Constructive Expedients In Galvanization With Hot Dipping Methods
Yüksel BİLİR, Yüksek Teknik Öğretmen, (Metalurji&Malzeme), İSDEMİR A.Ş. yubilir@isdemir.com.tr
Bu Makale 11-13 Kasım 2010 tarihlerinde İstanbul Tüyap Fuar ve Kongre Merkezinde düzenlenen 15. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresinde bildiri olarak sunulmuştur
ÖZET
Metalik malzemelerin korozyonunu önlemek için kullanılan birçok yöntemden biri de yüzey kaplama yöntemidir. Demir ve çelikler çinko, kalay, alüminyum, krom, nikel v.s. gibi çok çeşitli malzemeler ile kaplanabilirler. Bunlardan çinko kaplama, yani galvanizleme özellikle çeliklerin korozyondan korunmasında en yaygın kullanılan kaplama yöntemidir. Galvanizleme işlemi ile metal-ortam arasındaki ilişki kesilerek malzemenin korozyona uğrayıp hasar görmesi engellenir. Ancak galvanizlenecek parça tasarlanmaz ve bir takım konstrüktif tedbirler alınmaz ise galvanizlemeden sonra bölgesel korozyon noktaları oluşup, metal-ortam arasındaki ilişki yeniden kurulur ve malzeme korozyona uğrayarak hasar görür.
Metalik malzemelerin korozyonunu önlemek için kullanılan birçok yöntemden biri de yüzey kaplama yöntemidir. Demir ve çelikler çinko, kalay, alüminyum, krom, nikel v.s. gibi çok çeşitli malzemeler ile kaplanabilirler. Bunlardan çinko kaplama, yani galvanizleme özellikle çeliklerin korozyondan korunmasında en yaygın kullanılan kaplama yöntemidir. Galvanizleme işlemi ile metal-ortam arasındaki ilişki kesilerek malzemenin korozyona uğrayıp hasar görmesi engellenir. Ancak galvanizlenecek parça tasarlanmaz ve bir takım konstrüktif tedbirler alınmaz ise galvanizlemeden sonra bölgesel korozyon noktaları oluşup, metal-ortam arasındaki ilişki yeniden kurulur ve malzeme korozyona uğrayarak hasar görür.
Anahtar Sözcükler: Sıcak Daldırma İle Galvanizleme, Çinko, Tasarım, Korozyon
ABSTRACT
Surface Plating (coating) method is a method which is used for preventing metal material surfaces from corrosion. Iron and steel surfaces can be coated by different kinds of materials, for example; zinc, aliminium, chrome, nickel etc. The zinc metal coating is a common method which is generally used for preventing metals from corrosion. With the galvanization method, metal material surfaces are prevented from the damage of corrosion by not giving permission of contact of material surface and its environment. Sometimes because of bad constructive expedients and designs without thinking of coating of materials, the constructions can have partial corrosions on their surfaces.
Surface Plating (coating) method is a method which is used for preventing metal material surfaces from corrosion. Iron and steel surfaces can be coated by different kinds of materials, for example; zinc, aliminium, chrome, nickel etc. The zinc metal coating is a common method which is generally used for preventing metals from corrosion. With the galvanization method, metal material surfaces are prevented from the damage of corrosion by not giving permission of contact of material surface and its environment. Sometimes because of bad constructive expedients and designs without thinking of coating of materials, the constructions can have partial corrosions on their surfaces.
Keywords: Hot dip galvanizing, Zinc, Design, Corrosion
1. GİRİŞ
Çevre koşullarının etkisi ile metallerin kimyasal ve/veya elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda hasar görmelerine korozyon denir. Eğer malzeme korozif ortama karşı korunmazsa paslanmakta ve oluşan tahribat malzemenin yaşam süresini kısaltmaktadır. Korozyon olayının ülke ekonomilerine büyük zarar verdiği düşünülürse, kaplama yöntemlerinin önemi daha iyi anlaşılır. Yapılan araştırmalar dünyada her 90 saniyede 1 ton çeliğin paslandığını, 1 ton çeliği üretmek için ortalama bir ailenin 3 ay boyunca tükettiği enerjiye eşdeğer bir enerjinin kullanılması gerektiğini ortaya koymaktadır [5].
Metalik kaplama söz konusu olduğunda, demir ve çeliğin korozyona karşı korunmasında en geniş ölçüde uygulanan yöntem çeliği çinko ile kaplama yani galvanizleme işlemdir. Galvanizleme işleminde birçok farklı yöntem olmasına karşı sıcak daldırma ile galvanizleme işlemi en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Bu çeşit galvanizlemenin tercih olunması, yalnız çinkonun çelik üzerinde sabit ve kuvvetli bir şekilde yapışan bir kaplama meydana getirmesinden değil, aynı zamanda kontinü yöntemlerin uygulanmasıyla geniş bir üretim yapılmasına imkan vermesinden ve dolayısıyla maliyeti düşük olan işletme kolaylığı ve sürati temin etmesinden kaynaklanır [1].
Sıcak daldırma ile galvanizleme işlemi ile demir veya çelik malzeme korozif ortamdan katodik olarak korunarak paslanması önlenir. Ancak Sıcak daldırma ile galvanizlemede yapılabilecek yanlış tasarım, yanlış galvanizleme işlemi ile malzemede lokal korozyon bölgeleri oluşarak malzeme bu bölgelerden tekrar hasarlanmaya uğrayabilir.[6]
2. GALVANİZASYON ÖNCESİ HAZIRLIK İŞLEMLERİ
İyi bir kaplama, malzemenin yüzey hazırlığının iyi olması ile başlar. Galvanizlemede ön hazırlık işlemlerinde yapılacak hata ve eksik uygulamalar direkt olarak galvaniz kaplamanın kalitesine ve ömrüne etki eder. [6]
Galvanizlenecek malzeme yüzeyinde yağ, zift, tufal, vernik, etiket, boya, markalama kalem izleri, olmamalıdır. Eğer malzeme yüzeyinde bu kirlilikler bulunuyorsa bunlar mekanik ve/veya kimyasal olarak temizlenmelidir. Pas, tufal, boya gibi kirlikler kumlama, yağ, zift, vernik, gibi kirlilikler asitleme gibi kimyasal yöntemlerle temizlenebilir. [4]
3. SICAK DALDIRMA YÖNTEMİ İLE GALVANİZLEME
Sıcak daldırma ile galvanizleme, genel olarak şekillendirilmiş çelik veya dökme demir parçaların kaplanmasında uygulanan yöntemdir. Bu yöntemde parçalar tek tek yada gruplar halinde 450ºC civarında erimiş çinko banyosuna daldırılmakta ve istenen kaplama kalınlığına göre belirli bir süre sonra banyodan çıkarılmaktadır. Bu işlem şematik olarak Şekil 3.1 de görülmektedir. [2]
Şekil 3.1. Sıcak Daldırma Yönteminin Şematik Görünümü
Şekil 3.2’de görüleceği üzere sıcak daldırma ile galvanizleme işlemi esnasında demir ve çinko arasında ortaya çıkan reaksiyonlar sonucu bir takım ara alaşım tabakaları oluşur [4]. Galvaniz kaplamanın özelliklerini değiştiren bu ara alaşım tabakları galvanizlenecek parçaların kimyasal bileşimi, şekli, yüzey özellikleri, kaplama banyosunun bileşimi, sıcaklığı, daldırma süresi ve banyodan çıktıktan sonraki soğutma hızı gibi çok sayıda parametreden etkilenmektedir. [3]
Şekil 3.2. Sıcak Daldırma İle Kaplanmış Çeliğin Çinko Kaplama Yapısının Fe-Zn Denge Diyagramı Yardımı İle Şematik Olarak Gösterilmesi.[7]
Tablo 3.1. Fe-Zn Denge Diyagramındaki Fazların Özellikleri [7]
4. SICAK DALDIRMA İLE GALVANİZLEMEDE ALINABİLECEK KONSTRÜKTİF TEDBİRLER
Galvanizleme işlemi ile, metal-ortam arasındaki ilişki kesilerek malzemenin korozyona uğraması engellenmektedir. Ancak burada dikkat edilecek nokta parça tasarımının galvanizleme işlemine uygun olmasıdır, yani galvanizleme tasarımının doğru ve planlı olması gerekir. Bu aşamada imalatçı, tasarımcı ve galvanizcinin karşılıklı olarak sürekli diyalog halinde olmasında fayda vardır.[6]
Galvanizlemeye uygun olmayan tasarımlar galvanizlendikten sonra malzemeyi koruma yerine tam aksi davranış göstererek bölgesel korozyon noktaları oluşturup parçanın korozyona uğrayıp hasar görmesine neden olur. Kusursuz galvanizleme işlemi için galvanizleme işleminden önce, galvanizlenecek parça boyutu, parçanın ağırlığı, askılama, imalat yöntemleri, tasarım gibi birçok konu üzerine etüd yapılması gereklidir.
4.1 EBAT-AĞIRLIK
Ürün ebadı, galvaniz banyosuna rahatça sığacak ölçülerde olmalıdır. Ürün yaklaşık 450 ºC’ye ısındığında genleşeceğinden boyutlarındaki artış göz önünde bulundurulmalıdır. Ürün boyu ve yüksekliği banyo ölçülerinden fazla olduğu durumlarda, Şekil 4.1’de görüleceği üzere çift daldırma gibi özel kaldırma teknikleri kullanılabilinir. Çift dalışın birleştiği yüzeylerde kaplama izi oluşacak ancak fonksiyonel açıdan problem oluşturmayacaktır. Ürün ağırlığı, galvanizci firma vinçlerinin emniyetli yük kaldırma kapasitesinden fazla olmamalıdır. [4].
Şekil 4.1 Çift Dalış Daldırma Tekniği
4.2. ASKILAMA
Askılama ürün üzerine delik açarak veya mapa kaynatılarak yapılabilir. Eğer malzeme üzerinde tasarımın kendisinde olan delikler var ise bu deliklerden de faydalanılabilinir [4]. Eğer tasarım ve kullanım yeri açısından ürün üzerine delik açmanın sakıncası yok ise delik açmak mapa kaynatmaktan daha iyidir. Çünkü kaynatılan mapalar galvanizlemeden sonra kesilecek ve tekrar lokal olarak mapa kaynatılan bölgeye galvanizleme işlemi uygulanacaktır. Bu hem ekstra işçiliktir hem de lokal olarak uygulanan galvanizlemenin kalitesi tüm yüzey boyunca uygulanan galvanizlemenin kalitesinden düşüktür.
İnce kesitli uzun veya geniş hacimli ürünler ağırlık noktalarından askılanmalıdır. Aksi taktirde ürün kendi ağırlığından dolayı sehim yapabilir, deforme olabilir. [4].
4.3. İMALAT YÖNTEMLERİ
Galvanizlenecek malzeme, tornalama, frezeleme, kaynaklı imalat, döküm gibi bir çok imalat yöntemlerinin hepsi yada biri uygulanarak imal edilmiş olabilir. Tornalama ve freze gibi talaşlı imalatlarda parçanın özellikle girinti ve çıkıntı bölgeleri var ise buralarda talaş kalmadığından emin olunmalıdır. Bu kısımlarda kalacak çapaklar galvanizlemeden sonra dökülecek ve lokal olarak korozyona açık bölgeler oluşturacaktır. Ayrıca tornalama, frezeleme gibi imalat yöntemleri esnasında soğutma amacı ile kullanılan bor yağı gibi kimyasal maddeler galvanizlemeden önce yüzeyden giderilmelidir. Döküm parçaların yüzeyinde kalan döküm kumu kumlanarak iyice temizlenmelidir. Galvanizlenecek parça kaynaklı imalat olarak imal edilmiş ise kaynak pürüzsüz, gözeneksiz olmalıdır. Kaynakta gözenek olması halinde galvaniz kaplama bu alanlarda daha kalın olacak ve zamanla bu noktalardan dökülecektir. Ayrıca Şekil 4.2’de şematik olarak görüldüğü üzere galvanizlemeden önce kaynak curufları temizlenmelidir.
Şekil 4.2. Galvanizlemeden Önce Kaynak Curuflarının Temizlenmesi
Bütün demir-çelik ürünleri ve bunların kaynak, perçin v.s. birleştirilmiş tasarımları galvanizlenebilmektedir. Ancak yumuşak lehimle birleştirilmiş tasarımlar galvanizlenememektedir. Bunun nedeni galvanizleme banyosunun sıcaklığının lehimin ergime sıcaklığından yüksek olmasıdır. Ancak sert lehim dediğimiz çinko-bakır alaşımları (pirinç) ile birleştirilmiş tasarımların galvanizlenebilme kabiliyetleri görecelidir. Sert lehimlenmiş parçaların galvanizlenebilmesi her zaman tartışma konusu olmuştur [2].
4.4. TASARIM
Galvanizlemede beklide en önemli noktalardan biridir. Öyle tasarım yapılmalıdır ki tasarım; galvanizleme esnasında metalin akıcılığına uygun olmalı ergimiş metal bütün noktalara ulaşmalı ve ergimiş çinko, ana metal ile reaksiyona girip homojen bir kaplama oluşturmalıdır. Örneği Şekil 4.3’de görülen tasarım uygun olmayan bir tasarımdır. Şekil 4.3’de görülen iç tasarımda da bağlantı boruları ya parçanın içine fazla girmiş (a) veya köşeleri yerine orta kısımlarına birleştirilmiştir (b,c). Böyle bir durumda galvanizleme esnasında parça içinde çinko kalıntısı kalacaktır.
Bu çinko lapa şeklinde buralarda kalacak kaplamanın kalitesini bozacak ve hatta belirli süre sonra kendiliğinden dökülecektir. Şekil 4.4’de ise bu iç tasarımın galvanizleme işlemine uygun hale göre geliştirilmiş şekilleri gözükmektedir. Şekil 4.3’deki kalıntı galvaniz oluşumuna sebep olan fazlalıklar ve uygun olmayan bağlantı yerleri değiştirilmiş borunun parçanın içine giren noktası parça iç yüzeyi ile sıfırlanmış ve diğer parçalarda ise parça üzerine bağlanan borular parçanın köşelerine monte edilecek şekilde dizayn edilmiştir.
Galvanizlemede sorun olan başka bir konu ise üst üste binen yüzeylerdir. Eğer üst üste binen yüzeyler tamamen kaynaklanmış ise sıcak daldırma ile galvanizleme esnasında arada kalan havanın artan basıncı sebebiyle patlama riski vardır. Bu durumda Şekil 4.5’de görüldüğü gibi ya kaynakla birleştirilmiş üst üstte olan yüzeylerin ortasına bir hava kanalı açılmalı (Şekil 4.5..a) veya kaynak kesik kesik (Şekil 4.5.b) çekilerek havalandırma sağlanmalıdır. [2]
Şekil 4.3. Galvanizleme İşlemi İçin Uygun Olmayan Tasarımların Şematik Gösterimi
Şekil 4.4. Galvanizleme İşlemi İçin Geliştirilmiş (Modifiye Edilmiş) Tasarımların Şematik Gösterimi
Şekil 4.5. Üst Üstte Binen Yüzeylere Havalandırma Boşlukları Oluşturulması
Açılı üst üste binen yüzeylerde köşelerin birbirine değmesinden kaçınılmalıdır. (Şekil 4.6.) Böylece hem üst üste binen yüzey alanı küçülür hem de sıvı metal bütün girintilere ulaşır.
Şekil 4.6. Üst Üste Binen Açılı Parçalarda Uygun Tasarımın Şematik Görünümü
Ancak yinede bütün yüzey temas ediyorsa gerekli hava kanalları açılarak havalandırma sağlanabilinir (Şekil 4.7.) Şekil 4.7dikkat edilmesi gereken nokta böyle tasarımlara kanallar zıt yönlü olarak açılmalıdır. Bu şekilde sıvı metal bir kanaldan girip profilin içini tam olarak ıslatarak diğer kanaldan çıkar. Bu tip profiller prizmatik, dairesel kanallar açılabilir. Prizmatik kanallar parçanın altı ile tam temas ettiğinden tercih edilebilir [2].
Şekil 4.7. Sıvı Çinko Akışını Kolaylaştırmak İçin Uygun Tasarımın Şematik Görünümü
Uç kısımları kapatmak için kullanılan plaklarda açılan delikler birbirine göre çapraz ve merkezden uzak plakanın ana malzemeyle birleştiği kenara mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Ürün üzerinde birbirine dik kaynatılan elemanların çinko akışını engellememesi için birleşme kesitinde köşeler kesilmeli veya delik açılmalıdır. [4].
Şekil 4.8. Sıvı Çinko Akışını Kolaylaştırmak İçin Geliştirilmiş Uygun Tasarımın Şematik Görünümü
5. DEĞERLENDİRME
Sıcak daldırma ile galvaniz kaplamada, diğer kaplama yöntemlerinde olduğu gibi kaplamanın birinci derece kalitesine kaplama öncesi yüzey hazırlık işlemleri etkiler. Yüzeyi doğru hazırlanmayan yüzeyinde yağ, kir, tufal gibi yabancı maddeler bulunan bir malzemede galvanizin kalitesinden bahsedilemez. Galvanizlemeden en verimli sonucu almak için tasarımcı, imalatçı ve galvanizci sürekli olarak diyalog halinde olmalıdır. Ancak bu üçlü diyalog ile en doğru galvaniz kaplama yapılabilinir. Sıcak daldırma ile galvanizlemede, parçaların kimyasal bileşimi, şekli, yüzey özellikleri, kaplama banyosunun bileşimi, sıcaklığı, daldırma süresi ve banyodan çıktıktan sonraki soğutma hızı gibi çok sayıda parametre kaplamanın kalitesine ve kalınlığına etki eder.
Galvanizleme kadotik koruma yaparak ana metali korur. Ancak galvanizlemenin tasarım-imalat-galvanizleme aşamalarında yapılacak hatalardan dolayı lokal korozif bölgeler oluşup bu bölgeler savunmasız kalıp korozyona uğrayabilir. Bu tip korozif bölgeler imalat ve tasarım aşamasında bir takım konstrüktif tedbirler alınarak giderilebilinir.
KAYNAKLAR
1.Çakır, A.F. : ‘ Sıcak Daldırma İle Çinko Kaplama Yada Galvanizleme’, Dünya Gazetesi, İstanbul, Türkiye (1999) 1-2
2.General Galvanizing Practice, Galvanizers Assocition, London, England, (1981) 1-2, 6-7, 16-19, 29
3.Elkoca, O.: ‘Sıcak Daldırmayla Galvanizlemede Çelik Yüzey Özelliklerinin Kaplama Davranışına Etkisi’, Doktara Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye (1998) 1-7
4.Marmara Galvaniz, : ‘ Galvanize Uygun Tasarım’ , Marmara Galvaniz Teknik Yayınları, İzmit, Türkiye, (2009)
5. Güven, V. : ‘ Sıcak Daldırma İle Sürekli Çinko Kaplama’, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, (1999) 1-20, 22-28
6.BİLİR, Y. : ‘Kaplı Çeliklerin Özellikleri’ , Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2004
7.Baycık, H, Koltuk F., Müftüoğlu F.: ‘Galvanizli Çeliklerin Mikroyapısı’, Mühendis ve Makine Dergisi, İstanbul, Türkiye, 525 (2003)