İNDİYUM KAPLAMA
KİMYASAL SEMBOLÜ : In
ATOM AĞIRLIĞI : 115 (114,76)
İNDİYUMUN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ:
İndiyum çok yumuşak, gümüş renkli bir metaldir. ÖZGÜL AĞIRLIĞI 7,28’dir. ÖZGÜL DİRENCİ 8,37/1.000.000 ohm-cm’dir ve böylece elektriksel direnç bakımından, pirinçle demir arasında yer alır (2. Derse bakınız). En düşük ERGİME NOKTASI 155°C’dir.
İNDİYUMUN KAPLAMA METALİ OLARAK KULLANIM YERLERİ:
İndiyum kaplamanın skullanımı olasılıkla, bir gümüş-kurşun alaşımı üzerindeki indiyum kaplamanın bazı uçak motoru uygulamalarında en mükemmel yatak tipi olduğunun anlaşıldığı son dünya savaşı döneminde geliştirilmiştir. Olasılıkla en sık kullanılan yöntem, alternatif olarak gümüş ve kurşun katmanların ve daha sonra da indiyum katmanının elektrometal kaplama yöntemiyle kaplanması ve müteakiben sıcak işlemenin uygulanması sureti ile yayınma (difüzyon) oluşturarak, üst yüzeyi indiyum bakımından zengin bir alaşımın oluşturulması olmuştur. Bir indiyum yüzey, düşük sürtünme katsayısı, düşük tutma - sarılma ve aside yüksek dayanıklılık özelliklerine sahiptir. Motor yataklarında kullanılma alanı dışında, indiyum kaplamaların altın ve gümüş kaplamaları sertleştirdikleri saptanmıştır. İndiyum bazı durumlarda dekoratif amaçlarla çelik üzerine ve bakır veya pirinç flaş kaplamaları üzerine kaplanmaktadır. Göreceli olarak pahalı olan bu metalin troy onsunun fiyatı 7,00 $ ilâ 10,00 $ arasında değişmektedir.
İNDİYUMUN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİ:
İndiyum 3 değerlikli olup, %100 katod veriminde 12 A-saat elektrik enerjisi, 1 dm2 yüzey üzerine 2,7 mikron kalınlığında bir indiyum kaplayacaktır. 1 amper-saat enerji ile yüzey üzerinde oluşturulacak kaplamanın ağırlığı 1,427 gram olup, 1 gr/dm2 kaplamanın kalınlığı 13,8 mikron olacaktır. Fiili katod verimi, kullanılan kaplama banyosunun tipi ve banyonun çalışma şartlarına bağlı olarak değişir ve bazı sülfat banyolarında %25’ten, sülfamat banyolarında %90’a kadar değişkenlik gösterir. İndiyum elektromotor seride kurşun ve kalayın biraz üstünde ve demirin biraz altında yer alır. Eşik gerilimi (yaklaşık 0,53) oldukça yüksektir ve bu durum elektromotor seri içerisindeki konumu açısından, kolaylıkla kaplanabilen bir metal olmasına neden olmaktadır.
İNDİYUM KAPLAMA BANYOLARI
İndiyum birçok çözülebilir bileşik oluşturmaktadır ve bu nedenle indiyum kaplama için elverişli birçok banyo türü bulunmaktadır. Ne var ki günümüzde sadece birkaç tipi ticari olarak kullanılmaktadır. Ticâri olarak kullanılabilen ve siyanür tuzları içeren alkali tip bir banyo (diğerleri de olabilir, ancak henüz kullanılmamışlardır) ve asit çözeltileri içeren üç-dört banyo bulunmaktadır. Önce asit çözeltili banyoları ele alacağız :
İNDİYUM SÜLFAT BANYOSU
BANYONUN BİLEŞİMİ
İndiyum sülfat olarak indiyum metali ...... 78 gr
Sodyum sülfat ............................. 37 gr
Su ........................................ 3,785 lt
ÇALIŞMA KOŞULLARI
Sıcaklık .................................. 21 – 29,5°C
pH ........................................ 2,0 – 2,7
Katod akım verimi ......................... %70 - 80
Anod etkinliği ............................%100
Akım yoğunluğu (karıştırma yok) ........... 2,15 A/dm2
TANKLAR
Lastik kaplı çelik veya cam veya kurşun kaplı tanklar veya yüksek yoğunluklu polietilen veya polipropilenden üretilmiş teflon, polietilen tanklar kullanılmaktadır.
ANODLAR
Çözünmez grafit anodlar, platin kaplamalı titanyum veya kurşun anodlarla kombine olarak indiyum anodlar kullanılmaktadır.
BANYONUN HAZIRLANMASI
Bu banyonun hazırlanması için kullanılan ve konsantre indiyum sülfat tuzu olarak piyasada satılan indiyum metali, göreceli olarak güç çözünebilir bir metaldir. Ancak okside edici koşullar altında, asitler içerisinde çözündürülebilir. Bu nedenle bu banyonun ve diğer tanımlanan banyoların hazırlanmasında, saf metal yerine hazırlanmış tuzları ile çalışmak daha uygundur. Bununla beraber, elinizde indiyum metali varsa, Şekil 8’de görüldüğü gibi bir gözenekli kupa ve bakır katod kullanmak sureti ile, indiyum anodları seyreltilmiş sülfürik asit banyosunda çalıştırarak bu banyoyu hazırlayabilirsiniz.
Banyonun konsantre indiyum sülfattan hazırlanmasında, konsantre indiyum sülfatı suyla seyreltin ve sodyum sülfat içerisinde çözündürerek, sülfürik asit ve sodyum hidroksit katmak sureti ile pH derecesini ayarlayın.
BANYONUN ÇALIŞMASI:
Pek az bileşim bulunduğundan, banyonun çalıştırılması oldukça kolaydır, bununla beraber pH derecesinin özen ve dikkatle kontrol altında bulundurulması gereklidir.
pH:
2,7’den yüksek pH derecesi ortamında banyo, hidroliz (Çinko Kaplama Dersine bakınız) oluşumuna bağlı olarak kararsızlaşır, bu nedenle pH derecesinin kontrolü önemlidir. pH derecesi, anod verimi %100’e yakın, katod verimi en çok %80, genellikle %70 düzeyinde iken çalışılırken hızla artış gösterme eğilimindedir.
Aşağıda Şekil 9’da görüldüğü gibi, anod indiyum metalinden 3 elektron ayrılmıştır ve pozitif yüklü trivalan indiyum iyonları oluşmuştur. Katoda tersine işlem gerçekleşmiş ve 3 elektron, çökelen metali indiyuma tekrar kazandırılmıştır. Bununla beraber, proses yalnızca %80 ölçeğinde etkin olduğundan, elektrik enerjisinin geri kalan %20’si, ayrışan suda kullanılmıştır (salınan hidrojen). Ancak katoddaki bu hidrojen bu hidrojen gazı salınması, çözeltinin pH derecesinin yükselmesi sonucunda hidrojen iyonlarının çözeltiyi terk ettikleri anlamını taşımaktadır.
pH derecesini ve aynı zamanda da metal içeriğini uniform (eşdüzeyli) tutmak amacı ile, anod verimini katod verimine eşit veya bundan pek az yüksek düzeye geleceği bir noktaya indirmek için, çözünebilir ve çözünemez anodların birlikte kullanılmasına gereksinim duyulmaktadır. Bu amaçla, çinko kaplamada açıklanmış olan
sisteme benzer bir sistemin kullanılması önerilir. Ayrıca öyle görülmektedir ki, amaca uygun bir tampon kullanmak pH derecesinin sabit tutulmasına yardımcı olacaktır. Böylesi bir tampona amonyum format örnek olarak verilebilir. İstendiği takdirde banyoya beher litre için 2 gram düzeyinde katılabilmesi mümkündür.
Böyle bir banyoda karşılaşılabilecek bir diğer durum da, yetersiz nemlendirme sonucunda çukurlaşma ve kötü yayılmanın oluşmasıdır. Bu durumda noniyonik bir nemlendiricinin kullanılması önerilir. Çözeltinin her 2 litresi için 5 damla, yüzey geriliminin, çukurlaşmanın ihmal edilebilir olacağı düzeye indirgenebilmesi için yeterli olacaktır. Çoğu sülfat çözeltilerinde olduğu gibi, bu banyonun da dağılma gücü oldukça düşüktür. Yaklaşık olarak 2 gr/lt setil trimetil amonyum bromür (CTAB) kullanılması başarılı bir sonuç verir. Kullanılabilir diğer başka yüzey aktifler de bulunmaktadır.
İNDİYUM FLUOBORAT BANYOSU
BANYO REÇETESİ #1
İndiyum fluoborat ......................... 850,5 gr
Borik asit ................................ 113,4 gr
Amonyum fluoborat ......................... 170 gr
Su ........................................ 3,785 lt
BANYO REÇETESİ #2
İndiyum fluoborat ......................... 283,5 gr
Borik asit ................................ 113,4 gr
Amonyum fluoborat ......................... 226,8 gr
Su ........................................ 3,785 lt
ÇALIŞMA KOŞULLARI
Banyo #1’in katod verimi %75, buna karşılık Banyo #2’nin katod verimi yalnızca %40’tır. Çalışma sıcaklığı 21 - 29,5°C düzeyindedir. Banyo #1 için akım yoğunluğu 6,45 A/dm2, Banyo #2 için ise 4,3 A/dm2 dir.
ANODLAR
İndiyum anodları, sert karbondan çözünmeyen anodlarla (vinyon çantalarda) birlikte kullanabilirsiniz. Anod / katod alan oranı yaklaşık olarak 2:1 olmalıdır.
TANKLAR
Yüksek yoğunluklu polietilen, lastik veya teflon kaplı çelik tanklar kullanabilirsiniz.
pH:
Optimal değer 1,00 olmak üzere, en iyi değer aralığı, 0,9 ilâ 1,2 arasında olmalıdır.
pH KONTROLU:
Burada da, sülfat banyolarında olduğu gibi, pH ve metal içeriklerinin uniform (eşdüzeyli) tutulabilmeleri için, çözünmeyen anodların kullanılması önerilir.
Fluoborat banyosu, sülfat banyosuna göre daha iyi dağılma gücü göstermektedir ancak, görüldüğü gibi zengin metal içeriği gereksinimine bağlı olarak, çalıştırılması daha pahalıya mal olmaktadır. Bununla beraber nemlendirme etkinliği, sülfat banyosuna göre daha yüksektir.
İNDİYUM SÜLFAMAT BANYOSU
İndiyum sülfamat .......................... 567 gr
Sülfamik asit ............................. 28,35 gr
Amonyum sülfamat .......................... 283,5 gr
Su ........................................ 3,785 lt
ÇALIŞMA KOŞULLARI:
Sıcaklık .................................. 21 – 32°C
pH ........................................ 1,0 – 1,2
Katod akım yoğunluğu ...................... %70 - %80
Anod etkinliği ............................ %100
Akım yoğunluğu (karıştırma yok) ........... 2,15 – 3,23 A/dm2
TANKLAR:
Lastik kaplı veya tygon kaplı çelik tanklar ya da cam veya seramik tanklar kullanılmalıdır.
ANODLAR:
Metal içeriğinin ve pH derecesinin uniform (eşdüzeyli) tutulabilmesi için, sert karbon ve indiyum anodların birlikte kullanılması gerekir.
ÇALIŞTIRMA:
Burada da pH derecesinin, çözünebilir ve çözünmeyen anod kombinasyonları ile uniform tutulması gereklidir. Bu çözeltinin nemlendirme gücü düşük olmakla birlikte, çözeltinin her 2 litresi için iyonik olmayan 5 damla nemlendirici damlatmak daha iyi nemlendirme karakteristiklerinin temin edilebilmesi için yeterlidir. Sülfat banyolarında olduğu gibi, setil trimetil amonyum bromür (CTAB) kullanılması yarar sağlayacaktır.
İndiyum sülfat bulamadığınız takdirde, şu yöntemi izleyerek bu tuzu hazırlayabilirsiniz: Konsantre indiyum klorür satın alın. Beher lt.si 300 gr sodyum karbonat (susuz) içeren bir çözelti hazırlayın (sıcak su kullanın). Düzenli ve sürekli karıştırma ile, sodyum karbonat çözeltisinin içine 170 gr indiyum klorür katın (çözelti köpüreceğinden, yavaş yavaş ekleyin). Çökelme tamamlandıktan sonra çözeltiyi dinlendirerek oturmasını bekleyin ve çökelme üstündeki sıvıyı akıtarak boşaltın. Çökeltiyi, içerisine birkaç damla amonyak damlatılmış sıcak suyla birkaç kez yıkayın. Son yıkama suyunu bir damla gümüş nitrat çözeltisi ile test etmek sureti ile, tüm klorürün yıkanarak giderilmiş olduğundan emin olun. Bulutlanma oluşması, tüm klorürün yıkanarak tasfiye edilemediğinin göstergesidir. Yıkama istenen biçimde tamamlandığında, çökelti tamamen çözünene kadar, sürekli ve düzenli karıştırma ile sıcak doymuş sülfamik asit çözeltisini (bu çözeltiyi, sıcak su içerisinde, olabildiğince fazla miktarda toz sülfamik asit eritecek şekilde hazırlayın) çökeltiye katın (şiddetli gaz çıkışını bertaraf etmek için yavaş, yavaş katın). Bu işlem neticesinde, çözelti içerisinde 567 gr (20 ons) indiyum sülfat elde edeceksiniz. Şimdi 1 galon’a (3,785 lt) seyreltin ve diğer kimyasalları katın.
Çok sınırlı olmak kaydı ile, indiyum perklorat kullanımını esas alan asitli indiyum kaplama banyosunun da kullanılma imkanı bulunmaktadır ancak, bu banyoda doğru şekilde ele alınmazsa kuvvetli patlayıcı madde olabilecek perklorik asidin kullanılmasına gereksinim vardır. Bu nedenle bu banyo hakkında, sergilediği riske karşılık diğer banyolara göre tercih sebebi olacak fazla bir avantaj sağlamadığından, başkaca bir açıklama yapılmayacaktır.
Bu üç asidik tip banyodan elde edilen indiyum kaplama ince tanecikli, yarı parlak ve yapışkan olduklarından, iyi nitelik sergilemektedirler. Bununla beraber, fluoborat ve sülfamat banyoları bu bakımdan hafif bir üstünlüğe sahiptirler.
İNDİYUM KAPLAMA BANYOLARINDA HATA BULMA VE GİDERME:
pH ve metal içeriği kontrol altında tutulduğu müddetçe, asidik tip indiyum kaplama banyolarının çalıştırılmasında çok fazla güçlükle karşılaşılmayacaktır. Bu nedenle bu derste, normal bir hata bulma ve giderme tablosu verilmeyecektir. Üzerinde durmanız gereken, kaplama levhasının çizgili ve şeritli olmasına neden olabilecek organik kirlenmedir. Bunun üstesinden gelmek için, diğer derslerde açıklanan şekilde çözelti aktif karbon filtreden geçirilerek, süzülebilir. Kaplamanın kararmasına ve yapısının gevrekleşerek kırılgan hale gelmesine neden olabilecek ağır metal iyonlarının çözeltiye karışması, banyonun 0,5 ilâ 1 A/dm2 akım yoğunluğunda temizlenmesi veya çözeltinin indiyum atkısı üzerinden akıtılması sureti ile önlenebilir. Diğer kaplama çözeltilerinde de olduğu gibi, banyo içerisinde parçacıkların varlığı, kaplamanın kaba olmasına neden olacaktır. Çözeltiler zaman zaman selit filtresinden geçirilerek süzülmeli, çözünebilir ve çözünmez anodlar, çalışma sıcaklığının 32°C’ nin üstüne çıkmayacak şekilde vinyon çantalara sarılmalıdır.
ALKALİ (BAZİK) İNDİYUM KAPLAMA BANYOLARI
SİYANÜRLÜ İNDİYUM BANYOSU
Klorür olarak indiyum metali .............. 125 gr
Dekstroz .................................. 56,7 gr
Sodyum siyanür ............................ 340,2 gr
Su ........................................ 3,785 lt
ÇALIŞMA KOŞULLARI
Sıcaklık .................................. Oda Sıcaklığı
Ortalama katod verimi ..................... %45
Katod akım yoğunluğu ...................... 2,15 – 6,45 A/dm2
Başlangıçtaki kaplama hızı kabaca 15 mg/A-dakika’dır, ancak banyo yaşlandıkça, 5-8 mg/A-dakika düzeyine iner.
TANKLAR:
Lastik, teflon, cam kaplı çelik tanklar veya çıplak paslanmaz çelik veya yüksek yoğunluklu polietilen tanklar kullanılmaktadır.
ANODLAR:
Sert karbon, paslanmaz çelik, platin kaplı titanyum veya platinden çözünmez anodlar kullanılmaktadır.
BANYONUN HAZIRLANMASI:
Bu banyo reçetesi, Amerikan Indium Corp.’dan Mr. Murray tarafından önerilmiştir ve hazırlanması için aşağıdaki yöntem izlenmelidir:
1. 56,7 gr C.P. dekstrozu (C.P.: kimyasal saflıkta demektir) en az miktarda su içerisinde çözündürün. Su ısıtılmış olduğu takdirde dekstrozun daha hızlı biçimde çözündürülmesi mümkün olur, ancak bu şekilde hareket ederseniz kullanmadan önce çözeltiyi oda sıcaklığı düzeyine soğutun.
2. 340 gr sodyum siyanürü, 946 ml. (1 kuart) veya mümkünse daha az su içerisinde çözün.
3. Sodyum siyanürün tümü çözünür çözünmez, dekstroz çözeltisini siyanür çözeltisine katın.
4. Şimdi, sürekli ve düzenli karıştırarak, küçük miktarlarda konsantre indiyum siyanürü, siyanür-dekstroz çözeltisine katın (NOT: BU İKİ ÇÖZELTİNİN KARIŞMASI SONUCUNDA SİYANÜR DUMANI OLUŞABİLECEĞİNDEN, BU İŞLEMİ İYİ ÇEKİŞLİ BİR DAVLUMBAZ ALTINDA VEYA AMACA ELVERİŞLİ İYİ HAVALANDIRMALI BİR ORTAMDA GERÇEKLEŞTİRİN). İndiyum çözeltisi eklendikçe çökelme oluşacak ve her ekleme sonrası karıştırma, çökeltiyi yeniden çözündürecektir. TÜM ÇÖKELME TEKRAR ÇÖZÜNDÜRÜLÜNCEYE KADAR, DAHA FAZLA İNDİYUM KLORÜR KATMAYIN. Tüm klorür çözeltisinin katılması tamamlandıktan sonra, çözeltiyi yaklaşık olarak 1,9 litre hacimde saf suyla seyreltin ve OLGUNLAŞMAYA bırakın.
5. 48 ilâ 72 saatlik bir olgunlaşma süresi sonunda çözelti amaca uygun biçimde olgunlaşmış olacaktır. Bu aşamada çözeltinin renginin koyu saman renginden kahverengine dönüştüğü ve kahverengimsi siyah bir çökelmenin oluştuğu gözlemlenecektir. Olgunlaşma süreci aşamasında, siyanürün bir kısmının, daha sonraki aşamadaki renk değişikliğine ve çökelme oluşumuna neden olan daha kapsamlı ve daha karmaşık medde molekülleri oluşturmasına yol açacak şekilde kendisi ile birleştiği bir kompleks tepkileşim (POLİMERİZASYON) oluşacaktır.
6. Bundan sonra çözeltiyi bir BUCHNER hunisinden ve Whatman 54 gibi orta yoğunlukta bir filtre kağıdı üzerinden süzerek kaplama tankına aktarın ve işarete dek (1 galon = 3,785 lt) damıtık su ilave etmek sureti ile seyreltin. Bu düzenleme Şekil 10’da görülmektedir.
7. Bu derste daha sonra açıklanacak olan yöntemi kullanmak sureti ile, serbest siyanür varlığını kontrol ediniz ve amaca uygun miktarda sodyum siyanür çözündürerek, serbest siyanür oranını 90 gr/lt düzeyine getirin.
NOT : Olgunlaşma tepkimesi sürecinde yaklaşık olarak 45 ilâ 60 gr/lt siyanür yıkımı oluştuğu gözlemlenecektir. Bu nedenle, istendiği takdirde bu durumda analiz uygulama gereksinimi yoktur ve banyonun uygun çalışma koşuluna getirilmesi için, çözelti içerisinde 227 gr siyanür çözündürülmesi yeterli olacaktır.
8. Bu banyo ile kaplama işlemi için, katotta gaz oluşturmak amacı ile yeterli akım uygulanmalıdır.
SİYANÜR BANYOSUNUN ÇALIŞMASI:
Metal ve serbest siyanür içeriğindeki bir düşüş, kaplama hızını ve somut biçimde azaltacaktır, bu nedenle çözeltinin bu anlamda daima işlevselliğini sürdürecek durumda bulundurulması önem taşır.
Anodlarda metal çözünmesi olmadığından, çözeltiden eksilen metali, filtreden geçirilmiş konsantre olarak, sadece Madde 7’de açıklanan şekilde seyreltmeden, önce yukarıda açıklanan şekilde olgunlaştırarak dönüştürdükten sonra, klorür formunda metalle çözeltiyi beslemeniz gerekecektir. Siyanür içeriğinin 82,5 gr/lt.nin altına ve indiyum metal içeriğinin de 22,5 gr/lt.nin altına düşmesine izin vermeyin. Bu derste daha sonra açıklanacak olan yönteme göre indiyum metali analizi yapamadığınız takdirde, kaplanan indiyum miktarlarının kabataslak kaydını tutarak, ne kadar olgunlaştırılmış konsantre indiyum eklemeniz hakkında iyi bir fikir elde edebilirsiniz. Küçük miktarlarda çökelmeler oluşacağından, banyo çözeltisinin zaman zaman filtreden geçirilmesi gerekecektir.
SİYANÜRLÜ İNDİYUM BANYOSU #2
Klorür olarak indiyum metali .............. 113,4 gr
Potasyum siyanür .......................... 567 gr
Potasyum hidroksit ........................ 141,8 gr
Dekstroz .................................. 113,4 gr
Su ........................................ 3,785 lt
ÇALIŞMA KOŞULLARI
Sıcaklık .................................. Oda Sıcaklığı
Katod akım yoğunluğu ...................... 1,6 – 3,23 A/dm2
Başlangıçtaki katod verimi yaklaşık %84’tür, ancak uzun bir kullanma süresi sonunda, yaklaşık %34’e düşer.
TANKLAR:
Yukarıdaki banyonun tankları kullanılmaktadır.
ANODLAR:
Paslanmaz çelik anodlar kullanılmaktadır.
BANYONUN HAZIRLANMASI:
1. 113,4 gr dekstrozu en az miktarda su içerisinde çözündürün. Su ısıtılmış olduğu takdirde dekstrozun daha hızlı biçimde çözündürülmesi mümkün olur, ancak bu şekilde hareket ederseniz kullanmadan önce çözeltiyi oda sıcaklığı düzeyine soğutun.
2. Potasyum siyanür ve potasyum hidroksiti 1,9 lt saf suda çözün ve dekstroza katın.
3. Şimdi, sürekli ve düzenli karıştırma altında, konsantre indiyum klorür çözeltisine katın (NOT : BU İŞLEMİ İYİ ÇEKİŞLİ BİR DAVLUMBAZ ALTINDA VEYA AMACA ELVERİŞLİ İYİ HAVALANDIRMALI BİR ORTAMDA GERÇEKLEŞTİRİN). Berrak ve nerede ise renksiz bir çözelti elde edilmelidir.
4. Çözeltiyi 24 saat dinlenmeye bırakın. Bir çökelme oluştuğu takdirde, çözeltiyi filtre edin. Banyoyu saf su ile seyreltin ve böylece kullanılmaya hazır duruma getirin.
Az miktarda bir siyanür ayrışması oluştuğundan, birinci banyoda olduğu gibi, bu banyoda da bir siyanür içeriği ayarının yapılmasına gereksinim olacaktır. Çözeltinin yüksek miktardaki kostik içeriği HİDROLİZİ geciktirmektedir (Çinko kaplama Dersine bakın) ve siyanürün Polimerizasyon ürünlerinin oluşumunu durdurmaktadır.
BANYONUN ÇALIŞMASI
Akılda bulundurulması gereken önemli hususlar; çözeltinin pH dearecesinin 11 dolaylarında tutulması ve metal içeriği düzeyinin idame ettirilmesidir. Akım yoğunluğu önerilen düzeyin üstüne çıktığı takdirde katod verimi çok büyük ölçüde düştüğünden, önerilen katod akım yoğunluğunu aşmayın.
Siyanür banyolarının dağılma gücü, asidik tip banyolara göre çok daha fazla büyüktür, ancak ilk olarak açıklanan siyanür banyosu gerçekten can sıkıcıdır ve hazırlanması güç olup, daima indiyum içeren tortu oluşumu söz konusudur. Bu nedenle ikinci siyanür banyosu, birinci banyoya tercih edilmelidir. Her ne kadar bu ikinci banyo, genel katod verimi açısından bazı sorunlar sergilese de, tüm indiyum banyolarının içerisinde dağılma gücü en yüksek olduğundan, bu faktör esas alınacak olduğu takdirde, siyanür banyolarının en iyisidir. İndiyum kaplamanın önemi giderek arttığından, günümüzde birçok laboratuarda bu konu üzerinde araştırmalar yapılmıştır. Her ne kadar bu banyolar halen ticâri banyolar olarak kullanılmakta olsalar bile, yakın gelecekte sizlerin çok daha iyi indiyum kaplama banyoları kullanacağınıza inanıyorum.
İNDİYUM KAPLAMA BANYOLARININ KONTROLÜ
SÜLFAT BANYOSU:
pH:
pH kontrolü sülfürik asit veya sodyum hidroksit kullanılarak yapılır. Asit katılarak pH yaklaşık olarak 2,8 düzeyine düşürüldükten sonra, aşağıdaki tablonun kullanılmasında fayda vardır:
TABLO 2
pH aşağıdaki düzeyde iken,
2’ye düşürmek için
Banyonun beher galonu için, katılacak 1N asit cc.si
2,8
16
2,6
15
2,5
14
2,3
10
2,2
7,4
2,1
4
Asidi damla damla katın ve iyice karıştırıp pH’ı ölçün.
METAL İÇERİĞİ
Kontrol amacı ile indiyum içeriğinin belirlenmesi için en basit yöntem bir Bome hidrometresi kullanmaktır. Banyo henüz yeni hazırlanmışken hidrometreden bir okuma değeri alın ve bu değeri kontrol göstergesi olarak kullanın. pH Artışı ile birlikte okuma değerinin artışı, metal içeriğinin uygun nokta değeri ötesinde artışının göstergesidir. Bu nedenle banyoyu, Bome ve pH değerleri normal düzeylerine erişinceye dek çözünmez anodlarla çalıştırın. Bome derecesinin normalden düşük ve pH değerinin de düşük olması durumunda, Bome derecesi normale dönünceye dek banyoyu çözünebilir anodlarla çalıştırın ve pH değerini tekrar ayarlayın. Birinci yöntem daha ziyade tercih edilir ve daha doğru sonuç verir, bununla beraber ikinci yöntem hafifçe doğruluktan sapar ve sülfat içeriğinin somut biçimde artmasına neden olur.
Doğru bir kontrol yönteminin uygulanmasına gereksinim olduğu takdirde, 10 ml’lik bir örnek alarak, 250 ml’lik bir beher içerisine aktarın. 50 ml saf su ile seyreltin ve 1 gram kristal amonyum nitrat ve çözeltinin amonyak kokusunun giderilmesi için yeterince amonyum hidroksit katarak, jelatinimsi indiyum hidroksit tortusu oluşmasını sağlayın. Çözeltiyi kaynama noktasına dek ısıtarak 5 dakika boyunca kaynatın, biraz parçalanmış kağıt katın ve #40 Whatman kağıdı üzerinden çözeltiyi süzüp, çökeltiyi birkaç kez sıcak saf suyla yıkayın. Alçak ateşte bir platin veya porselen pota içerisinde çökelme ürününü yakın ve iyi bir terazide tartın. ÇÖKELME ÜRÜNÜ AĞIRLIĞININ 11,08’LE ÇARPIMI, ÇÖZELTİNİN GALONU BAŞINA ONS (AVUARDÜPUA) CİNSİNDEN İNDİYUM METALİ İÇERİĞİNİN MİKTARINI VERECEKTİR.
Bu analizin yapılmasında, darasını önceden alacağınız bir kroze kullanacaksınız ve kroze içerisindeki tortuyu tartacaksınız veya DARALI kroze kullanacaksınız, yani terazinin diğer kefesinin üzerine Şekil 11’de görüldüğü gibi krozenin karşı ağırlığını temsil eden boş bir kroze yerleştireceksiniz ve böylece teraziden yapacağınız okuma, tortu artı pota ağırlığı yerine, salt tortunun ağırlığı olacaktır. Tortunun yakılma tekniği de Şekil 12’de görülmektedir.
SÜLFAT İÇERİĞİ
Sodyum sülfat biçiminde mevcut sülfat, banyo ortamının geçirgenliğini arttırmak için kullanılmaktadır. En basit kontrol yöntemi, standart anod ve katod ve standart elektrot aralığı ile, ammetre ve voltmetre okuma değerlerinin banyo taze hazırlığında alınması sayesinde uygulanır. pH Değeri, orijinal pH değeri ile aynı olduğu ve ampermetre okuma değeri düşmüş olduğu takdirde, bu okuma değeri normal düzeyine erişinceye dek biraz sodyum sülfat ilave ediniz. Alternatif olarak ve daha doğrulukla, bir gravimetrik yöntem dışında, iletkenlik bir Haring hücresinin kullanılması sureti ile de ölçümlenebilir.
DİĞER ASİT BANYOLARI
İndiyum içeriğinin daha hassas ve doğru olarak belirlenmesi için yukarıda açıklanan gravimetrik yöntemi veya daha az hassasiyet ve doğrulukla belirlenmesi için de, Bome ve pH değerleri yöntemini uygulayın. Sülfamat banyosunda, pH değerini sülfamik asit ve amonyum hidroksitle ve fluoborat banyosunda da fluoborik asitle kontrol edin. Yukarıda açıklanan iletkenlik testi, iletken tuzlar testi için de kullanılabilir.
SİYANÜR BANYOLARI
SERBEST SİYANÜR:
Bakır kaplama dersinde açıklanan standart yöntemi uygulayın ancak, çözeltinin sarı rengi, çökelme oluşumunun sarımtırak rengini maskelemeyecek şekilde, su ile iki kat hacme seyreltin.
SİYANÜR BANYOSUNDAKİ İNDİYUM METALİ
5 ml numune alın ve 250 ml’lik bir beher içerisine aktarın. Bir davlumbazın altında, 10 ml konsantre nitrik asit ilave edin ve 5 dakika boyunca kaynatın. Ateşten indirin ve 1 gram amonyum nitrat ile 70 ml saf su ilave edin (DİKKAT, su ilave etmeden önce soğuyana kadar bekleyin). Bundan sonra, çökelme tamamlanıncaya dek dikkatle amonyum hidroksit ilave edin. Kaynatarak, ilave edilen amonyum hidroksit fazlasını tahliye edin ve filtre kağıdı hamuru ile karıştırın. Asit yönteminde tanımlandığı gibi, Whatman kağıdı üzerinden süzün ve yine yukarıda açıklanan şekilde çökelme ürününü yakın ve tartın. Bu defa 5 ml numune alınmış olduğundan;
GALON BAŞINA AVUARDÜPUA ONS CİNSİNDEN METAL MİKTARI = (ÇÖKELME ÜRÜNÜ AĞIRLIĞI)x(22.16)’dır.
SORU : Neden?
pH:
Gerekli ise pH derecesini yükseltmek için potasyum hidroksit ilave ederek, kontrol için pH kağıdı kullanınız.
İNDİYUM KAPLAMA BANYOLARININ ÇALIŞTIRILMASI:
İndiyum kaplama banyosundaki en ilginç husus, katod etkinliğinin değişkenliğidir. Yukarıda açıklanan tüm banyolar ve özellikle siyanür banyoları için, kaplama yapmadan önce kaplama hızını ve ölçeğini saptamak için bir pilot test örneğinin kaplamasının yapılması çok yerinde olacaktır. Bu test için bütün yapılacak iş, kaplanmadan önce ve kaplandıktan sonra tartılacak olan bir örnek parçanın banyoda kaplanmasından ibarettir. Bu test sonucunda istenen koşullar altında ve amper/dakika bazında, ne kadar metal çökelterek kapladığınızı saptayacaksınız ve böylece aynı tür örnekler üzerinde doğru birikimlenme kaplamasının oluşturulması için gerekli zamanı ve akım yoğunluğunu ayarlama olanağına sahip olacaksınız. Böylesi bir test çalışma günü başlanıcında ve gayri muntazam biçimli parçaların kaplanması gerektiğinde uygulanmalıdır.
ÖRNEK 2:
Dahili anodlu (karbon çubuklar) özel tutucuların kullanılması sureti ile, bir siyanür banyosundan, Şekil 13’te görülen yüzey üzerine 0,00001” (0,25 mikron) kalınlığında indiyum kaplama yapılacaktır. İzin verilebilir akım yoğunluğu 15 A/ft2’dir (1,61 A/dm2). Tutucu üzerinde 10 adet kaplanacak parça bulunmaktadır. Aynı şekilli parçalardan biriyle yapılan test sonuçlarına göre, parçanın kaplanmadan önceki ağırlığı 30,111 gram, 15 A/ft2 akım yoğunluğu altında 30 dakika boyunca kaplandıktan sonra ise 30,415 gramdır.
SORU:
Halkalar üzerinde ortalama 0,00001” kalınlığında bir kaplama gerçekleştirmek amacıyla, 10 parçalık bir askının kaplanması için kaç amper/saat veya amper/dakika ve kaç dakikaya gereksinim vardır?
ÇÖZÜM:
%100 verimde indiyumun elektrokimyasal özelliklerinden yola çıkıldığında, 1 ft2 yüzey üzerinde 0,001” kalınlıkta kaplama yapmak için 12 amper-saat akım yoğunluğuna gereksinim vardır. Bu nedenle, 1 ft2 yüzey üzerinde 0.00001” kalınlıkta kaplama yapmak için, 0,12 amper-saat veya 7,2 amper-dakika akım yoğunluğuna gereksinim olacaktır [(0,00001x12)/(0,001)].
Bu işlem doğal olarak %100 verim altında gerçekleşmektedir. Banyonun katod verimi, teorik olarak kaplanacak metalin ağırlığının, fiilen kaplanan metal ağırlığına bölünerek, 100’le çarpımı sonucunda elde edilir. Kullanılan elektrik enerjisinin beher amper-saati için 1 ft2 yüzey üzerine teorik olarak 1,427 gram metal kaplandığından, 15 A akım şiddeti altında 30 dakika süresince yapılacak kaplama sonucunda tespit edeceğiniz kaplama katmanı ağırlığı teorik olarak:
[(15 x 30) / 60] x 1,427 = 10,7 gram olacaktır.
Verilen parçanın boyutlarından, her parça için kaplanacak yüzey alanı 0,05 ft2 ’dir (2. Derste verilen alan tablolarına bakınız). Bu kaplama ölçeğinde 0,05 ft2 yüzey üzerinde çökertilerek kaplanacak metal ağırlığı 0,53 gramdır.
Bununla beraber test sonucunda fiilen yapılmış olan kaplama ağırlığı;
30,415 – 30,111 = 0,304 gr’dır.
Bu durumda verim,
(100 x 0,304) / 0,53 = %57,4’tür.
Bu nedenle halka yüzeyindeki beher ft2 üzerine istenen 0.00001” kaplama yapmak için
7,2 / 0,574 = 12,56 Amper/dakika
düzeyinde elektrik enerjisine gereksinim olacaktır.
Kaplama 15 A/ft2 akım yoğunluğu altında yapıldığından, gerekli süre
12,56 / 15 = 0,83 dakika olacak ve
askı (yalıtılmış) üzerindeki toplam akım şiddeti 15 A olacaktır.
İNDİYUM KAPLAMA HAKKINDA ÖZEL NOTLAR
1. Özellikle asit tipi banyolar kullanıldığında, az ıslatıcı işleve sahip olduklarından ve siyanür banyosunda olduğu gibi yardımcı temizleme kabiliyetleri olmadığından, indiyum kaplama öncesinde temizliğin yapılması özellikle iyi olacaktır.
2. Parçaların kaplanmayacak olan bütün bölümleri maskelenmeli ve/veya tamponlanarak kapatılmalıdır. Metal kaybının önlenmesi için tüm askılar iyice yalıtılmış olmalıdır. İndiyum israf edilemeyecek kadar pahalı bir metaldir!
3. Tercihen sıcak su ile yapılacak ilk çalkalama için, süzüntü kaybını olabildiğince azaltmak amacı ile, bir süzüntü geri kazanma tankı kullanınız.
DOLAPTA İNDİYUM KAPLAMA
Dolapta indiyum kaplamaya pek az gereksinim duyulur. Bununla beraber, tank kaplama çözeltilerinin tümü bu amaçla da kullanılabilir. Böylesi çözeltilerin kovanda kaplama amacı doğrultusunda kullanılmaları durumunda, metal içeriklerinin en azından %10 oranında arttırılması önerilir.
İNDİYUM KAPLAMANIN SÖKÜLMESİ
İndiyum kaplama çoğunlukla kurşun veya gümüş üzerine yapılır. İndiyumun bu metallerden sökülmesi için, sökülecek parçayı anod olarak aşağıdaki çözelti içerisinde çalıştırın :
Sodyum sülfat ............................. 113,4 gr/lt
Sülfürik asit ............................. 56,7 gr/lt
Su ........................................ 3,785 lt
Oda sıcaklığında, paslanmaz çelik katodlarla, 6 V gerilim uygulayın. Akım şiddeti sıfıra veya çok küçük bir değere düşer düşmez kaplama soyulur.
İNDİYUMUN SICAKTA İŞLENMESİ
Gümüş veya kurşun üzerine kaplama gibi çoğu difüzyon amaçları için, 149°C sıcaklıkta bir yağ banyosu içerisinde 1 ilâ 2 saat ısıtma tatmin edici sonuç verir. Diğer tip işler için sıcaklık düzeyi ve süre uzunluğu, deneyler yapmak sureti ile iyice belirlenmelidir.
YAŞANMIŞ BİR İNDİYUM KAPLAMA TECRÜBESİ
Sülfamat tipi bir indiyum banyosu, yumuşatıcı olarak dekstrozun kullanılarak hazırlanmıştır. Banyo, Florida’nın güneyinde, güneşin nerede ise tüm gün boyu girebildiği açık bir pencerenin yanına yerleştirilmiştir. Banyo ilk bir ay boyunca %96’ ya yakın katod veriminde çalıştırılmış ve çalıştıkça verim tedrici biçimde azalmıştır. Banyo analizle uyumlu tutulmuş olarak yaklaşık üç ay boyunca çalıştırıldıktan sonra, rengi nerede ise kahverengine dönüşmüş ve katod verimi şiddetli bir düşüş kaydederek, %15’ in altına inmiştir. Banyo teknisyeni, sakkaridler gibi (örneğin dekstroz) katkı kimyasallarının, sülfamik asit gibi bazı bileşikler varlığında FOTOLİZ’e (fotokimyasal bozuşma/ayrışma) tâbi oldukları gerçeğinden haberdar değildir. Bazı nedenlerden ötürü ayrışma ürünleri katoddaki hidrojen kaplanması için gerekli voltaj eşiğini düşürerek, daha fazla hidrojen kaplanmasına ve verimin düşmesine neden olur. Bir aktif karbon uygulaması ile filtrasyon ve morötesi (ultraviyole - UV) ışınlardan koruyucu ekranlı bir gölgelikle banyonun korunması sorunu çözer. UV formundaki radyasyonun, hem elektrikli hem de elektriksiz kaplama banyoları üzerinde güçlü etkileri olabilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder