Çinko Kaplama
Çinko elektrokaplama, çeliği korozyondan koruma özelliğinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Korumanın ve çizilmelere karşı toleransın fedakar doğası, performansını tek başına boyalardan üstün kılar. Ancak çelik veya paslanmaz çelik dışındaki baz metallerde kullanımı nadirdir. Çinko kaplama çekici bir görünüme sahip olacak şekilde hazırlanabilir ve maliyeti nispeten düşük olduğundan hem cıvata, somun, perçin, rondela, çivi, menteşe ve kanca gibi küçük parçalarda hem de otomotiv parçaları, iç kısımlarda çok popüler bir kaplamadır. bileşenler vb. Aynı zamanda boyalar için etkili bir astar olarak da çalışır.
Tipik minimum kalınlık aralıkları 5 ila 25 μm (8). Bir kaplamanın korozyon direnci, tabaka kalınlığına ve uygulanan son işleme bağlıdır.
Çinko kaplama için üç ana işlem kullanılır: siyanür, alkalin siyanür ve zayıf asidik klorür çözeltileri. Çözeltinin seçimi tesisin atık su arıtma yeteneklerine ve kaplanacak bileşenlerin türüne ve malzemesine bağlıdır.
Siyanür prosesi iyi bir makro atma gücüne sahiptir ve dolayısıyla bileşenin geometrik şekli ne olursa olsun oldukça eşit kaplama kalınlığı sağlar. Banyonun bakımı kolaydır ve konsantrasyonlardaki oldukça büyük değişiklikleri tolere eder. Banyo alkali olduğundan çelik parçaları korozyona uğratmaz ve aynı zamanda az miktardaki organik yabancı maddeleri tolere edecek yüzey temizleme özelliğine de sahiptir. Ancak siyanür içeriği nedeniyle banyo son derece zehirlidir ve bu da yüksek durulama suyu ve atık maliyetlerine neden olur. Yüksek akım yoğunluklarında akım verimliliği düşüktür ve ısıl işlem görmüş ve karbonitrürlenmiş parçalar için hidrojen gevrekleşmesi riski yüksektir. Siyanür banyolarının diğer dezavantajları ise mikro atış gücünün zayıf olması ve dökme demirin kaplanmasındaki zorluklardır. Bunun nedeni, dökme demirin yüzeyindeki grafit ve çinkoya kıyasla siyanür çözeltisindeki hidrojen aşırı voltajının daha düşük olmasıdır; bu da çinko çökelmesi yerine grafit noktalarında hidrojen oluşumuna yol açacaktır (9).
Çinko, siyanür banyolarında, Zn2 iyonlarının katotta çökelmesiyle aynı hızda ayrışan bir tetrasiyano kompleksi Zn(CN)42− olarak bulunur (10). Anyonik iyon olarak büyük bir konsantrasyon polarizasyonuna neden olan siyanür kompleksi ile birleşme, banyonun makro atma gücünü arttırır ancak akım verimliliğini düşük yapar. Siyanür banyosunun mikro atış gücü (kaldıraç) zayıftır. Siyanür kompleksi, çökeltilen metalin kristal yapısını ince hale getirir; bu, parlatıcıların parlak kaplamalar yapması için iyi bir temel sağlar, ancak tek başına siyanür banyosundan gelen birikinti parlaklığı diğer banyo türlerininki kadar iyi değildir. Alkali siyanür banyolarında çinko iyonları Zn(OH)42− olarak hidroksil iyonlarıyla da ilişkilidir ve siyanür ile hidroksil kompleksleri arasında banyoya eklenen sodyum hidroksit miktarına bağlı bir denge vardır.
Toksik siyanürün olumsuz etkilerinden dolayı banyodaki miktarı yüksek siyanürlü banyolardan orta ve düşük siyanürlü banyolara kadar değişmektedir. Yüksek siyanür banyosunun toplam sodyum siyanür içeriği 75–115 g l−1, orta siyanür banyolarında 35–55 g l−1 ve düşük siyanür banyolarında 6–15 g l−1'dir (10–12). Düşük siyanürlü banyolarda sürükleme ve atık bertaraf maliyetleri daha düşüktür, ancak ön arıtma ve işletme parametresi değişimi gereksinimleri daha yüksektir. İyi iletkenliğe, anot çözünmesine sahip olmak ve iyi parlaklık üretmek için sodyum hidroksit içeriği yeterince yüksek (80-100 g/l-1) olmalıdır.
Metal parlatıcıların konsantrasyonu çok kritik olduğundan, siyanür banyosuna eklenen parlatıcılar genellikle organiktir. Genellikle birincil ve ikincil parlatıcılar mevcuttur. En yaygın birincil parlatıcı polivinil alkoldür (PVA), tipik ikincil parlatıcılar ise aromatik aldehitler ve piridinler gibi doymamış bağlar ve polar gruplar içeren daha küçük moleküllerdir.
Siyanür banyoları ayrıca siyanür moleküllerinin havadaki oksijen tarafından oksitlenmesiyle oluşan sodyum karbonatı da içerir. Yoğun bir kaplama tabakası oluşturmak için bir miktar karbonata ihtiyaç vardır, ancak 70-80 g l-1'in üzerindeki aşırı bir miktar, banyo sıcaklığının sodyum karbonatın çözünürlük sınırının altına düşürülmesiyle banyodan uzaklaştırılmalıdır.
Önemli çalışma parametreleri, NaCN ve Zn konsantrasyonları ve katodik akım yoğunluğu arasındaki ilişkilerdir. Zn miktarı ne kadar yüksek olursa, NaCN/Zn faktörü o kadar düşük olur ve bu da akım verimliliğini artırır. Ancak makro atma gücü daha zayıf olacaktır ve makinenin çalışması kaplama işlemi daha talepkardır. Katodik akım yoğunluğunun seçimi konsantrasyonlara, kullanılan parlatıcılara, sıcaklığa ve çalkalamaya bağlıdır. Tipik değerler 2–5 Adm−2'dir. Daha yüksek akım yoğunlukları katodik akım verimliliğini düşürecektir. Siyanür banyoları oda sıcaklığında çalıştırılır.
Birinin saflığı anot malzemesi Kaplama tabakasının parlaklığını etkilediğinden siyanür banyoları için önemlidir. Genellikle anot malzemesi top veya çubuk formunda %99,99'un üzerinde saf çinkodur. Banyo kullanılmadığında çinko banyoya karışacaktır; Aşırı çinko birikimini önlemek için anotlar çıkarılmalıdır.
Alkali siyanür olmayan çinko banyoları, çinko oksit ZnO'nun sodyum hidroksite çözülmesi ve parlatıcıların eklenmesiyle hazırlanabilir. Banyo çinko 8–10 g l−1 ve NaOH 90–120 g l−1 içerecektir ve çinko, çözeltide Zn(OH)42−-iyonları halinde bulunacaktır (11,12). Banyonun çoğu özelliği, genellikle patentli olan ve örneğin PVA ve iminleri içerebilen parlatıcı sistemler tarafından belirlenir. Banyoların iyi özellikleri, düşük metal içeriği ve genellikle ucuz atık su arıtımı, iyi parlaklık, iyi makro atış gücü ve orta düzeyde mikro atış gücüdür. Yüksek ısıl işlem görmüş çeliklerde hidrojen gevrekleşmesi tehlikesi siyanür banyolarına göre daha düşüktür. Banyo, siyanür banyolarına göre daha iyi çalışma kontrolü gerektirir; özellikle, çok yüksek metal konsantrasyonları parlaklığı bozacağından, boşta kalınan dönemlerde metal içeriği kontrol edilmelidir. Ancak çok düşük metal içeriği akım verimliliğini düşürecektir. Banyo oda sıcaklığında çalıştırılır.
Zayıf asidik klorür çözeltileri, çözümlerin özellikleri geliştirildikçe daha fazla pazar payı kazanmıştır. Banyo 15–30 g l−1 çinko ve amonyum veya potasyum klorür içerir, böylece banyonun klorür içeriği 110–150 g l−1 olur (10,11). Banyoya mutlaka organik parlatıcılar dahil edilmelidir. Optimum pH aralığı 4,5–5,5'tir. Çinko çözelti içinde Zn2-iyonları halinde çözülecektir. Parlatıcılar kullanılmadığı sürece çökelti sütun şeklinde ve pürüzlü olacaktır. Parlatıcıların kullanımıyla çok parlak kaplamalar elde edilebilir ve zayıf asidik çözeltilerin genellikle çinko kaplama işlemleri arasında en iyi parlaklığı sağladığı kabul edilir. Akım verimliliği aynı zamanda çok yüksektir; geniş bir akım yoğunluğu alanında %95-98 civarındadır ve bu, karbonitrürlenmiş çelik ve dökme demirin kaplanması için faydalıdır. Mikro atış gücü çok iyidir ancak akım verimi yüksek olduğundan makro atış gücü zayıftır. Bu durum banyo kimyasıyla birlikte kaplama öncesinde parçaların dikkatli bir şekilde temizlenmesini ve kaplama armatürlerine çok dikkat edilmesini gerektirir. Asidik klorür çözeltisinin olumsuz etkisi, substrat malzemelerinin potansiyel korozyonu ve dikkatli bir şekilde durulanmadığı sürece kaplamanın lekelenmesidir. Bu nedenle punta kaynaklı veya katmanlı yapıya sahip diğer parçalar çözüme uygun değildir. Amonyum, ağır metallerle kompleksler oluşturarak atık su tesisinin işleyişini bozabilmesine rağmen, atık su arıtımı genellikle kolaydır. Banyo oda sıcaklığında çalıştırılmakta olup, 6 Adm−2'ye kadar olan akım yoğunlukları, akım veriminde önemli bir düşüş olmadan kullanılabilmektedir.