma kuvvetinde fazla bir değişiklik olmaz.

Dağlama esnasında meydana gelebilecek hidrojen absorbsiyonu, çinko banyosunun 460°C’ lik (860 °F) nispeten yüksek sıcaklığından dolayı etkili bir şekilde yok edilir. Sertleştirilmiş çelikler, çeliğin içine hidrojen difüzyonu olması sebebiyle kırılgan hale gelebilirler. Bu çeşit malzemeden eğer çok miktarda sıcak daldırma galvaniz yapılıyorsa, dağlamadan sonra ve galvanizden önce gevreklik bakımından mutlaka test edilmelidir.

Sıcak daldırma galvanizlemeye bağlı olarak, çelikte bazen tanecik sınırlarına çinko nüfuz etmesi nedeniyle kristaller arası çatlaklar oluşabilir fakat bu durum sadece kaynak ve sertleştirmeden kaynaklanan büyük gerilmeler olması durumunda meydana gelir. Kristaller arası çatlaklar ve çinko nüfuzundan kaynaklanan gevreklik meydana gelmesi tehlikesi, düşük karbonlu yapıdaki çeliklerin sıcak daldırma galvanizlenmesinde önemsizdir. Bununla birlikte setleştirilmiş malzemeler bu duruma karşı hassas olabilir ve büyük miktarlarda sıcak daldırma galvaniz yapılmadan önce çinko nüfuzu ve çatlak bakımından test edilmelidir.

Galvanizli kaplamanın koruyucu özelliği iki etkiden doğmaktadır. Kaplama, alt metali, korozif çevrenin etkisinden fiziksel bir engel oluşturarak ayırır. İkinci olarak da galvanik etkinin kesim yüzeyleri gibi açık çelik yüzeylerde korozyonu engellemesidir. Ortamda çinko bulunduğunda, izole noktacıklar şeklinde oluşmakta olan korozyonun, kaplama ile çelik arasında genişlemesi engellenmiş olur. Hem engelleme etkisi hem de elektrokimyasal etki, alaşım kompozisyonuna bağlıdır.

Galvaniz kaplamaların korozyonunu daha iyi bir şekilde analiz edebilmek için ilk önce çelik malzemenin korozyonunun oluşumunu incelemek gerekmektedir.

Galvaniz Kaplamaların Atmosferik Korozyon Direnci

Galvaniz kaplamaların pek çok çevre koşullan altında kanıtlanmış bir ticari geçmişi vardır. Galvaniz kaplamaların korozyon direnci kullanıldıkları çevreye göre büyük değişimler gösterir. Genellikle en çok bilinen çevresel koşullar altında galvanizli çelikler; galvanizlenmemiş çeliklere oranla, 1/10 ila 1/30 arasında değişen oranlarda korozyona dayanıklılık bakımından daha çok direnç gösterirler.

Galvanizlenmiş demir ve çelik malzemeler; kullanıldıkları gerek açık gerekse kapalı atmosferik ortamlarda, yüzlerce farklı kimyasal madde, tatlı su, deniz suyu, toprak, beton ve diğer atmosferik kirleticilerle temas halindedirler. Bu yüzden yıllardır korozyondan koruma amacıyla kullanıldığından, çinko kaplamaların üstünlükleri konusunda çok çeşitli veriler zaten mevcuttur. Bununla birlikte çinko kaplamaların kullanım ömürlerinin tahmin edilebilirliği planlama, maliyet ve bakım açısından oldukça önemlidir. Galvaniz kaplamaların birkaç yıl içerisindeki korozyon ölçüm sonuçları, ilk bakıma alınmasına kadar geçecek sürenin tahmin edilebilmesi açısından sağlıklı bilgi edinmesini sağlar. Çinkonun yüzeyinin tahrip olması sonucu oluşan korozyon ürünlerinden dolayı zaman arttıkça tahrip derecesi azalır ve çevre koşullarının birçoğu da bunu destekler. Bu nedenle ilk birkaç yıllık ölçümler temel alındığında, ilk galvaniz kaplama bakımının yapılacağı zamanın hesaplanabilmesi için bu ölçümlerin önemli olduğu görülür.

Çinko oksit, çinkonun kuru hava ile temasındaki ilk ürünüdür. Bu çinkonun kuru havadaki oksijen ile reaksiyonu sonucu meydana gelir. Nemin varlığında çinko oksit, su ile birleşerek çinko hidroksite dönüşür. Çinko oksit ve çinko hidroksit de havadaki karbondioksit ile reaksiyon vererek çinko karbonatı oluşturur. Çinko karbonat filmi ise bir hayli yapışkan ve nispeten de çözünmeyen bir maddedir. Bu sayede birçok atmosferik ortamda mükemmel ve uzun süreli korozyona karşı koruma, galvaniz kaplamalar ile gerçekleştirilir.

Galvaniz kaplamaların farklı atmosferik ortamlardaki korozyon davranışlarının belirlenmesinde birçok faktör rol oynar. Bu faktörler; rüzgârın yönü başta olmak üzere, farklı yoğunlukta korozif duman ve kirleticiler, deniz suyu zerrecikleri, ard arda birçok ıslanma ve kuruma çemberi ve neme maruz kalma süresidir. Yapılan araştırmalara göre tahmin edilen ile gerçek gözlemlenen korozyon dereceleri arasındaki fark yılda 8 µm' yi nadiren aşmasına rağmen açık ortamlardaki korozyon, kapalı ortamlardaki korozyonun beklenenden 2 – 3 kat fazla olması dikkate değerdir. Galvaniz kaplamanın korozyon olayına karşı davranışları, bulundukları ortamın etkisine bağlıdır. 

Beklenen servis ömrü; kaplama yüzeyinde %5'e kadar demir oksidin (pas) görüldüğü zaman olarak tanımlanır. Yani yüzeyde %5 oranında pas görüldüğünde servis bakım zamanı gelmiş demektir. Bu aşamadan itibaren çinko kaplı demir veya çelik malzeme korozyona maruz kalma sonucu zayıflar ve elde edilen veriler güvenirliğini yitirir. Bu durum ise galvaniz kaplamanın güvenirliğine gölge düşürür. Bu konuda kullanılabilecek en akıllıca yöntem çinkonun malzeme yüzeyine en iyi şekilde yapışmasını sağlamak olacaktır. Ancak bu şekilde atmosferik korozyona karşı maksimum bir koruma sağlanmış olur. Bu nedenledir ki sıcak daldırma yoluyla çinko kaplama yöntemi bu alanda en fazla kabul gören yöntem olagelmiştir.
 

Sıcak daldırma galvanizleme, çinko metali kaplaması uygulanarak demir ve çeliğin havada suda veya toprakta çok değişik korozyona yol açan elemanlara karsı korunmasında kullanılan bir kaplama metodudur. Galvanizlenmiş çeliğin ömrünü galvanizlenmemişse oranla atmosferik şartlara bağlı olarak 50 yılı aşkın süre uzatır. Çinkonun, çeliği korozyona karsı korumadaki bu özelliği kanıtlanmıştır.

İlk Maliyeti Düşük: Büyük partiler halindeki birçok parçanın aynı anda kısa zamanda kaplanması mümkün olduğundan sıcak daldırma galvanizin ilk maliyeti diğer yaygın çelik koruma yöntemlerinden çok daha düşüktür.

Daha Az Bakım İster: Uzun yıllar bakım ve onarım gerektirmeyen özellikleri sayesinde, ulaşılması zor birbiriyle iç içe geçmiş yapılarda, üretimin durması mümkün olmayan tesislerde bakım servis maliyetleri kullanım süresince neredeyse ortadan kalkmaktadır. Oysa boya v.b. diğer kaplamalar defalarca yenilenmelidir.

Uzun Ömürlü: Dayanma ömrü tahmin edilebildiği için sıcak daldırma galvanizin ömrü atmosferik şartlarda 20–25 yıl, kırsal kesimlerde 50 yıldan fazla olmaktadır.

Güvenebilir: Kaplama tüm yüzeylerde eşdeğer koruma sağlayacak şekilde düzenlidir. Kaplama kalınlığı tam olarak ölçülebilir. Kaplama ömrü ve performansı önceden tahmin edilebildiği için güvenilirliği kanıtlanmıştır.

Uygulaması Hızı: Sıcak daldırma galvaniz kaplamada tam bir koruma birkaç dakikada elde edilirken çok iyi bir boya işlemi için 1 haftadan fazla süreye ihtiyaç olmaktadır.

Servis Hatalarına Karşı Dayanıklı: Demir çelik ile metalik bağ kuran tek kaplama işlemi sıcak daldırma galvanizdir. Bu özelliği dolayısı ile tasıma, depolama, sevkiyat ve montaj sırasında mekanik servis hatalarına karsı en iyi direnci gösteren bir metalürjik yapıya sahiptir.

Tamamlanmış Bir Koruma Sağlar: Sıcak daldırma galvaniz yöntemi ile galvanizleme, çeliğin erimiş çinkoya daldırılarak kaplanması olduğundan malzemenin dışı içi, girinti çıkıntı ve en ulaşılmaz bölgeleri dâhil kaplama olmayan kısımlar kalmadan tam bir koruma gerçekleştirilir. Fırça, sprey ve diğer yöntemlerle yapılan koruyucu kaplamalarda bu özelliklerin gerçekleştirilmesi mümkün değildir.

Farklı Koruma Özellikleri İçerir: Öncelikle aşınma hızının yavaş olması kaplamaya uzun ve önceden tahmin edilebilir dayanım ömrü verir. Bir diğeri, kaplamanın katodik koruma özelliğidir. Malzeme hasara uğradığında yüzeyde oluşan çeşitli olumsuzluklar çinko tarafından oluşturulan korozyon ürünleri tarafından kapatılarak korunur. Ayrıca hasar gören bölge büyük olduğunda çinko kaplama çeliğe göre daha elektronegatif olduğundan çelikten önce korozyona uğrayarak çeliği korumaya devam eder.

Denetim Hızlı ve Basit: Sıcak daldırma galvaniz kaplamalar göz ile kolayca değerlendirilebilir. Ayrıca tahribatsız basit test metotları uygulanarak standartlara uygunluğu saptanabilir.

Montajı Hızlı: Galvanizlenen malzemeler kullanıma hazırdır. Yüzey hazırlığı için yer, boya ve denetim için zaman harcanmaz.

Uygun Malzeme: Sıcak daldırma galvaniz metodu ile kaplanmış malzemelerin korozyonsuz uzun bir ömrü olur. Birçok tip demir çelik ürünü sıcak daldırma galvaniz yöntemi ile galvanizlenebilir. Ancak kullanılan demir çelik ürünlerinin kimyasal kompozisyonlarındaki farklılıklar galvanizleme sonrası istenmeyen farklı görüntüler ve kalın kaplamalara neden olurlar.