Nikel Kaplama Bilgileri – DEDE KİMYA

Nikel Kaplama Bilgileri

FERİT SATICIOĞLU – DEDE KİMYA

Sponsorlar

Yüzey kaplama işlemlerinde çeşitli ihtiyaçları karşılamak ve daha tatminkar sonuçlar elde etmek için otomasyon sistemlerinde geliştirme yoluna gidilmiştir.

Kaplama tesisleri çok çeşitli ekipmanları, farklı yapıları, teknikler ve kaplama proseslerini içermektedir. Bu nedenle farklı fonksiyonlar ve ekipmanlar proses otomasyonları ile bağdaşır. Bu ekipmanlardan bazıları şunlardır:

-transfer ekipmanları
-yükleme boşaltma ekipmanı
-tanklar ve özel ekipmanlar
-filtreler
-redresörler
-ısıtıcılar
-soğutucular
-hareket ve karıştırma parçaları
-havalandırma
-durulama ekipmanları
-kimyasal dozajlama sistemleri
-su arıtma ekipmanları

Doğru programlanmış kaplama otomasyonları sisteme çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Örneğin:

-Tesis ve banyoların verimli yüklenmesi
-Daha az insan gücü
-İş ortamında hijyen
-İstenen kaplama kalitesinin kontrolü
-İnsan kaynaklı hataların yaşanmaması
-Kontrollü kimyasal tüketimi
-Kapasitede kontrollü artırım
-Düşük enerji harcaması
-Zaman tasarrufu
-Prosese göre sıralama değiştirebilme

Nikel Kaplama Elemanları

Tank Ölçülendirilmesi:

Nikel banyolarının ölçülendirilmesinde ilk faktör kaplanacak parça boyutudur. Kaplama tankının tabanı ile nikel kaplama yapılacak parça arasında yeterli mesafe olmasına dikkat edilmelidir. Aynı kural çözelti yüzeyi ile tank bitiş seviyesi için de geçerlidir. Genellikle tanklar çok dar yapılır, fakat burada dikkat edilmesi gereken çok önemli bir nokta gerekli anot ve anot sepeti alanı, anot-katot mesafesidir. Eğer katot anoda çok yakın ise yüzeyde pürüzlenme ve parçaların özellikle yüksek akım bölgelerinde yanma gibi istenmeyen durumlarla karşılaşılabilmektedir.
Nikel banyoları tek veya çoklu katot birimlerinden oluşabilir. Fakat her birimde ayrı bir redresör kullanılması gerekmekte ve özellikle önerilmektedir.

Tank Malzemesi:
Tank ölçüsü ve maliyeti, tank malzemesine göre belirlenir. Bu konudaki alternatifler fazladır. Örneğin çelik, fiberglas ve plastik. Çoğunlukla banyolar maliyetten dolayı çelik üzeri giydirme olarak yapılmaktadır. Burada ise 4 mm lik kauçuk kullanılabilmektedir. Korozyon riskinden dolayı ise bir dış koruma gereklidir. Kauçuk, plastik veya özel boyalar bu koruma için uygundur. Plastik tabaka amaca uygunluğu açısından iç giydirmeye uygun bir malzemedir. Kimyasal nikel banyolarında iyi bir iç giydirme ve tank malzemesi diğer banyolara nazaran çok daha önemlidir. Çünkü bu tip banyoda yüksek çalışma sıcaklıkları söz konusudur. Bu yüzden polipropilen oldukça sık kullanılmaktadır. Bu durumda iç giydirme yapılan tanklarda yüzey de önemlidir. Pürüzlü, çatlaklı yüzeyler istenmez. Çünkü nikel bu gözeneklerde çökelti şeklinde birikebilir.

Isıtma:
Isıtma için birkaç metot ve ekipman çeşidi mevcuttur. Elektrikli ısıtıcılar (paslanmaz çelik, titan, teflon gibi), buharlı veya sıcak su ile ısıtma mümkündür. Elektrik yoluyla çözeltinin ısıtılması en yaygın yöntemlerden biridir. Burada elektrikli ısıtıcı tipinin belirlenmesi çözeltinin alkali veya asidik olmasına göre değişir. Buhar veya su ile ısıtmanın mümkün olmadığı veya yeterli olmadığı durumlarda elektrikli ısıtıcılar tercih edilir, fakat elektrik maliyetinden dolayı pahalı bir ısıtma yöntemidir. Elektrikli ısıtıcı tipleri paslanmaz, titan ve teflon olmak üzere çeşitlendirilebilir. Bir kaplama tesisinde elektrikli ısıtıcılar tercih edilmişse bu ısıtıcıların ısıtma kapasitesi ve sayısı, ısıtılacak banyo hacmine ve istenen sıcaklığa göre belirlenir.

Yukarıda banyo hacmine bağlı olarak istenilen sıcaklığa ulaşmak için gerekli elektrik enerjisi miktarları verilmiştir. Bu enerji hesaplamalarında ısıtma süresi olarak 6 saat baz alınmıştır, eğer 12 saatlik bir ısıtma süresi istenirse tablodan bulunan değer ikiye bölünmelidir. Tablonun hesaplanmasında ısı kayıpları dikkate alınmıştır. Tabloda ısıtılmak istenen solüsyonun standart oda sıcaklığından kolonlarda belirtilen sıcaklıklara kadar ısıtılması için gerekli elektrik enerjisi belirtilmiştir.
Yukarıdaki tabloda banyonun bulunduğu sıcaklığa bağlı olarak 1 m2 açık yüzey alanı başına aynı sıcaklıkta tutulması için gerekli elektrik enerjisi miktarları verilmiştir.

Önemli not: Bu teknik yazıda belirtilen elektrik enerjisi miktarları yol gösterici olup kesin değerler olarak değerlendirmeye alınamaz.

Diğer Tank Ekipmanları:

Bir nikel banyosu yukarıda belirtilenlere ek olarak anot barası, bara hareketi veya karıştırma, seviye kontrol sensörü, havalandırma gibi ekipmanlara sahiptir. Katot barasının hareketi yukarı aşağı olabileceği gibi ileri geri şeklinde de olabilmektedir. Bara hareketi olmayan banyolarda ise karıştırma kullanılır. Karıştırma olayı banyo tabanına yerleştirilen, üzerinde belirli aralık ve çapta delikler açılmış ve içerisinden hava verilen bir boru yardımıyla sağlanır. Karıştırmadaki kabarcıklar boru yüzeyindeki delik çapına, karıştırma hızı ise verilen havanın basıncına göre değişmektedir. Homojen bir hava karıştırma her zaman bir avantaj sağlamaktadır. Banyoda sağlanan bu hareket veya karıştırmada amaç kaplama esnasında yüzeyden oluşan H2 gazının rahatlıkla uzaklaştırılmasını sağlamaktır. Böylece daha yüksek verimde kaplama yapmak mümkündür.

Havalı karıştırma yapılan banyolarda önemli olan konu ise verilen havanın kalitesidir. Kompresör ile hava sağlanıyorsa kompresörde mutlaka yağ tutucu filtre kullanılmalı, yağ içeren havanın banyoya girmesine izin verilmemelidir. Mümkün olduğunca banyoya temiz hava girişi sağlanmalıdır.

Buhar Uzaklaştırma:

Nikel banyolarında, sıcaklıktan dolayı çıkan buharın uzaklaştırılması oldukça önemlidir. Bunun için banyonun üzerine boydan boya nozıllar konur ve bunlardan çıkan hava ile buhar uzaklaştırılır.

Bu nozıllar genellikle PVC’den imal edilir. otomatik kontrollü sistemlerde ihtiyaca göre açılır kapanır olmalıdır. Burada ihtiyaçtan kasıt ısı ve enerji tasarrufudur. Çünkü buharı uzaklaştırmak için verilen hava banyo ısısında düşmeye neden olacağından daha fazla ısıtma gerecektir. Bu da ek bir maliyet demektir.

Çözelti seviyesinin kontrolü ve ayarlanması:

Nikel banyolarında sıcaklık 50-55ºC arasındadır. Dolayısıyla da yüksek oranda bir buharlaşma ve bunun sonucu olarak seviyede azalma gözlenir. Bu buharlaşmadan azalan su seviyesi hem kaplanacak parçaların çözelti seviyesinin altında kalmasına hem de ısıtıcıların yanmasına neden olabilmektedir ki bu çok ciddi bir sorun teşkil eder. Yangınla sonuçlanan durumlara neden olabilir. Dolayısıyla ısıtma olan bu banyolarda sürekli bir seviye kontrolü gereklidir.

Otomasyonun olmadığı manuel sistemlerde seviye kontrolü genellikle insan kontrolünde gözle yapılmaktadır ve bu da dikkatsizliğe açık hata payı yüksek bir yöntemdir. Fakat otomasyonun olduğu birçok tesiste bu kontrol seviye kontrol sensörleri yardımıyla yapılır. Bu sensörler yardımıyla otomatik dozajlama devreye girer ve eksilen su seviyesi tamamlanır. Burada pompalar sensörden gelen tepkiye göre açılır veya kapanır. Çok fazla buharlaşmanın olduğu sistemlerde eksilen su miktarı bir sonraki durulama banyosundan yapılabilir. Buradaki amaç maliyeti yüksek olan nikel banyolarında nikelin ve diğer komponentlerin geri kazanımını sağlamaktır.

Filtreler:

Filtrasyon nikel kaplama banyolarındaki en önemli parametrelerden biridir. Çünkü banyo ilk kuruluşta temiz kimyasallar ve su ile kurulmuş olabilir, fakat zaman içinde banyo kirlenmeye başlar. Bu da kaplanacak nikel tabakasının sağlıksız bir şekilde yüzeye yapışmasına hatta bazen yapışamamasına neden olur. Ya da yeni kurulmuş olsa dahi banyo içerisinde çözünmemiş tuzlar kalmış olabilir. Bu durumda da yüzeyde pürüzlenme ve lekelenme gibi problemler gözlenebilir. Bundan dolayı sürekli filtrasyon bu tip banyolar için bir zorunluluktur.

Nikel banyolarının filtrasyonu için birkaç filtre tipi geiştirilmiştir. Genellikle kartuşlu filtreler kullanılmaktadır. Fakat arada banyodaki organik kirlilikleri de alabilmek için aktif karbon kartuşlu filtreler de kullanılmaktadır. Kartuşlu filtre tipinin dışında diskli filtreler de kullanmak mümkündür. Bu filtrelerde kullanılan malzemeler; kağıt, plastik fabrik veya karışım ve seramik olabilir.

Selektif:

Selektif yapılmasındaki amaç banyo içerisinde oluşan bakır ve çinko gibi metalik kirliliklerin alınmasıdır. Bu tip metalik kirlilikler nikel kaplama yapılacak malzemeden gelebileceği gibi baralardan, askılardan veya taşınma yoluyla farklı şekillerde banyo çözeltisine karışabilmektedir. Çeşitli yollarla gelen bu metalik kirlilikler nikel kaplama yüzeyinde renkte koyuluk veya çizgiler halinde gözleneceği ve sağlıksız bir kaplamaya neden olacağı için istenmez. Bunu önlemek için gerçekleştirilen selektif işlemi bazı tesislerde kaplama banyosunda uygulanabildiği gibi bazı tesislerde ayrı bir tankta da gerçekleştirilebilir ki ayrı bir tankta yapılması çok daha verimli bir çalışma sağlar. Selektif saflaştırma olarak da adlandırılan bu yöntem tamamen elektrolitik bir prosestir. Katot olarak çözelti içersine dalga şeklinde bir sac levha asılır.

Bu yolla akım yoğunluğu dağılımı metalik kirliliklerin alınmasına uygun olarak sağlanmış olur. Verilecek akım yoğunluğu 0,4-0,5 A/dm2 olmalıdır.

Dozajlama Ekipmanı:

Kaplama banyolarında çalışma esnasında bazı bileşenler hem elektrolitik olarak hem de taşınma ile azalmaktadır. Bu eksilmelerin taşınma ile azalan kısmı (tuzlar) analitik yöntemlerle belirlenir ve banyoya dışarıda çözünmesi sağlanarak verilir. Bir kısmı ise ampersaat değeri belirlenerek gerektiğinde ilave edilir. Ampersaat kontrollü sistemlerde ilave manuel olarak veya otomatik dozajlama sistemleri ile yapılmaktadır. Manuel olarak gerçekleştirilen ilavelerde hata oranı daha yüksek olacağından otomatik dozajlama denilen sistemler önerilmektedir. Çünkü kimyasalın eksikliği de fazlalığı da gerçekleştirilen kaplama kalitesini ve verimini etkilemektedir.

Ayrıca otomatik dozajlamanın tercih edilmesinin veya önerilmesinin bir diğer nedeni de maliyettir. Kişilerin insiyatifine bırakılmış olan ilaveler ihtiyaç haricinde de yapılıyor veya eksik yapılıyor olabilir. Otomatik dozajlama sistemlerinde geçen ampersaate bağlı olarak dozajlama pompaları devreye girer ve çözeltiye kimyasal dozajlaması gerçekleşmiş olur. Fakat bir tesiste her ne kadar otomatik dozajlama sistemi ile çalışılıyor olunsa da mutlaka sürekli olarak bu pompaların çalışabilir durumda olduğu, tıkanıp tıkanmadığı kontrol edilmelidir. Günümüzde bu bilinçli gelişme otomasyonlu tesislerin yanı sıra manuel tesislerde uygulanmaya başlanmıştır.

Redresörler:

Nikel kaplama gibi tüm elektrokimyasal kaplama proseslerinde elektrik akımı gereklidir. Bu amaçla kullanılan ekipmana redresör denir ve çok çeşitli tipleri mevcuttur. Günümüzde temel olarak iki tip redresör kullanılmaktadır:

-Yağlı tip soğutmalı redresör
-Hava soğutmalı redresör

Yağ soğutmalı redresör kullanıldığında, soğutma gücünü artırmak için soğuk su sirkülasyonu da kullanılabilmektedir. Özellikle havalandırmanın olmadığı veya çok yetersiz olduğu durumlarda yağlı tip redresörler tercih edilmektedir.

Hava soğutmalı redresör kullanıldığında ise kullanılacak havanın temiz olması çok önemlidir. Dolayısıyla alınacak havanın kaplama tesisinin dışından bir yerden alınması önerilir çünkü kaplama tesislerindeki hava korozif bileşenleri de içermektedir ve redresör ömrünü kısaltır.

Redresör seçimi yapılırken redresör kapasitesi çok dikkatli hesap edilmelidir. Banyoda kaplanabilecek maksimum yüzey belirlenmeli veya askılamada geliştirme ile artış olabilecek yüzey alanı da hesap edilerek redresör alınmalıdır. Ayrıca teknolojideki gelişmelerin de çok hızlı ilerlediği düşünülürse çok daha yüksek akım yoğunluklarında çalışabilecek proseslerinde geliştirilebileceği düşünülmelidir. Bugünkü teknoloji ile askı proseslerinde 4-8 A/dm2 akım yoğunluklarında çalışılabilmektedir.

Seçilen redresörler özellikle sabit voltaja sahip olmalıdır. Çünkü belirli bir yüzey için belli bir akım değeri verilir, fakat ikinci şarjda yüzeyin daha fazla veya daha az olabileceği göz önüne alınmalıdır. Yüzey alanı farklı her şarj için sabit bir akımın verilmesi kaplama kalitesi ve kalınlığını olumsuz yönde etkileyebilir. Dolayısıyla sabit bir voltajda çalışmak daha mantıklıdır. Ya da yüzey hesabının şarja göre yapılması ve buna göre akım verilmesi doğrudur. Ya da yüzey aynı olsa bile şekil itibariyle farklı yapılardaki malzemelerde farklı akım yoğunluğu uygulaması gerekebilir.

Redresörden nikel banyolarına iletilecek akım bara yardımıyla gerçekleştirilir. Burada önemli olan bara kalınlıklarının ve yüzeyinin, bara için kullanılacak malzemenin doğru seçilmesidir. İletkenlik göz önüne alınarak yapılan seçimlerde en çok kullanılmakta olan metal bakırdır. Fakat bazen maliyet kaygısından dolayı daha düşük iletkenliğe sahip malzemeler kullanılmakta ve yüzey hesabı da yanlış yapıldığından çok ciddi sorunlara yol açmaktadır.

Örneğin gereğinden düşük yüzeyli bir bara kullanılması elektrik akımını verimli olarak iletemeyeceğinden hesaplanan akımın malzemeye eksik olarak ulaşmasına neden olur. Burada akım ilerlerken yetersiz yüzeyden dolayı bir dirençle karşılaşır bu da yüksek voltajda çalışılmasına neden olarak kaçak akım oluşur.  Kaplama süresi uzar ve baraların ısınmasına neden olur. Bu da banyoda tahribata veya yangınlara yol açabilir. Bu konuda çok dikkatli davranılması gerekmektedir.

Nikel Kaplama Bilgileri – DEDE KİMYA

Yüzey İşlemler Ocak-Şubat 2024 Sayı:153

Kimya Magazin Ocak-Şubat 2024 Sayı:202