ÇİNKO KAPLAMA
ÇİNKONUN ÖZELLİKLERİ: Çinkonun atom ağırlığı 65,38 sembolü Zn olup mat dökümlü mavimsi bir metaldir. Değerliği 2, özgül ağırlığı 7,14 tür. Normal sıcaklıklarda kırılgandır ama 100 °C ve üstüne ısıtıldığında dövülebilir hale gelir. Fakat oda sıcaklığına soğutulduğunda yeniden kırılgan hal alır. Aktif bir metaldir ve nerdeyse her şeyle tepkimeye girer. Birçok kimyasal içerisinde oldukça çözülebilir olduğu için kendini sonraki etkilerden koruyacak çözülemeyen temel bileşimler oluşturur.
ÇİNKONUN KAPLAMA METALİ OLARAK KULLANIM ALANLARI: Çinkonun öncelikli kullanım alanı, demirli metalleri paslanmaya karşı koruma amaçlı kaplamadır. Kadmiyum kaplamada açıklandığı gibi, fedakârca hareket ederek demir veya çelik ile bir ÇİFT oluşturur ve daha sonra kaplama banyosunda bir anot gibi davranır. Demirli metal katot halini alırken çözülerek ayrılır ve indirgenmiş durumunu koruduğundan dolayı oksitlenemez. Şu an için kadmiyumun mu yoksa çinkonun mu daha iyi bir koruyucu tabaka oluşturduğu bilinmemekle beraber, deniz atmosferinde (tuzlu) kadmiyumun çinkodan daha iyi olduğu, çinkonun da endüstri ortamında kadmiyumdan belli oranda daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Fakat kadmiyum nispeten daha az kullanılmaktadır ve bazı zorunlu uygulamalar dışında ekonomik açıdan çinkonun yerini almak için çok pahalıdır. BUNA EK OLARAK yakın zamanda kadmiyumun ve bileşiklerinin zehirliliği üzerine çekilen ilgi bu maddeye bir dezavantaj sağlamıştır. Çinko her türdeki demir ve çelik tellere, demir plakalara ve demirli metal parçalara kaplanmaktadır. Çelik ve demirin eriyik çinkoya daldırmak suretiyle kaplanmasına GALVANİZLEME, çinkonun elektro kaplanmasına da bazen ELEKTRO GALVANİZLEME denmektedir.
ÇİNKONUN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİ: %100 katot veriminde 1 amper- saatlik elektrik enerjisi 1,18 gram çinko kaplayacaktır. Ayrıca, % 100 verimde 1,54 amper- saat elektrik enerjisi 1 dm² yüzey üzerine 25 mikron çinko kaplayacaktır. Asit tipi banyoların çoğunda gerçek katot verimi %95-99, özellikle siyanür tipi alkali banyolarda ise %60-95’tir.
Eşik Gerilimi ve Çinko Kaplama
Çinko, elektromotor dizisinde hidrojenin üzerindedir. Buna göre, bütün kaplama banyolarının hidrojen iyonu içerdiğini düşünürsek çinko kaplama çözeltisindeki hidrojen gazı katot üzerine çinkodan daha kolay bir şekilde kaplanacaktır. Bu durum şunlara bağlı olarak oluşmaz:
1. Çözeltideki çinko iyonlarının derişimi hidrojen iyonlarına nazaran oldukça fazladır.
2. Çinko üzerindeki hidrojen eşik gerilimi oldukça fazladır.
Önceden açıklanmış olan, bakırın çözeltiden çıkarıldığı ve asla tazelenmediği bakır banyosu örneğine bakarsanız, derişimin etkisi kolayca anlaşılacaktır. Sonunda bakır iyonu derişimi öyle bir seviyeye düşer ki katot ile temas halindeki hidrojen iyonları nötralize olur ve gaz olarak kaplanır.
Eşik gerilimin etkisi nispeten daha karmaşıktır. Açıklanmasına birkaç paragraf ayırmaya değecek bir ilgi alanıdır.
Örneğin bir çözelti içindeki iki platin elektrot üzerinden bir akım geçirirseniz, platin katot üzerinde hidrojen baloncukları oluşmadan (su ayrışmaya başlar) önce 1,7 Volt cıvarında bir sürücü kuvvet uygulamanız gerektiğini göreceksiniz. Eğer platin yerine çinko katot kullanırsanız, elektriksel sürücü kuvveti 2,4 Volt’a çıkarana kadar hidrojen baloncuğu oluşumunun başlamayacağını göreceksiniz. Başka bir deyişle, diğer bütün şartlar aynıyken çinko bir katot üzerine hidrojen gazı kaplanmasını başlatmak için platin katottakinden 2,4 – 1,7 veya 0,7 Volt daha fazla gerilime ihtiyaç duyulacaktır! HİDROJEN EŞİK GERİLİMLERİNİN 0 (paladyum) ile 0,75 (cıva) Volt arasında değiştiği diğer metal katotlar ile benzer sonuçlar alınabilir. Bu olay katot yüzeyinin tabiatı ve bileşimiyle alakalıdır. Başka bir deyişle bazı yüzeyler hidrojen gazı çıkışına diğer yüzeylerden daha fazla direnç göstermektedir. Bu ekstra dirençten dolayı, sürecin devam edebilmesi için daha yüksek bir sürücü kuvvete (elektriksel baskı) ihtiyaç duyulacaktır. Söz konusu olan şey enerji olduğundan dolayı, en az miktarda emek gerektiren süreç en iyisi olacaktır. Çinko kaplamada, diğer etkenler aynı tutulup çinko anot ve katotlar kullanıldığında, çinkonun kaplanmaya başlaması için teorik olarak yaklaşık 0,76 Volt gerekmektedir. Çinko katot üzerindeki hidrojen eşik geriliminin 0,7 Volt olmasından dolayı hidrojen kaplanmasının başlaması için 1,46 Volt gerekecektir. İkinci işlem daha fazla emek gerektirdiğinden çinko kaplama işlemi tercih edilmektedir.
Tabiî ki çinko kaplama yaparken, işleme genellikle demir veya çelik katotla başlarsınız, bu tip katotta hidrojen eşik gerilimi çok daha düşüktür (kabaca 0,08 Volt cıvarında). Bu yüzden başlangıçta bir miktar hidrojen gazı kaplanır, ama birkaç saniye içinde katot cıvarındaki bütün hidrojen iyonları tükenecek ve bu da çinko iyonlarının deşarjına izin verecektir. Çinko ön kaplamasını elde ettikten sonra artık çözelti içinde demir veya çelik katotlar olmayacaktır. Bu aşamadan sonra, daha yüksek hidrojen eşik gerilimine sahip çinko katotla çalışacaksınız ve bundan sonra vuku bulacak olan şey de çinko kaplama olacaktır, çünkü daha az enerji sarfiyatı gerektirmektedir.
Kaplama işindeki tek eşik gerilim, HİDROJEN EŞİK GERİLİMİ değildir. İsimden de anlaşılacağı gibi OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ, verilen bir anotta oksijenin deşarj olması için aşılması gereken ekstra gerilimdir.
OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ etkisinin görüldüğü tipik durumlardan biri nikel kaplamadır. Nikel anotta OKSİJEN EŞİK GERİLİMİ oldukça düşüktür (0,06 Volt cıvarı). Yani saf bir nikel sülfat çözeltisinde sülfat iyonlarının nikelle bileşik oluşturmasından ya da nikeli çözmesindense oksijenin nikel anot üzerinde oksijen kaplanması eğilimi daha yüksektir. Bu olunca anot PASİFLEŞİR (nikel anot üzerindeki oksijen tabakasından dolayı daha fazla çözülmez). Fakat nikel anottaki KLOR EŞİK GERİLİMİ, OKSİJEN EŞİK GERİLİMİNE göre çok daha düşüktür, bu yüzden eğer kaplama çözeltisinde klor iyonları mevcutsa anot üzerinde klor üretmek daha az enerji ya da emek gerektirir. Son derece aktif olan klor, nikelle birleşerek çözülebilir nikel klorür oluşturmak suretiyle nikel anodu çözer ve böylece nikel anot pasif veya polarize olma durumundan çıkar. Bu son derece basitleştirilmiş fakat doğru bir anlatımdır.
Başka bir EŞİK GERİLİM biçimi KAPLAMA EŞİK GERİLİMİ ya da METAL KAPLAMA EŞİK GERİLİMİdir. Basitçe ifade edersek, verilen bir metalin başka bir metal üzerine kaplanması için teorik olarak ihtiyaç duyulan ekstra sürücü kuvvettir (elektriksel baskı ya da potansiyel). Apaçık bir örnek pirinç üzerine krom kaplamadır. Belli tipteki pirinç yüzeyleri üzerine krom kaplamak nikel üzerine kaplamak kadar kolay değildir. Direkt olarak kabul edilebilecek başka bir örnek, çinkonun kendisi üzerine kaplanmasıdır. Belli tipteki dökme demirler siyanür banyosunda çinkoyla kaplanamaz. Yüzeyin öyle bir tabiatı vardır ki (muhtemelen grafit içerdiğinden kaynaklanır), HİDROJEN EŞİK GERİLİMİ ÇİNKO EŞİK GERİLİMİNDEN oldukça düşüktür ve bu yüzden çinko kaplamadan daha az enerji gerektirdiği için dökme demir yüzeyinde hidrojen çıkışı olur, bundan dolayı da dökme demir yüzeyinde sürekli bir çinko kaplama elde edilemez.
EŞİK GERİLİME neyin sebep olduğuna dair birkaç teori mevcuttur, fakat hiçbiri bütün gerçekleri tam olarak açıklayamamaktadır, ayrıca çok kapsamlı ve karışıktırlar. Kendimizi şöyle basit bir açıklamayla tatmin edebiliriz: Farklı yüzeyler farklı enerjiler gerektiren farklı dirençlere sahiptir ve söz konusu enerji olduğunda seçim en az direnç gösteren yol olacaktır (yani en az emek gerektiren yol).
Çinko Kaplama Banyoları
Çinko çok aktif bir metal olduğu için, diğer elementler ve bileşikler ile birleştirilerek, çinkonun kaplanacağı birçok elektrolit ve banyo mevcuttur. Fakat pratikte sadece 4 veya 5 tip banyo kullanılmaktadır ve bunlar bakırlı asit ve alkalik banyolara ayrılır. Asit banyoları sıkça şerit çeliğin kaplanmasında kullanılır. Genelde daha yüksek katot verimlilikleri vardır ve daha beyaz kaplamalar üretirler. Fakat düşük dağılma gücüne sahiptirler ve kaplamanın diğer metallerin beraber kaplanmasıyla kaplamanın kirlenmesine izin verme eğilimindedirler. Bu da daha düşük korozyon direncine sebep olur.
İlk olarak asit tipi banyoları göreceğiz:
Çinko Sülfat Kaplama Banyosu
Reçete
Çinko sülfat (ZnSO4.7H2O) ................... 907 gram
Sodyum asetat .............................. 113,4 gram
Aluminyum sülfat (Al2(SO4)3.18H2O) ........... 113,4 gram
Meyan kökü.................................... 2,83 gram
Su ......................................... 3,79 lt
Çalışma Koşulları
Çalışma sıcaklığı: 24 ila 29,5 °C
pH: 3,5–4,5 (sülfürik asit ile kontrol edin)
Katot akım yoğunluğu: 1,07 ila 4,3 A/dm2, karıştırma kullanılıyorsa daha yüksek akım yoğunlukları
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anotlar: Dökme bara ya da küre anotlar, %99,8 veya üstü.
DOLAPTA KAPLAMA için 450 – 600 gr/lt çinko sülfat olacak şekilde metal içeriğini yükseltin.
TANKLAR: Kauçuk, Teflon veya polietilen astarlı çelik, sertleştirilmiş (temperlenmiş) cam veya seramik, polipropilen, yüksek yoğunluklu polietilen.
Çinko Klorür – Asetat Kaplama Banyosu
Reçete
Çinko klorür .............................. 1133 gr
Sodyum asetat .............................. 283,5 gr
Borik asit ................................... 56,7 gr
Meyan kökü ................................... 28,4 gr
Su ........................................ 3,79 lt
Çalışma Koşulları
Çalışma Sıcaklığı: Oda sıcaklığı ile 49 °C arası. Daha düşük sıcaklıklarda elde edilen kaplamaların şekillendirilebilme özellikleri daha azdır.
pH: 3,5 ila 4,5 kolorimetrik. pH’ı ayarlamak için hidroklorik asit ve çinko karbonat kullanın.
Akım yoğunluğu: 3,23 ila 10,76 A/dm2.
Anot / Katot Oranı: 1:1
ANOTLAR: Yukarıdaki gibi. Vinyon veya dynel kumaş ile torbalayın. Kullanılmayan süreler boyunca oluşacak zararları azaltmak için çinko alüminyum alaşımları kullanılabilir.
TANKLAR: Çözelti oldukça aşındırıcıdır. Kauçuk astarlı veya Teflon astarlı çelik, sertleştirilmiş cam veya seramik veya polipropilen ya da polietilen tanklar kullanın.
ISITMA: Karbate, payreks, teflon veya tantal ısıtma serpantini kullanın.
Çinko Fluoborat Banyosu
Bu, çinkonun oldukça yüksek akım yoğunluklarında kaplanmasına izin verdiği ve son derece ince grenli kaplamaların makul renklerinde yüksek verimliliğe sahip olduğu için hatırı sayılır bir banyodur. Eriyebilir ve dökme demir üzerine direk olarak kaplanacaktır ve yüksek dağılma gücünün gerekmediği yüksek hızlı kablo ve şerit kaplamalarında çok iyidir. Çok düşük seviyede bir kontrole ihtiyacı vardır.
Reçete
Çinko fluoborat ............................... 1139 gr
Amonyum fluoborat .......................... 136 gr
Amonyum klorür ............................... 102 gr
Meyan kökü .................................... 3,54 gr
Çalışma Koşulları
Çalışma sıcaklığı: 26,7 ila 49 °C
Katot akım yoğunluğu: 2,7 ila 86 A/dm2
Anot / Katot Oranı: 1:1 veya 1,5:1
Anotlar: Saf dökme çinko anotlar kullanın.
İsteğe bağlı karıştırma yapılabilir. Daha yüksek akım yoğunluklarının kullanılabilmesini sağlayacaktır. Havalı ya da mekanik karıştırma yapılabilir.
TANKLAR: Kauçuk astarlı, Teflon astarlı çelik. Cam tanklar kullanmayın. Polipropilen ve polietilen ile iyi tanklar elde edilecektir.
FİLTRELEME: Çözelti en iyi sonuçları almak için filtrelenmelidir. Selülozik filtreleme vasıtasıyla birlikte kauçuk veya teflon astarlı filtre pompaları kullanın. Anotlar vinyon kumaş ile torbalayın.
ISITMA SARGILARI: İsteğe bağlı sıcak kullanılmak üzere, Karbate veya Teflon ısıtma sargıları kullanılabilir. Çözeltinin dağılma gücü düşük sıcaklıklarda daha iyidir ve bu yüzden tanktan yüksek hacimde malzeme geçirilecekse soğutma bobinlerine ihtiyaç duyulabilir.
Bu asit banyolarının göze çarpan bir özelliği şudur: Bu tip banyolarda asit çözeltisi içindeki yüzeydeki hidrojen eşik geriliminin alkalik çözelti içindeki yüzeyden daha yüksek olmasından dolayı dökme demir yüzeylerinin kaplanmasında kullanılabilirler. Alkalik çözeltilerdeki daha düşük eşik geriliminin malzeme yüzeyinde (katot) aşırı hidrojen gazı oluşumuna yol açtığı yüksek karbonlu çelik kaplama işleminde de benzer bir avantaj vardır. Bu gaz oluşumu çeliğin, hidrojenin metal tarafından emilmesiyle metalin mekanik özelliklerini bozan hidrürlerin oluşumundan ibaret olan HİDROJEN GEVRETMESİNE maruz kalmasına sebep olabilir. Bol miktarda hidrojen oluşumuna izin verilen asit çözeltileriyle yapılmış uygunsuz sökme prosedürleri de benzer hidrojen gevretmesine sebep olabilir. Asit tipi çözeltinin ciddi bir dezavantajı şudur: Dağılma gücü çok yüksek değildir ve en iyi sonuçlar basit şekil ve yüzey hatlarına sahip kablo, şerit, çubuk ve plakalarda alınır.
Parlak Asit Klorür Çinko Kaplama Banyosu
Parlak asit klorür kaplama banyolarında amonyum, potasyum veya sodyum tuzları kullanımı temel alınmıştır. Çoğu tescilli banyonun kimyasal bileşimi aslında birbirine yakındır. Temel fark kullanılan parlatıcı sistemindedir.
Reçete
Amonyum klorür ............................... 135 gr/lt
Çinko klorür ............................... 22,5 gr/lt
Parlatıcı (taşıyıcı) .......................... hacmen %4
Parlatıcı (asıl)............................... hacmen %0,2
Not: Asit klorürlü kaplama banyolarında kullanılan parlatıcılar tescillidir. Kesin tavsiyeler için satıcınıza başvurun.
Çalışma Koşulları
Sıcaklık: 21– 26,7 °C.
pH: 5,0 – 6,0
Katot akım yoğunluğu: 0,54 – 5,4 A/dm2
Gerilim: 2 – 8 Volt.
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anot torbaları: Önerilir. Dynel, polipropilen veya naylon kullanılabilir.
Anotlar: Titanyum anot sepetlerde saf çinko plak ya da saf çinko küre.
Filtreleme: Periyodik veya devamlı. 20 mikronluk filtre kullanın.
Tanklar: Polipropilen, Koroseal veya diğer aside dayanıklı madde astarlı tanklar.
Karıştırma: Katot çubuk veya mekanik pompa.
Bu banyo sürekli çalışma için kullanılacaksa soğutma yapılması önerilir. Soğutma sargıları titanyum plastik veya sert kauçuktan yapılabilir.
Bu kaplama banyosunun çok bilinen bir diğer çeşidinde sadece potasyum tuzları kullanılır. Bunun başlıca avantajı amonyum tuzlarının tesisin atıklarına karışmamasıdır.
Reçete
Potasyum klorür ............................... 225 gr/lt
Çinko klorür ............................... 67,5 gr/lt
Borik asit .................................... 37,5 gr/lt
Parlak taşıyıcı ............................... hacmen %4
Parlatıcı (asıl) .......................... hacmen %0,2
Not: Asit klorür kaplama banyolarında kullanılan parlatıcılar patentlidir. Kesin tavsiyeler için satıcınıza başvurun.
Çalışma Koşulları
Sıcaklık: 21 – 32°C.
pH: 5,0 – 6,0.
Katot akım yoğunluğu: 2,15 – 4,3 A/dm2
Gerilim: 1-5 Volt
Anot / Katot Oranı: 1:1
Anot torbaları: Önerilir. Dynel, polipropilen veya naylon kullanılabilir.
Anotlar: Titanyum anot sepetlerde saf çinko levha ya da saf çinko küre.
Filtreleme: Periyodik veya devamlı. 20 mikronluk filtre kullanın.
Tanklar: Polipropilen, Koroseal veya diğer aside dayanıklı madde astarlı tanklar.
Karıştırma: Katot çubuk hareketi veya mekanik pompa.
Bu tip banyonun çok kullanılan başka bir çeşidi de, potasyum klorür – amonyum klorür karışımlı banyodur. Çeşitli satıcılardan sağlayabilirsiniz.
Bu banyoların çoğu klasik çinko kaplama banyolarına nazaran birçok avantajı vardır.
1. Atık imha problemleri en aza indirilir. Genelde tek ihtiyaç duyulan pH ayarı ve çinko kirlenmesinin kontrolüdür.
2. Asitli çinko banyoları %95 ya da üstü akım verimi ile çalışır.
3. Asitli çinko banyoları güzel ve parlak kaplamalar verirler.
4. Yüksek katot veriminden dolayı, asit klorür banyoları diğer çinko kaplama banyolarına nazaran çok az hidrojen gevretmesine sebep olurlar.
Buna karşın, asit klorür banyolarının iki dezavantajını belirtmemiz gerekir:
1. Asit klorür banyoları, diğer çinko kaplama banyolarına göre çok daha aşındırıcıdır (koroziftir).
2. Özellikle, karmaşık şekilli malzemeler kaplanırken, kaplama çözeltisinin malzeme üzerinde kalan kısmının daha sonraki banyolara geçmesi ciddi sorunlara yol açar.
TABLO 1: ASİTLİ ÇİNKO KAPLAMA BANYOLARINDA HATA GİDERME
Belirti Muhtemel Sebebi
Kaplama mat. (1) Düşük parlatıcı
derişimi.
ÇÖZÜM: Satıcınızın belirlediği miktarda parlatıcı ekleyin.
* * * * * * * *
Kaplama kırılgan. (1) Çözelti dengesiz.
(2) Parlatıcı fazla.
ÇÖZÜM: Kaplama banyosunun kimyasını kontrol edin. Önerilen değerlere ayarlayın.
* * * * * * * *
Kaplama karıncalı. (1) Çözelti dengesiz.
(2) Nemlendirici yok.
ÇÖZÜM: Kaplama banyosunun kimyasını kontrol edin. Önerilen değerlere ayarlayın.
* * * * * * * *
Yüksek akım bölgelerinde mat ve (1) Metal konsantrasyonu
yanık kaplama. düşük.
ÇÖZÜM: Metal derişimini önerilen seviyeye kadar yükseltin.
* * * * * * * *
Kahverengi görünümlü kaplama. (1) Klorür fazla.
(2) Sıcaklık düşük.
(3) Parlatıcı dengesiz.
ÇÖZÜM: (1) Banyonun kimyasal dengesini kontrol edin. Önerilen seviyelere göre ayarlayın. (2) Sıcaklığı kontrol edin. Gerektiği gibi ayarlayın.
* * * * * * * *
Düşük dağılma gücü. (1) pH çok düşük.
(2) Çinko içeriği çok
fazla.
ÇÖZÜM: pH ve/veya çinko içeriğini ayarlayın.
* * * * * * * *
Kaplama süngerimsi ve koyu. (1) Asit derişimi düşük.
ÇÖZÜM: Asit derişimini ayarlayın.
* * * * * * * *
Banyonun verimi düşük. (1) Düşük sıcaklık.
(2) Düşük metal içeriği.
(3) Çözelti dengesiz.
ÇÖZÜM: Satıcı tarafından belirtildiği gibi sıcaklığı ve/veya çözelti dengesini ayarlayın.
* * * * * * * *
Kromatlama veya nitrik daldırmadan (1) Metalik kirlenme.
sonra kaplama kararıyor.
ÇÖZÜM: Metalik kirleticiyi belirleyin ve uygun metotlar kullanarak çıkarın.
Alkali Çinko Kaplama Çözeltileri
Alkali çinko kaplama çözeltileri, daha ince tanecikli, daha parlak ve nispeten yüksek dağılma güçlü çinko kaplamaları verirler ve bu sebeple pirinçte olduğu gibi, daha karmaşık demir ve çelik şekillerin kaplanmasında sıkça kullanılırlar.
Tescilli parlatıcıların kullanımını içeren birçok tescilli çinko siyanür kostik soda çözeltisi mevcuttur. Bunların detaylarını ürün sağlayıcınızdan elde edebilirsiniz. Yine de, açıklandığı gibi parlatıcılar ekleyebileceğiniz, standart bir siyanür – kostik çözeltisi vardır:
Reçete
Çinko siyanür .............................. 226,80 gram
Sodyum siyanür .............................. 141,75 gram
Sodyum hidroksit ............................. 283,50 gram
Sodyum sülfür .............................. 3,54 gram
Su ......................................... 3,79 lt
Çalışma Koşulları
Sıcaklık: Oda sıcaklığından 32 °C’ ye kadar.
Katot akım yoğunluğu: 1,08 ila 5,38 A/dm2
Toplam siyanürün çinkoya oranı: 12’ye 4,5 veya 2,66’ya 1.
Anotlar: Elektrolitik çinko veya çinko aluminyum anot alaşımı.
TANK: Kauçuk astarlı çelik, Teflon astarlı çelik, çıplak çelik veya paslanmaz çelik (bipolar etkileri en aza indirmek için sert polietilen panellerle astarlanmış) veya katı polipropilen.
ORTALAMA VERİM: %85 civarı.
Dolapta Siyanürlü - Kostik Çinko Kaplama Banyosu
Dolapta çinko kaplama için reçeteyi aşağıda gösterildiği şekilde değiştirin:
Reçete
Çinko siyanür .............................. 283,5 gram
Sodyum siyanür .............................. 177,2 gram
Sodyum hidroksit ............................. 354,4 gram
Sodyum sülfür .............................. 3,54 gram
Su ......................................... 3,79 lt
BU ÇÖZELTİNİN HAZIRLANIŞI: Tankınızın temizliğinden emin olduktan sonra yaklaşık 43,5 – 49 °C sıcaklıkta suyla 2/3’üne kadar doldurun. Sabit karıştırma yaparak (demir bir çubuk işinizi görür) sodyum hidroksidi çözün. Sodyum siyanürü ekleyip çözdükten sonra çinko siyanür ile devam edin. Hepsi çözülene kadar karıştırın ve sodyum sülfürü ekleyin (Not: Gerekli miktarda sülfürü önceden az miktarda sıcak suda çözün). Sülfürü eklerken kuvvetli şekilde karıştırın. Banyonun oturmasını bekleyin ve mümkünse önceki gibi filtreleyin.
Sülfür eklemenin amacı çözeltide bulunabilecek ağır metallerin çökeltilerek ayrılmasıdır. 220 mesh veya daha ince çinko tozu da kullanılabilir. Eğer çinko tozu kullanıyorsanız, 2,8 gr/lt çözelti kullanın. Aynı şekilde ekleyin ve oturması için bekledikten sonra kullanmadan önce filtreleyin. Bakır kirliliği istisnası dışında, sodyum sülfür tercih edilen bir arıtma metodudur.
Çinko Siyanür Banyoları İçin Parlatıcılar
Parlatıcı#1
Reçete
Molibden oksit (MoO3) ....................... 113,4 gram
Sodyum sülfür ............................. 28,4 gram
Sodyum hidroksit ............................ 85 gram
Vanilin .................................. 56,7 gram
Su ....................................... 3,79 lt
Hazırlanışı: İlk olarak sodyum hidroksidi sıcak suda çözün ve sodyum sülfür ile devam edin. Şimdi kuvvetli karıştırma eşliğinde molibdik oksidi ekleyin ve çözülene kadar karıştırın, daha sonra vanilini (sentetik) ekleyerek devam edin. Bu parlatıcıyı kullanmak için 8 fluid (227 ml) kaplama banyosu ekleyin. İçine karıştırın ve kaplamadan önce durulması için bekleyin.
Parlatıcı#2
Reçete
Üre ........................................ 453,6 gram
Molibdik oksit ............................. 113,4 gram
Sodyum tiyosülfat ........................ 226,8 gram
Su ........................................ 3,79 lt
Hazırlanışı: İlk olarak üreyi sıcak suda çözün ve sodyum tiyosülfat ve molibdik asit ile devam edin. Galon (3,79 lt) işaretine kadar su ekleyin. Önemsenmeyebilecek hafif bir çökelti oluşabilir. Kullanmadan önce çalkalayın ve kaplama çözeltisinin her litresi için 45 ila 60 ml parlatıcı kullanın. Kaplamadan önce karıştırın ve oturması için bekleyin.
Çinko Siyanür Banyoları İçin Genel Çalışma Prensipleri
SICAKLIK: Yukarıdaki banyolarla çalışılırken anlaşılacaktır ki oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda daha parlak kaplamalar elde edilir, dahası dağılma gücü de düşük sıcaklıklarda daha iyi olacaktır. Aynı zamanda düşük sıcaklıklarda katot verimi düşüktür ve akım yoğunluğu aralığı kısıtlıdır.
TOPLAM SİYANÜRÜN ÇİNKO METALİNE ORANI: Siyanürün çinkoya oranı yükseldikçe daha iyi dağılma gücü, fakat daha düşük verimlilik elde edilir. Oran düştükçe verimlilik yükselir ve dağılma gücü düşer, dolayısıyla parlak kaplama aralığı büyür.
KOSTİK SODA İÇERİĞİ: Sodyum hidroksit içeriği 60 gr/lt cıvarında tutulmalıdır. 45 gr/lt’den düşük değerlerde kaplama parlaklığını yitirir ve anotlar doğru şekilde çözülmeyebilir.
KİRLENME: Çinko kaplama banyoları özellikle kirlenmeye maruz kalırlar ve bu bakımdan kadmiyumdan bile daha hassastırlar. Bu nedenle, eğer mümkünse, herhangi bir kirlenmeyi önlemek ve kirlilik kaynağının farkına varır varmaz ortamdan uzaklaştırmak akıllıca olacaktır. Hata giderme bölümünde verilen arıtma işlemleri çok dikkatli bir şekilde kullanılabilir.
METAL İÇERİĞİ: Özellikle süzüntü kayıplarının düşük olduğu yerlerde, metal birikmesinin daha hızlı veya daha yavaş oluşumuna neden olan, anot verimliliğinin neredeyse her zaman katot verimliliğinden yüksek olduğu durumlarda, çinko banyosunun metal içeriğinin ayarlanması problem teşkil etmektedir.
Durum, çinko metal anotlarının kimyasal etkilerden dolayı üzerinden akım geçmese bile çözünmesiyle, ileride daha da kötüye gider. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, düşük anot veriminde çalışarak durumu dengeleme eğiliminde olan çinko aluminyum alaşımı anotlar kullanabilirsiniz veya arzu ederseniz her zamanki çinko anotlarınızla birlikte paslanmaz çelikten, çözülmeyen anotlar kullanabilirsiniz. Bu bölümde asit bakır kaplama için verilmiş benzer bir çözüm burada kullanılamaz, çünkü çözülemeyen çelik yüksek hidrojen aşırı gerilimi gösterirler ve üzerlerine oldukça yüksek bir gerilim uygulanmadığı müddetçe tank üzerinden akım geçişine izin vermezler, bu da daha sonra çinko anotlardan aşırı akım geçmesine sebep olur. Bu yüzden aşağıda gösterilen gibi bir sistem kullanılmalıdır.
Çinko anotlar, kauçuk şeritlerle anot çubuğundan izole edilmiştir (bkz. bakır kaplama), zigzag çinko ve çelik anotlar kullanılmıştır. A1/A2 oranının doğru şekilde ayarlanması çinko derişiminin sabit tutulmasını sağlayacaktır.
Şekil 16. Değişmeyen Çinko Konsantrasyonu Düzenlemesi
Bu sistem ile çalışmak çinko alaşım anotları ile çalışmaktan daha karmaşık olduğu için, çinko alaşım anotlar ile çalışmak muhtemelen daha akıllıca olacaktır, ama yukarıdaki sistem uygun bir şekilde çalıştırılabilirse banyodaki çinko metali üzerine mükemmel bir kontrol sağlanacaktır. Fakat çözülemeyen anotlar karbonatların oluşumunu hızlandırma eğilimindedir ve demir elektromotor serisinde çinkonun altında olduğu için, çözeltinin kullanılmadığı zamanlarda üzerlerine çinko kaplanacaktır. Bu olay çinko anotların çözülmesini hızlandırmaktadır (Yaklaşık on kat daha fazla çinko çözülür — saatte 2,15 gr/cm²).
Eğer çinko anotlar, bakır kaplamada önerildiği gibi (diyagrama bakın) kauçuk izolatörler kullanılarak devre dışı bırakılırsa, kaplama olayı neredeyse tamamen engellenecektir.
Çelik sepetler içinde küre anotlar kullanıldığında, bu çelik sepetler yardımcı çelik anotlar olarak bu iş görürler. Bu tabi ki daha uygundur, ama ortada hala çinkonun çalışılmayan zamanlarda da kaplanması problemi vardır. Çelik sepetler üzerine bir kaplama elde etmeye yetecek sürede, hafif paslanmaz çelik katotlar ve ters akım kullanılarak, çelik sepetlerin ve çinko kürelerin üzerine hafif bir çinko tabakasının kaplanması önerilmektedir. Alternatif ve muhtemelen daha iyi bir öneri ise, sistemin kapalı olduğu zamanlarda, sisteme çok düşük bir ters potansiyel uygulanmasıdır (Çinkonun çözülmesini önlemeye yetecek kadar). Bu, sistemin kapalı olduğu süre boyunca istenen sonuçları elde etmeye yarar.
DOLAPTA KAPLAMA: Siyanür çözeltisiyle dolapta kaplama için, maksimum açıklığa sahip dolaplar kullanın ve dolap üzerine 9 ila 16 volt gerilim uygulayın. Eğer çözelti ısınırsa, çalışma sıcaklığını sabit tutmak için bir soğutma serpantini kullanın.
PARLAK DALDIRMA: Bu dersin ilerleyen bölümlerinde açıklanacak zinkat banyosu istisnası dışında, neredeyse bütün çinko kaplama çözeltileri, banyodan çıkarıldıktan sonra, şüphesiz oksit oluşumundan kaynaklanan, hafif kahverengimsi bir tabaka oluşturma eğilimindedirler. Bu tabakayı kaldırıp maksimum parlaklığı elde etmek için bir parlak daldırma yapılmalıdır. Kadmiyum kaplamada anlatılan parlak daldırmalar gibi daldırmalar bu amaca iyi hizmet edecektir. En çok kullanılanı %5’lik nitrik asit daldırma çözeltisidir.
TABLO 2. ÇİNKO SİYANÜR KAPLAMA BANYOLARINDA HATA GİDERME
Belirti Muhtemel Sebebi
Kaplama koyu renkte. Parlak (1) Bakır mevcudiyeti
daldırmadan sonra mat gri renkte
görünüyor.
ÇÖZÜM: Pratik olarak, 7,5 gr/lt çinko tozu çözeltisi, 1,65 gr/lt bakır metalini çıkaracaktır. Parlak tip bir çinko banyosunda 0,075 gr/lt’den fazla miktarda bakır bulunuyorsa kötü sonuçlar alınmaya başlanır. Eğer banyo içinde kazara çok fazla miktarda bakır karıştırmışsanız, bakırın çoğunu gidermek için çok fazla miktarda kullanmanız gerektiği için çinko tozu kullanmak çok pratik olmayacaktır. Bu nedenle, aşırı miktardaki bakır kirlenmesinden kurtulmanın en iyi yolu, kadmiyum nikel kaplama ders 6-B veya 8-B’de gösterilen şekilde taklit katotlar kullanarak 0,22 A/dm2 de banyodan temizlemektir.
Bu işlem bakır derişimini yaklaşık olarak 0,3 gr/lt’ye kadar indirecektir. Bu noktadan sonra, 15 gr/lt çinko tuzu ekleyip 15 dakika kuvvetli şekilde karıştırın ve oturması için 1 saat bekleyin, daha sonra çözeltiyi filtreleyin. Bir çözeltiyi çinko tuzuyla işledikten sonra, daldırma yoluyla çinko tozu üzerine kaplanan bakır, siyanür içerisinde tekrar çözüleceğinden, filtrelemeden önce çözeltiyi çok fazla bekletmemek gerekir.
Çinko banyonuzdaki ortalama bakır miktarını şu şekilde belirleyebilirsiniz:
(1) 15 santimetre x 7,5 santimetre katot test levhası üzerine çinko kaplayın.
(2) Yaklaşık 12 mikron çinko kaplama elde ettikten sonra iyice durulayın.
(3) Kaplamayı inceleyin ve görünümüne dikkat edin.
(4) Levhayı %5 lik nitrik asit çözeltisine daldırın. Durulayıp inceleyin ve tekrar kaplayın.
(5) Aşağıdaki tablo ile kontrol edin.
ÇİNKO KAPLAMA BANYOLARINDA BAKIR KONSANTRASYONU
BAKIR MİKTARI KAPLAMANIN GÖRÜNÜMÜ
(gr/lt) PARLAK DALDIRMADAN SONRA KAPLAMADAN SONRA
0,28’e kadar Koyu Kahverengi Hafif Bulanık
1,42’ye kadar Donuk Gri Mat
2,83’e kadar Mat Gri Koyu Mat
5,67’ye kadar Mat Gri Siyah
ve aşağısı
* * * * * * * *
Kaplama koyu görünümlü. Anotlar çamurlu (1) Kurşun varlığı
ÇÖZÜM: Kurşunu, kadmiyum ve nikel kaplamada anlatılmış olan kıvrımlı taklit katotları kullanarak bir gece boyunca 0,32 A/dm2 de elektroliz ederek çıkarın, ya da bir başka ve daha hızlı yöntemi kullanın; 0,94 gr/lt sodyum sülfür ekleyin, karıştırıp oturmasını bekleyin ve mümkünse filtre edin.
* * * * * * * *
Kaplama kabarıyor (1) Zayıf temizleme ve/veya
dağlama.
(2) Çok fazla siyanür içeriği.
(3) Antimon metali varlığı.
ÇÖZÜM: (1) Temizleme ve asitle dağlama prosedürünü kontrol edin. Asitle dağlama ya da temizleme sırasında, özellikle metal içeriğinin düşük olduğu durumlarda aşırı gaz çıkışından kaçının. (2) Eğer toplam siyanürün çinko metaline oranı yüksek ise, farklı olarak çinko siyanür kullanın. 1 kg çinko siyanür 0,84 kg siyanürü çıkaracaktır. (3) Antimon mevcut ise 054 A/dm2 kullanarak temizleyin.
* * * * * * * *
Kaplama süt kıvamında. Anotlar (1) Kromat formunda
kahverengi tabakayla kaplanmış. kromik asit varlığı.
ÇÖZÜM: Siyanürlü bakır kaplamada anlatıldığı gibi bir sodyum hidrosülfür işlemi uygulayın.
* * * * * * * *
Kaplama donuk (1) Siyanür/çinko oranı düşük.
(2) Sodyum hidroksit (kostik
soda) çok fazla.
(3) Metalik kirleticiler var.
ÇÖZÜM: (1) Siyanür ekleyerek veya çinko içeriğini düşürerek düzeltme yapın. (2) Bir kısım kostiğin sürekli olarak sodyum karbonata ayrıştığı ve ağırlıkça her 1,6 birim kostik ayrışımında 1 birim çinko kaplandığı göz önünde bulundurulursa, bu durum çok seyrek görülür. Ama bu durum ortaya çıkarsa, bir gece veya analizler daha düşük bir sodyum hidroksit derişimi verene kadar, bir miktar kaplama çözeltisi içeren gözenekli bir kapta bekletilmiş taklit katotlar üzerine kaplamak suretiyle kostik soda içeriğini düşürebilirsiniz.
Metot kostik soda içeriği başlığı altında açıklanmıştır ama hidrosiyanik gazı çıkışı olabileceğinden yüksek oranda dikkat gösterilmelidir. (3) Metalik kirliliğin üstesinden daha önce anlatıldığı gibi gelebilirsiniz.
* * * * * * * *
Katotta aşırı gaz çıkışı var. Katot (1) Metal içeriği çok
verimi çok düşük. düşük
(2) Sodyum siyanür/çinko
oranı çok düşük.
ÇÖZÜM: (1) Metal içeriğini kontrol edin; eğer çok düşükse siyanür/çinko oranının değerine bağlı olarak çinko siyanür veya çinko oksit formunda çinko ekleyin (bkz yukarıda (2)). (2) Çinko oksit formunda çinko ekleyerek siyanür içeriğini düşürün (bkz. (2) Kabarcıklı kaplama).
* * * * * * * *
Anotlar polarize olmuş. (1)Kostik soda miktarı az
ÇÖZÜM: Gereken miktarda ekleyin.
* * * * * * * *
Kaplama büyük kristalli yapıda (1) Çok yüksek kostik
soda içeriği.
ÇÖZÜM: Önceden açıklandığı gibi düşürün.
* * * * * * * *
Kaplama kaba (1) Katı çözülmeyen madde
içeriği.
(2) Kadmiyum içeriği.
ÇÖZÜM: Eğer kaplama kabaysa katı parçacıkların varlığı sözkonusu olabilir; çözelti silikat içeren ve yüksek kostik çözülmesi nedeniyle banyoya silisyum karışmasına neden olarak kaplamada hataya sebebiyet verebilecek Celite filtre yerine, bir selülozik filtre kullanılarak filtrelenmelidir. Eğer kadmiyum miktarı çok yüksekse, çinko anotlar üzerinde süngerimsi bir yapı oluşacaktır ve eğer sülfür kullanıldıysa, tankın dibinde sarımsı bir tortu oluşacaktır.
Bir dökme demir parçası üzerine kaplama elde etmek için, çinko siyanür çözeltisine az miktarda kadmiyum eklemek, kaplamacılıkta “meslek sırrıdır”, ama kaplamada muhtemelen pürüzlülüğe yol açacağından çok ta akıllıca bir uygulama değildir.
* * * * * * * *
Çinko küre anotlar kirli (1) Elektriksel bağlantı
iyi değil.
ÇÖZÜM: Anot askısını ve elektrik bağlantılarını kontrol edin. Temizleyin.
Çinko Siyanür Banyolarıyla Çalışırken Alınacak Bazı Pratik Önlemler
Parlak ve yarı-parlak siyanür çinko banyolarıyla çalışırken dikkat edilecek en önemli şey her türlü kirlenmeden kaçınmak olacaktır. Eğer banyo kirlenmeye karşı korunur ve toplam siyanürün çinkoya oranı yeterince sabit tutulursa, neredeyse hiçbir sorunla karşılaşılmaz. Aşağıda bu tür banyolarla çalışırken dikkat edilmesi gereken bazı noktalar belirtilmiştir:
1. Tanka giren bütün malzemenin doğru şekilde temizlendiğinden, asit ile dağlandığından ve durulandığından emin olun. İyi durulama en az temizleme kadar önemlidir. Eğer kum püskürtme dökümleriyle çalışıyorsanız, bütün kumun temizlenip temizlenmediğini kontrol edin. Yüzeydeki kum varlığı, bazen kötü kabarmaya neden olabilir.
2. Tanka kazara düşen nesnelerin tankta kalmasına izin vermeyin. Tankı düzenli olarak temizleyin.
3. Anot ve katot baralarını tankın üzerindeyken temizlemeyin. Eğer mümkünse bu baralar ağır nikel kaplanmalıdır.
4. Mümkünse bakır teller yerine tamamen izole edilmiş askılar kullanın.
5. Zaman zaman anot askılarını, kablo baralarını ve elektrik bağlantılarını temizleyin.
6. Çözelti seviyesini uygun noktada tutun.
7. Küre anotlar kullanıyorsanız askıların daima dolu olduğundan emin olun.
8. Az miktarda düzeltme gerektirmesi için çözeltiyi düzenli olarak kontrol edin. Çözeltiyi uzun süre bekletip, dengesinin, yüksek miktarda madde eklenmesini gerektirecek kadar bozulmasına izin vermeyin.
9. Çinko siyanür veya oksit gibi tuzları banyoya kuru halde eklemeyin. Önce az miktar su içeren çamur kıvamında bir karışım hazırlayın, bundan sonra tuzun hızlı bir şekilde çözülmesi ve çözeltide kalarak pürüzlü kaplamalara ve/veya karıncalanmaya yol açmaması için sürekli olarak karıştırın.
10. Çözelti üzerinde yüzen köpük veya bir tabaka mevcutsa, yüzeyde ince bir kâğıt mendil gezdirerek ve kâğıdı dikkatlice kaldırarak bu köpük veya tabakayı ortamdan uzaklaştırın. Bu, pratik gerektiren bir işlemdir ama yüzeydeki kiri yüksek oranda giderir.
Kaplamadan Önceki Temizleme Prosedürü
Birçok demir ve çelik üzerine, çinko kaplamadan önce uygulanacak mükemmel bir temizleme tekniği mevcuttur:
1. Buharlı yağ alma.
2. Kumlama veya otomatik kumlama (shot blasting). Bu önemlidir, çünkü birçok demir ve çelik malzeme, sadece aşındırıcı bir işlemle çıkarılabilecek oksitler, karbonlanmış yağ ve cüruf içeren, sert bir yüzeye sahiptir.
3. İyi bir temizleyicide daldırma ile temizleme.
4. Soğuk suyla durulama.
5. İçine %2 lik sodyum asetat eklenmiş %35 lik hidroklorik asit çözeltisi (muriatik) ile dağlama.
6. Soğuk suyla durulama.
7. Kaplama.
Tabi ki bu iş için kullanılabilecek başka teknikler de mevcuttur. Bunların bazılarını referans kısmından bulabilirsiniz.
Belirli Dökme Demir Tiplerinin Kaplanmasında Karşılaşılan Zorluklar
Belirli gri demir ve dövülebilir dökümlerin siyanür çözeltisi kullanarak çinko kaplanması, en az yüksek karbonlu çeliğin kaplanması kadar zordur. Daha önce bahsedilen bu duruma, demir veya çelik yüzeyindeki karbon varlığından kaynaklanan EŞİK GERİLİMİ ETKİSİ (Overvoltage Effect) sebep olmaktadır. Yüzey, tabiatından dolayı hidrojen ile kaplanırken çinkoyla kaplanırken olduğundan daha az enerji gerektirir, bunun sonucunda da hiç çinko kaplaması elde edemeyiz ya da çok zayıf bir ön kaplama elde ederiz. Bu yüzden bu zorluğun üstesinden gelmek için bazı yollar ve vasıtalar bulmak zorundasınız.
1. Muhtemelen en kolay metot, eğer malzemede belirgin hatlar yada çukurlar yoksa, malzemeyi siyanür banyosunda kaplamadan önce bir asit çinko banyosunda flaşlamak olacaktır.
2. Başka bir teknikte ise, malzeme kaplanmadan önce siyanürlü kadmiyum banyosunda kadmiyum kaplanır.
3. Bazen kullanılan üçüncü metotta banyoya kadmiyum tuzları eklenir. Elektromotor dizisinde aşağıda yer alan kadmiyum malzemenin üzerine ilk kaplanan madde olacaktır (daha kolay bir enerji akış yoludur) ve katot çevresindeki kadmiyum tükendiği andan itibaren, kadmiyum tabakası üzerine çinko kaplanmaya başlanır. Bu 2 no.lu metodun eşdeğeridir, tek fark burada iki yerine bir banyo kullanılmasıdır. Bu metodu kullanmanız önerilmez, çünkü kadmiyum daldırma yoluyla çinko anotlar üzerinde sünger formunda kaplanacaktır (Buna bazen sementaston da denir), bunun daha sonra ayrılmasıyla ortaya çıkan istenmeyen parçacıklar sebebiyle kaba görünümlü bir malzeme yüzeyi oluşacaktır. Dahası böyle olunca kadmiyum israf edilmektedir (Not: Kadmiyumun kullanımı çevreye zarar verebilir).
4. Alternatif bir metotta ise, banyoda %2’ye kadar oranlarda cıva oksit gibi cıva tuzları kullanılır. Prensip yukarıdakiyle aynıdır. İlk olarak kaplanan cıva daha sonra çinkonun kaplanmasına izin verir, fakat banyo çalıştırılmadığı zamanlarda cıva çinko anotlar üzerine kaplanır ve banyo tekrar kullanılmadan önce tekrar cıva tozu ilavesi gerekir. Fakat burada, çinko anotlar üzerine daldırılarak kaplanan cıva sünger formunda olmadığı için, durum o kadar kötü değildir. Cıva anottaki ağır metal kirleriyle birleşme eğilimindedir, ve bu metallerin çinko kaplamaya göre potansiyellerini değiştirerek zararlı etkilerini giderir. Fakat cıva kullanımı önerilmemektedir, çünkü yetersiz konrol, kaplamada şiddetli lekelenmeye ve bu tip çinko çözeltisi pirinçle temas ettirildiğinde “season craking”e yol açacabilmektedir. (Season cracking soğuk işlenmiş pirinçte, daha sonra kırılmayla sonuçlanacak çatlamalara sebep olan aşındırıcı kimyasalların —özellikle cıva tuzları- varlığından dolayı meydana gelen intergranüler bir korozyon biçimidir.) Dahası cıva pahalı ve tehlikeli bir maddedir.
5. Eriyik kostik sodaya ve/veya alkali tuzlarına daldırılarak yüzeydeki tabakanın çıkarılarak çinkonun kaplanabilmesinin sağlandığı, denenmekte olan, etkili temizleme metotları da vardır, ama normal kaplama banyoları için uygun görülmemektedirler. Yine denenmiş bazı elektrolitik asit dağlama tipleri de mevcuttur. Bu dağlama işlemleri belli tipteki dökümlerde başarılı olurken diğerlerinde hiçbir işe yaramamaktadır. Şu şekilde bir reçete denenebilir:
Reçete
Amonyum format ........................... 453,6 gram
Amonyum fluoborat ........................ 85 gram
Su ....................................... 3,79 lt
Paslanmaz çelik anotlar kullanın ve malzemeyi anot yapın, 5,38 A/dm² de bir ila beş dakika uygulayın. İyice durulayın, 10 saniyeliğine %10 luk sodyum siyanür çözeltisine daldırdıktan sonra kaplayın. Çözeltiyi bir çömlek ya da sert kauçuk astarlı bir tankta tutun ve burnunuza sprey kaçmaması için iyi bir havalandırma kullanın.
Zinkat Kaplama Banyosu- Düşük Siyanür
Aşağıda bir dökümün kaplanmasında flaş banyosu ya da kadmiyuma benzer oldukça beyaz bir kaplama elde etmek için sıradan kaplama banyosu olarak kullanılabilecek, İngiliz tavsiyesi bir alkali çinko kaplama banyosu verilmiştir:
Reçete
Çinko sülfat ............................. 202 gr/lt
Sodyum hidroksit ......................... 300 gr/lt
Sodyum karbonat .......................... 105 gr/lt
Roşel tuzu ............................... 75 gr/lt
Sodyum siyanür ........................... 30 gr/lt
Çalışma Koşulları
Çalışma Sıcaklığı: Oda sıcaklığı.
Anodun katoda oranı: 1:1
Akım yoğunluğu: 3,23 ila 6,45 A/dm².
Anotlar: Saf çinko (levha ya da küre).
Parlatıcı olarak litre başına 7,5 – 11 gram molibdik asit kullanılabilir, eğer bu yapılırsa, çözelti güzel beyaz kaplamalar verecektir. Çıplak demir ya da çelik tanklar kullanılabilir.
Tabi ki kauçuk astarlı veya katı plastik tankların kullanımı daha iyi olacaktır. Katot verimliliği %75 anot verimliliği %80 cıvarındadır.
ÇÖZELTİNİN HAZIRLANIŞI: Görüldüğü gibi çözelti oldukça derişiktir ve hazırlanışı zordur. En iyi sonuçları alabilmek için şu metodu kullanın.
1. Kostik sodayı, gereken hacmin yarısı kadar sıcak suda çözün (Dikkatli olun —kostik soda deriye temas ettiğinde tehlikeli yanıklara sebep olabilir— böyle bir durumda hemen bol suyla durulayın).
2. Sodyum karbonatı çözün.
3. Tartaratı (roşel tuzu) çözün.
4. Çinko sülfatı gereken hacmin 1/4'ü kadar sıcak suda çözün – şimdi, sürekli karıştırmak suretiyle, çok dikkatli ve son derece yavaşça bu derişik çinko sülfat çözeltisini ana çözeltiye ekleyin. Çok hızlı eklendiğinde hiçbir pratik yolla çözülemeyen çinko hidroksit oluşacağından, SON DERECE YAVAŞ İLAVE EDİN.
5. Doğru hacme ulaşana kadar su ekleyin.
TEORİ: Bu tip alkalik çözelti, bir sodyum zinkat çözeltisidir. Çinko sodyum zinkat olarak bilinen karmaşık çözeltiyi oluşturmak üzere kostik sodayla tepkimeye girer.
Formülü Na2ZnO2 dir ve çinko sülfat ve kostik sodanın aşağıdaki şekilde tepkimeye girmesiyle oluşur:
ZnSO4 + 4NaOH = Na2ZnO2 + Na2ZnO2 + Na2SO4
161 + 160 = 143 + 142 + 36
161 birim çinko sülfat ile 160 birim kostik tepkimeye girdiğinden, oran yaklaşık olarak 1’e 1 dir ve bu yüzden 1 gram çinko sülfat ile 1 gram kostik soda birleşir.
Sodyum zinkat, aşağıda gösterildiği şekilde bir çinko iyonu deposu gibi davranır:
Na2ZnO2 à 2Na+ + ZnO2-
İlk olarak böyle basit bir şekilde iyonize olur, daha sonra şöyle bir ikincil iyonizasyon meydana gelir:
ZnO2- + 2H2O ß à Zn++ + 4(OH)-
Önceden vermiş olduğumuz çinko siyanür çözeltisinde, içeriğin yaklaşık %80’inin zinkat geriye kalanının siyanür olduğu tahmin edilmektedir. Bu banyoda çinkonun büyük bir kısmı zinkat olarak mevcuttur, bu yüzden kesin miktar belirlenemez.
Buna göre, bu banyo ve siyanür banyosu arasındaki tek büyük fark, pH’ı 11 ile 11,5 arasında tutan bir tampon görevi gören roşel tuzlarının varlığı ve çinko sülfat ve kostik sodanın tepkimeye girmesinden dolayı ortaya çıkan aşırı sodyum sülfat içeriğidir.
UYGULAMA #1: 28,4 gram çinko sülfatı 200 ml suda çözün. 28,4 gram kostik sodayı 200 ml suda çözün.100 ml çinko sülfatı 50 ml kostik çözeltisine ekleyin. Ne olur? Beyaz çinko hidroksit çökeltisi oluşur. Bu çökelti, aşağıdaki şekilde, suyun ikili olarak tepkimeye katıldığı HİDROLİZ işlemi ile olur.
ZnSO4 + 2H2O ß à Zn(OH)2 + H2SO4
Çinko tuzu, su tepkimeye girer ve çinko hidroksit ile asit oluşur.
Bu tepkime iki yönde de oluşabilir. Örneğin ortam asit tabiatında ise pH düşüktür ve tepkime sola doğru oluşur, bu yüzden hiç hidroksit çökelmez. Çünkü üretilen sülfürik asit, çinko hidroksidi oluştuğu anda tekrar çözer. Çözeltinin pH’ı arttırılarak, artık hidrojen iyonu miktarının çözeltiyi asidik tutmaya yetmediği 7 cıvarında bir değere getirilirse çözelti alkalik olmaya başlar. Bu olduğunda tepkime sağa doğru oluşmaya başlar çünkü sülfürik asit üretildiği gibi nötralize olur, bu yüzden de çökelen çinko hidroksidi tekrar çözemez. Eğer ortamda asidi nötralize etmeye yetecek kadar hidroksil iyonu mevcutsa bütün çinko içeriği çökelene kadar çökelme işlemi devam edecektir.
Ortamda fazla miktarda hidroksil iyonu mevcutsa pH oldukça yüksek olacaktır, örneğin ortamda aşırı sodyum hidroksit varsa karmaşık bir çinko tuzunun oluştuğu yeni bir tepkime vuku bulur. Bu tuz sodyum zinkat olarak adlandırılır. Bu tuz çözülebilmekle beraber yukarıdaki iyonizasyonda gösterildiği gibi hidrolize olup hidroksit formuna dönüşme eğilimindedir. Eğer bir sebepten dolayı çözelti içinde bir miktar hidrojen iyonu mevcutsa, bu iyonlar 4 OH– iyonunun (hidroksil) iki birimiyle birleşerek su molekülleri oluşturacak ve bu sırada da çinko, geri kalan 2 birim OH ile tepkimeye girerek çinko hidroksit (Zn(OH)2) olarak çökelecektir.
Bu sebeple, bundan sonra hidrojen iyonları bastırılmalıdır ya da tekrar çinko hidroksit oluşturarak çökelmeleri önlenmelidir. Bu, ortamda aşırı kostik soda bulundurup, pH ı yüksek tutmak suretiyle hidrojen iyonlarını bastırarak yapılabilir. Eğer böyle yapılmazsa, çinko hidroksit çökelirken 2 birim hidroksili de beraberinde götürerek çözeltinin daha asidik olmasına sebep olur, böylece daha fazla hidrojenin, geriye kalan hidroksil iyonları ile birleşmesine izin verilmiş olur. Bu süreç, kostik soda oranında, geriye kalan zinkatı çözeltide tutmaya yetecek kadar bir artış olana dek çinko hidroksit çökelmesiyle devam eder. Bu yüzden bu tip çözeltide bol miktarda kostik soda bulundurulmalıdır.
Buna benzer bir başka ipucu da, çinko hidroksidin çökelmesini önleyen hidroksil iyonları için depo görevi gören bir tampon tuzu kullanmaktır. Roşel tuzu, sodyum potasyum tartarat, KNaC4H4O kullanılabilir. Bu bileşik tartarik asit olarak bilinen, üzüm suyunda bulunan bir asitten yapılabilir. Sodyum ve potasyum hidroksit kuvvetli bazlarken, bu, oldukça zayıf bir asittir. Böylece bu tuz suda çözüldüğünde aşağıdaki şekilde iyonize olur (iyonize olan miktar çözülen miktarın sadece ufak bir kısmıdır):
KNaC4H4O + 2H2O = NaOH + KOH + H2C4H4O6
Gördüğünüz gibi bu, aynı zamanda bir HİDROLİZDİR. Başka bir deyişle, çözülme sırasında roşel tuzları, kendisini oluşturan elementlere ayrışma veya geri dönme eğilimindedir. Fakat tartarik asit oldukça zayıf bir asittir ve güçlü bazlar olan sodyum-potasyum hidroksitler çözeltiye bol miktarda hidroksil iyonu (OH-) katarken, tartarik asit çözeltiye çok az miktarda hidrojen iyonu katmaktadır. Bundan dolayı su ile hazırlanmış roşel tuzu çözeltisinin pH’ı yüksektir.
UYGULAMA #2: Az miktarda roşel tuzunu suda çözün. pH’ı normal bir pH test kâğıdıyla ölçün. Sonuç?
Şimdi, eğer çözeltiye az miktarda asidik madde eklenirse, bu madde sodyum ve potasyum hidroksitle bileşik oluşturacaktır. Bu da yukarıdaki iyonizasyonu dengesiz kılacak ve ortamdan kaybolan sodyum ve potasyum hidroksitlerin (hidroksil) yerine yenilerini getirecektir. Böylece çözeltinin pH’ı hemen hemen sabit tutulacaktır.
UYGULAMA #3: Roşel tuzu çözeltisine bir damla hidroklorik asit ekleyip karıştırın. pH düştü mü? pH’ı düşürmek için oldukça fazla miktarda ilave etmeniz gerektiğini göreceksiniz. Tartarat GÜÇLÜ BİR pH TAMPONUDUR.
UYGULAMA #4: Daha önce açıklandığı gibi kostik soda dengesine sahip hale getirilmiş 100 ml suda 14,2 gram roşel tuzu çözün. Sürekli karıştırarak yavaşça 50 ml çinko sülfat çözeltisi ekleyin. Eğer doğru yapıldıysa çökelme olmayacak ve çözelti berrak kalacaktır!
Aynı uygulamayı, yukarıda verilen miktarları kullanarak roşel tuzu kullanmadan tekrar edin. Şimdi karışıma kostik ve çinko sülfat ekleyin. Çözelti oldukça seyrelene kadar eklemeye devam edin. Ne oluyor? Çinko hidroksit çökelir. Çözelti daha fazla seyreltildikçe, aşırı hidroksil iyonu derişimi, çinko hidroksit iyonlarının çökelmesini engelleyemeyecek kadar azalana değin düşecektir.
Umarız size verdiğimiz bu teori ve uygulama çok karmaşık gelmemiştir, ama bu konuya doğru zamanda değindiğimizi düşünüyoruz.
Yeniden çinko banyolarına dönecek olursak, görülüyor ki, 75 gr/lt roşel tuzu eklenmiş ve her litre için 225 gr sodyum sülfat ilave edilmiş sıradan bir sülfat banyosu, çok fazla problem çıkarmayarak İngiliz banyosuna eşdeğer sonuçlar verecektir. Şahsen denemiş değiliz ama arzu ederseniz 1 lt ya da 2 lt çözelti hazırlayarak, dökme demir üzerine kaplama karakteristiklerini test edebilirsiniz. Eğer bunu denerseniz lütfen sonuçları bize iletiniz.
Siyanürsüz Çinko Kaplama Banyoları
Siyanürsüz çinko kaplama banyoları çok popülerdir, çünkü siyanür kirliliği probleminin büyük oranda önüne geçmektedirler. Aşağıda tipik bir reçete verilmiştir. Kabul edilebilir bir kaplama elde etmek için bir katkı kimyasalı kullanılmalıdır. Öncesinde parlatıcı ve katkı kimyasalları kullanılmış bu banyolardan bazıları ile siyanür tipi banyolarda elde edilenlere denk kaplamalar elde edilebilir. Aşağıdaki banyo mükemmel bir şekilde kullanılmaktadır.
Reçete
Çinko oksit ............................. 0,35 mol/lt
Sodyum hidroksit ........................ 2 mol/lt
Monoetanolamin .......................... 1 mol/lt
Hidroksialdehit amin (parlatıcı) ........ 6 gram/lt
Çalışma Koşulları
Çalışma Sıcaklığı: 21,1 °C
Akım yoğunluğu: 1,1 – 1,6 A/dm²
Çinko Pirofosfat Kaplama Banyosu
Ticari kullanımda olan diğer siyanürsüz banyo çinko pirofosfat banyosudur. Bu tip banyo siyanür problemini de azaltmaktadır. Yüksek katot verimliliği olduğu için hidrojen gevretmesi en aza indirgenmiştir ve doğru katkı kimyasalları eklendiğinde, bu banyo ile parlak kaplamalar elde edilir. Reçetesi şöyledir:
Reçete
Pirofosfat olarak çinko ................... 30 gr/lt
Potasyum pirofosfat ....................... 300 gr/lt
Katkı kimyasalı (patentli bileşikler) ..... 3,75 gr/lt
Çalışma Koşulları
Katot akım yoğunluğu: 0,85 A/dm²
Anot akım yoğunluğu: 2,15 A/dm².
K4P2O7/Zn oranı: 12’ye 1
Çinko Kaplama Banyoları İçin Analitik Kontrol Metotları:
ASİT BANYOLARI:
Anot ve katot verimlilikleri %100’e yakın olduğu için metal içeriklerinin oldukça sabit olmasından dolayı, asit banyoları çok az kontrol gerektirir. Metal içeriğinin kabaca belirlenmesi için bome hidrometresi kullanılabilir. Banyoyu ilk hazırladığınızda bir ölçüm yapın ve bunu standart ölçü olarak kullanın. Eğer ölçülen değer düştüyse, gereken miktarda %10’luk çinko sülfat veya klorür ekleyin. Kesin sonuç için, alkalik banyolarda verilmiş olan çinko analizi metodunu kullanın. Eğer bir klorür kontrolü gerekliyse, nikel kaplamada verilmiş olan klorür titrasyon metodunu kullanın (8.Ders’te).
SİYANÜR VE ALKALİ ÇÖZELTİLERİ:
ÇİNKO METALİ:
1. Güvenli bir pipet filtresi kullanarak, 250 ml lik bir behere 5 ml numune alın.
2. 25 ml saf su ve 150 gr/lt’lik sodyum sülfür çözeltisinden 10 ml ekleyin.
3. Beş dakika süresince ya da kaynayana kadar ısıtın, daha sonra kaliteli bir filtre kâğıdıyla çökeltiyi filtre edin. Çökeltiyi sıcak su ile yıkayın.
4. Filtre kâğıdındaki çökeltiyi kaba geri koyun ve 10 ml derişik hidroklorik asit ekleyin. Çökelti çözülene kadar ısıtın (İyi bir havalandırma kullanarak, hidrojen sülfür gazını ortamdan uzaklaştırın). 1 dakika kaynatın, 10 gram amonyum klorür, 150 ml saf su ve 3 damla difenilbenzen indikatörü ekleyin. (1 damla demir klorür eklenmiş 100 ml derişik sülfürik aside 1 gram).
5. 0,1 N potasyum demir siyanür ile titre edin. Bu işlemin bitiş noktası, demir siyanürün eklenmesiyle oluşan menekşe rengin yeşile dönüşmesidir.
6. Çinko miktarını aşağıdaki gibi hesaplayın:
... ml (kullanılan demir siyanür miktarı) x 0,655 = ... ml (çinko miktarı)
Oldukça tatmin edici olan şöyle bir dahili indikatör metodu da mevcuttur:
1. 250 ml lik erlene 2 ml çinko çözeltisi numunesi alın.
2. Oluşabilecek herhangi bir çökeltiyi tekrar çözmesi için, bir miktar kuru sodyum siyanür kristali ekleyin.
3. 90 ml su ve 10 ml amonyum hidroksit (derişik) ekleyin.
4. Koyu bir renk elde etmek için yeterli miktarda indikatör (Eriokrom Siyah T bileşiği) katın.
5. 2 gr kloral hidrat ekleyin (bunun yerine formaldehit kullanılabilir).
6. Renk koyu kırmızıdan maviye dönüşünceye kadar, 0,06 Molar standart sodyum EDTA çözeltisiyle titre edin.
7. Çinko miktarını aşağıdaki şekilde hesaplayın:
Çinko Metali (gr/lt olarak) = ... ml (kullanılan 0,06 M EDTA) x 1,872
TOPLAM SODYUM SİYANÜR:
1. 250 ml’lik erlene pipetle 5 ml numune alın.
2. 100 ml saf su + 1 sodyum hidroksit taneciği + 5 ml %10’luk potasyum iyodür çözeltisi ekleyin. Kalıcı sarımsı bulanıklık oluşana kadar, çözeltiyi 1/10 N gümüş nitrat çözeltisiyle titre edin.
3. Sodyum siyanür miktarını aşağıdaki şekilde hesaplayın:
... ml (kullanılan gümüş nitrat) x 1,955 = Toplam sodyum siyanür (gr/lt olarak)
KOSTİK SODA:
1. 250 ml lik erlene, 5 ml lik örnek alın.
2. 50 ml saf su, 10 damla LaMotte Sülfo Orange indikatörü (diğer markalar da kullanılabilir) ve daha sonra %10’luk 10 ml sodyum siyanür çözeltisi ekleyin.
3. Renk turuncudan sarıya dönene kadar, 1 N hidroklorik asit çözeltisi ile titre edin.
4. Kostik içerik miktarını aşağıdaki şekilde hesaplayın:
... ml (Kullanılan asit) x 8,014 = kostik miktarı (gr/lt)
PARLATICI KONTROLÜ:
Parlatıcılar bir Hull Cell kabı kullanılarak kolayca kontrol edilebilir.
Hatalı Çinko Kaplamaların Sökülmesi
Çinko kaplamanın, demir ve çelikten sökülebilmesi için aşağıdaki banyo kullanılabilir:
Reçete
Sodyum siyanür ........................... 340,20 gram
Sodyum hidroksit ......................... 113,40 gram
Su ....................................... 3,79 lt
Demir katotlar kullanılan bu çözeltide, malzemeyi anodik olarak kullanın. 6 Volt gerilim uygulayın.
Çıkarıcı olarak daldırmayla kullanılan başka bir çözelti de derişik nitrik asittir. Malzemeyi gaz çıkışı görülene kadar daldırın. Havalandırma başlığı altında çalışmaya ve derinize asit değmemesine dikkat edin.
Bir başka sökme ise 240 gr/lt sıcak kostik çözeltisidir.
Çinko Parlak Daldırma
Reçete
Kromik Asit .............................. 262 gr/lt
Sodyum sülfat ............................ 22,5 gr/lt
10 ila 30 saniye süreyle daldırın ve soğuk su ile durulayın. Malzemeyi 7,5 gr/lt sülfürik asit çözeltisine daldırdığınızda, sarı film tabakası olduğu gibi kalmalıdır.
Ayrıca, %0,5 nitrik aside daldırma da iyi sonuçlar verecektir.
Konu unutulmasın diye, aşağıda dikkatimizi canlı tutacak bazı çinko kaplama tecrübeleri verilmiştir:
Çinko Kaplama Tecrübeleri
Tecrübe #1: Parlak çinko banyosundan elde edilen kaplama, bu tür parlak çinko banyolarıyla daha önceden de çalışmış olan, tanktan sorumlu yeni operatöre olması gerektiği kadar parlak görünmemişti. Tüm çalışma hattına baştan sona göz attıktan sonra, kendisine henüz tam güven duymayan ustabaşına, temizleme sürecindeki küçük bir değişiklikle banyonun daha parlak sonuçlar elde edilebilir hale getirilebileceğini söyledi. Ustabaşı onu yanlış bir şey yapmaması için uyardı. Operatör “Öyleyse, eğer haklı çıkarsam, bana yemek ısmarlamaya ne dersin?”. “Pekâlâ, görelim bakalım.” Biraz sonra kaplama operatörü, elektrolitik siyanür ön daldırmasındaki kurşunları ters çevirdi ve parça öncekinden daha parlak bir şekilde kaplandı.
Ne olmuştu? 30 gr/lt NaCN ve 15 gr/lt kostik soda içeren siyanür ön daldırması, anodik olarak oda sıcaklığında çalıştırılmıştı. Bu da kaplamanın parlaklığının azalmasına neden olan, neredeyse görünmez bir is tabakası oluşmasına neden olmuştu. Kurşunu tersine çevirip onu katodik hale getirerek is ortadan kaldırıldı ve daha parlak bir görüntü elde edildi!
Tecrübe #2: Bir gün operatör, dolapta çinko kaplanan parçaların bazı bölümlerinde beyazımsı lekeler olduğunu fark etti. Bu durumun hiçbir mantıklı açkılaması yoktu. Elektrolit kontrol edildi ve akım ile gerilimin doğru olduğu gözlendi. Bunun sebebini düşünerek kaplama çözeltisine dalgın dalgın bakıyordu. Birden uyanmıştı! Çözelti yüzeyinde gres yağı tabakaları vardı, bunun sebebi birisinin dolap mekanizmasını aşırı derecede greslemesiydi. Malzemenin yağ tabakasına temas ettiği her noktada bu lekeler oluşuyordu. Bu sorunu nasıl halledersiniz? Sınavda bunu açıklayın.
Tecrübe #3: Siyanür kaplama banyosunun çinko içeriği düşüktü ve operatör çinko metalinin elektrolitik olarak tazelenmesinin yeterli olup olmadığını merak ediyordu. Eğer gözenekli bir kap kullanırsa bunu yapabileceğini biliyordu ama kim gözenekli bir kap kullanmak isterdi ki? Sorunun dökme demir üzerine çinko kaplamada çıktığını hatırladı ve bir miktar dökme demiri bekletip kaplanmalarına izin verdi. Dökme demirin katot verimi neredeyse sıfır olduğundan fikir işe yaramıştı. Bu arada, kullanılacak başka bir uygulama da katodun içten soğutulmasıdır. Birçok kaplama banyosunda sıcaklık sıfır ya da altına düşürüldüğünde katot verimi çok hızlı bir şekilde düşmektedir.
Yüzeyişlemleri.com dan alıntır
