Çinko Kaplama Genel Özellikleri

Çinko Kaplamanın Tarihçesi

İtalyan Giovanni GALVANI yaptığı araştırmada iyonların elektrik akımı ile hareket ettiğini bulmuş böylece metal iyonlarını iki elektrot arasında transfer etmiştir. Bu nedenle elektro kaplamanın temelini bulduğu kabul edilmiş ve birçok yerde kullanılan galvaniz kelimesi bu bilim adamının soyadından gelmiştir. İlerleyen yıllarda bu alanda birçok bilim adamı çalışmıştır. Ancak temel teorisini Faraday bulmuştur. Uygulanan akım ile transfer edilen iyonlar arasındaki bağıntıları formüle eden Faraday devrim niteliğindeki bu çalışmasıyla günümüze de ışık tutmaktadır.

Çinko(Zn) metal yapıda bir madde olmasına rağmen 120⁰C gibi oldukça düşük sıcaklıkta şekillenebildiği için, yapısı ve özellikleri tam olarak anlaşılmasa da geçmişten günümüze birçok endüstriyel uygulamada kullanılmıştır. Birçok farklı alanda kullanılsa da bu alanların en önemlisi diğer metallerin galvanize edilmesidir. Dünya çapında endüstriyel üretimde yıllık kullanılan çinko miktarı; demir, alüminyum ve bakırdan sonra 4. sırada yer almaktadır.

Şekil 1: 1930'lu yıllardan bir çinko kaplama tesisi

Galvaniz ilk çıktığı yıllarda büyük çelik yapıları korozyona karşı korumak için kullanılıyordu. Özellikle ulaşılması güç yerlerde yapılan enerji nakil hatlarındaki çeliklerin kolay paslanması özelliğine karşı montaj öncesi kaplama kullanılmaya başlandı. Zamanla teknolojik ilerlemelerle çeliğin kolay işlenebilirliği sayesinde dünyadaki çelik kullanımı arttıkça galvanizleme de paralel olarak arttı.

Neden Çinko Kaplama?

Çinko kaplama, genel olarak demir veya demir dışı metallerin çinko ile kaplanmasıdır. Demir esaslı parçaların çinko kaplanarak kullanılması, diğer kaplamalara göre (nikel, bakır, kalay, krom, vb.) giderek önem kazanmaktadır. 1970'lerden önce elektrolitik kaplama yapılan ürünlerin % 20'si çinko iken, bu oran bugün için %50'yi aşmıştır. Çinko kaplamanın giderek yaygınlaşmasının başlıca nedenleri şöyle sıralanabilir:

• Çinko metalinin fiyatı, diğerlerine göre (nikel, bakır, kalay vb.) her zaman daha ucuzdur.
• Yeni geliştirilen parlatıcılar ile dekoratif amaçlı çinko kaplamaların parlaklıkları arttırılarak nikel kaplamaya yaklaşmıştır.
• Çinko kaplanmış ürünün belli bir süre sonra kaplamasında çatlaklar oluşabilir. Ancak çinkonun aktifliği, üzerine kaplandığı demir veya çelikten çok daha fazla olduğu için atmosfer ortamında ilk oksitlenen çinkodur. Böylece çinko oksijenin demire gitmesini önleyerek önce kendi oksitlenir. Oksitlenme ürünleri de çatlağı tıkayarak demirin havayla temasını önler. Dolayısıyla ürünün uzun yıllar paslanmadan kullanılmasını sağlarlar.
• Çinkonun bu elektrokimyasal avantajı, kaplama üzerine yapılan pasivasyon (kromat) tabakası ile arttırılmaktadır. Hatta pasivasyon üzerine ‘tespit lakı' denilen pasivasyon koruma uygulanarak korozyon mukavemeti daha fazla arttırılabilir.
• Ayrıca çinko-demir ve çinko-kobalt alaşım banyoları ile son yıllarda kullanılmaya başlayan çinko-nikel kaplamalar sayesinde yukarıda sözü edilen avantajların da üzerinde korozyon dayanımlarını sağlamak mümkün olabilmektedir.
• Çinko kaplamalar, iyi yapışabilme ve şekil verilebilme, ana malzemenin yapısal ve mekanik özelliklerinin kaplama sırasında neredeyse hiç bozulmaması gibi fiziksel özelliklere sahiptirler.

Şekil 2: Çinko ile kaplanmış vidalar

 Çinkonun koruyucu özelliği çok iyi yapışan kaplamalar vermesinden ileri gelir. Çinkonun atmosferdeki oksijenle etkileşmesi sonucu oluşan korozyon ürünlerinin kaplama tabakasını koruması ayrı bir avantajdır. Çinko kaplama üzerine uygulanan pasivasyon işlemi, kaplamanın korozyon direncini % 25 oranında artırır. Bir çinko kaplama banyosunda bulunan yabancı metallerin de kaplamaya dâhil olması kaplama örtüsünde problem yaratmaz.  Çinko kaplamanın bir başka özelliği de uzak koruma tesiridir. Bu sayede kaplamada çatlaklar oluşsa bile çinko metalinin hava ile etkileşerek oluşturduğu ürünler bu çatlaklara dolarak kapanmasını sağlar ve korozyonu önler.

Çinko normal atmosferde yavaş yavaş okside olur. Yüzeyinde en çok Zn(0H)₂, ZnC0₃ bazen de ZnS0₄ ve ZNCI₂'ler meydana gelir. Bu oksidasyon ürünleri kaplama yüzeyine sıkı yapışan ve korozyonu geciktiren bir örtü tabakası meydana getirir. Fakat hepsinin koruyucu özellikleri farklıdır. Çinko kaplamanın kalınlığı kaplama tabakasının korozyon mukavemetine etki eden en büyük faktördür. İsteğe ve kullanılacağı yere göre 5-25 mikron arasında kaplama yapılabilir. Daha yüksek kaplamalarda korozyon direnci düşer. Çinko kaplamanın kalınlığı ile korozyon direnci ters orantılıdır.

Beklentilere ya da teknolojik ihtiyaçlara göre dört çeşit çinko kaplama yöntemi vardır:

• Elektrolitik kaplama
• Sıcak daldırma
• Mekanik kaplama
• Akımsız kaplama

Elektrolitik Kaplamanın Avantajları

• Malzemeye istenen kalınlık verilebilir,
• Çinko sarfiyatı düşüktür,
• Daldırma metoduna göre çok daha ucuzdur,
• Daha homojen kaplamalar elde edilir,
• Ürünün ömrünü uzatır.

ÇİNKO KAPLAMA BANYO ÇEŞİTLERİ

Çinko banyoları asitli çinko, alkali-siyanürsüz çinko ve alkali-siyanürlü çinko olmak üzere 3 çeşide ayrılabilir; ancak çinko çok aktif bir metal olduğundan birçok kimyasalla karıştırılarak değişik banyolarda kullanılabilir.

1.Asitli Çinko Banyoları:

Avantajları:

• Hidrojen gevrekliği oluşumu daha azdır:

Bu tip banyoların hidrojen eşik gerilimi alkali banyolara göre çok yüksektir. Böylece dökme demir üzerinde hidrojen gazı oluşamaz. Hidrojen gazı oluştuğu zaman dökme demirin yapısına katılarak dayanaklılığını azaltır. Dolayısıyla asitli çinko banyoları dökme demirin sağlam yapısını korumuş olur.

• Yüksek katot verimi:

İletkenliği yüksek olduğu için katot veriminin %95-99 aralığında olması elektrik tasarrufu ve düşük gerilim sağlamaktadır.

Dezavantajı:

• Kaplama kalınlığı
• Ön işlem
• Yavaş kaplama

2.Alkali (siyanürsüz) Çinko Kaplama:

Avantajları:

• Metal dağılımının iyi olması
• Siyanürsüz olması

Dezavantajı:

• Parlaklık
• Korozyon dayanımı

3.Alkali Çinko (Siyanürlü) Banyoları:

Avantajları:

• Ön temizleme gerektirmeme
• Kolay kullanım
• Hızlı kaplama

Dezavantajları:

• Parlaklık
• Sağlık ve çevre
• Korozyon

4.Çinko Alaşım Banyoları

Elektrot potansiyelleri birbirinden farklı iki veya daha fazla metal iyonunun, elektrot potansiyellerinden daha negatif bir potansiyelde birlikte indirgenmelerine alaşım kaplama denir.

Demir esaslı metallerin korunmasında alaşımsız çinkoya nazaran çok daha yüksek korozyon direncine sahip olan çinko alaşım banyoları mevcuttur. Bu alaşımlar başta çinko-nikel olmak üzere çinko-kobalt, çinko-demir, çinko-kalay gibi birçok farklı sınıfa ayrılır. Çinko kaplamanın amacı olan korozyon direncinin arttırılabilmesi için en yaygın olarak kullanılan ve en yüksek direnci sağlayan alaşım çinko-nikel alaşımıdır. Korozyon direncinin en yüksek değeri nikelin % 12-14aralığında alaşıma katılmasıyla elde edilir. Bu özellikteki bir alaşım kaplamanın çinko kaplamaya göre 10 kat daha dayanıklı olması tercih nedenini açıklamaktadır.

Nikelin alaşıma katılması daha iyi mukavemet, daha az gözenek ve iyi tutuculuk özelliği sağlamıştır. Kaplama kalınlığını azaltmış ve korozyona karşı direnci arttırmıştır.

Pasivasyon

Çinko kaplama yumuşaktır, bu nedenle tutulduğunda parmak izi kalır. Parmak izini önlemek, dekoratif bir görünüm kazandırmak ve kaplamanın korozyon mukavemetini arttırmak basit bir işlem ile gerçekleştirilebilir. Bu amaçla kromat kaplama ya da pasivasyon denilen bir işlem uygulanır.

Pasivasyon banyoları krom esaslıdır:

1.Altı değerlikli pasivasyon:

Cr6+ iyonu içermektedir. Altı değerlikli krom atığının bir ön arıtma gerektirmesi ve doğayı zehirlemesi başta otomotiv sanayi olmak üzere birçok sanayide yasaklanmasına neden olmuştur.

2.Üç değerlikli pasivasyon:

Cr3+ iyonu içermektedir. Bu pasivasyon tabakası uygulanan formülasyona göre muhtelif dekoratif renklere sahiptir.

Şekil 6: Bisikletin metal bölümlerinin ve yol kenarındaki bariyerlerin çinko kaplanarak mavi pasivasyon yapılmış görüntüsü

Korozyon ve test yöntemleri

Çevrenin etkisi ile metallerin kimyasal ve/veya elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda hasar görmelerine korozyon denir. Kimyasal korozyonda metalin bulunduğu ortam kurudur. Oluşan gaz metalde oksit tabakasına (tufal) neden olur ve bu tabaka elektriği iletmez. Elektrokimyasal korozyonda ise ortam ıslaktır ve pas oluşumuna neden olur. Elektrokimyasal korozyon için anot ve katottan oluşan iki elektrot, iletken ve sıvı bir ortam ve anot ile katot arasında elektrik akımının oluşması gerekir. Burada oluşan hücreye korozyon hücresi (galvanik hücre) adı verilir. Korozyonun önlenmesi için korozyon hücresini oluşturan elemanlardan en az birinin devreden çıkarılması gerekir. Bundan dolayı, malzeme seçimi, kaplama yöntemi, tasarım, katodik ve anodik koruma ve çevre kontrolü gibi faktörler önem kazanmaktadır.

Şekil 7: Çinko kaplanmış bir çeliğin kaplamasının mekanik korozyon sonrası davranışı

Bir kaplamanın korozyon dayanımının uzun olması istenir. Ancak bunun doğrudan denenmesi için doğal ortamda paslanmasının beklenmesi gerekir ki buda yıllar boyu sürebilir. Bu nedenle uluslararası normlara sahip hızlandırılmış korozyon testleri uygulanır. Bunlardan en yaygın ve en iyi bilineni, tuz püskürtme test kabinlerinde yapılan paslandırma testidir. Bu amaçla belirli geometrik yapıya sahip plastik kabinlegr kullanılır. Bu kabinlerin içinde sabit klimatik koşullar oluşturulur ve belirli açıyla kabine içine konan parçalara % 5'lik tuzlu su püskürtülür. Bu işlem sırasında parçanın kaç saatte paslandığı gözlenir ve kaydedilir.