ÇİNKO KAPLAMA
Çinko Kaplama demir ve çelik parçalar üstüne ince bir çinko tabakası kaplamaişlemine verilen genel bir addır. Boya dışında, demirli metallere en çok uygulanan koruyucu kaplamadır. Uygulama alanları arasında, yapılarda kullanılan çelik iskeletler, metal saç levhalar, cıvatalar, somunlar ve teller sayılabilir.
Çinko kaplama, demirli metallerin atmosferdeki oksijenin ve su buharının aşındırıcı (korozyon) etkisinden korunmasını iki yolla sağlar: Galvanizlenmiş parçadaki demirin havayla temas etmesini önler; kaplama, demir içeren metali ortaya çıkaracak biçimde çatladığında, kırığı çevreleyen çinko, demir için bir tür katot korunması sağlar. Kimyasal açıdan paslanma, metalin yüzeyinde karmaşık demir oksitlerinin oluşmasıdır. Bunlar temelde, dış kabuk ya da DEĞERLİK elektronlarının, demir atomlarından oksijen moleküllerine geçmesine yolaçan iyonlu bileşiklerdir. Ama çinko, demirden daha elektropozitiftir. Yani, başka bir elementle kimyasal tepkimeye girerek, kolayca değerlik elektronlarını yitirebilir. İçinde demir bulunan metalle elektriksel temasının sağlanması durumunda, çinko kaplama, atmosferdeki su ve oksijenin ilk hedefi olacaktır. Ayrıca, çatlak küçükse, çinkonun aşınma ürünleri bu yarıkları doldurur.
Sembolü: Zn Atom Ağırlığı: 65,38
ÇİNKONUN ÖZELLİKLERİ: Çinko mat dökümlü mavimsi bir metaldir. Değerliği 2, özgül ağırlığı 7,14 tür. Normal sıcaklıklarda kırılgandır ama 100 °C ve üstüne ısıtıldığında dövülebilir hale gelir. Fakat oda sıcaklığına soğutulduğunda yeniden kırılgan hal alır. Aktif bir metaldir ve nerdeyse her şeyle tepkimeye girer. Birçok kimyasal içerisinde oldukça çözülebilir olduğu için kendini sonraki etkilerden koruyacak çözülemeyen temel bileşimler oluşturur.
ÇİNKONUN KAPLAMA METALİ OLARAK KULLANIM ALANLARI:Çinkonun öncelikli kullanım alanı, demirli metalleri paslanmaya karşı koruma amaçlı kaplamadır. Kadmiyum kaplamada açıklandığı gibi, fedakârca hareket ederek demir veya çelik ile bir ÇİFT oluşturur ve daha sonra kaplama banyosunda bir anot gibi davranır. Demirli metal katot halini alırken çözülerek ayrılır ve indirgenmiş durumunu koruduğundan dolayı oksitlenemez. Şu an için kadmiyumun mu yoksa çinkonun mu daha iyi bir koruyucu tabaka oluşturduğu bilinmemekle beraber, deniz atmosferinde (tuzlu) kadmiyumun çinkodan daha iyi olduğu, çinkonun da endüstri ortamında kadmiyumdan belli oranda daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Fakat kadmiyum nispeten daha az kullanılmaktadır ve bazı zorunlu uygulamalar dışında ekonomik açıdan çinkonun yerini almak için çok pahalıdır. BUNA EK OLARAK yakın zamanda kadmiyumun ve bileşiklerinin zehirliliği üzerine çekilen ilgi bu maddeye bir dezavantaj sağlamıştır. Çinko her türdeki demir ve çelik tellere, demir plakalara ve demirli metal parçalara kaplanmaktadır. Çelik ve demirin eriyik çinkoya daldırmak suretiyle kaplanmasına GALVANİZLEME, çinkonun elektro kaplanmasına da bazen ELEKTRO GALVANİZLEME denmektedir.
ÇİNKONUN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİ: %100 katot veriminde 1 amper- saatlik elektrik enerjisi 1,18 gram çinko kaplayacaktır. Ayrıca, % 100 verimde 1,54 amper- saat elektrik enerjisi 1 dm² yüzey üzerine 25 mikron çinko kaplayacaktır. Asit tipi banyoların çoğunda gerçek katot verimi %95-99, özellikle siyanür tipi alkali banyolarda ise %60-95’tir.
Eşik Gerilimi ve Çinko Kaplama
Çinko, elektromotor dizisinde hidrojenin üzerindedir. Buna göre, bütün kaplama banyolarının hidrojen iyonu içerdiğini düşünürsek çinko kaplama çözeltisindeki hidrojen gazı katot üzerine çinkodan daha kolay bir şekilde kaplanacaktır. Bu durum şunlara bağlı olarak oluşmaz:
1. Çözeltideki çinko iyonlarının derişimi hidrojen iyonlarına nazaran oldukça fazladır.
2. Çinko üzerindeki hidrojen eşik gerilimi oldukça fazladır.
Önceden açıklanmış olan, bakırın çözeltiden çıkarıldığı ve asla tazelenmediği bakır banyosu örneğine bakarsanız, derişimin etkisi kolayca anlaşılacaktır. Sonunda bakır iyonu derişimi öyle bir seviyeye düşer ki katot ile temas halindeki hidrojen iyonları nötralize olur ve gaz olarak kaplanır.
Eşik gerilimin etkisi nispeten daha karmaşıktır. Açıklanmasına birkaç paragraf ayırmaya değecek bir ilgi alanıdır.
Örneğin bir çözelti içindeki iki platin elektrot üzerinden bir akım geçirirseniz, platin katot üzerinde hidrojen baloncukları oluşmadan (su ayrışmaya başlar) önce 1,7 Volt cıvarında bir sürücü kuvvet uygulamanız gerektiğini göreceksiniz. Eğer platin yerine çinko katot kullanırsanız, elektriksel sürücü kuvveti 2,4 Volt’a çıkarana kadar hidrojen baloncuğu oluşumunun başlamayacağını göreceksiniz. Başka bir deyişle, diğer bütün şartlar aynıyken çinko bir katot üzerine hidrojen gazı kaplanmasını başlatmak için platin katottakinden 2,4 – 1,7 veya 0,7 Volt daha fazla gerilime ihtiyaç duyulacaktır! HİDROJEN EŞİK GERİLİMLERİNİN 0 (paladyum) ile 0,75 (cıva) Volt arasında değiştiği diğer metal katotlar ile benzer sonuçlar alınabilir. Bu olay katot yüzeyinin tabiatı ve bileşimiyle alakalıdır. Başka bir deyişle bazı yüzeyler hidrojen gazı çıkışına diğer yüzeylerden daha fazla direnç göstermektedir. Bu ekstra dirençten dolayı, sürecin devam edebilmesi için daha yüksek bir sürücü kuvvete (elektriksel baskı) ihtiyaç duyulacaktır. Söz konusu olan şey enerji olduğundan dolayı, en az miktarda emek gerektiren süreç en iyisi olacaktır. Çinko kaplamada, diğer etkenler aynı tutulup çinko anot ve katotlar kullanıldığında, çinkonun kaplanmaya başlaması için teorik olarak yaklaşık 0,76 Volt gerekmektedir. Çinko katot üzerindeki hidrojen eşik geriliminin 0,7 Volt olmasından dolayı hidrojen kaplanmasının başlaması için 1,46 Volt gerekecektir. İkinci işlem daha fazla emek gerektirdiğinden çinko kaplama işlemi tercih edilmektedir.
Tabiî ki çinko kaplama yaparken, işleme genellikle demir veya çelik katotla başlarsınız, bu tip katotta hidrojen eşik gerilimi çok daha düşüktür (kabaca 0,08 Volt cıvarında). Bu yüzden başlangıçta bir miktar hidrojen gazı kaplanır, ama birkaç saniye içinde katot cıvarındaki bütün hidrojen iyonları tükenecek ve bu da çinko iyonlarının deşarjına izin verecektir. Çinko ön kaplamasını elde ettikten sonra artık çözelti içinde demir veya çelik katotlar olmayacaktır. Bu aşamadan sonra, daha yüksek hidrojen eşik gerilimine sahip çinko katotla çalışacaksınız ve bundan sonra vuku bulacak olan şey de çinko kaplama olacaktır, çünkü daha az enerji sarfiyatı gerektirmektedir.
Kaplama işindeki tek eşik gerilim, HİDROJEN EŞİK GERİLİMİ değildir. İsimden de anlaşılacağı gibi OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ, verilen bir anotta oksijenin deşarj olması için aşılması gereken ekstra gerilimdir.
OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ etkisinin görüldüğü tipik durumlardan biri nikel kaplamadır. Nikel anotta OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ oldukça düşüktür (0,06 Volt cıvarı). Yani saf bir nikel sülfat çözeltisinde sülfat iyonlarının nikelle bileşik oluşturmasından ya da nikeli çözmesindense oksijenin nikel anot üzerinde oksijen kaplanması eğilimi daha yüksektir. Bu olunca anot PASİFLEŞİR (nikel anot üzerindeki oksijen tabakasından dolayı daha fazla çözülmez). Fakat nikel anottaki KLOR EŞİK GERİLİMİ, OKSİJEN EŞİK GERİLİMİNE göre çok daha düşüktür, bu yüzden eğer kaplama çözeltisinde klor iyonları mevcutsa anot üzerinde klor üretmek daha az enerji ya da emek gerektirir. Son derece aktif olan klor, nikelle birleşerek çözülebilir nikel klorür oluşturmak suretiyle nikel anodu çözer ve böylece nikel anot pasif veya polarize olma durumundan çıkar. Bu son derece basitleştirilmiş fakat doğru bir anlatımdır.
Başka bir EŞİK GERİLİM biçimi KAPLAMA EŞİK GERİLİMİ ya da METAL KAPLAMA EŞİK GERİLİMİdir. Basitçe ifade edersek, verilen bir metalin başka bir metal üzerine kaplanması için teorik olarak ihtiyaç duyulan ekstra sürücü kuvvettir (elektriksel baskı ya da potansiyel). Apaçık bir örnek pirinç üzerine krom kaplamadır. Belli tipteki pirinç yüzeyleri üzerine krom kaplamak nikel üzerine kaplamak kadar kolay değildir. Direkt olarak kabul edilebilecek başka bir örnek, çinkonun kendisi üzerine kaplanmasıdır. Belli tipteki dökme demirler siyanür banyosunda çinkoyla kaplanamaz. Yüzeyin öyle bir tabiatı vardır ki (muhtemelen grafit içerdiğinden kaynaklanır), HİDROJEN EŞİK GERİLİMİ ÇİNKO EŞİK GERİLİMİNDEN oldukça düşüktür ve bu yüzden çinko kaplamadan daha az enerji gerektirdiği için dökme demir yüzeyinde hidrojen çıkışı olur, bundan dolayı da dökme demir yüzeyinde sürekli bir çinko kaplama elde edilemez.
EŞİK GERİLİME neyin sebep olduğuna dair birkaç teori mevcuttur, fakat hiçbiri bütün gerçekleri tam olarak açıklayamamaktadır, ayrıca çok kapsamlı ve karışıktırlar. Kendimizi şöyle basit bir açıklamayla tatmin edebiliriz: Farklı yüzeyler farklı enerjiler gerektiren farklı dirençlere sahiptir ve söz konusu enerji olduğunda seçim en az direnç gösteren yol olacaktır (yani en az emek gerektiren yol).
Çinko Kaplama Banyoları
Çinko çok aktif bir metal olduğu için, diğer elementler ve bileşikler ile birleştirilerek, çinkonun kaplanacağı birçok elektrolit ve banyo mevcuttur. Fakat pratikte sadece 4 veya 5 tip banyo kullanılmaktadır ve bunlar bakırlı asit ve alkalik banyolara ayrılır. Asit banyoları sıkça şerit çeliğin kaplanmasında kullanılır. Genelde daha yüksek katot verimlilikleri vardır ve daha beyaz kaplamalar üretirler. Fakat düşük dağılma gücüne sahiptirler ve kaplamanın diğer metallerin beraber kaplanmasıyla kaplamanın kirlenmesine izin verme eğilimindedirler. Bu da daha düşük korozyon direncine sebep olur.
Asit tipi banyolar:
Çinko Sülfat Kaplama Banyosu
Reçete
Çinko sülfat (ZnSO4.7H2O) ………………. 907 gram
Sodyum asetat ………………………… 113,4 gram
Aluminyum sülfat (Al2(SO4)3.18H2O) ……….. 113,4 gram
Meyan kökü……………………………… 2,83 gram
Su ………………………………….. 3,79 lt
Çalışma Koşulları
Çalışma sıcaklığı: 24 ila 29,5 °C
pH: 3,5–4,5 (sülfürik asit ile kontrol edin)
Katot akım yoğunluğu: 1,07 ila 4,3 A/dm2, karıştırma kullanılıyorsa daha yüksek akım yoğunlukları
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anotlar: Dökme bara ya da küre anotlar, %99,8 veya üstü.
DOLAPTA KAPLAMA için 450 – 600 gr/lt çinko sülfat olacak şekilde metal içeriğini yükseltin.
TANKLAR: Kauçuk, Teflon veya polietilen astarlı çelik, sertleştirilmiş (temperlenmiş) cam veya seramik, polipropilen, yüksek yoğunluklu polietilen.
Çinko Klorür – Asetat Kaplama Banyosu
Reçete
Çinko klorür ………………………… 1133 gr
Sodyum asetat ………………………… 283,5 gr
Borik asit …………………………….. 56,7 gr
Meyan kökü …………………………….. 28,4 gr
Su …………………………………. 3,79 lt
Çalışma Koşulları
Çalışma Sıcaklığı: Oda sıcaklığı ile 49 °C arası. Daha düşük sıcaklıklarda elde edilen kaplamaların şekillendirilebilme özellikleri daha azdır.
pH: 3,5 ila 4,5 kolorimetrik. pH’ı ayarlamak için hidroklorik asit ve çinko karbonat kullanın.
Akım yoğunluğu: 3,23 ila 10,76 A/dm2.
Anot / Katot Oranı: 1:1
ANOTLAR: Yukarıdaki gibi. Vinyon veya dynel kumaş ile torbalayın. Kullanılmayan süreler boyunca oluşacak zararları azaltmak için çinko alüminyum alaşımları kullanılabilir.
TANKLAR: Çözelti oldukça aşındırıcıdır. Kauçuk astarlı veya Teflon astarlı çelik, sertleştirilmiş cam veya seramik veya polipropilen ya da polietilen tanklar kullanın.
ISITMA: Karbate, payreks, teflon veya tantal ısıtma serpantini kullanın.
Çinko Fluoborat Banyosu
Bu, çinkonun oldukça yüksek akım yoğunluklarında kaplanmasına izin verdiği ve son derece ince grenli kaplamaların makul renklerinde yüksek verimliliğe sahip olduğu için hatırı sayılır bir banyodur. Eriyebilir ve dökme demir üzerine direk olarak kaplanacaktır ve yüksek dağılma gücünün gerekmediği yüksek hızlı kablo ve şerit kaplamalarında çok iyidir. Çok düşük seviyede bir kontrole ihtiyacı vardır.
Reçete
Çinko fluoborat …………………………. 1139 gr
Amonyum fluoborat …………………….. 136 gr
Amonyum klorür …………………………. 102 gr
Meyan kökü ……………………………… 3,54 gr
Çalışma Koşulları
Çalışma sıcaklığı: 26,7 ila 49 °C
Katot akım yoğunluğu: 2,7 ila 86 A/dm2
Anot / Katot Oranı: 1:1 veya 1,5:1
Anotlar: Saf dökme çinko anotlar kullanın.
İsteğe bağlı karıştırma yapılabilir. Daha yüksek akım yoğunluklarının kullanılabilmesini sağlayacaktır. Havalı ya da mekanik karıştırma yapılabilir.
TANKLAR: Kauçuk astarlı, Teflon astarlı çelik. Cam tanklar kullanmayın. Polipropilen ve polietilen ile iyi tanklar elde edilecektir.
FİLTRELEME: Çözelti en iyi sonuçları almak için filtrelenmelidir. Selülozik filtreleme vasıtasıyla birlikte kauçuk veya teflon astarlı filtre pompaları kullanın. Anotlar vinyon kumaş ile torbalayın.
ISITMA SARGILARI: İsteğe bağlı sıcak kullanılmak üzere, Karbate veya Teflon ısıtma sargıları kullanılabilir. Çözeltinin dağılma gücü düşük sıcaklıklarda daha iyidir ve bu yüzden tanktan yüksek hacimde malzeme geçirilecekse soğutma bobinlerine ihtiyaç duyulabilir.
Bu asit banyolarının göze çarpan bir özelliği şudur: Bu tip banyolarda asit çözeltisi içindeki yüzeydeki hidrojen eşik geriliminin alkalik çözelti içindeki yüzeyden daha yüksek olmasından dolayı dökme demir yüzeylerinin kaplanmasında kullanılabilirler. Alkalik çözeltilerdeki daha düşük eşik geriliminin malzeme yüzeyinde (katot) aşırı hidrojen gazı oluşumuna yol açtığı yüksek karbonlu çelik kaplama işleminde de benzer bir avantaj vardır. Bu gaz oluşumu çeliğin, hidrojenin metal tarafından emilmesiyle metalin mekanik özelliklerini bozan hidrürlerin oluşumundan ibaret olan HİDROJEN GEVRETMESİNE maruz kalmasına sebep olabilir. Bol miktarda hidrojen oluşumuna izin verilen asit çözeltileriyle yapılmış uygunsuz sökme prosedürleri de benzer hidrojen gevretmesine sebep olabilir. Asit tipi çözeltinin ciddi bir dezavantajı şudur: Dağılma gücü çok yüksek değildir ve en iyi sonuçlar basit şekil ve yüzey hatlarına sahip kablo, şerit, çubuk ve plakalarda alınır.
Parlak Asit Klorür Çinko Kaplama Banyosu
Parlak asit klorür kaplama banyolarında amonyum, potasyum veya sodyum tuzları kullanımı temel alınmıştır. Çoğu tescilli banyonun kimyasal bileşimi aslında birbirine yakındır. Temel fark kullanılan parlatıcı sistemindedir.
Reçete
Amonyum klorür …………………………. 135 gr/lt
Çinko klorür …………………………. 22,5 gr/lt
Parlatıcı (taşıyıcı) …………………….. hacmen %4
Parlatıcı (asıl)…………………………. hacmen %0,2
Not: Asit klorürlü kaplama banyolarında kullanılan parlatıcılar tescillidir. Kesin tavsiyeler için satıcınıza başvurun.
Çalışma Koşulları
Sıcaklık: 21– 26,7 °C.
pH: 5,0 – 6,0
Katot akım yoğunluğu: 0,54 – 5,4 A/dm2
Gerilim: 2 – 8 Volt.
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anot torbaları: Önerilir. Dynel, polipropilen veya naylon kullanılabilir.
Anotlar: Titanyum anot sepetlerde saf çinko plak ya da saf çinko küre.
Filtreleme: Periyodik veya devamlı. 20 mikronluk filtre kullanın.
Tanklar: Polipropilen, Koroseal veya diğer aside dayanıklı madde astarlı tanklar.
Karıştırma: Katot çubuk veya mekanik pompa.
Bu banyo sürekli çalışma için kullanılacaksa soğutma yapılması önerilir. Soğutma sargıları titanyum plastik veya sert kauçuktan yapılabilir.
Bu kaplama banyosunun çok bilinen bir diğer çeşidinde sadece potasyum tuzları kullanılır. Bunun başlıca avantajı amonyum tuzlarının tesisin atıklarına karışmamasıdır.
Reçete
Potasyum klorür …………………………. 225 gr/lt
Çinko klorür …………………………. 67,5 gr/lt
Borik asit ……………………………… 37,5 gr/lt
Parlak taşıyıcı …………………………. hacmen %4
Parlatıcı (asıl) …………………….. hacmen %0,2
Not: Asit klorür kaplama banyolarında kullanılan parlatıcılar patentlidir. Kesin tavsiyeler için satıcınıza başvurun.
Çalışma Koşulları
Sıcaklık: 21 – 32°C.
pH: 5,0 – 6,0.
Katot akım yoğunluğu: 2,15 – 4,3 A/dm2
Gerilim: 1-5 Volt
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anot torbaları: Önerilir. Dynel, polipropilen veya naylon kullanılabilir.
Anotlar: Titanyum anot sepetlerde saf çinko levha ya da saf çinko küre.
Filtreleme: Periyodik veya devamlı. 20 mikronluk filtre kullanın.
Tanklar: Polipropilen, Koroseal veya diğer aside dayanıklı madde astarlı tanklar.
Karıştırma: Katot çubuk hareketi veya mekanik pompa.
Bu tip banyonun çok kullanılan başka bir çeşidi de, potasyum klorür – amonyum klorür karışımlı banyodur. Çeşitli satıcılardan sağlayabilirsiniz.
Bu banyoların çoğu klasik çinko kaplama banyolarına nazaran birçok avantajı vardır.
1. Atık imha problemleri en aza indirilir. Genelde tek ihtiyaç duyulan pH ayarı ve çinko kirlenmesinin kontrolüdür.
2. Asitli çinko banyoları %95 ya da üstü akım verimi ile çalışır.
3. Asitli çinko banyoları güzel ve parlak kaplamalar verirler.
4. Yüksek katot veriminden dolayı, asit klorür banyoları diğer çinko kaplama banyolarına nazaran çok az hidrojen gevretmesine sebep olurlar.
Buna karşın, asit klorür banyolarının iki dezavantajını belirtmemiz gerekir:
1. Asit klorür banyoları, diğer çinko kaplama banyolarına göre çok daha aşındırıcıdır (koroziftir).
2. Özellikle, karmaşık şekilli malzemeler kaplanırken, kaplama çözeltisinin malzeme üzerinde kalan kısmının daha sonraki banyolara geçmesi ciddi sorunlara yol açar.
kaynak: erenkaplama.com
