Şimdiye kadar kaplamanın uygulama yönünü daha iyi anlayabilmeniz için bazı temel prensipler öğrendiniz. Şimdi uygulamada kullanılacak bazı bilgiler vereceğiz.
KAPLAMA BANYOLARININ FORMÜLASYONU
Burada verilen veya başka yerden edindiğiniz formüllerle kaplama banyosu hazırlarken banyonun içeriğinin aşağıdaki şekilde olduğunu unutmayın.
1. Metal tuzu veya bileşiği banyoya metal iyonu sağlar. (Kaplanan metal)
2. Asit veya alkali bileşiği (banyonun pH’ ının düşük mü yüksek mi olduğuna bağlı olarak) çözeltinin iletkenliğini artırır (direnci düşürür, yani iletkenlik sağlayan bir kimyasaldır.
3. Eklenen kimyasallar aşağıdaki alt gruplarda incelenebilir:
A. TAMPON: Banyonun pH seviyesini değiştirmeden kalmasına yardım eden kimyasal bileşiklerdir. Kimyasal asit ve alkali deposu gibi davranırlar. pH değişme eğilimi gösterirse çözeltiye ilave asit veya alkali iyonları vererek dengede tutar.
B. POLARİZÖR (KUTUPLAŞTIRICI) VE DEPOLARİZÖR: Polarizörler genellikle katottaki polarizasyonu artıran maddelerdir. Depolarizörler isimlerinden anlaşılacağı üzere, polarizasyonu azaltmak veya minimize etmek amacıyla (genellikle anotta) kullanılan kimyasal bileşiklerdir. Örneğin, çoğu nikel banyosunda az miktarda klor iyonu bulunur çünkü klor nikel anodun polarizasyonunu engeller ve çözünmeden koruyarak banyonun pasive olmamasını sağlar. Polarizörler ise ters yönde iş görürler. Katot polarizasyonunu artırırlar.
C. EŞİTLEME KİMYASALI: Mikrodağılma gücünü geliştiren bileşiklerdir. Pürüzsüz yüzey elde etmek için kullanılırlar ve genellikle PARLATICI İLE BİRLİKTE KULLANILIRLAR. D. PARLATICI: Banyoda kaplanan malzemelerde parlaklığı sağlamak için kullanılan bu bileşiklerin iki çeşidi vardır. ASIL PARLATICI kristal habitini çok kuvvetli şekilde değiştirir ve daha fazla etki elde etmek için genellikle YARDIMCI PARLATICI (çoğu durumda eşitleme kimyasalı ile aynı işi görür) ile birlikte kullanılır. Bu ikisinin kullanımı birbirini etkiler.
E. ISLATICI veya ANTİ-PİT KİMYASALI: Islatıcılar bir kaplama banyosunda az miktar kullanıldıklarında kaplama çözeltisinin yüzey gerilimini azaltan veya düşüren kimyasal bileşiklerdir. Gerçekte yaptıkları şey çözeltinin ıslatılmasına yardım etmek gibi birşeydir. Çözeltinin yüzey enerjisini düşürmek suretiyle katotla kaplama banyosu arasındaki temas daha iyi hale gelir ve böylece katot yüzeyine yapışmış olan küçük parçacıklar (bunlar gaz kabarcıkarı için tıpkı birer çekirdek gibi davranırlar ve bu da karıncalanmanın nedenidir) giderilir. Zaman zaman da sızdırmayı azaltmak ve krom kaplamadaki gibi gaz baloncuklarının sprey etkisine karşı kalkan etkisi yapar.
F. KATALİZÖR: Bu kimyasal bileşikler veya elementler bir işlem olurken kısa süre boyunca veya çok az miktarda kullanılarak, normalde içinde olmaması gereken bu işlemi hızlandırır. Bu kimyasallar, elementleri veya bileşikleri değiştirmeden birleşmelerini sağlar. Örneğin krom kaplama banyosuna az miktarda sülfat iyonu katalizör olarak kullanılır. Krom kaplamadan önce kromik asit çözeltisine az miktarda katılması gereklidir.
G. STRES (GERGİNLİK) AZALTICI: Değişik kaplama banyolarında yapılan kaplamaların yapısı gergin olabilir (örneğin bazı nikel kaplama banyoları böyledir). Endüstri ve mühendislik uygulamaları için yapılan kaplamacılıkta dahili gerginlik çok önemli bir fiziksel özelliktir. Bu bileşiklere tipik örnek olarak gerginliği azaltan ve basınca dönüştüren sakarin gösterilebilir.
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2 Sayfa 42
H. ÇELATLAR: Bu bileşikler kaplama çözeltisindeki kirletici metallerle birleşerek kaplanmalarını engellerler. Kirletici metal iyonları kaplamaya zarar verebilirler. Bu bileşikler zararlı metal iyonlarına kuvvetli şekilde bağlanarak iyon gibi davranmalarını dolayısıyla kaplanmalarını önlerler. Tipik bir örnek olarak özel bir altın kaplama banyosunda bu amaçla kullanılan EDTA (Etilendiamintetraasetik asit) verilebilir.
Bazı kaplama çözeltilerinde bunlardan sadece 1 ve 2 numaralı olanlar kullanılır. Örneğin bir bakır sülfat banyosunda genelde sadece bakır sülfat ve sülfürik asit vardır. Bazen 3. gruptaki kimyasallardan ve 4. gruptakilerden de kullanıldığı olur. Bu kimyasallara aşina olmanız ve ne için kullanıldıklarını öğrenmeniz önemlidir.
ÇEŞİTLİ KAPLAMA TEKNİKLERİ
ASKI (TANK) KAPLAMA: Bazı kaplamalar askıda yapılır. Genellikle dikdörtgen şeklindedir fakat dairesel veya özel bir şekilde de olabilir. Tipik bir dikdörtgen kaplama tankı Şekil 39’ da gösterilmiştir. Bu tankın içinde kaplama çözeltisini bulunur ve seramik, cam, demir, çelik, tahta, kauçuk, fiberglas, plastik gibi değişik yapı malzemelerinden oluşur. Bu yapı malzemeleri kaplama banyosunun yapısına ve çalışma koşullarına göre değişiklik gösterir. Ders 6-9’ da ve Ders 19’ da incelenecektir.
Kaplamaya yardımcı olması için tank boyunca bir veya daha fazla bakır veya pirinç bara yerleştirilmiştir.
Buna KATOT BARASI veya MALZEME BARASI denir. Şekildeki tankta katot barası tankın ortasındadır. Geniş tanklarda ANOT BARALARI arasına üç katot barası eşit aralıklarla yerleştirilebilir. Katot barasının karşısında bulunan bakır veya pirinçten baralara ANOT BARASI (BAĞLANTI BARASI) adı verilir. Anot baraları birbirlerine genellikle kalın bakır kablo veya bara ile ve en son da redresörün artı (pozitif) ucuna bağlanırlar. Katot ve anot baraları birbirlerinden ve kaplama tankından tankın iki ucundaki yalıtkan desteklerle yalıtılmıştır. Bu yalıtkan destekler genellikle porselen,plastik veya tahta takozdur.
Kaplanacak malzeme bakır çengellerle katot barasına asılır. Bu çengellere askı denir. Askı kaplanacak malzemeyi asmak için kullanılan metal çerçeveden başka bir şey değildir. Genelde bakırdan yapılmıştır ve katoda temas etmesi istenmeyen yerleri plastisol denen kauçuk cinsi bir bileşikle kaplanmıştır. Bir askı örneğini Şekil 40’ ta görebilirsiniz.
Mekanik olarak eğebilirseniz kendi askılarınızı imal edebilir ve yalıtılacak kısımlarını yalıtabilirsiniz. Başka bir derste bunu göreceksiniz. Çoğu durumda askıyı satın almak daha hesaplıdır.
Kaplama yaparken doğru şekilde düzenlenmiş malzeme tanka askı veya kablo ile asılır ve sigorta kapatılarak (1 konumu) enerji verilir. (Not: Bazı kaplama işlerinde kaplanacak malzemeyi yerleştirirken devrede akımın mevcut olması en iyi sonucu verir. Ders 6-9’ da değişik kaplama çözeltileri için özel talimatlar sırası geldikçe verilecektir.) ASKI KAPLAMA değişik ebat ve boyutlardaki sıradan kaplama işlerinin çoğu için uygun bir yöntemdir.
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2 Sayfa 43
DOLAP KAPLAMA: Çok küçük ebatta ve fazla sayıda malzemelenin kaplanması gerekiyorsa askı kaplama pratik bir yöntem değildir. Bu durumda dolap kaplama yapılmalıdır.
Dolap kaplamada22 kaplanacak malzeme genelde küçük hacimlidir, silindirik veya hekzagonal şekilli dolaba boşaltılır (Şekil 41). Dolap uzun ekseni etrafında yatay veya açılı şekilde döner. Kaplanan malzemeye elektrik akımı dolaba daldırılmış esnek metal başlıklı bir parçayla (kablo veya zincir) ya da kontak butonlarıyla verilir.
Bu tip kaplamada kaplanan malzemenin (katot) yüzey alanı çoğu durumda tam doğru olarak hesaplanamaz ve ağırlık üzerinden ayarlama yapılır. Bütün yüzeyler aynı anda akım çekiyor gibi düşünülemez. Dolap döndükçe (saniyede 5 ila 20 kez döner) bütün yüzeyler ergeç akım çeker ve metal kaplanır. Eğer dolap doğru şekilde yapılmış ve düzenlenmişse, çok küçük ve aynı şekilli malzeme üzerinde mükemmel uniform kaplama elde edilir.
Kaplama dolaplarının çeşitli türleri vardır. Herbirinin üstün ve eksik yönleri mevcuttur. Silindirik veya yatay tip dolapta anotlar anot busbarına bağlıdır ve dolabın dış yüzeyine bazı durumlarda uyar bazen uymaz. DOLABA UYAN ANOTLARLA DAHA İYİ SONUÇLAR ELDE EDİLİR. Açılı tip dolapta anot çözeltinin içinde ve kaplanan malzemenin üzerindedir.
Bununla beraber özel tasarlanmış açılı tip dolaplar delikli olup anotlar dolabın dışındadır. Basit bir açılı tip dolabın düşük elektriksel dirençten dolayı üstünlükleri vardır fakat kaplama bittikten sonra içindeki çözelti boşaltılmalıdır. Ayrıca çözünmez anot veya torba kullanılmazsa anot parçacıkları kaplanan malzemenin üzerine çöker ve bozuk kaplamaya neden olur.
Belli işlere bazı tip dolaplar daha iyi uyar. Kaplama işinde çalıştıkça bunu tecrübe ile öğreneceksiniz. Bunu etkileyen faktörleri sonraki derslerde ele alacağız.
OTOMATİK KAPLAMA MAKİNALARI
Bu makinalar bir günde çok sayıda parçanın kaplandığı büyük kaplama atölyelerinde ve fabrikalarda kullanılır. Bu makinalarla çalışırken kaplanacak malzeme genelde askıya asılır, otomatik olarak taşınır, taşıyıcı bantla bir dizi kaplama işlemi arasında (temizleme, durulama, aside daldırma, kaplama, durulama ve kurutma) nakledilir. Bir kaplama işlemini bir başkası takip eder, durulama, kurutma ve boşaltma ile sona erer. Makinada çok sayıda mekanik sistem çalışır. Kaplama makinası üreticileri her geçen gün daha verimli ve yeni tasarımlar yapmaktadır. Otomatik kaplama makinası burada ancak kabaca tanımlanabilir.
Eğer bu tip bir makinanın kullanıldığı kaplama tesisinde işe başlarsanız tecrübe kazanarak makinanın çalışma sistemini öğrenebilirsiniz. İlk iki derste öğrendiğiniz temel kaplama prensipleri bu makinada da geçerlidir fakat otomatik kaplamada bunların hepsi biraradadır. Makinayı kullanabilecek kadar yabancı dil bilgisi edinmeniz gerekir. Askı taşıyıcılarına kol denir. Bir kaplama aşamasının tümüne devir denir. Faraday’ ın ilk yasasına göre bir cismin üzerine kaplanan metalin ağırlığı akıma ve zamana bağlıdır. Otomatik kaplama sırasında bunlara bağlı olan değişkenler: 1- Askının hareket hızı, 2- Kaplama tankının uzunluğu (bu iki faktör askının dolapta kalma süresini belirler), 3- Askıdaki akım.
Aslında manuel kaplamadan daha zor değildir ve aynı prensiplere göre yapılır. Yine de kaplama işi sürekli ve hızlı bir şekilde yapıldığından sistemnin tüm parçalarının doğru çalışma şartlarında olmasına özel dikkat edilmesi gerekir. Hata ortaya çıkmasını önleyici bakım şarttır. Bu otomatik kaplama makinalarını durdurmak, ve tanklardan bir tanesindeki dengesi bozulmuş çözeltinin bakımını yapmak kayıp işgücü ve enerji dolayısıyla tesise çok pahalıya malolur. Bu arada görmekte olduğunuz kursla birlikte hata tahmini ve önleyici bakım bilgileri de edineceksiniz. Şimdi otomatik kaplamayla ilgili bir hesaplama örneği vereceğiz.
ÖRNEK 12 : Bir nikel kaplama tankında askının tankta kalma süresi isteğe göre 5 ila 30 dakika arasında ayarlanabilir. İzin verilen akım yoğunluğu 4,3 – 6,5 A/dm² arasındadır. İstenen kaplama kalınlığının üzeri kusurlu sayılmaktadır. Her bir askı koluna 18,5 dm² mal asılabilmektedir. Malzemenin yüzeyine ortalama olarak 2,38 gr/dm² kaplama yapılmak isteniyor. Askının tankta kalma süresi ve kol başına çekilen toplam akım nedir? (Katot verimi %80’ dir).
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2 Sayfa 44
Çözüm : Eğer sonuç aynı olacaksa askının tankta kalma süresinin mümkün olduğunca az olması istenen bir durumdur. Bu süre uzadıkça üretim hızı düşer. Bundan dolayı maksimum akım yoğunluğunu kullanmayı tercih ettiğimizi düşünün. Faraday Tablosu’ ndan (Ders 1, Sayfa 10) 100 Amper-saat ile 3,9 ons = 110,57 gr. nikel kaplanabileceğini biliyoruz. Yüzeyin her dm²’ sine 2,38 gr. nikel kaplamak istiyoruz.
Buradan her 1 dm² için uygulamamız gereken amper-saati bulalım: (2,38 gr/dm²) / (110,57 gr.) x (100 A.h) = 2,15 A.h En fazla 6,5 A/dm² akım yoğunluğu uygulayabildiğimize göre, gereken süre (2,15 A.h/dm²) / (6,5 A/dm²) = 1/3 saat = 20 dakika buluruz. Bulduğumuz bu değer %100 katot verimi içindir ve verilen çalışma şartlarında kaplamanın bitirilebileceği en kısa süreyi ifade eder. Yukarıdaki hesaplama yüzeyin 1 dm²’ sine göre yapılmıştır. Bir kol (katot taşıyıcı) 18,5 dm² olduğundan dolayı (6,5 A/dm²) x 18,5 dm² = 120 Amper bir kolun çektiği toplam akımdır.
Askının tankta kalma süresini (%80 katot veriminde) bulalım: Verim %80 ise askının tankta kalma süresini 20/0,8 = 25 dakika olarak hesaplarız.
PROBLEM 5 : Bir otomatik kaplama makinasının nikel kaplama tankı 30 metre uzunluğundadır.
Taşıma kolunun hareket hızı 1,5 m/dak. ile 6 m/dak. arasında ayarlanabilmektedir. Her bir taşıma kolu 37 dm² mal taşıyabilmekte ve 0,12 gr/dm² kaplama kalınlığı istenmektedir. İzin verilen maksimum akım yoğunluğu 4,3 A/dm² ise askının tankta kalma süresi ve kol başına çekilen toplam akım nedir? Katot verimi %85’ tir. Kollar hangi hızla hareket ettirilmelidir?
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2 Sayfa 45