Kadmiyum Nedir, Kadmiyum Kaplama Nedir, Kadmiyum Kaplama Nasıl Yapılır?

Kadmiyum Kaplama
Sembolü : Cd

Atom Ağırlığı : 112,42

Kadmiyumun Özellikleri: Kadmiyum, mavimsi beyaz bir metaldir. Oldukça yumuşaktır. Sünek bir yapıda olup, elektriksel iletkenliği orta seviyededir. Özgül ağırlığı 8,65 olup birleşme değeri (değerliği) 2’dir. Hava ile uzun süre temas ettiğinde (yüzey oksitlenmesi sonucu) sarı veya kahverengimsi bir renk alır.

Kaplama Metali Olarak Kadmiyumun Kullanılması: Kadmiyum kaplamanın en geniş kullanım alanı, demir ve çeliğin paslanmasını önlemek amacıyla koruyucu yüzey kaplaması şeklindedir. Birçok açıdan, çinko ve kalaydan daha iyi sonuç vermektedir.

1- Kadmiyum, çinkoya göre daha fazla sünektir. Bu nedenle kadmiyum kaplanmış parçalar kolaylıkla bükülebilir veya şekillenebilir. Oysa çinko kaplanmış parçaların bükülme veya şekillendirilmesi sırasında kaplama yüzeyinde çatlaklar oluşur.

2- Kadmiyum kaplanmış yüzeylerin lehimlenmesi, çinko kaplanmış yüzeylere göre daha kolaydır. Gerçekte lehimleme kolaylığı açısından kadmiyum kaplanmış yüzey ile kalay kaplanmış yüzey hemen hemen aynıdır. Kadmiyumun elektriksel iletkenliği, kalaydan daha yüksektir. Çinkonun elektriksel iletkenliği başlangıçta kalaydan biraz daha yüksek olmasına rağmen, yüzeyinden elektrik akımı geçişi esnasında yüzey, kadmiyumun yüzeyine göre daha kolay karardığından (beyaz oksit oluşur) daha yüksek dirençli hale gelir. Bu hızlı oksitlenmenin sonucu olarak, çinko yüzeyin başlangıçta yüksek olan iletkenliği düşecek ve bundan dolayı kadmiyum kaplanmış birleşme noktaları, çinko kaplanmış olana göre daha üstün olacaktır.

3- Demir ve çeliğin açık havada paslanmasını önlemek açısından, kadmiyum kalaya göre daha iyi sonuç vermektedir ve çoğu uygulama için daha iyisi yoksa, bu açıdan kadmiyum kaplama, çinko kaplama ile eşit performansa sahiptir. Paslanmaya karşı korumadaki bu fark, aşağıda kadmiyumun elektrokaplama özellikleri (elektrokimyasal özellikleri) bölümünde anlatılacaktır.

4- Kadmiyum ile kaplanmış yüzeylerin yağlama özelliği, çinko kaplanmışlara göre daha iyidir. Bunun anlamı, kadmiyum ile kaplanmış dişli parçaların birbirine kaynaması ve donması çok az rastlanan bir olaydır.

Çoğu uygulamada kadmiyum kaplamanın çinko kaplama yerine kullanılmamasının tek nedeni, kadmiyumun ve yan ürünlerinin toksik (zehirli) oluşudur.

Kadmiyumun Elektrokimyasal Özellikleri: %100 katot veriminde, 1 amper-saatlik elektrik enerjisi ile 2,096 gr. kadmiyum kaplanır. 1 dm² yüzeye 10 mikron kalınlığında kadmiyum kaplamak için gereken elektrik miktarı 0,416 amper-saat’tir. 1 dm² yüzeye, 50 gram kadmiyum kaplandığında, kaplanan kadmiyum ortalama kalınlığı 6,74 mikrondur. Siyanür tipindeki bir banyonun ortalama katot verimi %90-95’tir.

Şimdi, kaplanan metal niçin altındaki metali korozyona karşı korur konusunu düşüneceğiz. Bir metali korozyona karşı 2 şekilde koruyabilirsiniz:

1- Bir metal yüzeyi, üzerini başka bir metal ile boya tabakası gibi kaplayarak öyle bir katman oluşturursunuz ki, korozyona neden olan maddenin alttaki ana metale ulaşmasını engellersiniz (bkz. Şekil 9).

2- Bir metali (ana metal), ondan daha kolay korozyona uğrayabilen bir başka metal ile kaplarsınız.





İkinci metot “özverili koruma” olarak bilinir. Burada, korumak istediğiniz metali, korozyona daha meyilli olan başka bir metal ile korursunuz. Burada, demirin çinko ile kaplanmasını örnek gösterebiliriz. Pratikte çinko, böyle bir düzenleme ile yüz yüze kalan aşındırıcı bir ortamda (korozyona neden olan maddeler) en iyi veya en kolay yoldan çalışacaktır (Enerjinin hangi prensibi?). Aşındırıcı ortam, önce çinkoyla reaksiyona geçecek, çinkoyu tükettikten sonra, demire başlayacaktır. Burada bir benzetme yapacak olursak; “çinkoyu enayi bir adama” benzetirsek, demir yerine “dayak” yiyecek olan çinko olacaktır. Bu yüzden metoda, kurban adı verilmektedir. Bu metotta, “kapıyı kapatmak” üzerinde fazla endişe edilmemelidir. Burada, “kapı veya pencere” aralık kalmışsa çok da önemli bir durum yoktur, çünkü, aşındırıcı ortam önce, “zayıf olana” saldıracak, onu tamamen yenmeden, “kuvvetli olanı” etkilemeyecektir.

Yukarıda verdiğim kaba örnek için lütfen beni affedin, fakat oldukça doğru bir örnekti ve 1.Dersteki enerji prensiplerini anlatmanın en kolay yolu idi. Kimyasal enerji söz konusu olduğunda, çinkonun çözünmesi en kolay enerji yoludur. Tüm çinko tükendiğinde, ve aşındırıcı kimyasal enerji halen mevcutsa, geriye kalan tek enerji yolunu takip ederek, demire saldırır. 2.Ders’te verilen, elekromotor serileri göz önüne alındığında, çeşitli metallerin bu türde kimyasal reaksiyonlara karşı gösterecekleri direnç hakkında bir fikir sahibi alınabilir.

Seride yukarı çıkıldıkça, metallerin kimyasal reaksiyonlara karşı direnci düşer. Fakat bu seride kadmiyum demirin altında bulunmaktadır, bu yüzden de kadmiyum demirin paslanmasını önleyemez diye düşünebilirsiniz. Serideki metallerin yerleri birbirlerine göre “görecelidir”, yani kimyasal şartlara göre, bu yerler farklı veya birbirleri arasında çapraz yerlerde bulunabilirler. Bazı teorik kimyasal yaklaşımlara göre; bu seride kadmiyum demirin altında yer almalı idi ve böyle de oldu, fakat çeşitli aşındırıcı ortamlarla yapılan gerçek testler göstermiştir ki, kadmiyum demirin biraz üzerindedir ve bu nedenle demirin paslanmasını önleyebilmektedir

Uygulamadaki korozyon açısından, dizideki metallerin düzenlenişi üzerinde durulmalı, laboratuvar dışındaki gerçek ortamlarda metallerin yerleri belirlenmelidir. Örneğin, tuzlu su içinde metallerin davranışının nasıl olacağı gösterilmelidir.

Metallerin, “göreceli” pozisyonları değişkenlik gösterebilir, birbirleri arasında yer değiştirmeleri çok seyrek rastlanan bir durumdur.

Potansiyel enerji kavramında görülür ki, dizideki metaller birbirinden ne kadar uzakta ise, birbirleri arasında o kadar “potansiyel fark var” demektir. Bakır ve çinko söz konusu olduğunda, 2.Ders’te gösterilen “yaş pil” de görüldüğü gibi kimyasal bir çözelti kullanıldığında, iki metal arasında 1,09 Volt’luk potansiyel farkı oluşur. Bu potansiyele, “korozyona neden olan güç” diyebilirsiniz. Fark ne kadar çoksa, üstteki metal o kadar hızlı korozyona uğrar.

Birbirinden farklı iki metal bir kimyasal ortamda temas halinde ise, buna “çift” denir. “Çift”, elektriksel potansiyel (korozyona neden olan güç) üretir. Potansiyel büyüdükçe, korozyona yol açan güç de büyür. Pasivite ve aşırı gerilimden kaynaklanan istisnalar (eğitim programının, 9.dersindeki çinko kaplama bölümüne bakınız) haricinde; elektromotor veya galvanik dizilerde bulunan metaller ne kadar birbirinden uzakta ise, bu iki metal arasında o kadar büyük potansiyel fark oluşur.

Birbirine yakın metaller, “zayıf çiftler”, birbirinden uzak olanlar “kuvvetli çiftler” oluştururlar. Bir çifti oluşturan metallerden daha yüksekte olan, tıpkı kaplama banyosundaki anot görevini görür (çözünür veya korozyona uğrar) ve daha alttaki veya daha asil olan metal katot görevi görür ki, bunun üzeri kaplanır; eğer bir metal ile olmazsa hidrojen gazı ile kaplanır. Daha basitleştirmek gerekirse, daha yüksekteki veya daha az asil metal korozyona uğrar, daha aşağıdaki veya daha asil metal sağlam kalır.

Kadmiyum, Şekil 6’ da gösterilen diziye göre, demirin çok az üzerinde bulunmaktadır. Bu nedenle, kadmiyum ve demir “zayıf çift” oluştururlar ve korozyona neden olan güç o kadar büyük değildir. Kadmiyum, demir üzerine düzgün bir şekilde kaplanır ve kolaylıkla korozyona uğramaz, demiri özveriyle korur (paslanmasını önler). Çinko kaplama ise, daha gözenekli bir yapıya sahip olmasına rağmen, demiri daha derinlemesine “özverili” olarak korur. Fakat uzun periyotta, çinko kadmiyuma göre daha hızlı korozyona uğrayacağından, kadmiyum ile demiri kaplamak, daha iyi sonuç verecektir. Demiri ve çeliği, hangi metal daha iyi korur sorunuzun yanıtı oldukça karmaşıktır ve henüz tam tanımlanmamıştır (cevaplanmamıştır) Deniz ile ilgili uygulamalarda kadmiyum tercih edilmektedir ve şunu da belirtmek gerekir ki demirin korozyondan korunması için kadmiyum ile kaplama şartını pek çok ülkenin şartnamelerinde belirtilmektedir.

Şu anda elinizde, korozyon konusu ile ilgili özet bir bilgi mevcuttur. Şimdi işimize geri dönelim.

Dikkat: Herhangi bir yiyecekle teması olacak hiçbir malzemeyi kadmiyumla kaplamayınız. Kadmiyum metali, pek çok yiyecek asidi ile çözünür ve çok az bir miktar kadmiyum metali vücuda alınırsa, ciddi mide rahatsızlıklarına ve başka zehirlenmelere yol açar.

Siyanürlü Kadmiyum Kaplama Banyoları

Kadmiyum için standart olarak kullanılan kaplama banyosu, siyanürlü kaplama banyosudur. Kontrolü kolay olan banyo, geniş bir kompozisyon ile çalışma imkanı verirken, çok iyi “dağılma gücü” sağlamaktadır. Asitli kadmiyum kaplama yönteminin geniş bir uygulaması olmamakla birlikte, bu dersin sonunda anlatılacaktır.

Bileşen


Derişim

Kadmiyum oksit


30 gr/lt

Sodyum siyanür


127,3 gr/lt

Parlatıcı


İhtiyaç kadar

Çalışma Koşulları


Önerilen değerler

Çalışma sıcaklığı


21 – 32 °C

Akım yoğunluğu


1,6 – 4,85 A/dm²

Gerilim


1 – 4 Volt

Ortalama katot verimi


%90 – 92

Aynı çözelti, tankta kaplamada olduğu kadar, dolapta kaplama için de kullanılabilir. Dolapta 7 – 14 volt sabit olarak korunabilir.

Çözeltiyi hazırlamak için, kullanılacak su miktarının 2/3’ü içinde sodyum siyanürü çözün. Eğer mümkünse, su sıcak veya ılık olmalıdır. Siyanürü çözdükten sonra kadmiyum oksit ekleyip karıştırın. Ardından parlatıcı ilavesi yaptıktan sonra kalan suyu ekleyin.

Tanklar: Kadmiyum kaplama için kullanılacak en iyi tipteki tank, plastik polipropilen astarlı çeliktir. En iyi ikinci seçim ise, karbonlu çelikten imal edilmiş tanktır. Bunlardan hangisi kullanılırsa, boşta akım etkisini (stray current) engellemek için tank duvarlarını cam ile kaplayınız.

Dolaplar: Eğer kadmiyum kaplama dolapları kullanılır ise, dolaplar polipropilenden veya benzer malzemeden imal edilmelidir.

Sıcaklık Kontrolü: Parlak kadmiyum kaplamalar elde etmek istendiğinde, kaplama işleminin sıcaklık kontrolü çok önemlidir. Öyle ki, işlemin sıcaklığı artma eğilimi gösterdiğinde,

parlaklık kalitesi düşecektir. Bu etki, özellikleri dolapta kadmiyum kaplama işleminde fark edilebilir ölçekte olmaktadır. Çözeltiden geçen yoğun akım; çözelti sıcaklığını , oda sıcaklığının oldukça üzerine yükseltir. Ayrıca bu durum tank işleminde de fark edilebilir ölçekte gerçekleşmektedir. Burada her ayak kare kaplama yüzeyi için 7,57 litre ’den daha az çözelti içinden, yüksek akım yoğunluğu geçmektedir. Bununla birlikte dolapta kaplama yönteminde çözeltinin sıcaklığını oda sıcaklığına yakın tutmak için tank içinde soğutma devresi kullanımını tavsiye ederiz. Soğutma bobinleri çelik tercihen paslanmaz çelik olmalıdır. Bipolar (çift kutup) etkisini önlemek için, soğutma bobinleri yerleştirin. Daha ileri bir teknikte ise, kadmiyum çözeltisini, soğuk su tankındaki soğutma serpantininden pompalamaktır (eğer ihtiyaç duyulursa, soğutulmalıdır).



Kadmiyum Kaplama Parlatıcıları

Piyasada, kadmiyum kaplama çözeltileri için çeşitli türde parlatıcılar bulunmaktadır. Bunların çoğu, karmaşık doğaları (yapıları) olan organik bileşiklerdir. Ayrıca, az miktarda da olsa, organik parlatıcılarla birlikte veya tek başlarına kullanılabilen metalik parlatıcılar da mevcuttur. Satın alınacak iyi parlatıcıların üreticilerini, bu dersin sonundaki “referanslar” bölümünde bulabilirsiniz. Eğer, kendi parlatıcınızı yapmak isterseniz aşağıdaki reçeteyi uygulayın.

Bileşen


Derişim

Sülfonatlı hintyağı


453,6 gr

Nikel siyanür


283,5 gr

Sodyum siyanür


453,6 gr

Sodyum hidroksit


56,7 gr

Su


3,79 lt

Kullanılacak su miktarının 2/3’ünde sodyum siyanür ve sodyum hidroksiti çözün, daha sonra nikel siyanürü ilave edin. Çözelti; kırmızımsı, berrak bir renk aldığında, “sülfonatlı hintyağı” içinde karıştırın. Parlatıcıyı, ileriki zamanlarda da kullanabilmek için ağzı çok iyi kapanabilen bir şişede saklayın.

Her 1 litre kadmiyum banyosu için, bu çözeltiden 45 ml kullanın. Sonucu görmek için, önce banyodan aldığınız birkaç litre numuneye ilave yapın ve sonucu gözlemleyin. Çünkü kontrol ile elde edilen deneyime göre miktarı değiştirebilirsiniz.



Kalın Kaplamalar İçin Kadmiyum Kaplama Banyosu

Yukarıda verilen parlatıcılar, çok iyi sonuç vermeleri ile birlikte, kaplama tabakasının kırılgan olmasına da neden olurlar. Eğer herhangi bir nedenle, sünek ve yarı parlak bir görünüme sahip kalın kadmiyum kaplama tabakası elde etmek isterseniz, aşağıdaki reçete tavsiye edilir.

Bileşen


Derişim

Kadmiyum oksit


45 gr/lt

Sodyum siyanür


120 gr/lt

Nikel sülfat


0,25 gr/lt

Çalışma Parametreleri


Önerilen değerler

Çalışma Sıcaklığı


30 °C ± 5 °C

Katot Akım Yoğunluğu


2,15 – 3,23 A/dm²

Kadmiyum metalinin miktarı, 39 gr/litre’de tutulmalıdır. Serbest siyanür miktarı 41 gr/litre, serbest sodyum hidroksit (kostik soda) miktarı da 28 gr/litre değerlerinde sabit muhafaza edilmelidir. Daha yüksek akım yoğunluğu ile çalışılmak istenir ise, katot çubuk hareketi ile karıştırma sağlanmalıdır.



Kadmiyum Banyosunun Çalıştırılması

Kadmiyum banyolarının çalıştırılması oldukça basittir. Fakat, iyi sonuç almak için bir takım şartların yerine getirilmesi gereklidir.

1- İlk banyodaki toplam siyanür miktarı ile kadmiyum metali arasındaki oranın, 4 – 5 : 1 değerinin üzerinde veya altında olmasına izin verilmemelidir. Bu nedenle, daha önce verilen banyo reçetesindeki oran 4,9 : 1’dir. Soru: Niçin? (İpucu Kadmiyum oksidin %86,5’i Cd’dur.) Eğer bu oran korunur ise, banyonun katot verimi de yüksek bir değerde korunmuş olacak, siyanür banyolarında oluşma eğilimi gösteren karbonat oluşumu yavaşlatılmış olacaktır.

2- Siyanür miktarı, sabit olarak korunmalıdır, çünkü miktardaki düşüş yukarıda belirtilen oranı değiştirecek ve anot veriminde düşüşe neden olacaktır. Böyle olduğunda, çözeltinin kadmiyum içeriği düşecek, karbonatların miktarı ciddi şekilde artacaktır ki, bu durumda kesinlikle kadmiyum tuzu ilavesi yapılmalıdır. Toplam siyanür miktarının günlük olarak korunabildiği uygun çalışma şartlarında, çok az kadmiyum tuzu ilavesi yapılır veya hiç yapılmaz.

3- Daha önce de dikkat çekildiği üzere, anot alanı korunmalı, anotlardaki akım yoğunluğu 3,23 A/dm²’yi geçmeyecek şekilde ve tercihen en fazla 2,69 A/dm² değerinde çalışması sağlanmalıdır.

4- Yukarıda tanımlanan banyonun hazırlanmasında, kimyasal reaksiyon sonucu bir miktar kostik soda (sodyum hidroksit) ortaya çıkar ve bu miktardaki kostik, çözeltinin elektriksel iletkenliğini arttıracağından çözelti için iyidir. Kostik, zaman içinde çözeltide yok olacaktır. Bunun nedeni, zamanla sodyum karbonata dönüşümün veya anot veriminin düşmesidir. Kostik miktarı, daha sonra anlatılacağı gibi, basit bir pH testi ile korunabilir.

5- Banyonun kullanımı ile zamanla biriken aşırı miktardaki sodyum karbonat, anot akım yoğunluğunu düşürür ve parlaklık kalitesini olumsuz yönde etkiler. Bu nedenle, banyo içindeki birikme oranı 67,4 gr/lt değerini aşar ise, kalsiyum sülfat işlemi veya magnezyum sülfat işlemi (DuPont “Karbonat Giderici”) ile veya “soğutma yöntemi kullanılarak banyodan uzaklaştırılmalıdır.



Kadmiyum Banyolarında Hata Giderme



Belirti/Problem



Kaplama yüzeyi donuk görünüşlü.

Muhtemel Sebep

1- Parlatıcı miktarı yetersizdir.

2- Siyanür miktarı çok azdır.

3- Metal içerik çok fazladır.

4- Karbonat miktarı çok yüksektir.

5- Kostik miktarı çok fazladır.

6- Ağır metaller bulunuyordur.

Çözüm

1- Parlatıcı miktarını arttırın.

2- Siyanür miktarını kontrol edin ve arttırın.

3- Metal miktarı olması gerektiği miktara gelene kadar; çelik anot ve dalgalı taklit katotlar ile 0,22 – 0,33 A/dm² de çalışarak metal miktarını düşürün. Alternatif olarak, banyodan bir miktar alın ve saklayın. Bu sakladığınız çözeltiyi ileride kayıp olanların yerine kullanabilirsiniz.

4- Karbonatı, soğutma yöntemi ile uzaklaştırın veya Karbonat uzaklaştırıcı ile derişimini düşürün.

5- Kadmiyum ilavesi yapmak için, kadmiyum oksit yerine kadmiyum siyanür tuzu kullanın veya kostik içeriği kabul edilebilir miktara inene kadar çelik anot ile çalıştırın.

6- Her 100 litre kaplama banyosu için, 1 – 6 mililitre sodyum polisülfür ilavesi yapın.



Belirti/Problem



Kaplama yüzeyi bulanık ve gri görünüme sahip, parlak daldırmalarda donuk bir görünüm elde ediliyor.

Muhtemel Sebep

Banyo içinde çok fazla miktarda demir bulunmasının yanı sıra, yetersiz miktarda kostik bulunması.

Çözüm

Kadmiyum çözeltisinde bulunan demir elektrolitik işlem ile uzaklaştırılamaz. Bir miktarı, çözeltinin sıcaklığını -2 °C ’ye düşürerek, soğutma yöntemi ile uzaklaştırabilir. Çok fazla miktarda bulunmuyorsa, parlak daldırma operasyonunda soluk yüzey görünümünü gidermek için banyoya 7,5 gr/lt kostik soda ilavesi yardımcı olacaktır. En iyi çözüm, iç yüzeyleri polipropilen kaplı tank kullanarak, demirin banyoya nüfuz etmesini önlemek ve klorür içeriğini düşük tutmaktır (klorür, demirin çözelti içinde çözünmesine yardımcı olur).

Kadmiyum Banyolarında Hata Giderme (devamı)



Belirti/Problem



Parlak daldırma sırasında veya sonrasında kaplamanın lekeli görünmesi veya renk değiştirmesi. Çözeltinin dağılma gücünün düşüş göstermesi.

Muhtemel Sebep

Çözeltide bakır bulunması

Çözüm

Siyanür miktarını ciddi ölçüde düşürmedikçe, bakırın etkili bir şekilde uzaklaştırılması mümkün değildir. Bu da çok zor ve pratik olmayan bir metottur. Kadmiyum metal süngeri kullanmak ta etkili olmaz. Nitrik asit yerine kromik asit tipi bir daldırma kullanmak, daha iyi parlak daldırma sonuçları elde edilmesini sağlar. Burada da en iyi çözüm yöntemi önlemektir. Bakırı uzak tutun. Bakır parçalar kaplarken akımı açık tutun, çökelen parçacıklar için tankın dibini kontrol edin. Eğer bakırın etkisi çok kötü ise, hiç kuşkusuz en iyi yol çözeltinin 1/3’ünü atıp, taze su ve taze kimyasallar kullanarak orijinal kompozisyondaki çözeltiyi tekrar yapıp, eksilen miktarı tamamlamaktır. Bakırı bakır sülfat olarak çökertmek için, sodyum sülfat ilavesini deneyiniz.



Belirti/Problem



Kadmiyum kaplama rengi koyu gri renkte, parlak daldırmada parlatılması zor, anotlar yüksek derecede polarize olmuş.

Muhtemel Sebep

Çözeltide kurşun bulunması

Çözüm

Kurşunun kaplama banyosu içindeki derişiminin 0,225 gr/lt’yi aşmaması gereklidir. Eğer bu miktar aşılır ise yukarıda belirtilen problemler ortaya çıkar. Kurşunu banyodan uzaklaştırmak amacıyla, çözeltideki her 1 gram kurşun için 1,5 gram sodyum sülfat ilave edilir ve karıştırılır, ardından çözelti filtre edilir. Kurşun ile birlikte az miktarda kadmiyum da çökelir. Böyle bir işlemden sonra, daima banyoyu filtre edin.

Kadmiyum Banyolarında Hata Giderme (Devamı)



Belirti/Problem



Kadmiyum kaplama sarı renkli görünüyor

Muhtemel Sebep

Banyo içinde, aşırı miktarda nikel bulunması (muhtemelen aşırı parlatıcı bulunması!)

Çözüm

Nikel fazlası giderilene kadar, kıvrımlı katot kullanılarak banyo gece boyunca yüksek akım yoğunluğunda (4,3 – 6,45 A/dm²) çalıştırılıp temizlenebilir. Bu yöntemle bir miktar kadmiyum kaybı da olacaktır fakat, diğer tek alternatif yöntem banyonun bir miktarını atmak ve çözeltiyi seyreltmektir.



Belirti/Problem



Kadmiyum kaplama yüzeyi mat gri, presten sonra lekeler ortaya çıkıyor.

Muhtemel Sebep

Aşırı miktarda çinko metalinin bulunması

Çözüm

Banyo gece boyunca düşük akım yoğunluklarında çalıştırılarak çinko giderilebilir.



Belirti/Problem



Çelik üzerine kaplamada istenmeyen benekler ve kaplamanın kabarması

Muhtemel Sebep

Banyoda kromik asit bulunması

Çözüm

Çözeltiyi, sodyum hidrosülfat ile işleme tabi tutarak kromik asit etkisini ortadan kaldırın. Bu kimyasal için 2 marka belirtmek gerekirse, biri Valrolite, diğeri de Lycopar’dır. (Bakır kaplama konusuna bakınız). Kirlenmenin kaynağını ortadan kaldırın!



Belirti/Problem



Kaplama yüzeyi süngerimsi. Anotlar incelmiş

Muhtemel Sebep

Çözeltide talyum, arsenik, antimon veya tellür mevcut olabilir.

Çözüm

Bunlar daha çok kalitesiz anotlardan karışır. Sadece saf anotlar kullanın! Bu maddeler banyodan kolaylıkla uzaklaştırılamazlar. Tek pratik çözüm, yukarıda söz edildiği gibi çözeltinin 1/3’ünü atmaktır. 0,75 gr/lt’den daha yüksek oranda bulunurlarsa kaplama yüzey kalitesinde hataya neden olurlar.

Kadmiyum Banyolarında Hata Giderme (Devamı)



Belirti/Problem



Kaplama yüzeyi gözenekli.

Muhtemel Sebep

Kaplama banyosu içinde organik kirleticilerin mevcut olması veya yetersiz miktarda kostik bulunması. Eğer tescilli parlatıcı kullanılıyorsa, “nemlendirici” tükenmiş olabilir.

Çözüm

Aşağıda anlatıldığı gibi peroksit ve aktif karbon işlemleri yapın. Eğer kostik miktarı az ise, mesela her 4 saatte bir 2 gr/lt gibi az miktarlarla ilave edin. Eğer hızlı ilave edilirse geçici olarak gri renkli kaplamalara yol açar. Eğer son sebep geçerli ise, parlatıcıyı satın aldığınız yere başvurunuz.



Belirti/Problem



Çözeltide küflenme. Kaplama yüzeyinde pürüzlü görünüm.

Muhtemel Sebep

Aşırı miktarda “sulfonatlı hintyağı” içermesi.

Çözüm

Bakır kaplama bölümünde anlatıldığı gibi, çözeltiyi aktif karbon ile işleme tabi tutun. Çok az hidrojen peroksit kullanın, yaklaşık olarak 3,79 litre kaplama çözeltisi için, 1 mililitre konsantre (100 hacim) hidrojen peroksit çözeltisi kullanın, öncesinde filtrelemek de yardımcı olacaktır. Filtreleme için kullanılan aktif karbon daha sonra atılmalıdır. Çünkü kullanılmaya devam edilirse pislikleri toplama kabiliyeti düşecek ve etkisiz kalacaktır. Parlatıcı konsantrasyonunu kontrol etmeyi ihmal etmeyin.



Belirti/Problem



Koyu, dumanlı kaplama yüzey görüntüsü

Muhtemel Sebep

Organik kirleticiler mevcut.

Çözüm

Aktif karbon ile banyo çözeltisini filtre edin.

Kadmiyum Banyolarında Hata Giderme (Devamı)



Belirti/Problem



Alacalı renkli, pürüzlü görüntüye sahip kaplama yüzeyi ve kararmış anotlar

Muhtemel Sebep

Banyo çözeltisinde gümüş veya kalay bulunması

Çözüm

0,32 – 1,07 A/dm² arasında düşük bir akım yoğunluğunda elektroliz edin veya taze kadmiyum sünger metali (kadmiyum ile bağ yapan metal) ile çökeltme yaptıktan sonra filtre edin.



Belirti/Problem



Çelik üzerine yapılan kaplamanın kırılgan olması

Muhtemel Sebep

1- Metalin (çeliğin) asitle doğru şekilde dağlanmamasından dolayı, hidrojen bulunması

2- Fazla miktarda parlatıcı bulunması

Çözüm

1. Asitte dağlama işlemini düzgün yapın.

2. Parlatıcının fazlasını aktif karbon işlemi ile uzaklaştırın.



Belirti/Problem



Kaplama yüzeyinin yanık olması

Muhtemel Sebep

1- Çok yüksek akım yoğunluğu uygulanması

2- Metal içeriğinin çok az olması

Çözüm

1- Akım yoğunluğunu düşürün

2- Çözeltinin metal içeriğini kontrol edin ve eğer düşükse doğru değere getirin.

Kadmiyum Banyolarında Sorun Giderme (Devamı)





Belirti/Problem



Anotlar siyah ve tozlu. Anotlar sümüksü, beyaz bir tabaka ile kaplanmış

Muhtemel Sebep

1- Çok yüksek akım yoğunluğu

2- Çok düşük serbest siyanür içeriği

3- Düşük kostik, çok yüksek karbonat

Çözüm

1- Akım yoğunluğunu düşürün.

2- Siyanür miktarını kontrol edin. Eğer düşükse arttırın.

3- Kostik ve karbonatı kontrol edin ve düzeltin.



Belirti/Problem



Katot verimi düşük

Muhtemel Sebep

1- Çok yüksek siyanür içeriği

2- Metal miktarının yetersiz olması

Çözüm

1- Siyanürü kontrol edin ve düzeltin.

2- Metal miktarını kontrol edin ve metal ilavesi yapın.

Kadmiyum Banyosunun Kontrolü

Toplam Siyanür Miktarı

Banyodan, otomatik bir pipet ile 5 ml numune alın ve 250 ml’lik erlene koyun. (Zehirli çözeltileri nakletmek için ağız pipeti kullanmayın). 100 ml saf su ve 5 ml %15’lik potasyum iyodür çözeltisi ekleyin. Bu karışıma 15 ml. amonyum hidroksit ilave edin ve ilk zayıf (belli belirsiz) sarı bulanıklık oluşana kadar 50 ml’lik büretten 0,1 N standart gümüş nitrat çözeltisi ilavesi yapın.

Hesaplama: Toplam sodyum siyanür = (0,261) x ( ... ml kullanılan AgNO3)

Eğer serbest siyanür miktarını hesaplamak isterseniz, şu formülü kullanabilirsiniz:

(Üstte bulunan sonuç) – [13,03 x aşağıda belirtilen metotla hesaplanacak olan kadmiyum miktarı (gr/lt)]

Kadmiyum Metali (Yaklaşık Kontrol Metodu)

Kaplama çözeltisinden aldığınız 20 ml numuneyi 50 ml.lik (hassas tip) dereceli silindire nakledin. Ayrı bir kapta 1 litre suda 38 gr sodyum sülfat çözerek hazırlamış olduğunuz çözeltiden 10 ml.yi dereceli silindire ekleyin. Dereceli silindirin 50 ml işaretine ulaşana kadar saf su ilave edin, ağzını kapatıp çok iyi karıştırın, bir gece boyunca kendi halinde bırakın. Sabah veya günün her hangi bir zamanında dereceli silindirin dibinde ne kadar çökelti birikmiş olduğunu okuyun.



Hesaplama (Yaklaşık olarak):

28,35 gram kadmiyum metali » 2 mililitre çökelti

Dolayısı ile, eğer çökeltinin hacmi 3,8 ml ise, elinizde 53,86 gram kadmiyum metali var demektir.



Kadmiyum Metali (Kesin Kontrol Metodu)

1) Bir pipetle banyo çözeltisinden aldığınız 1 ml numuneyi 500 ml.lik erlene koyun.

2) Üzerine 10 ml konsantre NH4OH ve 300 ml saf su ilave edin.

3) %4’lük formaldehit çözeltisinden 5 ml ekleyin. Bunun üzerine de 6 damla Eriochrome Black T indikatörü (belirteç) damlatın.

4) Çözeltinin rengi maviye dönene kadar 0,05 M EDTA titrantı (test ayıracı) ile titre edin. Bunun üzerine 4 ml daha formaldehit ilavesi yapın. Eğer çözelti pembeleşir ise rengi tekrar maviye dönene kadar titrasyona devam edin. Üzerine ilave edilen bir ml formaldehit çözeltinin rengini tekrar pembe yapmaz ise tepkime tamamlanmış demektir. Eğer yine pembeye dönüşürse, çözelti mavi renk alıp üzerine formaldehit ilave edildiğinde hiçbir şekilde pembe renk oluşmayana kadar EDTA ilavesi yapın.

Hesaplama: 1 ml 0,05 Molar EDTA = 0,00602 gr kadmiyum metali

Örnek #6: 1 ml çözelti numunesi, 3,6 ml 0,05 M EDTA gerektiriyor. Öyleyse, 1 ml çözeltide (3,6 ml) x (0,00602 gr/ml) = 0,02167 gr kadmiyum metali içerir. Böylece, 1 litre içinde, 21.67 gr kadmiyum metali veya ons/galon kadmiyum metali bulunur.

Bu metot, fluoborat banyolarındaki kadmiyum için de kullanılabilir.



Kostik Soda (Yaklaşık Kontrol Metodu)

Yüksek pH kağıdı (12-14) ile veya bir pH metre ile kostik miktarını test edin. pH 13’ü gösteriyorsa, kostik miktarı doğrudur ve 10,5 – 22,5 gr/lt var demektir. Eğer pH 13’ten düşük ise, 13 okuyana kadar kostik ilavesi yapın.

Bunun yerine, daha doğru bir kontrol için, 9. Ders’te bahsedilen, siyanürlü çinko banyolarında kostik miktarını belirleme metodunu da kullanabilirsiniz.

Tüm pipetle numune alma işlerinde “pipet güvenlik tıkacı” kullanınız. Pipet güvenlik tıkaçları, kimyasal maddeler satılan tüm dükkanlardan sağlanabilir.



Hull Cell Kontrolü Metodu :

Kadmiyum kaplama banyolarının çalıştırılmasında oldukça yardımcı olan başka bir yaklaşık kontrol metodu da, Hull Cell kabı kullanmaktır. Bu kap, çelik veya bakırdan yapılma katot levhası üzerinde değişken akım yoğunlukları oluşacak özel bir şekle sahip küçük bir kaplama banyosudur. Kaba 267 mililitre çözelti koyup, toplam 3 Amper akım uygulayarak kaplama yapılır. Katot üzerindeki değişken akım yoğunlukları, değişik tip kaplamalar elde edilmesini sağlar. Buradan elde edilen sonuçlar, gerçek kaplama banyosunun çalışma değerleri hakkında iyi bir fikir verecektir. Hull Cell kabı ders sonunda verilen tedarikçilerden satın alınabilir. Daha önce de bahsedildiği gibi, tüm kaplama banyolarının kontrolü için bu kaptan yararlanılabilir. Size bir fikir vermesi için, tipik bir siyanürlü parlak kadmiyum çözeltisi kullanılarak elde edilmiş test levhaları ve onlardan çıkarılmış olan yorumlar Şekil 8’de belirtilmiştir.



Kadmiyum Kaplama İçin Özel Uyarı

Kadmiyum kaplama çözeltilerinin, özellikle karbonat oranı yüksek olanlar yüksek viskoziteye (akışkanlık) sahip olurlar. Eğer sıvı kayıplarının (süzüntü) önlenmesi için özel tedbir alınmaz ise, kaplanacak olan malzeme üzerinden ve askılardan damlama nedeniyle kaplama çözeltisi kaybı meydana gelir. Bu kaybı önlemek oldukça önemlidir, çünkü kadmiyum tuzları pahalıdır. Kayıpları önlemek için uygulanan her türlü yöntem, paranın cebinizde kalması anlamı taşır. Buna göre, aşağıdaki gözlemler değer taşımaktadır.



Dolapta Kaplama

Kaplama dolabını akar suya doğrudan tutarak durulama işleminden sakınınız. Kaplama dolabındaki kaplanmış malzemeleri bir ızgara veya sepete dökün ki, olabildiğince fazla miktardaki kaplama sıvısı dolap ve tank içinde kalsın. Kaplama sıvısının çok iyi süzülmesi için yeterli zamanı tanıyınız.



Tanktan Çıkarılan Malzemenin Süzülmesi

Malzemeyi, tanktan yavaşça çıkarın ve durulama işlemine geçmeden önce süzdürme tankı üzerinde bir süre tutup süzülmesini sağlayın. Süzdürme tankında toplanan çözelti, kaplama banyosunda buharlaşmayla kaybolan çözeltinin ikmali için kullanıldığından, oldukça değerlidir.



Kadmiyum Kaplamada Gerilme

Kadmiyum metali kaplandığında bir miktar genleşme özelliği gösterirken, nikel kaplandığında büzülme özelliği gösterir (Şekil 9). Bu yüzden, kaplanacak ana metal yüzeyi, kaplanmadan önce çok iyi temizlenmelidir ki, kaplama ve ana metal birbirine çok iyi yapışsın.Eğer yapışma çok iyi olmaz ise, genleşme güçleri ile kadmiyum kaplama, ana metalden, “kabarcıklar” oluşturarak ayrışır.”Kabarcık” oluşmasının bir nedeni de, kaplanacak çelik yüzeyinin asitle, çok iyi temizlenmemesidir. Kabarcıklanma problemi, kaplama işlemi yapıldıktan sonraki günlerde de ortaya çıkabilir ki, bunun nedeni kalitesiz kaplama yapılmasından dolayı, alttaki çelik malzemenin korozyona uğramasındandır. Kabarcıklanma durumu kaplamadan hemen sonra veya bir süre sonra oluyorsa, asitle temizleme prosedürünü gözden geçirin.

Kadmiyum Fluoborat Banyosu

Kadmiyum fluoborat banyosu, Avrupa’da çokça kullanılırken, ABD’de az kullanılmaktadır. Düşük dağılma gücüne ve kaplama yüzeyinin düşük parlaklılık kalitesine rağmen, fluoborat banyolarının bazı avantajları vardır. En büyük avantajlarından biri, katot veriminin neredeyse %100 olmasıdır ki, bu da neredeyse sıfıra yakın hidrojen gazı çıkması demektir. Bu özellik, sertleştirilmiş çelik parçaların kaplanmasında hidrojen gevretmesine uğramamasına ve ısıl işlem yapılmamasına imkan tanımaktadır. Ayrıca yüksek verimden dolayı, kaplama işlemi oldukça hızlıdır ve siyanür banyosuna göre kontrolü daha kolaydır. Kararlı bir banyodur. Kaplanan yüzeyin rengi mat gümüşümsüdür.

Bileşen


Derişim (gr/lt)

Kadmiyum fluoborat


240

Amonyum fluoborat


60

Borik Asit


20

Meyankökü özü


1,05

Çalışma Parametreleri


Önerilen değerler

Çalışma Sıcaklığı


21 – 26,7 °C

pH


4 – 4,6 (pH kağıdı)

Anot - Katot oranı


2:1

Katot Akım Yoğunluğu


3,23 – 6,46 A/dm²

Tank İçinde Gerilim


4 – 6 Volt

Dolap İçindeki Gerilim


8 – 12 Volt

Vinyon veya saran ile torbalanmış, saf kadmiyum anotlar (döküm) kullanınız.

Eğer karıştırma yapıyorsanız, daha yüksek akım yoğunluğu kullanabilirsiniz.

Eğer arzu edilirse, hava ile karıştırma veya katot çubuk karıştırması yöntemi kullanılabilir.



Katkı Kimyasalları: Meyankökü özünü hazırlamak için, gerekli miktarda meyankökünü tartın, daha sonra bunu kaynamakta olan suya atın ve maksimum renk elde edilene kadar kaynatın. Bu suyu, ilave etmek için kullanın. Örneğin, 100 litrelik çözelti için, 100 gram kök tartmalı ve bunun tamamının özünü, 250 – 500 mililitre sıcak su ile elde etmelisiniz.

Banyoyu hazırlamak için, kaplama tankını (polipropilen veya teflon astarlı tank kullanın) 2/3’üne kadar iyi kalitede su (düşük klorürlü) ile doldurun, daha sonra kadmiyum fluoborat (konsantre sıvı olarak) ve amonyum fluoborat koyun. Şimdi pH değerini ölçün ve sürekli karıştırma ile, 1:1 amonyaklı su ilavesi yapıp pH değerini olması gereken değere getirin. Şimdi meyankökü çözeltisini katın ve banyoyu su ile işarete kadar tamamlayın.



Banyo Kontrolü : Banyo basitçe pH kontrolü yapılarak ve meyankökü içeriği ölçülerek kontrol edilir. Meyankökü miktarını kontrol etmek için; işlem sırasında banyodan alınan bir numune ile standart numunenin rengi karşılaştırılır. Eğer banyodan alınan numunenin rengi çok açık ise, standart numune ile aynı renge ulaşana kadar meyankökü özü ilave edilir. Alternatif olarak, daha önce anlattığımız bir Hull Cell kabı kullanılabilir. Banyodaki kadmiyum ve amonyum iyonunun miktarı kritik değildir ve metal içeriğinde önemli bir düşüş olup olmadığı bir hidrometre ile ölçerek kontrol edilmelidir.

Eğer sık sık, metal ve amonyak iyonlarının yapılmasına ihtiyaç varsa, tedarikçilerin tavsiyelerine göre veya bu dersin sonunda listelenen referanslara başvurarak çözüm bulabilirsiniz.

Banyoda karşılaşılan en büyük zorluk banyonun organik maddeler ile kirlenmesidir ki, bu kadmiyum kaplama yüzeyinin çizgi çizgi ve karıncalanmış bir yapıda olmasının yanı sıra, renginin kalitesiz olmasına yol açar. Bu durum, paslanmaz çelik filtre kullanarak, banyoyu aktif karbon ile işleme tabi tutarak düzeltilebilir. Filtre plakalarında ön kaplayın veya çözeltiyi, başka bir tankın içinde, içine karbon karıştırarak işleyin ve ardından, işlem tankına, filtre edilmiş ilk bölüm çözelti gelinceye kadar, çözeltiyi filtre edin. İşlem sırasında kaybolan meyankökü özünü, işlemden sonra yenisini ilave ederek tazeleyin.



Kadmiyum Sülfat Banyosu

Sülfat bazlı kadmiyum kaplama banyoları, siyanür içermeyen kadmiyum kaplama banyoları içinde en popüler olanlarıdır. Tipik reçete aşağıdaki gibidir.

Bileşen


Derişim (gr/litre)

Kadmiyum sülfat (CdSO4 . 8/3 H2O)


50

Sülfürik asit


50

Jelatin


10

Sulfonatlı naftalin


5

Çalışma parametreleri


Önerilen Değerler

Sıcaklık


30 C0

Katot akım yoğunluğu


1,6 – 2,15 A/dm²

Banyonun uzun süreli çalıştırılması ile, banyonun metal miktarı artar (anot verimi, katot veriminden daha yüksektir) ve artan metal miktarı ile, dağılma gücü önemli ölçüde düşer.



Kadmiyum Sülfamat Banyosu

Bu banyo, kadmiyum siyanür ve fluoborat banyosunun yerine önerilmiştir. Hem tank hem de dolapta kaplama için tavsiye edilmektedir. Siyanür ve fluoborat kullanımına gerek kalmadığı için, ilgi çekmektedir.

Bileşen


Derişim

Kadmiyum sülfamat


0,5 M

Amonyum sülfamat


0,2 M

Setiltrimetil amonyum bromür


5 gr/litre

Su


1 litre

Çalışma parametreleri


Önerilen değerler

Sıcaklık


30 °C

pH


3 – 5

Katot akım yoğunluğu


3,23 A/dm²

Bu banyonun en büyük dezavantajı, gerekli kimyasallarının pahalı oluşudur.



Kadmiyum Parlak Daldırma

Çoğu kadmiyum kaplama işleminden sonra, parçalar parlak daldırma işlemine tabi tutulurlar (Kadmiyum kaplama yüzey görüntüsü parlak olsa bile bu işlem yapılır) ve bu şekliyle malzeme kullanıma alınır. Kadmiyum için parlak daldırma işleminden, temizleme ve asitle yıkama dersinde söz edilmişti, fakat burada kullanılabilecek başkalarından da bahsedilecektir.

Bileşen


Derişim



Parlak Daldırma A

Nitrik Asit


%0,5 - %1’lik çözelti



Parlak Daldırma B

Kromik asit


97,3 gr/lt

Sülfürik asit


1,87 gr/lt



Parlak Daldırma C

Sülfürik asit


7,5 gr/lt

Hidrojen peroksit (100 hacim)


255,7 ml



Parlak Daldırma D

Kromik asit


250 gr/lt

Nitrik asit


170 gr/lt

Sülfürik asit


30 gr/lt

Daldırma işlemi genelde 20-60 sn lik bir operasyon olup, ardından, içine yüzey aktif kimyasal katılmış su ile durulama yapılır

Muhtemelen en iyi parlak daldırmalar kromik asit tipi daldırma olup, bu işlem kadmiyumun yüzeyini oldukça pasif hale getirir.



Kadmiyumun Sökülmesi

Bileşen


Derişim



Pirinç, Bakır veya Demirden

Hidroklorik Asit


3,79 lt

Antimon trioksit


56,7 gr

Su


237 ml



Çelik ve Demirden

Amonyum nitrat


200 gr/lt

Glukonik asit


50 gr/lt

Amonyum hidroksit (konsantre)


250 gr/lt

Su


1 litre



Taklit Anotlar

Temizleme Prosedürü : Kadmiyum kaplama banyosundan metalik kirleticileri (istenmeyen metalik elementler) uzaklaştırmak için, aşağıda belirtilen temizleme prosedürü yararlı olacaktır. Kadmiyum kaplama banyosunu Şekil 10’da gösterildiği şekilde; oluklu (dalgalı yüzeyli) taklit katotlar ile, her 1 litre çözelti için 1,319 amper-saat harcayarak elektroliz edin. Bu yöntem banyo içindeki metalik pisliklerin çoğunu uzaklaştıracaktır.

Oluklu (dalgalı yüzeyli) katot kullanmanın nedeni basittir. Bu tip katotlar ile, akım yoğunluğu değişkenlik gösterir. Yani, yüksek noktalarda yüksek akım yoğunluğu, alçak noktalarda düşük akım yoğunluğu değerleri elde edilir. Katot yüzey alanına ve akıma göre belirlenmiş olan ortalama akım yoğunluğu 0,54 A/dm² olsa dahi, gerçekte akım yoğunluğu 5,4 ile 0,01 arasında (ölçülen noktaya bağlı olarak) değişiklik gösterir. Yani geniş bir akım yoğunluğu aralığı elde edilir. Bazı pislikler düşük akım yoğunluklarında, bazıları ise yüksek akım yoğunluklarında uzaklaşırlar. Bu şekilde çözelti tek bir işlemle kolayca temizlenebilir.





Yaşanmış Bir Tecrübe

Yüzeyi kumlama yöntemi ile temizlenmiş demir döküm parçaya kadmiyum kaplanmıştır. Ustabaşı parlak kaplama yapılabilecek değer aralığının küçüldüğünü fark eder. Katotta hidrojen gazı oluşmasını azaltarak kaplama değer aralığını genişletmek amacıyla, yaklaşık 30 gr/lt sodyum nitrat ilavesi yapar. Bu hareket bir dereceye kadar çözüm getirmiş, fakat bir süre sonra durum öncekinden de kötüye gitmiştir. Kaplama banyosuna yapılan analiz neticesinde, banyoda fazla miktarda demir ve bir miktar da arsenik olduğu gözlenmiştir. Temizleme işlem süreci gözden geçirildiğinde, iş parçasına kum püskürtülerek temizlenmesi sırasında çok küçük kum tozlarının malzeme yüzeyindeki minik oyuklara girdiği ve iş parçasının yüzeyinin ince bir tabaka ile kaplandığı tespit edilmiştir. Bu ince tabaka banyo içinde çözünmekte ve parlak kaplama yapılabilecek değer aralığının daralmasına yol açmaktadır. Çözüm olarak kumlamanın ardından malzeme yüzeyinin buharla temizlenmesi işlemi uygulanmış, böylece malzeme yüzeyine yapışmış demir tozlarının çoğunun temizlenmesi sağlanmıştır. Banyodan demir ve arseniğin doğal süzüntü yoluyla temizlenmesi ise birkaç ay sürmüştür. Süzüntü yoluyla temizlenmesini beklemenin sebebi, bu hatanın çok ciddi bir sorun teşkil etmemesi ve kimyasal ya da elektrokimyasal temizleme yapmak için bir masrafa girilmesine değmeyecek olması nedeniyledir.