Korozyondan Korunmak İçin Çinko Esaslı Tabakalar

08.04.2019

Kaplama sistemleri yüzey özelliklerini iyileştirmek amacıyla uygulanan bir mühendislik çözümüdür. Arzulanan özelliklere, altlığa ve teknik sınırlamalara bağlı olarak çok çeşitli kaplama yöntemleri mevcuttur. Metalik parçalarda korozyon en kritik mühendislik problemlerden bir tanesidir. Bu nedenle yüzey kaplamalar ile metalin korunması sağlanmaktadır. Korozyonun oluşumu metalin çevresi ile etkileşimleri ve reaksiyonları sonucundadır. Metallerin iletken olması nedeniyle açık atmosferde elektrokimyasal korozyon meydana gelmektedir. Korozyonun oluşumuna karşı tamir, boyama ve korozyon hızını azaltıcı kimyasal kullanımına gereksinim doğmakta ve bunlar önemli bir bakım ve/ veya koruma maliyeti oluşturmaktadır. Bunun yanında korozyon, dolaylı olarak çeşitli metalik mühendislik yapılarının zarar görmesine, sistemin işlevinin azalmasına ve performans kaybına ve hatta çevresel olumsuzluklara neden olabilmektedir. Yukarıda belirtilen açıklamalara dayanarak, metallerin kaplama ile korozyon direncinin arttırılması imalat açısından oldukça önem ve ilgi kazanmaktadır. Çinkonun demire göre elektrokimyasal potansiyeline bağlı olarak, Zn katodik koruma imkanı sağlamaktadır. Çinko esaslı kaplamalar farklı yöntemler ile elde edilebilmektedir. Her kaplama yönteminin kendine özgü karakteristik özellikleri vardır. Termal, kimyasal ve mekanik kaplama proseslerinde kaplamanın kalitesini ve performansını etkileyen belirli parametreler vardır. Bunlar arasında sıcaklık, süre, çözeltinin veya toz malzemenin kimyasal kompozisyonu göz önünde bulundurulmalıdır. Bu nedenle kaplama yöntemi seçiminde dikkatli olunmalı, arzulanan özelliklere ve performansa bağlı olarak yöntem, kaplama malzemesi seçimi yanında, ekonomik kriterler ve proses sınırları göz önünde tutulmalıdır [1].

Kaplamasız ve kaplamalı bağlantı elemanları [2]

Her biri kaplama prosesinin kendine özgü özellikleri ve performansı mevcut olup, korozyon koruması için kullanılan çok çeşitli çinko kaplamalar vardır. Çinko kaplamalar çelik yüzeylere sıcak daldırma galvanizleme, elektro kaplama, mekanik kaplama, yüzeyde çinko zenginleştirme gibi kaplamalar yanında çinkoca zengin boyaların kullanımı ve çinko püskürtme (metalizasyon, termal sprey) yöntemleri mevcuttur. Bunlardan sıcak daldırma galvanizleme en yaygın kullanılan kaplama yöntemidir. Yan sayfada, her çinko kaplama türünün kısa bir açıklamasına yer verilmiştir. Yan sayfadaki şekil, her kaplamanın tipik kalınlığını göstermektedir. Çoğu durumda, kaplamanın kalınlığı, korozyon ömrü ile doğrudan orantılıdır.

Çinko kaplama yöntemleri ve kalınlıkları [3]

a. Sıcak Daldırma Galvaniz Prosesi

Bu proseste ön yüzeyi temizlenmiş parçalar erimiş çinko banyosuna daldırılarak galvanize edilir (BS EN ISO 1461). Parçanın her yüzeyi tamamen kaplanır ve galvanizlenen çeliğin kütlesine bağlı olarak belirli bir kalınlık aralığında çinko ve çinko-demir alaşımlı bir katman oluşturulmaktadır. Bu, galvanizleme işleminin en önemli avantajı - operatörden bağımsız olarak otomatik olarak standart bir kaplama kalınlığı uygulanabilmesidir. Galvanizleme banyosundaki erimiş çinko, karmaşık şekilli parçalarda köşeleri, kenarları kaplar, dikişleri ve perçinleri kapatır ve diğer kaplama sistemleri ile potansiyel korozyon lekeleri olan bölgelere tam koruma sağlamak için girintilere nüfuz edebilir. Galvaniz kaplama, köşelerde ve dar kenarlarda biraz daha kalın olup, bu kritik alanlarda diğer kaplamalara kıyasla çok daha fazla koruma sağlamaktadır. Karmaşık şekiller ve açık kaplar hem içten hem de dıştan galvanizlenebilir. Küçük bağlantı elemanlarından, yüzlerce metre yüksekliğe kadar farklı boyutlarda yapılar ve ürünler bu yöntem ile korozyona karşı korunabilir [3].

Sıcak daldırma galvaniz [6]

b. Sürekli Galvaniz Hatları

Özel olarak geliştirilen bu galvanizleme işlemlerinde çelik sac, boru ve tel gibi ürünler sürekli bir hat üzerinde galvanizlenebilir (EN 10346, EN 10244-2, EN 10240). Bu işlemler sektörde yaygın olarak kullanılır ve tipik olarak kaplama kalınlığının ve çinko kaplamanın doğru bir şekilde kontrol edilmesine izin verir, sonraki üretim, şekilverme ve işleme gibi işlemlerinin ve son kullanımın değişen gereksinimlerine uyacak şekilde geniş bir ürün yelpazesinde kaplama üretilebilmektedir. Bu yöntemle ile kaplanan ürünler, banyo tipi sıcak daldırma galvanizli ürünlerle karıştırılmamalıdır. Sürekli hat içi galvanizle kaplanmış ürünler her zaman aynı çelik kalınlığı için sıcak daldırma galvanizden daha ince kaplamalar üretir ve bu nedenle aynı ortama maruz kaldıklarında daha az korozyon koruması sağlarlar. Sürekli galvaniz hatlarında kaplamalı ürünler, kaplamaya zarar vermeden, örneğin maşonlar ve kuşaklar gibi bükme veya rulo oluşturma yoluyla işlenebilir, şekil verilebilir. Kaynakların, kesik uçların ve delinmiş veya delinmiş deliklerin, uygulamaya ve ortama bağlı olarak korozyondan korumasını sağlamak için onarılması gerekebilmektedir [3].

Sürekli galvaniz hatları [7]

c. Termal Sprey Kaplamalar (Metalizasyon)

Termal sprey veya metalizasyon prosesi (EN ISO 2063), tel veya toz halindeki çinko veya diğer metal alaşımlarının bir ısı kaynağı (alev, plazma, elektrik ark vb.) içinde ergitilerek/ yarı ergitirilerek püskürtülmesi esasına dayanmaktadır. Çinko püskürtme ile 250 mikron ve üzeri kalınlıklara kadar çıkılabilmekte, hatta yüzeyde m²’de 1500 gr Zn otomasyon bir sistemde veya manuel bir uygulama ile açık alanda veya endüstriyel ölçekte bir fabrikada rahatlıkla biriktirilebilmektedir. Kaplama öncesinde yüzey kumlanmalıdır. Parçanın içi yüzey kaplamasında sınırlar mevcuttur. Ayrıca keskin kenarlarda, dar köşelerde, deliklerde ve kötü yüzey hazırlığında kaplama hasara uğrayabilir veya sınırlı uygulama söz konusudur. Elde edilen çinko kaplama, temel çelik için bir daldrıma galvaniz kaplama ile aynı şekilde hem bariyer hem de katodik koruma sağlamaktadır. Çoğu durumda termal püskürtme, eşdeğer bir yüzey için sıcak daldırma galvanizden daha pahalıdır, ancak bu işlemler tamamlayıcıdır ve büyük yapılarda etkin bir şekilde kullanılabilmektedir [3].

Çinko metalizasyonu

d. Elektro Çinko Kaplamalar

Elektrolitik çinko kaplama prosesi (EN ISO 2081) küçük boyutlu çelik parçalar için ekonomik, çok yönlü ve efektif bir yöntemdir. Bağlantı elemanlarında dar kesitlerde ve dişlerde en etkin koruyucu kaplama yöntemidir. Bununla birlikte, sıcak daldırma galvanizli kaplamalarla karşılaştırıldığında korozyon özellikleri arasında fark vardır. Genel olarak kaplama kalınlığı ve miktarı sınırlıdır, ilave bir yüzey kaplama olmaksızın açık atmosferde dış ortam şartlarında kullanımı önerilmez [3].

Çinko elektrolitlik kaplamalar [8]

Standartlar • AASHTO – AASHTO M298-97 • ASTM – ASTM B695-00 • ISO – ISO 12683 • Chrysler Corporation – PS-1536 • Ford – ESF-M1P37-A • General Motors – GM4344M & GM4345M • John Deere – JDM F22 • United States of America – MIL-C-81562B • RoHS Compliance

f. Çinko Zengin Boya Uygulamaları

Çinko bakımından zengin boya kaplamaları, organik veya inorganik taşıyıcı / bağlayıcılar içinde metalik çinko tozundan oluşmaktadır. Kaplama öncesi yüzey temizliği abrasif kumlama veya yüzey taşlama ekipmanları ile gerçekleştirilmektedir. Kaplama fırça veya sprey şeklinde uygulanabilmektedir. Çinko bakımından zengin kaplamalar, çelik yüzeyin uygun şekilde hazırlanması koşuluyla küçük çelik yüzeylerde katodik koruma sağlayan bariyer kaplamalarıdır. Bu uygulama ilgili standartlara (örneğin, AS / NZS 3750.9 ve AS / NZS 3750.15) uygundur. Bu tür boya kaplamaları ayrıca hasarlı veya aşınmış galvanizli kaplamalar için kullanışlı bir onarım kaplama olabağı sağlamaktadır. Bu boyalar, sahada ve her büyüklükteki parçalara ve konstrüksiyonlara uygulanabilmektedir. Bazı uygulamalarda ekstra koruma sağlamak için daha kalın veya üst katlarda uygulanabilir. Bu uygulamaların dezavantajı kürlenme süreleri, taşıma esnasında sürtünme, çizilme ve benzeri hasar oluşumları olup aynı zamanda eşdeğer bir korozyondan koruma uygulamalarında uygun kalınlıklarda maliyeti kısmen yüksektir [3].

Çinko esaslı boyalar

g. Sherard Prosesi ve Termal Difüzyon Yöntemi İle Yüzeyde Çinko Zenginleştirme

Sherardizing (EN 13811:2003), çelik ürünlerin metalik çinko tozu içeren bir tamburda genellikle yaklaşık 500°C’ye kadar ısıtmayı içeren bir difüzyon prosesidir. 300oC’nin üzerinde sıcaklıklarda çinko buharlaştırılır ve çelik yüzeyine difüze olarak yüzeyden içeri doğru Zn-Fe içeren intermetalik fazlar oluşmaktadır. Benzer şekilde termal difüzyon prosesi (ASTM 1059) [10] genellikle daha az dolgu ve daha düşük sıcaklıklarda (400oC) olup daha verimli bir prosestir. Bu proses yeni bir proses olmayıp 190’de patent altına alınmıştır. Günümüzde halen Avrupa’da kullanılmaktadır. Her iki proseste küçük boyutlu parçalar için tambur boyutlarına bağlı olarak oldukça elverişlidir. Bu işlemler ayrıca hidrojen gevrekleşmesini de önlemesi nedeniyle 1000 MPa üzerindeki çok yüksek dayanımlı çelikler içingüvenle kullanılabilir. Kaplama kalınlığı 20-120 μm arasında değişmekle birlikte, genellikle 20-50 μm aralığında kaplanmaktadır. Kaplama kalınlığı tipik olarak döner tamburdaki zamana bağlı olup çelik kalınlığa bağlı değildir. Bu kaplamalar 2000 saatin üzerinde tuz testi ömrü sağlamaktadır [10-12].

Termal difüzyon kaplama uygulanmış parçalar

Proses karşılaştırma ve standartlar [11]

Termal difüzyon çinko esaslı kaplamalar metallerin yüzey özelliklerinin iyileştirilmesinde ve modifikasyonunda kullanılabilen bir proses olup, otomotiv dahil birçok endüstride kullanım alanı mevcuttur. Zararlı kimyasal içermemesi nedeniyle çevreci bir teknoloji olup Avrupa pazarında otomotiv standardlarına uyumludur. Bu proses otomotiv endüstrisinde (VW, Audi, GM) hem korozyondan korunma hem de düşük sürtünme katsayısı gereksinimlerini karşılamaktadır. Bu yöntem oldukça yüksek korozyon performansı sağlamaktadır.