Galvaniz kazanına ilave edilen alaşım elementleri ve galvanize etkileri karmaşıktır. Yazıda, kaplanan malzeme yüzeyinde ki kaplama kalınlığı, değişik kaplama kalınlıkları sorunlarının oluşumlarına, çinkoya ilave edilen alaşım elementlerinin etkileri anlatılacaktır.
Sıcak daldırma ile galvanızleme de, kaplama dört ayrı katmandan oluşur. İlk üç katmanı demir–çinko ara alaşımlardır. En dış katman ise 100% çinkodur. Normalde, demir çinko alaşımları yayılma (diffusion) mekanizması ile paraboliç olarak gelişeceğinden, zamanla yavaşlar ve durur. Bu oluşumlar yazının devamında, bir şekil ile görüntülenmektedir.
Ancak kaplanan çeliklerin yapısında bulunan Si, P, C, Mn gibi elementler belli yüzdelerden daha fazla olursa, çinko – demir etkileşiminin seyri değişmektedir. Bu tür çelik metallere reaktif yapılı malzemeler denmektedir. Reaktif yapılı malzemelerde, demir çinko alaşımları yayılma (diffusion) mekanizması zamana bağlı olarak parobolik hareket yerine, doğrusal (lineer) hareket eder. Parabolik harekette zaman içinde kendiliğinden dururan kaplama işlemi, doğrusal hareket olursa durmaz. Bu da kaplama kalığının daha fazla olmasına neden olur.
Reaktif yapılı çeliklerde kaplama sırasında ara alaşımları oluşturan reaksiyonun parabolik olmaktan çıkışını kontrol altına almak için, az ölçüde çeşitli alaşım elementleri ( Al, Pb, Ge, V, Ti, Ni, Bi, Cu, Cd, Sn ) çinkoya ilave edilir (1).
Galvanizleme de kaplama kalınlıklarının yüzeyde farklı olarak oluşmasının nedeni de, kaplanan parçanın içinde ki silis ve fosfor dağılımların homojen olmamasındandır.
İlave Elementler ve Kaplama Oluşumu
Kaplanacak çelik parçanın yapısında, üretim şeklinden kaynaklanan farklı elementler bulunur. Özellikle çeliğin yapısında bulunan silis ve fosfor sağlıklı bir çinko kaplanmasında sorun oluşturmaktadır. Kaplamaya etki eden bu sorunları gidermek için alaşım elementeri ve bunların değişik kombinasyonları incelenmiştir .Çalışmalar neticesinde kaplama sırasındaki reaksiyonlar, ilave edilen alaşım elementleri ile kontrol altına alınarak sağlıklı bir kaplama yapısına ulaşılmıştır.
Kaplanacak malzeme çinko içine dalmaya başlayınca demir – çinko ara yüzeyinde, normal olarak çinko kaplama başlar. Bu esnada, demir ve çinkonun kimyasal etkileşimleri sırasında, gama, zeta, delta gibi ara alaşımlar oluşur. Eğer her şey control altında, normal ise demir çinko alaşımları yayılma (diffusion) mekanizması ile paraboliç olarak gelişeceğinden, belli bir süre geçtikten sonra yavaşlar ve durur. İşlem sürecinde çinko demir ara yüzeyinde gelişen bu alaşımlar Şekil-1’de de görüntülenmektedir (1).
(*): Sertlik = Hardness
Ancak kaplanan çeliklerin yapısında bulunan Si, P, C, Mn gibi elementler belli konsantrasyonların üzerinde olduğu zaman (Reaktif malzeme), çinko demir etkileşimi işlemi normal seyrini değiştirir. Kaplama sırasında paraboliç olarak çalışması gereken yayılma (diffusion) mekanizmasının şekli doğrusal olur ve zamana bağlı olarak sonlanma yerine, doğrusal olarak devam eder. Neticede, demir ara yüzeyinde oluşan gama, zeta, delta kalınlıklarının olması gerekenlerin dışına çıkar.
Bir başka sorun da kaplama kalınlıklarının, farklı olarak oluşması olayıdır. Kaplanan parça içinde silis ve fosfor dağılımlarının homjen olmamasından dolayı, kaplanan parça yüzeyinde değişik kaplama kalınlıkları oluşur. Kaplanacak parçanın yapısında ki silis ve fosfor içeriğinin dağılım durumuna bağlı olarak (homojen veya değil), kaplama farklılığı gösteren malzemeleri normal kaplama seyrine çekmek, kimyasaal reaksiyonların normal yürümesini sağlamak için, çinko kazanına az ölçüde Al, Pb, Ge, V, Ti, Ni, Bi, Cu, Cd, Sn gibi bazı elementlerin ilave edilmesi gerekmektedir (1, 2) .
Galvaniz Kazanına Ilave Edilen Elementlerin Etkileri
Kurşun ve aliminyum yaygın kullanılan alaşım elementlerindendir. Galvanızleme işlemi başlangıcında çok az kurşun ve aluminyum ilave edildilerek elde edilen sonuç, ilave edilmediğinde ki sonuca, gore daha olumlu olmaktadır (3).
Kazana ilave edilen kürsünün, çinkonun yüzey gerilimini düşürüp akışkanlığını artırdığı görülmektedir. Alüminyumun, çinko akışkanlığına etkisi yanında yüzeydeki çinko oksitlenmesine karşı koruyuculuğu, aynı zamanda kaplama başlangıcında ince bir alüminyum demir alaşımı oluşturarak kaplama kalınlığını azattır. Ancak yüksek mertebelerde kullanılırsa fluksun aktivitesini azalttığı, kaplamada açık yerler kaldığı ve kaplama sonunda yüzeyde siyah cüruf kalıntıları olduğu görülmektedir (4).
Daha sonra özellikle yüksek silis ve fosfor içerikli malzemelerin kaplanmasında ki negatiflikleri control altına almak için, başka elementler ilave edilerek incelemeler yapılmış, nikelin büyük etkisi olduğu görülmüştür. Nikel yanında değişik alaşım elementlerinin kaplamanın seyrine etkileri açık olarak Şekil 2’de görülmektedir. Bu tesbitler neticesinde kaplamanın ekonomikliği de göz önünde bulundurularak değişik kombinasyonlar kullanılmaya başlanmıştır. Galvanız kazanına ilave edilen bizmut, kurşun gibi yüzey gerilimini düşürmüş, ancak az ölçüde kurşunla birlikte daha iyi netice vermiştir.
Sekil-2. Galvaniz kazanına ilave edilen alaşım elementlerinin kombinasyonlarının SiE (Sı+2,5P) miktarına göre kaplama kalınlığına etkileri (5).
Galvaniz kazanına ilave edilecek alaşım elementleri daha etkili olabilmeleri için birden fazla kombinasyon şeklinde yapılmaktadır. Şekil-2 de görüldüğü gibi bazı kombinasyonlar kaplama kalınlığı ile ilgili iyi netçeler vermektedir.Yukarıdaki grafikte olduğu gibi, kaplama kalınlığına tek başına kurşun fazla etki etmemiş, buna nikel ilave edildiğinde kaplama kalınlığı seyri normale dönmeye başlamıştır. Şekilde kurşun nikel yanında, kalayda iklave edilince kaplama kalınlığı seyri daha iyi olduğu görülmektedir. Bir başka kombinasyon, kalay-vanadyum-bizmut kombinasyonu ve vanadıum-titanyum kobinasyonu kaplama kalınlığını oldukça iyi etkilediği grafikte belirlenmiştir. Ancak bu kombinasyonlarda her elementin yüzdesi önemli olmaktadır.
Sonuç:
Çeliğin çinko ile kaplanmasında yüksek bir kaliteye ulaşmak için çeliğin reksiyona grime kabiliyetini control altına alınması, kazandan çıkarken çinkonun iyi süzülmesinin sağlanması, kaplama neticesi kaplamanın katılaşmasının iyi olması önemli, kritik adımlar olarak öne çıkmaktadır.
Kazana ilave edilen Al, Ni, Sn, V, ve Ti alaşım elementleri reaktif çelikleri control altına alarak iyi bir katılaşma sağlar. Sonuçta kaplama kaliteli olur.
Banyoya ilave edilen Al, Pb, Bi ve Sn kaplama kalınlığının ince ve homojen olmasına yardımcı olurlar. Banyoda ki bu metaller süzülmeyi, oksitlenmeyi ve kaplamanını istenilen şekilde katılaşmasını, sağlarlar.
Kazana ilave edilen her alaşım elementi kaplamayı etkiler, ancak kombinasyon halinde kullanıldıkları zaman daha yı sonuçlar alınmaktadır. Ancak banyoya ilave edilen alaşım elementleri, miktarları iyi ayarlanmazsa negatıve etkileri de görülmekte, zarar da verebilmektedirler..
Referanslar
1-“Role of Bath Additives on the Quality of Galvanizing”, J. Zervoudis, G. Anderson, 6th Asia Pacific General Galvanizing Conference , Cairns, Australia, Aug7th , 2005
2- “A Review of Bath Alloy Additives and Threir Impact on the Quality of the Galvanizing Coating”. J. Zervoudis and G. Anderson, http://www.teck.com/tc/gg/pdf/presentations/apggc_the_role_of_bath_additives.pdf
3-“ Zinc Bath Manegment on Continuous Hot Dip Galvanizing Lines, Coating Processes and Surface Treatments” ,GalvinfoNote,2.4.1, http://galvinfo.com/ginotes/GalvInfoNote_2_4_1.pdf
4- “Improving Productivity and Quality in the Hot Dip Galvanizing” , By M. Ainsly, I nternational Zinc Association (IZA).
5-“Performance of Hot Dip Galvanizzed Steel Products,American Galvanizing Association”, American Galvanizers Association,2010. http://www.galvanizeit.org/images/uploads/publicationPDFs/Performance_of_Galvanized_Steel_Products.pdf?tracked=yes