Metal Yüzeylerinin Korunma Yöntemleri ve Pasivasyon

METAL YÜZEYLERİNİN KORUNMASI

1. Metal Yüzeyi Korumak için Yapılacak İşlemler

Metallerin yüzeylerini korumak metalin kendisini korumaktır. Çünkü yüzeyde  küçücük bir noktada başlayan korozyon zaman içinde metalin iç kısımlarına doğru ilerler, paslanma ve çürüme gerçekleşir. Bu da metalin kullanımdaki ekonomik ömrünü kısaltır.
Yılda üretilen demirin %20’sinin bu yolla devre dışı kaldığı düşünülürse, yüzeyi korumak amaçlı alınacak önlemlerin ne kadar değerli olduğu anlaşılabilir.
Metal yüzeylerin korunması veya dekoratif amaçlı olarak elektrokaplama ya da kimyasal kaplama yöntemi uygulanabilir. Burada demir ya da kullanılacak metalin yüzeyinde kimyasal aktifliği daha düşük bir başka metal kaplanır. Böylece kullanılan metal (çoğunlukla demir) dış etkilerden korunmuş olur. Metal ve alaşımların yüzeyini korozyona karşı dayanıklı hale getirmenin en sık başvurulan yöntemlerinden biri başka bir metalle
kaplamadır. Bu amaçla yüzeyde bakır, kalay, nikel, krom, çinko, gümüş, altın, alüminyum gibi metaller kullanılır.

Metal kaplamalar:

1. Sıcak daldırma
2. Elektro kaplama
3. Mekanik kaplama
4. Difüzyon
5. Sıcak püskürtme
gibi yöntemlerle yapılırlar.


 Fiziksel, mekanik ve kimyasal yöntemlerin kullanıldığı metal kaplama uygulamalarından tarım alet ve makinaları imalatında en çok kullanılan kaplama çeşidi galvaniz kaplama, çinko kaplama, krom kaplama ve fosfat kaplamadır.

 Pratikte korozyona karşı en çok çinko ya da alüminyum kaplama kullanılır. Sıvı metale daldırma yöntemi, esas olarak çeliğin çinko, kalay, kadmiyum, alüminyum, altın veya kurşun ile kaplanması için uygulanır ve bu yöntemin çok geniş uygulama alanı vardır. Esasen galvanizleme yöntemi de eritilmiş çinko metaline çeliğin daldırılması ile yapılan bir kaplama yöntemidir. Metal kaplamalarda kaplama işlemleri sıcak daldırma, sıcak püskürtme, Sherardizing ve elektroliz yöntemleri olmak üzere 4 değişik yöntemle yapılmaktadır.


Şimdi bu yöntemleri inceleyelim.

Sıcak Daldırma:  Bu yöntemde, kaplama metali ergitilir ve ana metal bu ergiyik içerisine bırakılarak kaplama yapılır. İşlem esnasında ana metal yüzeyi, kaplama metali ile alaşımlı hale gelerek korozyondan korunmaktadır.

Sıcak Püskürtme:  Bu yöntemde, kaplama metali toz haline getirilir ve bir ısı
kaynağı ile ergitilerek, ana metal üzerine püskürtülmesiyle kalama yapılmaktadır.
Bu işlem esnasında kaplama metali, ana metal üzerine yapışmaktadır. Bu iki metal
arsında alaşım meydana gelmemektedir.

Sherardizing Kaplama Yöntemi:   Bu yöntemde, toz halindeki kaplama metali ile ana metal aynı kasa içerisine konularak, yüksek sıcaklıkta bir müddet bekletilmektedir. Kaplama metali, sıcaklığın etkisiyle uçuculuk özelliği kazanmakta ve ana metali sarmaktadır. Demirin sementasyonunda sıcaklık 850°- 950°C olur. Demirin çinko ile bu yoldan kaplanmasına şerardizasyon  (shererdization) denir. Krom ile kaplamayapılırsa buna kromizasyon denir.

Elektroliz Yöntemi:  Bu yöntemde ise ana metal katot, kaplama metali de anot olacak şekilde, uygun bir elektrolit içerisinde kaplama yapılmaktadır.
Bu işlem sırasında, kaplama metali korozyona uğrar ve ana metalin üzerini kaplayarak korozyondan korunmasını sağlar.
Yaklaşık 33 tane metal ile, sulu çözeltilerinin elektrolizinden kaplama yapılabilir. Diğer metaller ile kaplama yapmak için erimiş tuzları veya organik elektrolitleri elektroliz edilir. Yaklaşık 15 metal ile olan kaplama ticari maksatlıdır.
Bunlardan bazıları: Bakır, gümüş, çinko, altın, platin, kadmiyum, kalay, kurşun, krom ve 
nikeldir.

- Metalik kaplamaya ilaveten “Fosfat Kaplama” prosesi de, yüzey işlemlerinde önemli bir konuma sahiptir. Yüzeyin dış etkilere karşı korunması amacıyla çinko veya demir fosfat ile kaplama yapılır. Böylece fosfatlanmış bir yüzeyde korozyona karşı kimyasal bir direnç elde edilmiş olur. Ayrıca boyama öncesi istenilen rengin elde edilmesinde önemli bir altlık (astar) işlevi görür. Fosfatlama ile malzeme üzerinde açık
griden siyaha kadar renkler elde edilebilmektedir.
Yaygın olarak kullanılan kaplama proseslerinden elektro kaplama, galvanizleme ve fosfatlamaya kısaca göz atalım.

1.1. Yüzeyin elektrolitik kaplanması

Günlük hayatımızda yüzeyi elektrolitik yollarla kaplanmış pek çok metal ürün kullanılmaktadır. Saatlerde, gözlüklerde ve mutfak eşyalarında gümüş ve altın kaplama, otomobil ve tüm taşıtlardaki (tren, gemi, uçak) parçalarda çok çeşitli kaplama yöntemlerinin uygulandığı görülmektedir. Genel olarak aşınmaya ve korozyona karşı yüzeyde iyi bir direnç oluşturdukları için çokça uygulanan bir prosestir. Bunun yanında metallerde fiziksel ve kimyasal özellikleri ile birlikte görüntüsünü korumak ve hatta iyileştirmek için de metalik kaplama yapılır.

1.2. Galvanizleme

Galvaniz, erimiş çinkonun içine koruma ya da kaplama amacı ile kullanılacak maddenin batırılması ile yapılan işleme denir. Boya dışında, demirli metallere en çok uygulanan koruyucu kaplamadır. Uygulama alanları arasında, yapılarda kullanılan çelik iskeletler, metal saç levhalar, cıvatalar, somunlar ve teller sayılabilir. Özellikle paslanmaya karşı yapılan bu işlem dışarıda, açık havada her türlü hava koşulunda çalışacak metallerin ömrünün uzatılması için yapılmaktadır.
Demir ve çelik malzemeler bulundukları atmosferik ortamdan etkilenerek zaman içinde fiziksel, kimyasal, elektriksel ve diğer özelliklerini kaybederek korozyona uğrarlar.
Bu değişikliğe, “metalin paslanması” da denmektir. Paslanma sadece görüntü bozukluğu olmayıp aynı zamanda metali aşındıran bir kimyasal reaksiyondur. Ayrıca pas, kaynaklandığı metalden takriben 30 kat büyük bir hacim oluşturduğundan, paslananan metalin çevresindeki elemanları da patlatmaya eğilimlidir. Metali, paslanmayı oluşturan dış etkenlerden uzak tutabilmek amacı ile metal yüzeylere koruyucu yöntemler uygulanır.
Bu koruyucu yöntemlerden bazıları boya, plastik, nikel, krom, bakır ve çinko kaplamadır.
Ancak; bütün bu kaplama yöntemleri arasında çinko kaplama en güvenli ve uzun ömürlü olanıdır.

Galvaniz yönteminin diğer yöntemlere (püskürtme vb.) göre avantajları şöyle 
sıralanabilir: 
Kalın ve dayanıklı homojen bir yüzey filmi oluşturur, diğer yöntemlerle ulaşılamayan kritik noktalar (iç hacimler, keskin köşeler, kesim yerleri, delik yüzeyleri, boşluklar) vs. korunmuş olur.
Diğer yöntemler, ufak zedelenmelere karşı çok hassastır ve genelde korozyon bu zedelenmelerde baş gösterir. Oysa galvaniz kaplama çiziklere karşı dirençlidir ve hatta kendi kendini onarma özelliğine sahiptir. Buna “self healing effect” ve “katodik koruma” denir. Aynı nedenlerle, sıcak daldırma galvanizle kaplanmış yüzeyler, darbelere karşı da görece korunmalıdır. Kaplanan malzeme ile çinko metalürjik bir bağ oluşturur ve malzeme yüzeyinde meydana gelen alaşım tabakaları dış etkilere karşı dayanıklı bir kaplama sağlar.
Galvaniz, yüzey kaplama yöntemleri arasında en uzun ömürlü olanıdır ve hiçbir bakım gerektirmez. Belli bir estetik cazibesi vardır. İlk başları parlak ve iki boyutlu kristalin bir görünüşe sahip olan kaplama yüzeyi, zamanla matlaşarak homojen mat gri renkte bir yüzeye dönüşür.

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 yol açan 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.

1.3. Fosfatlama

Fosfatlama yüzey işlemlerinde endüstriyel olarak yaygın kullanıma sahip önemli bir prosestir. Demir, çelik, galvanize edilmiş çelik, alüminyum ve elektrodepolanmış çinko ve kadmiyumun yüzeylerinde fosfat kaplamlar oluşturularak metalin son kullanıma hazırlanmasındaki son işlem basamaklarından birini oluşturmaktadır. Fosfat kaplamalar, organik kaplamalar ve boyaların metal yüzeye kolayca yapışması için kullanılır. Metal
yüzeye korozyon direnci için uygulanan yağların performanslarını artırıcı bir etkiye sahiptir. Fosfat kaplamalar yağlarla birlikte yüzeyin dış etkilere karşı deformasyonunu engellemek için kullanılır.

Fosfat kaplama metalin yüzeyinde bir çeşit kontrollü korozyonla gerçekleştirilir.
Böylece oluşan kaplama yüzeye sıkıca bağlanmış olur. Kaplamanın kesin ve belirli bir kimyasal bileşimi ve kristal yapısı vardır.
Bunları da dikkate alarak fosfat kaplamanın amaçları şu şekilde sıralanabilir:

 Yüzeyleri boyaya hazırlamak.
 Fosfat sonrasında uygulanacak olan boya ve organik tabakanın homojen olarak yayılmasını sağlamak için yüzeyi temizlemek.
 Korozyon direncini arttırmak.
 Yapışma problemi olan yüzeylerde (Alüminyum, galvaniz vb.) boya tutunmasını
sağlamak.
 Metal yüzeylerinde herhangi bir şekilde başlayan korozyonun ilerlemesini
yavaşlatmak ve durdurmak.
 Boyanın darbe direncini ve esnekliğini ve boyanın yüzeye iyi yapışmasını arttırır.
 Suyun metal yüzeyine difüzyonunu engeller.


Fosfatlama prosesi genel olarak şu şekilde sıralanabilir;
1. Yağ alma ve temizleme
2. Pas alma ve tufal alma
3. Aktivasyon
4. Fosfatlama
5. Son işlem (Pasivasyon ya da nötralizasyon)


Her bir işlem banyosu arasında kimyasal taşınımını engellemek için durulama banyoları yer alır. Durulama olmadığı taktirde, işlem banyolarının kimyasal içerikleri birbirinden farklı yapıda olduğundan, banyo ömürleri kısalır.
Şartlara göre proses sıralaması uzatılabilir ya da kısaltılabilir. Örnek olarak, metal yüzeyinde pas söz konusu
değilse asitle pas alma işlemine gerek yoktur. Diğer bir taraftan, bazı basamaklar da birleştirilebilir, fosfatlama ve yağ alma işlemi aynı banyoda uygulanabilir.

Birçok fosfatlama sistemleri içinden endüstriyel öneme sahip olanlar şunlardır;

1. Çinko fosfat,
2. Demir fosfat
3. Mangan fosfat

Bu fosfatlama tipleri genellikle demir ve çelik yüzeylere, daha az olarak da çinko kaplı (galvaniz) yüzeylere uygulanır. Alüminyum ve magnezyumun fosfatlanması ise bazı özel fosfatlama kimyasalları ile mümkündür.

4.2. Pasivasyon 

En çok kullanılan metal olan demir pek çok kimyasala karşı, nemle birlikte havanın oksijenine karşı ve asitler karşı direnci oldukça düşük sayılabilecek, kimyasal olarak reaksiyona girme aktifliği olan bir metaldir. Bu durumda ister yüzeyi galvanizlenmiş olsun ister olmasın hangi amaçla kullanılacak olmasına bakılmaksızın yüzeyinin reaksiyona girme isteği yönünden pasifleştirilmesi gerekir. Bu amaçla demirin yüzeyinde
gerçekleştirilecek olan bazı kimyasal reaksiyonlar yardımıyla yüzeyde metalik demir dışında, demir veya başka metallerin bileşikleri yanında doğrudan daha pasif bir metale  (Cu gibi) kaplanması da bu amaca hizmet edecektir.
Kısaca yüzeyde korozyona karşı metalin dış etkilerle temasını kesecek olan kaplamalar aslında bir çeşit yüzey pasivasyonudur.
Sadece metalin kendisi değil fosfatlanmış metal yüzeyine bile pasivasyon uygulanmalıdır. Çünkü fosfatlama esnasına yüzeyde kalacak olan küçücük açık bir noktada başlayacak olan korozyon, metalin iç bölgelerine doğru ilerleyecek ve ekonomik ömürünü kısaltacaktır. Pasivasyon sayesinde ister fosfatlanmadan önce, isterse fosfatlandıktan sonra yüzeyin dış etkilere karşı korunmasını sağlayacak olan kimyasal bir tabak elde edilmiş olur.
Ayrıca pasivasyon işlemi süresince yüzeylerde kalan baz birikintilerin ve reaksiyona henüz girmemiş kimyasalların uzaklaştırılması, iri (grob) kristallerin inceltilmesi ve şayet varsa fosfatlamada çinko fosfat tabakası ile örtülemeyen noktacıkların korunmasıdır. Pasive edilmiş bir çinko fosfat yüzeyi pasive edilmemiş bir çinko fosfat yüzeyine göre 2-10 misli yüksek korozyon dayanıklılık sağlar.

Pasivasyon kimyasalları üç çeşittir :

a. Krom içeren kromik asit veya bikromatlar,
b. Kromsuz kompleks organik bileşikler,
c. Kromsuz anorganik tuzlar.

Yine pasivasyonda korozyon dayanıklılığını etkileyen beş ana etken vardır:

1. Krom konsantrasyonu
2. pH değeri
3. Püskürtme sisteminde basınç
4. Süre
5. Sıcaklık