Alüminyum Üzeri Zinkatlama
- Alüminyum Üzeri Zinkatlama
Alüminyum zinkatlama diğer metal ve metal alaşımlarının kaplanmasından önceki önişlemin gerekli bir adımıdır.
Sponsorlar
Alüminyumun kaplanmasındaki amaç:
- Yüzey görüntüsünü geliştirmek (dekoratif nikel ve krom, altın, çinko kaplama ile siyah pasivasyon).
- Korozyon direncini artırmak (ara tabaka olarak bakır veya pirinç, kadmiyum, akımsız nikel)
- Daha yüksek aşınma direncine ulaşmak (sert krom, akımsız nikel)
- Lehimleme ve kaynaklanabilme özelliklerini artırmak (kalay, fakat aynı zamanda bakır, çinko, gümüş ve nikel)
- Elektriksel iletkenliğini artırmak (gümüş, altın, akımsız nikel)
- Kaplama Öncesi Önişlem: Zinkatlama Prosesi
2.1. Zinkatlama işleminin temeli ve mekanizması
Alüminyumun kaplama öncesindeki en önemli önişlemi zinkatlama prosesidir. Doğal oksit tabakası uzaklaşır ve alüminyumun yüzeyi aktiflenir. Yüzeyde ince bir iletken ara tabaka akımsız olarak birikir. Bu da yüzeyin kaplama banyolarına girene kadar tekrar okside olmasını engeller ve ayrıca iyi bir yapışma olmasını da sağlar.
Zinkatlama işlemi aşağıdaki gibi oluşmaktadır:
- sodyum hidroksit
- çinko oksit
- kompleksleme ajanı
- metal tuzları (demir, nikel, bakır gibi)
Alüminyum parçaların oldukça yüksek alkalinitedeki zinkat çözeltisine daldırılması ile akım akışı olmaksızın yüzeyde şeffaf bir zinkat tabakası oluşur. Bu işlem aşağıdaki reaksiyonlar ile açıklanabilir:
- alüminyumun oksidasyonu ve alüminat oluşumu
Al + 3OH——— Al(OH)3 + 3e-
Al(OH)3 ———-AlO2 – + H2O + H+
- çinkonun indirgenmesi ve alüminyum yüzey üzerine birikmesi
Zn(OH)4 2- Zn2+ + 4OHZn2++ 2e- Zn
Çinko oluşumundaki ikincil bir reaksiyon ise hidrojenin gelişimidir:
2H+ + 2e- H2 Demir, nikel veya bakır gibi diğer metallerde çinko ile birlikte birikmektedir.
2.2 Proses Sıralaması
% 1-2 silisyum içeren alüminyum alaşımları için sık kullanılmakta olan işlem sıralaması aşağıdaki adımları içermektedir:
Yağ Alma: Düşük alkalinitede sıvı daldırma temizleme, pH: 7-10, 50-60˚C, 3-15 dk, polisaj atıklarını temizler.
Ultrasonik yağ alma kullanılması önerilmektedir.
Aşındırma: Yüzeydeki oksidi uzaklaştırmak için yüksek alkali çözelti, pH>13, 50-60˚C, 0,5-5 dk. Önerilen ürünler SurTec 181, SurTec 405.
Oluşan pas tabakasının alınması: 2. adımda oluşan kalıntının asidik bir çözelti ile alınması, 15-30˚C, 1-5 dk. Genellikle 20-40% nitrik asit kullanılmaktadır. Zinkatlama: Oda sıcaklığında, 0,5-5 dk, karıştırma verilerek çalışılmalıdır. Zor alüminyum alaşımlarında veya yüksek kalite talepleri doğrultusunda zinkatlama işlemi iki defa üst üste uygulanabilmektedir. Bu işlemin yapılabilmesi için ilk zinkat tabakası nitrik asit banyosunda uzaklaştırılır ve sonra tekrar zinkat çözeltisine daldırılır. İkinci zinkat tabakası çok daha iyi bir yapışma sağlayacaktır.
2.3 Durulama
Zinkatlama işleminden önceki durulama taşınmaların engellenebilmesi açısından oldukça önemlidir ve tabakalaşmanın kalitesini belirler.
Zinkat işleminden sonraki durulamada ise pH 7-11 arasında tutulmalıdır. Çünkü daha düşük veya yüksek alkalinitedeki durulama banyosu değerleri alüminyuma atak yapabilmektedir. Ayrıca yüzeyde oluşabilecek kalsiyum hidroksit tabakasını önlemek için deiyonize su kullanılması önerilmektedir.
Zinkatlama Sonrası İşlemler
Bakır: Siyanürlü bakır SurTec 866 zinkat tabakası üzerine direk uygulanabilecek oldukça kolay bir kaplama prosesidir. Parçalar bakır banyosu içerisinde akımsız olarak 10 sn’den fazla kalmamalıdır.
Uygulanacak akım yoğunluğu 0,5-0,8 A/dm2 olmalıdır. Siyanürsüz alkali bakır kaplama SurTec 864 prosesi uygulanacaksa parçalar mutlaka akım altında banyoya girmelidir, aksi takdirde yüzeyde akımsız amorf bir bakır tabakası oluşmaktadır.
Nikel: Zinkat tabakası üzerine direk olarak nikel kaplanacaksa (SurTec 854, SurTec 855, SurTec 857 ve Watts Nickel) parçalar yine akım altında banyoya girmelidir. Bu banyoların pH’ı düşük olduğundan dolayı zinkat tabakasının çözülmesi gibi bir risk yaşanabilir.
Netice olarak nikel yapışmasında problemler oluşabilir ve böylece çözünen çinko nikel tabakasında hatalara yol açar. Bu tip hataların minimize edilebilmesi için nikel banyosunun pH’ı 4,5-4,8 aralığında tutulmalıdır.
Krom: Dekoratif krom SurTec 871 prosesi nikel tabakası üzerine uygulanabilmektedir.
Sert krom SurTec 875 uygulaması için, zinkat kaplı alüminyum parçaların korumalı voltaj altında banyoya girmesi gerekmektedir. 250 g/lt’den daha yüksek kromik asit değerlerinde çalışmak ise daha geniş sıcaklık aralığında çalışılmasını sağlamaktadır. Krom banyosunda oluşabilecek çinko iyonlarının alınabilmesi için, katyon tutucu reçine sistemi kullanılmalıdır.
2.4 Analiz ve Kalite Kontrol
Zinkatlama işleminde konsantrasyon genel olarak titrasyon yöntemi ile belirlenir ve banyo ayarlaması yapılır. Tabakadaki kalite ve tutunma yüzeyde yapılacak bazı tahribat testleri ile kontrol edilebilir. Müşteri parçalarına zarar vermeden kontrol etmek gerekiyorsa test panelleri yardımı ile de bu kontroller yapılabilmektedir.
Kesme Testi:Kaplanmış parça kesilir. Daha zor test koşulları için parça 100-250 μ kaplanabilir. Tutunma kesilme bölgesi kesitinden değerlendirilebilir. Düz, dengeli bir yüzey olmalı ve kaplamada ayrılma olmamalıdır.
Darbe Testi: Bir çekiç yardımıyla yapılabilecek olan darbe testi ile hızlı bir tutunma testi yapılması mümkündür.
Bükme Testi: Özellikle test panelleri ile bükme testi yapılabilmektedir. Etki alanın iç ve dış bölgesinde tabaka yüzeye yapışmış olmalıdır.
- SurTec 652-SİYANÜRSÜZ Alaşım Zinkat İşlemi
3.1. Banyo Özellikleri
* SurTec 652 sıvı konsantre bir çözelti olup deiyonize su ile seyreltilerek zinkatlama çözeltisi olarak kullanılmaktadır.
*SurTec 652 tek komponentli bir olmasından dolayı kullanım kolaylığı sağlar, ayrıca uzun servis ömrüne ve düşük konsantrasyonda uygulanma özelliklerine de sahiptir.
*Alüminyum yüzeyi, hatta başka alaşımlarda da yüzey tamamen ve homojen olarak zinkat tabakası ile kaplanır.
*Kompleksleme ajanlarının özel sistemi metal iyonlarını kararlı bir şekilde kompleksler ve düzgün, kontrollü bir çinko tabakası ile mükemmel bir tutunma sağlanır.
*Zinkat çözeltisi düşük bir viskoziteye sahiptir. Dolayısıyla daldırılan yüzey hızlı bir şekilde ıslanır ve kolaylıkla durulanır. Ayrıca taşınma ile olan kayıplar da oldukça düşüktür.
*SurTec 652; bakır, nikel-krom veya çinko kaplama için oldukça güvenilir bir tabaka oluşturur ve servis ömrü 40 m2/lt’lere kadar ulaşır.
3.2. Tabaka Özellikleri
Depolanmış zinkat tabakasının kalınlığı ve yapısı tutunmayı ve sonraki kaplama işlemlerini oldukça fazla etkilemektedir. SurTec 652 kullanımı ile aşağıdaki özellikler garantilenmiş olmaktadır:
- Yeterli kalınlıkta bir tabaka oluşturur.
- Oluşan tabaka çok kalın değildir. Çok büyük zinkat kristallerinin oluşması, yüzeyde tutunma problemlerinin yaşanmasına neden olabilmektedir. Bunun sonrasında ise yüzeyde daha fazla delik oluşur ve bu da ilerde oluşabilecek korozyona başlangıç noktası olur. Korozyon reaksiyonlarının ürünleri de tabakada blisterlenme denilen yüzey hatalarının gözlenmesine neden olmaktadır.
- Mükemmel bir zinkat tabakası gri ve hafif benekli bir yapıya sahiptir. Yüzeyde ince kristal bir yapı oluşur. Tabakada ağırlıkça 5-25 mg/dm2 lık birikme, kalınlık ise yaklaşık olarak 100-400 nm sağlanır.
- Oluşan zinkat tabakası çok iyi bir tutunmaya sahip olduğundan sonraki tabakalarda da oldukça iyi bir kaplama sağlanır.
- Yüzeyde oluşan tabaka kararlı bir tabaka olduğundan takibindeki kaplama banyolarında çözünme olmaz. Böylece bakır banyolarında istenmeyen akımsız kaplama problemi yaşanmaz.
- Sadece tek bir işlem ile mükemmel bir zinkat tabakası sağlanmış olur.
Aşağıdaki resim zinkatlanmış alüminyum yüzeyin scanning elektron mikroskobu ile çekilmiş bir fotoğrafıdır. Uniform, küçük kristalize zinkat tabakası ve aynı zamanda içerisindeki gözenekler ve çevresindeki alüminyum alaşımın silisyum içeren bölgeleri
gösterilmiştir. Resim1. SurTec 652 ile zinkatlanmış alüminyum alaşımının (AlSi12CuMgNi) scanning elektron mikroskobu görüntüsü
3.3 Servis Ömrü
Servis ömrü ve proses güvenilirliğini sağlayabilmek için çok uzun süreli testler yapılmıştır. Buna göre bir banyonun bir litresi 280 dm2 alüminyum yüzey kaplayabilmektedir. Kimyasalların tüketimi çalışma sıklığı ve taşınıma bağlı olarak belirlenir ve taze
zinkat çözeltisi ile yenileme yapılır. Banyo içerisindeki, komponentler, çinko, alkalinite ve demir miktarları aşağıdaki resimde gösterilmektedir. (bknz resim 2).
Resim2. uzun zaman testi, servis ömrü boyunca banyo kompozisyonunun değişimi.Çinko ve demir içeriğinin miktarı sabittir. İkisi de eşit olarak harcanır ve ilavesi yine eşit oranlarda olacak şekilde tek bir ürün SurTec 652 ile sağlanır. Test boyunca sabit değerler sağlanmıştır. Alkalinitedeki hafif değişimler normal olup zinkat tabakasının kalitesini etkilememektedir.
Resim 3’te görüldüğü üzere sistem yüksek bir kararlılığa sahiptir. Sadece çok küçük değişimlere sahip zinkat tabakası elde edilmiştir. Gözlenen değişimler yüzeyin pürüzlülüğünden veya test y önteminin kusurlu olabilmesinden de etkilenmi olabilmektedir. Resim 3. uzun zaman testi, alaşım (AlSi12CuMgNi) üzerindeki zinkat tabakası kompozisyonu, SEM-EDX ölçümü
3.4.Banyo Kompozisyonu İçerisindeki
Değişimlerin Etkisi Zinkat çözeltisi içerisindeki banyo komponentlerinin birikimi veya azalmasını değerlendirebilmek için çeşitli test çözeltileri hazırlanmıştır.
Bunların her birinde tek bir komponent (sodyum hidroksit, çinko, demir, kompleksleme ajanı) +30% ve -30% olacak şekilde kuruluşa göre çeşitlendirilmiştir. Resim 4 bu çalışmanın sonuçlarını göstermektedir.
İlk kolonda standart çözelti durumunu gösterilmektedir.
Grafikte aşağıda belirtilen etkiler görülebilir:
*hidroksitin yüksek değerleri daha yüksek tabaka ağırlıklarına neden olur.
*çinko içeriğinin artırılması (bu ölçüde daha düşük hidroksit konsantrasyonu da yaklaşık aynı etkiyi gösterir) tabaka ağırlığının almasına neden olur.
*kompleksleme ajanının konsantrasyonunun artırılması tabakalaşma hızını düşürür.
*daha yüksek demir konsantrasyonları da yine tabaka ağırlığının artmasına neden olmaktadır.
Resim 4. banyo kompozisyonu olarak tabaka ağırlığı ve demir içeriği bu güçlü değişimlere rağmen görülüyor ki zinkat işlemi oldukça kararlı bir şekilde yapılabilmektedir. Sonuç olarak; SurTec 652 prosesi, tek komponentli olması, kararlı yapıda ürünler elde edilmesini sağlaması, 40 m2/lt gibi yüksek bir servis ömrüne sahip olması, banyo komponentlerinin eşit miktarda tüketilmesi ve eşit miktarda ilave edilebilmesi ile çok yönlü avantajlara sahiptir.
ONUR AKYÜZ-DEDE KİMYA
