ELEKTROLİZ YÖNTEMİYLE ÇİNKO KAPLAMA PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ

TEKNOLOJİ, Yıl 5, (2), Sayı 1-2, 1-7 TEKNOLOJİ ELEKTROLİZ YÖNTEMİYLE ÇİNKO KAPLAMA PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ ÖZET Ahmet HASÇALIK, Cebeli ÖZEK Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, 23119 Elazığ/Türkiye Bu çalışmada sac levhaların çink kaplanmasında kullanılan asitli ve siyanürlü banylarda akım yğunluğu, işlem süresi ve bany sıcaklığının kaplama kalınlığı ve kalitesine etkisi incelenmiştir. Numuneler mekanik ve kimyasal ön işlemlerden geçirildikten snra, 25 C ve 35 C bany sıcaklıklarında, dört farklı akım yğunluğu ve işlem süreleri kullanılarak elektrliz yöntemiyle kaplanmıştır. Her iki banyda da işlem zamanı, bany sıcaklığı ve akım yğunluğu arttıkça kaplama kalınlığı artmaktadır. Ancak, aynı şartlar altında asitli banylarda kalın fakat kalitesiz, siyanürlü banylarda ise, daha kaliteli fakat ince kaplama tabakası elde edilmiştir. ABSTRACT THE INVESTIGATION OF PARAMETERS OF ZINC COATING WITH ELECTROPLATING In this study, the effects f current density, peratin time and bath temperature n cating thickness and quality were investigated using acid and cyanide baths. The specimens were electrplated using fur different current densities and peratin times at tw different bath temperatures f 25 C and 35 C fllwing the mechanical and chemical pre-treatments. The cating thickness was increased due t increasing current density, temperature f bath and peratin time at bth types f plating baths. Under the same cnditins, the plating layer was btained thick but pr in acid bath and mre quality but thin in cyanide bath. 1. GİRİŞ Krzyn; metallerin rtamla teması snucu, metal-arayüzey-rtam üçlüsünün etkileşimi ile yüzeyde luşan bzulmadır. Krzyndan krunma önlemlerinin temelinde de bu üç faktörün özelliklerini ve birbirleri ile ilişkilerini iyi bilmek ve gerekli değişiklikleri gerçekleştirmek yatar [1]. Metallerin rtama daha dayanıklı kılınması için, krzyn yapıcı etkenlerin kntrl altına alınması yanında, arayüzeyi değişik malzemelerle kaplamak bu tür önlemlerin başında gelmektedir. Çink elektrkimyasal özelliği ve eknmik lması bakımından, demir ve çeliği krzyna karşı krumada yaygın larak kullanılan bir elementtir. Çözünme hızı yaklaşık larak sabittir, yani zamanla değişmez. Bu sebeple çink kaplamaların kruma ömürleri genel larak kalınlıkları ile dğru rantılı lmaktadır. Yapılan araştırmalarda.6-.12 mm arasındaki çink kaplamanın paslanmaya karşı, nemli veya endüstriyel rtamlarda ise.24-.48 mm kalınlığın krzyna karşı yeterli lduğu tespit edilmiştir [2,3]. Elektrliz ile kaplama işlemlerinde Faraday yasasına göre kaplanan ürün miktarı aşağıdaki frmülle hesaplanır. G = A e F I t η k Bu frmülde; G kaplanan ürün miktarını, A e terik larak kattta tplanan 1 Amper/Saatlik ürün miktarını, F kaplanacak lan numune alanını (dm 2 ), I akım yğunluğunu (A/dm 2 ), t kaplama süresini

2 ELEKTROLİZ YÖNTEMİYLE ÇİNKO KAPLAMA 2 PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ (saat) ve η k katt akım etkinliğini göstermektedir [4]. Sanayide elektrlitik çink kaplama çeşitli banylarla yapılmaktadır. Bunlar siyanürlü banylar, alkali siyanürsüz banylar ve asit klrür banylardır. Her bir bany eknmiklik, işlem zamanı, dekratif görünüm, yüzeye yapışma gibi faktörler dikkate alınarak değişik alanlarda kullanılmaktadır [3]. Herhangi bir banydaki elektr-kimyasal tepkimeler aşağıdaki gibi özetlenebilir. Katt; Bu tepkimeleri çink kaplamada inceleyecek lursak; çink levha pzitif kutupla (ant), demir levha negatif kutupla (katt) bir dğru akım kaynağına bağlanıp elektrlite daldırıldığında, elektrlitten akım geçer. Elektrlit seyreltik asidik bir çink sülfat çözeltisi lması halinde içinde pzitif larak iki değerli çink iynları ve negatif değerli sülfat iynları bulundurmaktadır. Akımın etkisi altında çink iynları negatif kutba, sülfat iynları da pzitif kutba giderler. Çink iynu her iki yükünü katta bırakır ve metalik çink larak kattta tplanır. Bu sırada iki pzitif yükün alınması suretiyle nötr metalik durumdan, iyn durumuna sülfatlaşma neticesinde anttan bir çink atmu ayrılarak çözeltiye geçer. Akım sürekliliği esnasında bu işlemler tekrarlanır. Kaplama kalitesi ve kalınlığı; kaplama öncesi yüzeyde yapılan ön işlemler, kullanılan banynun kimyasal bileşimi, ant, bany dnanımı, düzeni ve hareketi, akım yğunluğu, bany sıcaklığı, banynun ph ı gibi pek çk faktöre bağlıdır [5]. Metalik kaplamalar krzyndan kruma, bakım, narım harcamalarının azaltılması, ürün kalitesinin yükseltilmesi ve malzeme tasarrufu açısından büyük önem taşırlar. Çink kaplama diğer kaplama türlerine göre işlem maliyeti ve klaylığı açısında özellikle tercih edilmektedir. Ürün geliştirmenin ana hedeflerinden birinin krzyndan kruma lduğu düşünülürse, endüstride sürekli artan çink ve çink alaşımlı kaplamaların kullanımının sebebi rtaya çıkmaktadır. Bu sayede makine, malzeme, enerji ve iş gücü kayıpları önlendiği gibi dekratif bir görünüm de elde edilmektedir. 2. MALZEME VE YÖNTEM Elektrlizle kaplama deneyleri için, Tabl 1 ve 2 de kimyasal bileşimleri verilen asitli ve siyanürlü lmak üzere iki farklı kaplama banysu kullanılmıştır. Tabl 1. Asitli bany bileşenleri (gr/l), (ph=3) Çink sülfat 65 Brik asit Parlatıcı (Patent) 5

TEKNOLOJİ, Yıl 5, Sayı 1-2, 2 3 Tabl 2. Siyanürlü bany bileşenleri (gr/l) Siyanür 95 Sdyum hidrksit 8 Çink ksit 4 Sdyum sülfür 3.5 Parlatıcı (Patent) 5 Kaplama işlemi snrasında numunelerin yüzey görünümlerinin iyileştirilmesi amacıyla mavi pasivasyn larak isimlendirilen üçüncü bir bany hazırlanmıştır. Bu banynun bileşenleri de Tabl 3 te verilmiştir [6,7]. Tabl 3. Mavi pasivasyn bany bileşenleri (gr/l) Nitrik asit 15 Mavi pasivasyn tzu (Patent) 3.5 Deneylerde, 2 mm kalınlığında, 5x mm byutlarında sğuk haddelenmiş düşük karbnlu dekape saclardan tplam 24 adet numune kullanılmıştır. Nrmlara uygun kaliteli bir kaplama için ilk ve en önemli faktör malzeme yüzeyinin uygun şarlarda temizlenmesidir. Bu amaçla, numuneler kaplama öncesinde ön işlemlerden geçirilmişlerdir. Önce numuneler %5 seyreltik sülfürik asit çözeltisi içine alınarak yüzeyin gevşemesi sağlanıp asit içerisinde 5 dk bekletildikten snra ince zımpara ile parlatılmışlardır. Daha snra benzinle yıkanan numuneler dağlama işlemine tabi tutulmuşlar ve bu işlem için %9 saflıktaki sülfürik asit 1/3 ranında seyreltilerek numuneler bu çözelti içerisinde 3 dk bekletilmişlerdir. Asitli çözeltiden çıkarılan numuneler su ile yıkanıp, sıcak hava ile kurutulduktan snra tartılmış ve kaplama banysuna alınmıştır. Ant larak kullanılan elektrlitik çink ise, numune byutlarında sac levha halinde hazırlanmıştır. Deneylerde bany kabı larak asidik rtama dayanıklı batarya kutusu kullanılmış ve ant ve katt numuneler bany içerisinde bakır baralarla tespit edilmiştir. Akım kaynağı larak çıkış gerilimi 9 V ve çıkış akımı 15 A lan ve ince ayar yapılabilen bir redresör kullanılmıştır. Bany sıcaklığının kaplama kalınlığına etkisini belirlemek amacıyla asitli banylarda 25 ve 35 C bany sıcaklıklarında deneyler yapılmıştır. Bunun için; bany kabı, bir daldırma ısıtıcı ve termmetre ile kntrl edilen bir su banysuna daldırılmıştır. Deneylerde, asitli ve siyanürlü banyların her ikisinde de 15 dk işlem süresinde 4--15- A/dm 2 akım yğunluklarında ve ayrıca akım yğunluğu 4 A/dm 2 de sabit tutularak 15--25-3 dk işlem sürelerinde kaplama işlemleri gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde bany sıcaklığı 25 C larak tespit edilmiştir. Kaplama banylarından çıkarılan numuneler su ile yıkandıktan snra mavi pasivasyn banysuna daldırılıp çıkarıldıktan snra tekrar su ile yıkanmıştır. Kaplama işlemi snrasında numuneler tartılarak elektrliz ürünü tespit edilmiştir. Kaplama kalınlıkları ise numunelerin kesitlerinden ptik mikrskp vasıtası ile belirlenmiştir. Deneylerin ikinci aşamasında asitli bany sıcaklığı 35 C ye çıkartılarak aynı değişkenler tekrar incelenmiştir. Kaplama kalitesi ise, TS 3982 de belirtildiği gibi, numuneler 1 ye kadar iki taraflı eğme işlemi ile belirlenmiştir. Bu işlem için zımba açısı 1 lan bir sac-metal kalıbı kullanılmıştır. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Siyanürlü ve asitli bany kullanılarak, işlem süresinin 15 dk sabit larak alındığı ve akım yğunluğunun değiştirildiği deneylerde alınan snuçlar Tabl 4 ve 5 de verilmiştir. Elde edilen değerler grafik larak Şekil 1 de görülmektedir. Artan akım yğunluğuna bağlı larak kaplama kalınlığı ve dlayısı ile elektrliz ürünü artmaktadır. Tabl 4. Siyanürlü banyda akım yğunluğuna bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi (t=15 dk, bany sıcaklığı: 25 C) Akım Yğunluğu (A/dm 2 ) 4 7.21.32 15 15.51 21.71

4 ELEKTROLİZ YÖNTEMİYLE ÇİNKO KAPLAMA 4 PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Tabl 5. Asitli banyda akım yğunluğuna bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi (t=15 dk, bany sıcaklığı: 25 C) Akım Yğunluğu (A/dm 2 ) 4 8.26 12.41 15 16.54 22.75 Şekil 1 de görüldüğü gibi, asitli ve siyanürlü banylarda elde edilen snuçların paralellik göstermesi her iki yöntemin de amaçlar dğrultusunda kullanılabileceğini göstermektedir. Ancak asitli banylarda elde edilen kaplama kalınlığının daha fazla lduğu görülmektedir. Bu snuçlardan asitli banynun akım veriminin siyanürlü banydan daha yüksek lduğu söylenebilir. Antta akım yğunluğundaki artışla beraber bariz bir kararma gözlenmiştir. Kaplama tabakasının görünümünün de akım yğunluğundaki artışla beraber daha mat görünümlü ve gevşek yapılı lduğu tespit edilmiştir. Bilindiği gibi anttaki laylar katttakine benzer, ancak elektrliz esnasında ksitlenme, kllidal maddelerin varlığı ile mekanik ya da kimyasal pasiflik larak nitelendirilen laylar gözlenir. Ayrıca, kattta fazla miktarda hidrjen çıkabilecektir. Bu kararmanın da söz knusu etkilerden kaynaklandığı söylenebilir [4]. Aynı şartlarda asitli ve siyanürlü banylarda kaplanan numunelerin eğme işlemi snucunda, asitli banyda elde edilen numunelerde eğilme bölgesinde kısmen kalkma görülmüş, siyanürlü banyda kaplanan numunelerde ise yüzey yapışkanlığının daha iyi lduğu tespit edilmiştir. Tabl 6 da, asitli banyda, 35 C bany sıcaklığı, sabit işlem süresi (t=15 dk) ve değişen akım yğunluklarında elde edilen kaplama kalınlıkları verilmiştir., 3 Kaplama kalınlığı 25 15 5 Siyanürlü bany Asitli bany 5 15 25 Akım yğunluğu (A/dm 2 ) Şekil 1. Asitli ve siyanürlü banylarda akım yğunluğuna bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi Tabl 6. Asitli banyda akım yğunluğuna bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi (t=15 dk, bany sıcaklığı: 35 C) Akım Yğunluğu (A/dm 2 ) 4.33 14.47 15 17.58 23.79

TEKNOLOJİ, Yıl 5, Sayı 1-2, 2 5 Şekil 2 de ise, bany sıcaklığına bağlı larak kaplama kalınlıkları grafik larak verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi, bany sıcaklığına bağlı larak kaplama kalınlığı artmaktadır. Sıcaklığın artması iyn hareketliliğini artırmakta ve bany direncini düşürmektedir. Ayrıca sıcaklığın artması katt akım etkinliğini artırmakta, böylece hidrjen luşum düzeyi azalmaktadır [6]. Buna bağlı larak, yüksek akım yğunluklarında kaplamanın görünümünün iyileştiği ve kaplama yapışkanlığının arttığı tespit edilmiştir. 25 Kaplama kalınlığı 15 5 25 C 35 C 5 15 25 Akım yğunluğu (A/dm 2 ) Şekil 2. Asitli banyda değişen akım yğunluklarında bany sıcaklığına bağlı larak kaplama kalınlıkları Asitli ve siyanürlü banylarda sabit akım yğunluğu (4 A/dm 2 ) ve değişen işlem sürelerinde deneyler tekrarlanmış ve elde edilen snuçlar Tabl 7 ve 8 de verilmiştir. Şekil 3 te ise, elde edilen snuçlar grafik larak görülmektedir. Asitli ve siyanürlü banylarda elde edilen snuçlar diğer deneylerde elde edilen snuçlarla ölçüm duyarlılığı içerisinde benzerlik göstermektedir. İşlem süresine bağlı larak asitli banylarda elde edilen kaplama kalınlığının, siyanürlü banyda elde edilen kaplama kalınlığından daha fazla lduğu tespit edilmiştir. Benzer snuçlara ulaşılması her iki yöntemin de amaçlar dğrultusunda kullanılabileceğini göstermektedir. Numunelerin eğme işlemlerinde ise, diğer numunelerde lduğu gibi, siyanürlü banylarda elde edilen kaplama tabakasının yüzeye yapışma özelliğinin daha iyi lduğu tespit edilmiştir. Ancak bu tür banyların yeterli havalandırma önlemleri alınmadığı takdirde insan sağlığı açısından zararlı lacağı dikkate alınmalıdır. Tabl 7. Siyanürlü banyda değişen işlem sürelerinde kaplama kalınlığının değişimi (Bany sıcaklığı: 25 C, Akım yğunluğu = 4 A/dm 2 ) İşlem Süresi (dk) 15 6. 9.31 25 11.37 3 13.44 Tabl 8. Asitli banyda değişen işlem sürelerinde kaplama kalınlığının değişimi (Bany sıcaklığı: 25 C, Akım yğunluğu = 4 A/dm 2 ) İşlem Süresi (dk) 15 7.23.33 25 12.4 3 14.47

6 ELEKTROLİZ YÖNTEMİYLE ÇİNKO KAPLAMA 6 PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Kaplama kalınlığı 18 16 14 12 8 6 4 2 Asitli Bany Siyanürlü Bany 5 15 25 3 35 İşlem süresi (dk) Şekil 3. Asitli ve Siyanürlü banylarda süreye bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi Asitli banyda, 35 C bany sıcaklığı, sabit akım yğunluğu (4 A/dm 2 ) ve değişen işlem sürelerinde deneyler tekrarlanmış ve elde edilen kaplama kalınlıkları Tabl 9 da, verilmiştir. Şekil 4 te ise, bany sıcaklığına bağlı larak kaplama kalınlıkları grafik larak verilmiştir. Sabit akım yğunluğu ve değişen işlem sürelerinde bany sıcaklığı arttıkça, kaplama kalınlığı ve yüzeye yapışma özelliği artmaktadır. Daha önce ifade edildiği gibi, bu snuçlarda da iyn hareketliliğinin artmasının kaplama kalınlığının artışında etkili lduğu söylenebilir. Bütün deneylerde, kaplama snrası uygulanan pasivasyn işlemi yüzeyin dekratif görünümü açısından yararlı lmaktadır. Ancak bileşimi ve daldırma süresi çk önemlidir. Zira ptimum şartların sağlanmaması halinde kaplama tabakası incelmekte ve buna bağlı larak kaplamanın kruyucu özelliği azalmaktadır. Tabl 9. Asitli banyda değişen işlem sürelerinde kaplama kalınlığının değişimi (Bany sıcaklığı: 35 C, Akım yğunluğu = 4 A/dm 2 ) İşlem Süresi (dk) 15 9.3 12.41 25 14.48 3 17.57 Kaplama kalınlığı 15 5 25 C 35 C 5 15 25 3 35 İşlem süresi (dk) Şekil 4. Asitli banyda değişen işlem sürelerinde bany sıcaklığına bağlı larak kaplama kalınlığının değişimi

TEKNOLOJİ, Yıl 5, Sayı 1-2, 2 7 4. GENEL SONUÇLAR Aynı süre ve çalışma şartlarında asitli ve siyanürlü banylarda yapılan elektrlizle kaplama işleminde akım yğunluğu, işlem süresi ve bany sıcaklığı arttıkça kaplama kalınlığı artmaktadır. Ancak, siyanürlü banyya göre, asidik banyda daha kalın bir kaplama kalınlığına ulaşılmıştır. Ayrıca aynı akım yğunluğunda yapılan deneylerde de bu durum açıkça görülmektedir. Bu snuçlar asitli banyların verimlerinin siyanürlü banylardan daha yüksek lduğunu göstermektedir. Ancak siyanürlü banylarda elde edilen kaplama tabakasının daha kaliteli lduğu tespit edilmiştir. Akım yğunluğundaki artış kaplama süresini kısaltmakla beraber, kaplama görünümü ve yüzeye yapışma açısından lumsuz etki göstermektedir. Bu bakımdan düşük akım yğunluklarında çalışılması kaplama süresini uzatmasına rağmen, kaplama kalitesi açısından yaralı lmaktadır. Asitli banynun sıcaklığının artırılması hem kaplama kalınlığını ve hem de yüzeye yapışma özelliğini artırmakta, buna bağlı larak kaplama süresi kısalmaktadır. KAYNAKLAR [1] Metallerin Krzyndan Krunması. Brusan Yayınları, Sayı:12-25, İstanbul 1981. [2] Prakash, S., Tewari, V., Effect f Liquid n Armc Irn with Relevance t Pts Used in Galvanizing. Steel Research. Vl.58, s.2-228, 1985. [3] Geduld, H.H., Surface Cleaning,Finishing and Cating. Metals Handbk, Ninth Editin, Vl.5, Metals Park, Ohi 4473, 199. [3] Yıldırım M. M. Galvanizleme Tekniği. F. Ü. Basımevi. Yayın N:123, Elazığ 1989. [4] İsfendiyarğlu, A., Saraç, S., Elektrkimyanın Sanayie Uygulanması. İstanbul TeknikÜniversitesi Yayınları, Kimya Fakültesi Matbaası, İstanbul 198. [5] Ynar, İ. K., Galvanteknik. Milli Eğitim Basımevi, İstanbul 1979. [6] Atilla, A. Elektrlitik Metal Kaplama Tekniği. Çalışma Ntları. Ankara 1985.