ELOKSAL (ANODİK OKSİDASYON)

Transkript

1 ELOKSAL (ANODİK OKSİDASYON) 1

2 Alüminyum ve alüminyum alaşımları dünyada demir esaslı malzemelerden sonra en önemli metal grubunu oluşturur. Ayrıca hafif metaller arasında da gerek saf halde gerekse alaşım olarak en çok kullanılanıdır. Demirden sonra en çok kullanılan beyaz, gümüşi görünüşte ve hafif bir metaldir. Kolayca tel ve levha haline gelebilir. Oksijene karşı büyük bir ilgisi olmakla beraber, ince bir amorf oksit (Al 2 O 3 ) tabakası ile kaplıdır. Dolayısıyla bu oksit tabakası metali korur. Üretimden yeni çıkan bir aluminyumun yüzeyinde oluşan film tabakası A kadardır. Bu oran, bir aylık sürede havadaki oksijenle 0,05 mikron kalınlığında alüminyum oksit meydana gelir. Meydana gelen oksit tabakası mekanik etkilere dayaklı değildir 2

3 Eloksal Kaplamalar ve Eloksal Hakkında Genel Bilgi Eloksal, alüminyum için çok özel bir yüzey kaplamadır; elektrokimyasal bir proses ile yapılır. Kullanılan elektrolit, genelde asidik bir çözeltidir. Kaplanacak alüminyum, elektroliz işleminin anodudur. Belirli ve kontrol edilen bir akım yoğunluğu, kaplanacak alüminyum (iş parçası) ile uygun bir katot arasında, yine belirli bir süre için geçirilir. Bu süre, oluşacak eloksal tabakasının özellik ve kalınlığına göre belirlenir. 3

4 Malzeme Seçimi Hemen hemen bütün alüminyum alaşımları, korozyon mukavemeti açısından iyi değerler vermesine rağmen aynı zamanda parlaklık, renklendirilebilirlik gibi özellikler de isteniyorsa, alaşım tipine göre seçim yapmak gereklidir. Anodik oksidasyon (ELOKSAL) yapılmış kaplama genel olarak renksizdir fakat içindeki elementlere göre görünüm daha parlak veya daha donuk olabilir. Eloksaldan sonra elde edilen parlaklık; Mg, Si, Fe ve Mn ile ters orantılı, homojenizasyon sıcaklığı ile doğru orantılıdır. 4

5 Ön İşlemler Alüminyum malzemeler okside edilip boyanma işlemi yanında mükemmel ve muntazam bir görüntünün elde edilmesi için, anodize edilecek malzemelerin itinalı bir ön işleme tabi tutulması gerekir. Mekanik Ön İşlemler Kimyasal Ön işlemler olmak üzere iki kısımda incelenir 5

6 Mekanik Ön İşlemler Polisaj, satinaj ve zımpara olarak üç gruba ayrılır. Polisaj: Profil yüzeylerinin özel hazırlanmış bezlerden yapılan fırçalar ile ve özel imal edilmiş bir cila yardımıyla parlatılması işlemidir. Satinaj: Ekstrüzyon yüzey kalitesi bozuk ve mat yüzeyli profiller için uygulanır. Özel olarak hazırlanmış, paslanmaz çelik tellerden daire şeklinde imal edilmiş fırçalar kullanılır. Zımpara: Ekstrüzyon yüzey kalitesi çok bozuk (çizik, yırtık, pütürlü v.b. gibi) veya özel olarak zımpara desenli yüzey kalitesi istenildiğinde profillere zımpara işlemi uygulanır. 6

7 Kimyasal Ön İşlemler Yağ Alma Aluminyum parçaların yüzeyinde oluşan amorf oksit tabakasının çok iyi giderilmesi gerekir. Aynı zamanda Al mamullerinin imalatında yüzeyde yağ tabakası da bulunur. Onun için aluminyum malzemenin iyi temizlenmesi, oksit tabakası+yağ tabakasının giderilmesi önem arzeder. Genellikle yağ alma eriyikleri su-esaslı eriyikler olup, karbonat, fosfat, ıslatıcı ajan ve bazen de bir kompleks yapıcı içeren bazik eriyiklerdir. Alternatif olarak, sülfürik veya fosforik asit ve bazı ilave kimyasallar içeren asidik bir çözelti de kullanılabilir. Su esaslı yağ alma banyoları C arasında çalışırlar. 7

8 Şekil. Sülfürik asit yağ alma banyosu 8

9 Eloksal Sökme Banyosu Bu banyo, askı malzemelerindeki eloksalı ve hatalı yapılan eloksallı malzemeleri sökmek için kullanılır. Konsantrasyon %6-12 NaOH şeklindedir. Temizleme Banyosu Bu banyo yüzey düzeltme veya nötralizasyon banyosu olarak da tanımlanır. Alüminyum içerisinde bulunan bakır, mangan ve silisyum gibi elementler kostik soda banyosunda siyah leke oluşturur. Bu lekeler eloksala girmeden önce giderilmelidir. Bunun için hacimce %20 lik nitrik asit banyosu kullanılması tavsiye edilir. 9

10 ELOKSAL KAPLAMA İŞLEMİ Alüminyum metali doğal olarak, herhangi bir darbede kendini yenileyen, ince ve şeffaf bir oksit katmanı ile kaplıdır. Aslında alüminyumun birçok olumsuz etkilere karşı kısmen dayanıklı olmasını sağlayan özelliği buradan gelir. 10

11 Eloksal işleminin esası katot ve anot arasında hareket eden elektrik akımının elektrolit içersinde Al 2 O 3 (alüminyum oksit) oluşmasıdır. Bu reaksiyon esnasında hidrojen gazı açığa çıkar, banyoda da çözünmüş alüminyum oluşur. Bunun kimyasal formülasyonu ise: 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 2Al +3H 2 O Al 2 O 3 + 3H Al+3H 2 SO 4 + 3H 2 O Al 2 O 3 + Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 11

12 şekil. Eloksal banyosu 12

13 Şekil. Eloksal banyo dizaynı. 13

14 Eloksal Tabakasının Yapısı Eloksal tabakası, alüminyuma entegre bir tabaka olarak oluşur ve metal/oksit ara kesitinde oluşan bölümüne özel olarak baraj tabakası (barrier layer) adı verilir. Eloksal tabakasının gözenekli yapısı, bu baraj tabakasının üstünde büyür. Genel olarak, baraj tabakası uygulanan voltajla doğru orantılı olup, uygulanan her voltaj için baraj tabakası 10 Å büyür. Eloksal tabakasının kalınlığı, amper-dakika miktarına bağlı olarak artar ve mikron arasında değişen kalınlıklar elde edilebilir. 14

15 Şekil.Eloksalın yapısı 15

16 Eloksal Tabakasının Genel Özellikleri Eloksal tabakasının alüminyum ile bütünleşerek oluşmasından dolayı çok sert ve aşınmaya karşı çok dayanıklıdır. Tespit işlemi tamamlanmış bir eloksal tabakası çeşitli asit ve diğer kimyasallara karşı dayanıklı olduğundan birçok ortamda alüminyumu korozyona karşı korur. Eloksal tabakasının şeffaf yapısı alüminyumun metalik görünümünü ortaya çıkarır. Eloksal tabakası yalıtkandır. Eloksal tabakası alkali kimyasallardan olumsuz etkilenir. 16

17 Eloksal çeşitleri: 1.Mimari ve Parlak Eloksal Mimari ve dekoratif eloksal işleminde sülfürik asit elektroliti kullanılır. Tipik bir eloksal banyosunda, g/l H 2 SO 4 bulunur ve C arasında, 1,5 A/dm 2 doğru akım uygulanır. Banyonun konsantrasyonuna, sıcaklığına ve alüminyum bileşimine bağlı olarak voltaj V arasında değişir. Tabaka oluşma hızı dakikada 0,5 mikrondur. Mimari uygulamalarda istenen eloksal tabakası kalınlığı, bina dışında mikron, bina içinde mikrondur. 17

18 Parlak eloksal için alüminyumun kimyasal bileşimi çok önemlidir. Alüminyum içinde bulunan diğer elementler, belli limitlerin altında bulunmalıdır. Özellikle, AlMgSi (AA 6063) alaşımında, Fe oranı % 0,18 in altında bulunmalıdır (tercihen Fe: %0,10-0,15). Eloksal kalınlığı arttıkça, parlak görünüm azalır. Otomabil yan çıtaları 7-10 mikron eloksal kaplanır. 18

19 Sert Eloksal Sert eloksal çeşitli mühendislik uygulamaları için alüminyum üzerinde son derece sert ve sürtünmeye dayanıklı bir malzeme istendiğinde, 5-10 g/l H 2 SO 4, V doğru akım ve 0-5 C şartlarında yapılır µm kalınlığında olur. Bu oluşturulan alüminyum oksit tabakasının ortalama 30 µm u malzeme içersine işler ve geri kalan 20 µm u ise malzeme yüzeyine yapışarak kalınlık yapar. Sertliği ise ortalama 500 Hv dir. Çalışma koşullarında ise 950 Hv lik çeliğe eşdeğerdedir. 19

20 Eloksal Tabakası'nın Tespit İşlemi: Eloksal tabakasının oluşumu ve gerekiyorsa renklendirilmesinin ardından, gözeneklerin kapatılması amacı ile "tespit" işlemi yapılır. Böylece, eloksal tabakasının kimyasal ve fiziksel etkilere dayanıklı olması, renkli ise pigmentleri dışarı kusmaması ve gözenekler içine empüritelerin girmemesi sağlanır. Tespit işlemi iki metotla yapılabilir: -Sıcak tespit işlemi -Soğuk tespit işlemi 20

21 şekil. Eloksal tabakasının tespit (sealing) işlemi öncesi ve sonrası 21

22 Sıcak (Hidrotermal) Tespit: Sıcak tespit, kaynama derecesindeki deiyonize su ile yapılır. Suyun ph değeri 5,5-6,5 arasında bulunmalı (asetik asit/amonyak kullanılarak ayarlanır) ve eloksal kalınlığının her mikronu için 2 dakika beklenmelidir. Soğuk (Emprenye) Tespit: Bu metotta, deiyonize su ile birlikte nikel sülfat veya nikel florür esaslı kimyasal bileşiklerin oluşturduğu bir çözelti kullanılır. İşlem sıcaklığı C, süresi mikron başına bir dakikadır. 22

23 Renkli EloksalYapılması Eloksal tabakasının renklendirilebilme özelliği, alüminyum ürünlerin yaygınlaşmasını sağlamıştır. İlk önce, sülfürik asitle yapılan eloksal tabakalarının gözenekli (poröz) yapısına, organik veya inorganik boyalar ile uygulanmıştır (Daldırma boyama). Şekil : Eloksal tabaksının natürel (renksiz) ve renklendirilmiş (daldırma boya) durumlarının kesit şeması. (a): Naturel, (b): Daldırma boyama ile renklendirilmiş 23

24 Bu boyaların UV (morötesi) ışınlara dayanımı sınırlı olduğundan, özellikle mimari uygulamalarda renkli eloksallı alüminyum ürünlerin güneş ışınlarına dayanıklı olması için; integral eloksal renklendirme, iki-etaplı elektrolitik renklendirme gibi prosesler geliştirilmiştir. 24

25 Şekil - (a): Integral, (b): 2 etaplı elektrolitik renklendirme İntegral metotta, alüminyum alaşımındaki bazı intermetalik pariküller, eloksal gözeneklerinin duvarları içinde veya metal/oksit arayüzeyinde çökelirler. Bu çökelmiş partiküller, eloksal tabakasının yoğunluğu ve kalınlığına bağlı olarak ışığı dağıtırlar. İki-etaplı elektrolitik renklendirme metodunda renk eldesinde ışığın dağıtılması, eloksal tabakası gözeneklerinin dibine yerleşen pigmentler tarafından sağlanır. Bakır, Nikel, Kobalt veya Kalay iyonlarından oluşan pigmentler, eloksal tabakası gözeneklerinin dibine yerleşmiş durumdadır. Çökelmiş pigmentlerin kalınlığı arttıkça, daha koyu renkler elde edilir. 7 mikron'dan daha kalın pigment çökeltisinde siyah renk elde edilir 25

26 Eloksal İşlemine Tesir Eden Faktörler Çoğunlukla alüminyumun oksidasyonu sülfürik asit kullanılarak yapılmaktadır. Bu teknolojide özellikle dikkat edilmesi gereken hususlar; banyonun asit konsantrasyonu, anodize banyosu voltajı ve akım yoğunluğu, banyodaki elektrolitin sıcaklığı, anodize banyosunun karıştırılması, anodize olacak alüminyum malzemesinin alaşım kompozisyonu, çözeltideki alüminyum miktarı, banyoda bulunabilecek diğer artık malzemeler, elektrik iletken baralar, katot sistemi ve ölçüsü, anot bağlantıları, gerekli elektriksel güç (katot/anot oranı), uygun askılama sistemi. Bu faktörlerden bazılarının etkisi açıklanmıştır: 26

27 Banyonun Asit Konsantrasyonunun Tesiri H 2 SO 4 asit için konsantrasyonu 10 g/l den 700 g/l ye kadar kullanarak eloksal işlemi yapılabilir. Elektrolitin iletkenlik değeri asit konsantrasyonu ile değişir. Bu da akım yoğunluğuna, voltaja ve elektrolit sıcaklığına etki edecektir. 27

28 Voltajın ve AkımYoğunluğunun Tesiri Voltajın artışı oksit gözenek sayısının azalışını doğurur. Bu aynı zamanda kaplamanın sertliğini artırır. Bu durumda meydana gelen ısı enerjisi de artar ve fazladan soğutma enerjisine ihtiyaç duyulur. Elektrolitin Sıcaklığı Sıcaklık artışı ile çalışma voltajını daha düşük tutma mecburiyeti vardır. Sıcaklığın artırılmasıyla oluşacak oksit tabakasının yanmasını önlemek için; anodize olacak malzeme miktarı azaltılmalıdır. Daha çok kullanılan yöntem ise banyodaki sülfürik asit konsantrasyonuna göre çalışma sıcaklığının tespit edilmesidir 28

29 Banyonun Karıştırılması Hava ile karıştırma oksit filminin kontrolü için çok önemli bir faktördür. Karıştırma anodize banyolarında şarttır, çünkü elektrolit yoğunluğu ve sıcaklığının her tarafta aynı olması düzgün bir oksit tabakasının oluşmasını sağlayacaktır. 29

30 Çözeltideki Alüminyum Miktarının Etkisi Çözeltideki alüminyum miktarının 5-15 g/l arasında bulunması gerektiğini, alüminyum miktarının çok az olması durumunda voltajın biraz yükselmesi ile oksit tabakasının yanmasına sebep olmaktadır. Alüminyum miktarının 12 g/l üzerine çıkması durumunda ise parlak olmayan ve donuk bir oksit tabakası elde edilir. Ayrıca elektriksel iletkenlik değeri düşer ve daha fazla bir ısı enerjisi açığa çıkar. 30

31 Elektrik İletkeni Baralar, Anot Bağlantıları, Uygun Askılama Sistemi Elektrik iletkeni olarak (redresörler ile banyo arasında) alüminyum baralar kullanılabilir. Mesafe arttıkça ve bağlantılar dolayısıyla voltaj kayıplarının olduğu unutulmamalıdır. Anot olarak bağlanan malzemeler üzerinde kullanılan askıların kesiti en az 0,2 mm 2 /A olarak hesaplanmalı ve temas çok iyi sağlanmalıdır. 31

32 Eloksal kaplama örnekleri Döküm alüminyum un eloksal kaplanması 32

33 7075 Alüminyumun alaşımının sert eloksal yapılmış 33

34 6082 Alüminyum alaşımının sert eloksal yapılmış 34

35 6063 Alümiyumun alaşımının eloksal yapılmış hali 35

36 6082 Alüminyum alaşımının eloksal yapılmış hali 36

37 7075 alüminyum alaşımının sert eloksal yapılmış hali 37

38 7075 alümünyum alaşımının eloksal sonrası renklendirilmesi 38

39 7075 alüminyum alaşımının eloksal sonrası renklendirilmesi 39

40 Eloksal tesisi 40