T.C SAKARYA NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARIN ENDSTRDE KULLANIMININ

GELTRLMES

YKSEK LSANS TEZ

Met.Mh. Ahmet KAHRMAN

Enstit A.B.D. : METALURJ VE MALZEME MHENDSL

Tez Dan man : Prof.Dr. Eref AVCI

HAZRAN 2003

T.C SAKARYA NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARIN ENDSTRDE KULLANIMININ

GELTRLMES

YKSEK LSANS TEZ

Met.Mh. Ahmet KAHRMAN

Enstit A.B.D. : METALURJ VE MALZEME MHENDSL

Bu tez 01/07/2003 tarihinde aa daki jri taraf ndan Oybirl i i /Oyokluu i le kabul edilmi t ir . Prof.Dr.Eref AVCI Prof.Dr.Cuma B NDAL Prof.Dr.Osman TUTKUN Jri Bakan Jri yesi Jri yesi

NDEKLER

TEEKKR ................................................................................................................i

EKLLER LSTES ...................................................................................................ii

TABLOLAR LSTES ......................................................................................iii

ZET ..........................................................................................................................iv

SUMMARY ...............................................................................................................v

BLM 1.

GR .........................................................................................................................01

BLM 2.

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALAR, TARHES VE GELM ...............04

BLM 3.

AKIMSIZ NKEL KAPLAMA BANYOLARININ SINIFLANDIRILMASI

VE KAPLAMA BANYOLARINDA OLUAN REAKSYONLAR ..............07

3.1. Kaplama Banyolarnn Snflandrlmas ..................................................07

3.2. Kaplama Trleri .....................................................................................08

3.3. Kaplama Banyolarnda Oluan Reaksiyonlar ......................................09

BLM 4.

KAPLAMA BANYO BLEENLER VE KAPLAMA BANYO

PARAMETRELER .................................................................................................12

4.1. Kaplama Banyolarnda Kullanlan Kimyasal Maddeler ve Bileenleri ......12

4.1.1. Redkleyiciler ..........................................................................12

4.1.2. Hzlandrclar ..........................................................................12

4.1.3. Nikel iyon ieren tuzlar ..............................................................13

4.1.4. Kompleks oluturucular ..............................................................13

4.1.5. Kararlatrclar ve frenleyiciler ..................................................14

4.1.6. Tamponlayclar ..........................................................................15

4.1.7. Islatclar .....................................................................................15

4.2. Kaplama Banyolarnda Kullanlan Malzemeler ......................................16

4.2.1. Plastik esasl tanklar .........................................................................16

4.2.2. Filtre .................................................................................................16

4.2.3. Kartrc .....................................................................................16

4.2.4. Istc .................................................................................................17

4.3. Banyonun Kaplama Prosesine Hazrlanmas ......................................17

4.3.1. zeltinin ilk defa/tekrar hazrlanmas ......................................17

4.3.2. zelti bileimi ..........................................................................18

4.3.3. pH deeri .....................................................................................19

4.3.4. zelti Scakl ..........................................................................20

4.3.5. Filtre ilemi .....................................................................................22

4.3.6. Tortulanma miktar ..........................................................................22

BLM 5.

KAPLAMA PROSES LEM KADEMELER ..................................................23

5.1. Ya Giderme .....................................................................................23

5.2. Maskeleme .................................................................................................24

5.3. Kumlama .................................................................................................24

5.4. Asklama .................................................................................................25

5.5. Yzey Hazrlama .....................................................................................25

5.6. Durulama .................................................................................................25

5.7. Kaplama Prosesi .....................................................................................26

5.8. Hatal Kaplamalarn Sklmesi .............................................................26

BLM 6.

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARIN ZELLKLER .....................................27

6.1. Kaplamalarn Genel zellikleri .............................................................28

6.1.1. Mikroyap .....................................................................................28

6.1.2. Grn .....................................................................................29

6.1.3. Bileim .....................................................................................29

6.2. Kaplamalarn Fiziksel zellikleri .................................................30

6.2.1. Younluk .....................................................................................30

6.2.2. Gzeneklilik .....................................................................................32

6.2.3. Yapma .....................................................................................32

6.2.4. Manyetik davran .........................................................................32

6.2.5. Termal iletkenlik .........................................................................32

6.3. Kaplamalarn Mekanik zellikleri .............................................................33

6.3.1. Sertlik .....................................................................................33

6.3.2. ekme mukavemeti .........................................................................34

6.3.3. Elastisite modl .........................................................................34

6.3.4. Yumuaklk .....................................................................................34

6.3.5. Anma Direnci .........................................................................34

6.3.6. Srtnme katsays .........................................................................35

6.3.7. Tabaka kalnl .........................................................................36

6.4. Kaplamalarn Korozyon zellikleri ..................................................36

BLM 7.

KAPLAMA BANYOLARINDA OLUAN PROBLEMLER VE

BUNLARIN ZMLER .....................................................................................39

BLM 8.

KAPLAMALARIN ISIL LEM ..........................................................................44

8.1. Isl lem Grmemi Nikel-Fosfor Kaplamalarn Yaplar ...............46

8.2. Hidrojen Gevrekliinin Azaltlmas veya Giderilmesi in Isl

lem.............................................................................................................48

8.3. Kaplamaya Fonksiyonel zellik Kazandrmak in Isl lem ...............48

8.4. Isl lem Grm Nikel Fosfor Kaplamalarn Yaplar ..........................49

BLM 9.

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARA UYGULANAN TESTLER ..........................51

9.1. Kaplama Kalnlnn lm ..............................................................51

9.1.1. Tartma yntemi ..........................................................................51

9.1.2. Mikrometre kullanarak lme ..................................................52

9.1.3. Damla testi .....................................................................................52

9.1.4. Eddy Current yntemi ..............................................................53

9.1.5. Manyetik test metodu ..............................................................53

9.2. Is ok Testi .................................................................................................54

9.3. Yapkanlk Testi .....................................................................................55

9.4. Gzeneklilik Kontrol .........................................................................55

9.5. Korozyon Dayanm Testi .........................................................................55

9.6. Sertlik lm .....................................................................................56

BLM 10.

AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARIN ENDSTRDEK KULLANIM

ALANLARI .............................................................................................................57

BLM 11.

DENEYSEL ALIMALAR VE SONULAR........................................................62

BLM 12.

DENEYSEL SONULARIN RDELENMES.........................................................85

BLM 13.

NERLER VE GRLER ..........................................................................96

REFERANSLAR .................................................................................................97

ZGEM ...........................................................................................................101

TEEKKR

Bu Yksek Lisans tezinin amaca ulamas aamas nda koordinasyon

faaliyetlerini dzenleyen ve hibir fedakarlktan ka nmayarak sonuca

ulamas n sa layan Prof.Dr. Eref AVCIya teekkr bir bor

bilirim.

Bu tezin haz rlanmas nda yard mlar n esirgemeyen, Mikail ACET

(ACET Kaplama San.), Prof.Dr. Serdar SALMAN ve Ara t rma

Grevlisi Ouzhan GNDZe (Marmara niv. Teknik E i t im Fak.),

GYTE al anlar ndan Adem EN, Orhan DURMAZPINAR, Salim

SARITA , Sad k UAR ve manevi deste ini esirgemeyen aileme

teekkr ederim.

EKLLER LSTES

ekil 4.1: Teflon muhafazal paslanmaz elik s t c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

ekil 4.2: pH deeri i le kaplama kal nl aras ndaki i l iki.. . . . . . . . . . .20

ekil 4.3: zeltinin pH deeri i le fosfor miktar aras ndaki il iki.20

ekil 4.4: zelti scakl i le kaplama hz aras ndaki i l iki.. . . . . . . .21

ekil 6.1: Kaplamann nikel konsantrasyonu ile fosfor miktar

aras ndaki i l iki.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

ekil 6.2: Kaplamann fosfor ve bor miktar ndaki art i le

younluun dmesi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

ekil 8.1: Farkl s cakl klardaki numunelerin temperleme

zaman i le sertlik de i imi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

ekil 8.2: Farkl s cakl klardaki numunelerin temperleme

zaman i le tane boyutunun de i imi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

ekil 8.3: Ni-P denge diyagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

ekil 8.4: Is l i lemin nikel-fosfor kaplaman n sertlik deeri

zerine etkisi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

ekil 10.1: Ak ms z nikel kaplamalar n de i ik sektrlerdeki

baz uygulama alanlar na ait rnekler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

TABLOLAR LSTES

Tablo 4.1: Nikel iyon ieren tuzlar ve bile imleri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

Tablo 4.2: Ak ms z nikel kaplama zeltisinin bile imi.. . . . . . . . . . . . . . . .19

Tablo 5.1: Ya gidermede kullan lan klorlanm solventler. . . . . . . . . . . .24

Tablo 6.1: Elektrolitik ve akms z nikel kaplamalar n

zelliklerinin kar la t r lmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Tablo 6.2: Kaplama tabakasn n bile imi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Tablo 6.3: Kaplamann fosfor ve bor miktar na ba l olarak

younluk deerleri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Tablo 6.4: Kaplamann a nma direncinin kar la t r lmas . . . . . . . . . . . . .35

Tablo 6.5: Ak ms z nikel kaplamann de i ik korozif

ortamlarda a nmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Tablo 7.1: Kaplama kal nl n n yksek oranda olmas

probleminin giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

Tablo 7.2: Kaplama kal nl n n dk olmas probleminin

giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Tablo 7.3: Muntazam olmayan tabakalama probleminin

giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Tablo 7.4: Zay f yap ma probleminin giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Tablo 7.5: Tank duvar nda metal tortulanmas probleminin

giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Tablo 7.6: Banyo bulan k ise probleminin giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Tablo 7.7: Gzenekli kaplama probleminin giderilmesi. . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Tablo 7.8: Kaplamann przll probleminin giderilmesi. . . . . . . . . .43

Tablo 8.1: Malzemelerin mukavemetine gre s l i lem

sresinin seimi.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Tablo 9.1: Alt malzemenin s test s cakl klar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

Tablo 10.1: Ak ms z nikel kaplamalar n ABDde de i ik

sektrlerdeki kullanm oranlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

Tablo 10.2: Ak ms z nikel kaplamalar n farkl uygulama alanlar . . . . .59

ZET Anahtar Kelime: Ak ms z nikel kaplamalar, kimyasal kaplamalar,

nikel-fosfor kaplamalar Kaplama teknolojilerinde son y l larda h zl bir gelime meydana gelmi , bunun tek nedeni ise kaplamalar n malzeme zelliklerine kazand rd fonksiyonel stnlklerdir. Kaplama i lemi uygulanm malzemenin maliyetinin yksek olmas dezavantaj gibi gzkse de malzemenin kullanm mrnn uzun olmas bu dezavantaj ortadan kald rmaktad r. Ak ms z nikel kaplama uygulamas , birok endstriyel alanda kullan lmaktadr. Kaplama kal nl n n malzemenin her tarafnda ayn olmas , ok iyi korozyon direnci, a nmaya kar mukavemet ve yksek kaplama sertli i gibi stnlkleri vardr. Karma k ekilli paralarda dahi rahatl kla uygulanmaktadr. Bu al ma, teorik bilgi ve deneysel al ma eklinde iki ks mdan olumaktad r. Teorik bilgi olarak; akms z nikel kaplamalar n geli imi, banyo bileenleri, kaplama proses i lem kademeleri, ak ms z nikel kaplamalar n zellikleri , kaplama banyolar nda meydana gelen problemler ve bunlar n zmleri, kaplama tabakasn n s l i lemi, kaplamalara uygulanan testler ve akms z nikel kaplamalar n endstrideki kullanm alanlar hakk nda bilgi verilmi t ir . Deneysel al mada ise; numuneler haz rlanarak bu numunelere 10, 20 ve 30 m kal nl nda yksek fosforlu ak ms z nikel kaplama yap lm t r, kaplama yzeyinin przllk lmleri, farkl s cakl klarda s l i lem, sertlik lm, mikro yap incelemesi, yap ma testi , X-ray difraksiyon paternleri ve taramal elektron mikroskobu (SEM) yard myla kaplama tabakas n n fotoraflar al narak detayl bir deneysel al ma yap lm t r.

Sonu olarak; artan kaplama kal nl i le przllk artmakta ve kaplamann yap ma mukavemeti azalmaktadr, 4000Cye kadar yap lan s l i lemlerde kaplamann sertli i artarken bu s cakl ktan sonraki s l i lemlerde ise azalmaktadr, s l i lem ile kaplama tabakas nda meydana gelen nikel fosfr intermetalik fazlar optik inceleme ve X-ray difraksiyon paternleri i le tespit edilmi t ir ayr ca yksek s cakl klardaki s l i lem ile tanelerdeki bymede taramal elektron mikroskobu (SEM) grntlerinde grlmektedir.

IMPROVEMENT IN INDUSTRIAL APPLICATION OF ELECTROLESS NICKEL COATING SUMMARY Keywords: Electroless nickel coatings, chemical coating, nickel-

phosphorous coatings In recent years, rapid improvements in coating technologies were achieved. The reason of this is functional effect on properties of coating materials. It seems to be very high of cost of coated materials as a disadvantage of a coated material but due to long life of material in industrial application, this will be economical. Applications of electroless nickel coatings are used in several industries. High resistance to corrosion and wear and excellent high hardness values of nickel coatings are achieved. The thickness of coatings is obtained on materials in homogeneous form. Therefore, these coatings are produced also in very complicated shapes. This study includes theoretical information on electroless nickel coatings and experimental studies in details. Improvements on electroless nickel coatings, components in baths, steps of coating process, properties of these coatings and problems faced during, coating processes were discussed in details. Informations were given concerning heat treatments of coated materials. Experimental tests were applied on specimens. In experiments, first specimens were prepared according to standards and cleaned before coating procedure. Electroless nickel coatings with phosphorous content (9-12%P) were produced on steel sheets in form of 10, 20 and 30 m thickness. The values of surface roughness, heat treatments at different temperatures such as 200, 280, 400, 500 and 6000C hardness values, microstructural investigations of coated materials were determined. In addition to this, adhesion tests were performed. Furthermore, X-ray diffraction analysis and SEM studies of produced nickel coatings were included. Results show, that values of surface roughness increases with increasing coating thickness from 1,94 m to 2,6 m. The adhesion strength decreases with increasing thickness. Hardness values increases from 550 to 1090 HV first at temperature interval from 200 to 4000C. After temperature of 4000C hardness values decreases considerably. This can be explained that formation of Ni3P phase

occurs with increasing temperature up to 4000C. Therefore, the value of hardness increases with increasing temperature. At further heat treatments after 4000C the growth of crystals increases as a function of temperature and the hardness value decreases due to this relation. The growths of crystals are shown in SEM investigations clearly. Ni3P, Ni and NiO phases were determined by means of X-ray diffraction analysis.

BLM 1. GR

Dnya ekonomisinde metal kullanmn n art na paralel olarak, bu

metallerin tahrip olma tehlikesi de artmaktadr. Modern yzey

teknolojisinin esas amac ; endstriyel, ta ma ve servis ara-

gerelerinin mrn artt rmak ve bunlara dekoratif ve fonksiyonel

olarak uygun kaplamalar sunmakt r.

Pratikte bu ama iin nikel byk kullanm alan na sahiptir. Nikel

kaplama teknolojisi daima geli im halindedir ve nikel modern

endstrinin ok de i ik sektrlerinde kullan lmaktadr. Gnmzde

nikel kaplama modern yzey teknolojisinin en ok kullan lan

proseslerinden biri haline gelmi t ir[1].

Elektrolitik, yani metal kaplama banyolarnda ak m geirilerek elde

edilen nikel kaplamalar 19. yzy ldan beri metal yzeylerini

korozyondan korumak veya onlara dekoratif ve mhendislik zellikleri

kazand rmak amac yla kullan lmaktadr. Nikel zerine kaplanan ince

bir krom tabakas ise nikeli ortamn etkisinden daha uzun sre korur.

Ak ms z olarak elde edilen kaplamalar ar nikel katmanlar olmay p,

daha ok nikel fosfor veya nikel bor ala mlar d r. Nikel kaplamalar

nikel tuzlar ieren bir zeltiye daldr lm ve yzeyi iletken veya

katalit ik bir malzeme zerinde redkleyicinin etkisi i le nikel

iyonlar n n nikel metaline dnmesinin sonucu elde edilir . Bu s rada

a a kan fosfor veya bor ile birleen nikel intermetalik bir ala m

olu turur. Redklenme olay kendiside katalit ik etki gsteren nikel

zerinde devam eder. Endstriyel uygulamaya ancak 1950lerin

ortalar nda geilmi olup, bu kaplamalar n ba l ca stnlkleri u

ekilde s ralanabilir;

stenilen her kal nl kta kaplanabilirler. A nmaya direnli ve s l i lem sayesinde yksek sertlik

deerlerine ulaabilirler.

Metal veya metal olmayan yzeylere bile belirli bir n i lemden sonra rahatl kla kaplanabilirler.

ok az gzenek ve yksek korozyon direncine sahip kaplamalard r.

Dzgn olmayan yzeylere dahi e kal nl kta ve zelti i le temas eden her blgede kaplama meydana gelir.

Gerek kitlesel (tambur), gerekse askda kaplama yapmna uygun bir kaplama yntemidir.

Metalin a a kmas elektrik ak mn gerektirmedi i iin pahal ak m kayna na ve ask sistemine ihtiya

duyulmamaktadr.

Ak ms z metal kaplamalar ierisinde nikel kaplamalar en nemli yeri

tutar. Her y l artan kullan m alanlar ise zerine kaplandklar

malzemenin dekoratiften ok i levsel (fonksiyonel) zelliklerini

de i t irmesine borludur. Gnmzde zellikle korozyon ve

a nmaya yksek direnlerinin yan nda sertlikleri , sneklikleri ve

lehimlenebilirl ikleri as ndan da ok de i ik uygulama alanlar

bulmu lard r. Ba ta elektronik, kimya, uak, uzay ve otomobil olmak

zere birok de i ik alanlarda gittike artan boyutlarda

kullan lmaktadr.

Ak ms z nikel kaplamalar byk oranda yumuak eliklerin, ala ml

eliklerin veya dkme demirlerin kaplanmasnda kullan l rlar. Tak m

elikleri veya paslanmaz eliklerin kaplanmas n n pay ise i lem

hacmi ierisinde dk oranlardad r. Son y l larda ise zellikle

alminyum ve ala mlar n n kaplanmas ok nem kazanm t r.

Kimyasal nikel kaplamalar olarak da bilinen akms z kaplamalar,

kimyasal malzeme sarfiyatndaki fazlal k, yntemin zel aksam

gerektirmesi ve at k su temizleme sorunlar nedeniyle pahal bir

kaplama trdr [2].

BLM 2. AKIMSIZ NKEL KAPLAMALAR,

TARHES VE GELM

Gnmzde galvanoteknik endstrisinin en nemli trendlerinden birisi

de, e i t l i yzey i lemleri problemlerinde kimyasal nikel kaplama

tekni inden iyi bir alternatif olarak istifade etmektir [3].

Ak ms z nikel kaplama (electroless nickel plating), elektrik akm

kullanmadan nikel atomlar n n otokatalit ik kimyasal indirgeme

yntemi ile elde edilerek metal yzeyine kaplama tekni idir [4]. Bu

kaplama sisteminin dier yntemlere stnl, kaplanan nikel

tabakas n n kristal yap ya sahip olmamas sonucu, zaman iinde kristal

yap daki bo luklar n meydana getirece i galvanik hcrelerin

olumas na imkan vermemesidir [5].

Ak ms z nikel kaplama tekni inde farkl l k sadece elektrik akmn n

kullan lmamas olmay p, bu yntemle elde edilen kaplamada nikel

a rl ka %88-95 oran nda olup beraberinde metal olmayan elementleri

de yzeye ba lar [4]. Nikel iyonlar ve birlikte srklenen fosfor gibi

metal olmayan maddelerle birlikte kaplanrken metal cam ad verilen

amorf bir tabaka olu turur. Mikroyap incelendi inde tm metallerde

mevcut olan tanelerin ve tane s n rlar n n olmad grlr. Kaplama

dokusu kristal yada toz dokusunda olmad ndan zamanla kristal

yap daki bo luklar n meydana getirece i galvanik hcrelerin

olumas na imkan vermez. Dier elektrolit ik yntemle kaplanm

kaplamalar gibi kendini kurban eden bir kaplama olmayp, malzemeyi

ortamdan tam olarak izole eden bariyer niteli inde bir kaplamadr

[4,6].

Bu tr kaplama, uygulama yntemleri ve benzersiz zellikleri i le

olaanst bir mhendislik malzemesidir. Proses sonucu elde edilen

nikel kaplama, son derece dzenli bir yapya sahip, sert , srtnme

katsay s dk, lehimlenebilir ve bilhassa korozyona kar dayan kl

bir tabaka olu turmaktadr [5].

19. yzy l n ikinci yar s nda, a r metallerin tuzlar n n redkleyici

maddelerle redklenmesi uygulamalar na ba lanm t r. Metallerin tuz

zeltileri redksiyonunda hipofosforik asidin uygunluu tespit

edilerek bu alandaki al malar h zlanm t r [7].

Ak ms z nikel kaplamalar n gerek bulucular Brenner ve

Riddeldir[8]. Ara t rmac lar n elektrolit ik nikel kaplama

banyolar ndaki istenmeyen oksidasyon rnlerini temizlemek iin

kulland klar bir redkleyici, sodyum hipofosfit , i lave nikel

toplanmas na neden olmu ve bylece ok nemli endstriyel bir metal

kaplama yntemi bu defa kalc olarak kefedilmi t ir . Daha nce

1844lerde nikelin hipofosfitle redklenebilece i Wurtz tarafndan

bulunmu ve hatta 1916da Roux scak nikel nitrat, sodyum hipofosfit-

sitrat ve amonyak ieren zelti i le i lk akms z nikel kaplama

patentini (ABD Patent 1.207.218) alm t r [9]. Yntemin endstriyel

uygulamaya k sa srede gei i ancak Brenner ve Riddellin ke if ve

daha sonra yapt klar ara t rmalarla mmkn olmu tur. Nitekim

ak ms z kaplama bu ara t rmac lar n ynteme yak t rd klar ve

gnmzde tm dnyada kabul edilmi bir terimdir [2].

1946 y l nda Milli Standartlar Brosundan Brenner ve Riddell, 1944

y l ndaki tesadfi bir kefe dayanarak elik zerine nikel ve kobaltn

fosforlu ala mlar n n sulu bir alkali banyosundan selektif y lmas

iin uygun artlar a klayan bir blten yay nlam lard r. Bu metot

daha sonralar baz metallerin nikel kaplanmas iin daha uygun asit

zelti leri kullan larak ara t r l p geli t iri lmi t ir . Elektrolit ik

olmayan kaplama (Electroless Plating) ismi de bu ara t r c lar

tarafndan verilmi t ir . Bu ara t r c lar sodyumhipofosfit ieren bir

banyodan elektrolitik nikel kaplama esnasnda, katodik ak m veriminin

%100den daha byk (%120) olduunu gzlemlemi ler ve elektrolit ik

kaplama esnas nda ayr an nikele ilaveten faydal elektronlar

tarafndan temin edilen bir kimyasal redksiyon reaksiyonu yard myla

ilave metal kapland n belirlemi lerdir. Bu durumun hipofosfitin

redkleyici etkisinden kaynakland a klanm t r.

Ak ms z nikel kaplamalar n ilk ticari uygulamas 1955 y l nda ABDde

KANIGEN yntemi ile ba lam , bunu 1968de DURNICOAT takip

etmi t ir .

Hipofosfit yannda dier redkleyicilerin rne in, borhidrr ve

hidrazinin kullan lmas i le nikel-bor ala m ve saf nikel kaplamalar

elde edilmi t ir . Gnmzde l nikel ala m kaplamalar i le birlikte

silisyum karbr veya teflon gibi kat partiklleri ieren dispersiyon

kaplamalar da gittike nem kazanan de i ik uygulama

trleridir[1,2].

BLM 3.AKIMSIZ NKEL KAPLAMA BANYOLARININ

SINIFLANDIRILMASI VE KAPLAMA

BANYOLARINDA OLUAN REAKSYONLAR

3.1. Kaplama Banyolar n n S n fland r lmas

Ak ms z nikel kaplama banyolarn aa daki zelliklere gre

s n fland rabiliriz.

1) Banyodaki redkleyici trne gre;

a) hipofosfitl i ,

b) borhidrrl,

c) aminoborlu ve

d) hidrazinli banyolar

2) zeltinin pH na gre;

a) alkali banyolar

hipofosfitl i ve bor hidrrl banyolar

b) asidik banyolar

hipofosfitl i ve aminoborlu banyolar

3) al ma s cakl na gre;

Endstriyel uygulamada en yayg n rastlanan banyo trleri ise;

a) alkali veya asitl i hipofosfitl i banyolar (uygulamadaki

banyolar n %90 ),

b) alkali borhidrrl banyolar ve

c) asitl i aminoborlu banyolar

Yukar da s n fland rmas n yapt mz banyolardan en etkili olan

birinci banyo gurubudur. nk yalnzca kullan lan redkleyici

ortamn trn vermekle kalmaz, ayn zamanda genellikle

kaplamalar n kompozisyon ve e idini de verir. Bu e i t s n flama

birbirinin tamamlay c s d r [1,2,10].

3.2. Kaplama Trleri

Uygulamada elde edilen nikel tabakalar aa daki gruplara

ayr labilir[11].

1) Hipofosfitli banyolarda retilenler:

a) yksek fosforlu i levsel kaplamalar (%P>10, max.%15),

b) dk fosforlu kaplamalar (~ %P 8),

c) parlak kaplamalar,

d) ala ml kaplamalar,

e) ok ala ml kaplamalar (ten fazla) ve

f) dierleri

2) Borlu banyolarda retilenler:

a) yksek borlu fonksiyonel kaplamalar (%3-8 B),

b) dk borlu kaplamalar (%0,4-5 B)

3) Hidrazinli banyolarda retilenler:

a) yksek nikelli kaplamalar (%97-99 Ni)

4) Kompozit kaplamalar:

a) teflon emdirilmi kaplamalar,

b) teflonlu dispersiyon kaplamalar,

c) sil isyum karbrl dispersiyon kaplamalar ve

d) elmasl dispersiyon kaplamalar v.b.

3.3. Kaplama Banyolar nda Oluan Reaksiyonlar

Ak ms z nikel kaplama retimi katalit ik etkisi olan metal yzeyinde

nikel iyonlar n n bir redkleyici etkisi i le redklenerek nikel metaline

dnmesi esas na dayan r. Nikel metalinin kendiside katalit ik etki

gsterdi i iin nikelin metalik hale dnmesinden sonra reaksiyon

nikel yzeyinde devam eder[2,12].

Metal iyonunun redklenmesi;

Katalitik yzey

Mn + + e- --------------------> M (redksiyon metalinin a a (1)

kmas )

bir baka iyonun oksitlenmesi;

R2 +------------> R( z + n ) + e (oksidasyon) (2)

eklinde toplam reaksiyon;

Mn + + Rz -------> R( z + n ) + M olarak verilebilir , (3)

1 ve 2 numaral k smi reaksiyonlar ve 3 nolu toplam reaksiyon ile olay

basit bir ekilde gsterilmi t ir . Kullan lan banyolar n iindeki

redkleyicinin cinsine ba l olarak nikel metali i le birlikte fosfor

(hipofosfit redkleyici) aa kar ve bu ekilde elde edilen nikel

katman ar nikel olmayp, bir nikel-fosfor veya nikel bor ala md r.

Redkleyici olarak hidrazin kullan lmas durumunda saf nikel

kaplamalar elde edilebilir .

Periyodik tabloda nikeli ieren sekizinci gurup elementler katalit ik

etki gsterirler. Bylece nikelin ilk y lmas gerekle t iri l ir .

Ak ms z Kaplama prosesi kendi kendini devam ettirir ve bu nedenle

otokatalit ik olarak tan mlanmas daha uygundur [1,12].

En ok kullan lan redkleyici sodyum-hipofosfit olup, kimyasal

bile imi NaH2PO2.H2Odur. Nikel iyonlar n n redksiyonu aa daki

denklem ile oluur;

Katalitik

2H2PO2 +Ni+ ++2H2O---------- 2H2OPO3+H2+2H++Nio (4) Enerji

Reaksiyon aktif katalit ik yzeylerde ve artan asidik oluumla

ortohipofosfiti olu turur (H2PO3).

Banyoda meydana gelen reaksiyonlar genelde drdnc denklemden

daha kar kt r;

Katalitik

H2PO2 + H2O ------------> H+ + HPO3 + 2Ha b s . (5)

Enerji

Ni+ + + 2Ha b s . ------------> Nio + 2H+ (6)

2Ha b s . ----------------> H2 (7)

H2PO2 + H2O ------------------> H2PO3 + H2 (8)

H2PO2 + Ha b s . -----------------> H2O + OH + P (9)

H2PO2 + H2O -----------------> H+ + (HPO3) + H2 (10)

Katalitik

3H2PO2 ----------------> H2PO3 + H2O + 2OH + P (11)

Enerji

Katalitik bir yzey zerinde ve yeterli enerji olduunda hipofosfit

iyonlar hipofosfite ykseltgenir. A a kan hidrojenin bir k sm

katalit ik yzeyde absorbe olur (denklem 5). Bu durumda katalizr

yzeyinde bulunan nikel, absorbe edilmi aktif hidrojen tarafndan

indirgenir (denklem 6). Absorbe edilmi hidrojenin bir miktar ayn

zamanda katalit ik yzeydeki az bir miktarda hipofosfiti suya, hidroksil

iyonuna ve fosfora indirger (denklem 9). Mevcut hipofosfitin byk

k sm katalit ik olarak nikel ve fosfor zeltisinden ba ms z bir

ekilde ortofosfite ve hidrojen gazna ykseltgenir (denklem 10) ve

ak ms z nikel zeltilerinde dk verime yol aar.

Tm reaksiyonlar birlikte al an bir elektrolit le oluurlar. Reaksiyon

zaman , banyo zeltisindeki kar mlara, pH deerine, s ve dier

faktrlere ba l d r. 11. denklemde grld gibi, elementer fosfor

meydana gelir. Nikel i le birlikte fosfor kar ve bu fosfor ise tabakaya

kar r [12,13].

BLM 4. KAPLAMA BANYO BLEENLER VE

KAPLAMA BANYO PARAMETRELER

4.1. Kaplama Banyolar nda Kullan lan Kimyasal Maddeler ve

Bileenleri

4.1.1. Redkleyiciler

Ak ms z nikel kaplama banyolarnda kullan lan en yayg n

redkleyiciler unlard r [2,12]:

Sodyum hipofosfit (NaH2PO2.H2O), Sodyum borhidrr (NaBH4), Aminoborlar (R3NBH3) R:hidrojen veya hidrokarbon kkdr) Dimetil aminoboran (CH3)2NHBH3), Dietil aminoboran (C2H5)2NHBH3) ve Hidrazin (H2N-NH2).

4.1.2. H zland r c lar

Kompleks olu turucular n etkisi i le yava layan nikel kaplama hz

endstriyel a dan kabul edilemeyecek deerlere der. Bu h z

artt rmak iin banyolara ok az bir oranda hzland r c lar kat l r.

Genelde konsantrasyonlar 220 ppm aras nda de i ir . Hipofosfitl i

banyolarda sksinik asit yaygn olarak kullan lan frenleyicidir. Dier

karbonik asitler znebilir florrler, t iore gibi kkrtl bile ikler ve

baz solventler h zland r c olarak kullan lm lard r [2,12,14].

4.1.3. Nikel iyon ieren tuzlar

Ak ms z nikel kaplama banyolarnda nikel iyon kayna olarak

kullan lan tuz zeltileri; nikel slfat, nikel klorr ve nikel asetattr.

Bunlar n bile imleri ve ierdikleri % Nikel miktarlar aa daki Tablo

4.1de grlmektedir [12,15].

Tablo 4.1: Nikel iyonu ieren tuzlar ve bile imleri [12].

Tuz Kimyasal Forml % Ni Oran

Nikel Slfat NiSO4.6H2O %23 Ni

Nikel Klorr NiCl2.6H2O %24,7 Ni

Nikel Asetat Ni(CH3COO)2.4H2O %23,6 Ni

4.1.4. Kompleks oluturucular

Kompleks olu turucu maddelerin grevi olumsuz nikel banyo

zeltisinin kendi kendine ayr mas n engellemek ve redklemenin

yaln z katalit ik yzey zerinde meydana gelmesini sa lamakt r.

Genelde serbest nikel miktar n ayarlayan organik asitler veya onlar n

tuzlar ndan meydana gelirler. rne in; sodyum hipofosfitl i banyolarda

nikel-fosfit kn engelleyerek banyoyu kararl k larlar. Kompleks

olu turucular olarak ilk zamanlarda glikolik, sitrik ve asetik asit

tuzlar kullan lm t r. Gnmzde daha ok dikarboksilatlar

kullan lmaktadr. Suksinik, glutamik, laktik, propionik ve aminoasetik

asit bunlar aras nda say labilir . Genelde kompleks olu turucular n

varl , laktik asit d nda metalin redklenme hz n drr.

Kullan lan kompleks olu turucuya ba l olarak nikel kaplama

tabakas n n fosfor ieri i (hipofosfitl i banyolarda) i gerilmeleri ve

gzeneklilik zellikleri de i ir [2,9,10,12].

4.1.5. Kararlat r c lar ve frenleyiciler

Ak ms z nikel kaplama banyolarnda kabul edilebilir hzda bir kaplama

h z elde edebilmek iin banyo belirli oranlarda kararsz olmas

gerekir. Bu tr banyolarda ise alma s ras nda gelien koullar

banyonun ok h zl olarak karars z hale geerek nikelin toz nikel ve

nikel-fosfit (hipofosfitl i zeltilerde) veya nikel-borr (borhidrrl

zeltilerde) halinde kmesine neden olur. kmenin temelde nedeni

banyoda kolloidal veya ok kk boyutta kat ekirdeklerin

bulunmas veya meydana gelmesidir. Yksek alan/hacim oranna sahip

bu yzeylerde redklenme hzla geli ir ve banyo bozulur. Bu olaydan

nce banyoda ok iddetli bir gaz k olur ve siyah toz nikel a a

kar. Bu karars zl n kaynaklar unlar olabilir;

banyonun blgesel fazla s nmas , redkleyicinin yksek konsantrasyonlarda kat lmas ve

banyoda yksek redkleyici ieren blgelerin olumas ,

sistemdeki tozlar n yzeyinde katalit ik etki i le redklenmenin ba lamas ,

hipofosfitin ayr mas sonucu oluan ortofosfit , znrlk s n r n n zerindeki oranlarda banyoda bulunmas ve

banyoda Pd gibi redksiyonu h zland ran elementlerin ta nmas .

Genelde banyolar n iyi kontrol, dzenli fil trasyonu ve kar t r lmas

bu sorunlar byk lde nlemesine ramen tehlikeyi tamamen

ortadan kaldrmak iin banyolara frenleyici veya kararla t r c denilen

katk maddeleri kat l r. Bu sayede kolloidal maddeler zerinde

redklenme engellenmi olur.

Frenleyici olarak hipofosfitl i zeltilerde;

t iore gibi kkrtl bile ikler, molibdat veya iyodat gibi oksianyonlar,

kurun, bizmut, kalay veya kadmiyum gibi a r metal iyonlar ve

son y l larda da oleatlar ve baz doymam asitler gibi organik maddeler kullan lmaktadr.

Frenleyiciler ok dk oranlarda faydal bazen parlat c olarak grev

grmelerine kar n, kritik konsantrasyonlar n zerinde reaksiyonlar

tamamen durdurabilmektedir. zellikle kkrtl bile ikler ba ta olmak

zere baz lar da kaplamada i gerilimlere neden olmakta,

gzeneklili i art rmakta ve snekli i azaltmaktadr. Bunun sonucu

olarak kaplamann korozyon ve a nma direnci de azalmaktadr

[2,9,10,12,15].

4.1.6. Tamponlay c lar

Kaplama s ras nda meydana gelen reaksiyonlar, hcre reaksiyonu ile

oluan hidrojen iyonu nedeni i le zeltinin asitl ik derecesini arttr r,

yani pH deerinin drr. Genellikle kompleks olu turucu katk

maddeleri pH sabit tutma yani tamponlama ynnde etki

gsterirlerse de zaman zaman banyoya amonyak, hidroksitler ve

karbonatlar i lavesi i le pH n drlmesi sa lan r. pH n fazla

dmesi banyoda metal toplanma hz n byk oranda azalt r.

zellikle pH deeri 3n alt nda ise al lamaz [2,12,14].

4.1.7. Islat c lar

zeltinin kaplanacak yzeyin her tarafn n slat lmas ve reaksiyon

s ras nda a a kan hidrojen gaz habbeciklerinin yzeye yapmadan

ayr lmas n sa lamak amac yla zeltilere slat c lar kat l r. Gaz

habbeciklerinin yzeye yap r kalmas halinde o noktalarda metal

birikimi olmaz ve oyuk oluur. Uygulamada kullan lan slat c lar alkol

slfonatlar, ya asidi slfonatlar ve etilen oksit trevleri gibi iyonik

olmayan rnlerdir [2,14,16].

4.2. Kaplama Banyolar nda Kullan lan Malzemeler

4.2.1. Plastik esasl tanklar

En yksek kalitede akms z nikel kaplama elde edebilmek iin

genellikle kaplama annda ikiz tank sistemi tercih edilir . Ak ms z

nikel kaplama banyolarnda tank malzemesi olarak genellikle yzeyler

dahil; PVC, polipropilen veya cam elyaf takviye edilmi polyester

malzemeler kullan l r. Bu malzemeler istenilen llerde kesilip,

planlanan hacim dorultusunda plastik kayna i le kare veya

dikdrtgen banyolar haz rlan r. Kaynak i lemine dikkat edilerek,

kaynak yerlerinden s zd rmazl k testi yap l r [12,17].

4.2.2. Filtre

Kaplama prosesi esnas nda zelti mutlaka fil tre i leminden

geirilmelidir. Banyodaki kirli partiklleri kaldracak ve optimal

artlar alt nda temizlenmesi iin bir fi l tre sistemi gereklidir. Kaplama

banyo zeltisi saatte 8-10 defa sirkle edilmelidir. Eer fil tre sistemi

yeterli de i lse paralar n yzeyinde przllk oluarak kaplamann

kalitesini byk oranda drr. Filtre torbalar banyonun al ma

sresine ba l olarak 2 ile 8 saatte bir de i t iri lmelidir [12,17].

4.2.3. Kar t r c

Ak ms z nikel kaplama banyosundaki hareketin amac , kaplanacak

paralara taze elektrolit i temin edebilme imkan vermek iindir.

Kaplama banyosundaki zeltinin karmas iin; hava fleme veya

kar t r c pervane tertibat olmal d r. Bu kar t r c yard myla

kaplama zeltisi devaml hareket halinde olaca ndan dolay kaplama

reaksiyonu h zlanarak verimli ve istenilen zelliklerde kaplama

tabakas elde edilir .

4.2.4. Is t c

Ak ms z nikel kaplama banyolarn s tmak iin de i ik enerji

biimleri kullan labilir . Kaplama banyolar nda kullan lan s t c lar

zeri teflon kapl paslanmaz s t c lard r. Teflon kapl s t c lar ekil

4.1de gsterilmi t ir . Bu s t c lar n ebad ise banyolar n boyuna gre

de imektedir. Teflon muhafazas z paslanmaz elik s t c lar

kullan lmamal d r. Bu tr s t c lar kaplama annda reaksiyona girerek

kaplan r, bu da banyodaki nikel miktarn drr. Kaplama

banyolar n n s cakl s k aral klarla llerek hem s t c lar n al p

al mad , hem de proses s cakl kontrol alt nda tutulmu olur

[12,17].

ekil 4.1: Teflon muhafazal paslanmaz elik s t c [18].

4.3. Banyonun Kaplama Prosesine Hazrlanmas

4.3.1. zeltinin ilk defa/tekrar Hazrlanmas

Bu tr kaplama prosesinin en nemli aamas ndan birisi zeltinin

haz rlanmas i lemidir. Kaplama zeltisi hazrlan rken i lem ad mlar

kontrol alt nda yap lmal d r. Burada zelti hazrlama i lemini ilk

defa haz rlama/tekrar haz rlama eklinde a klanabilir .

1) zeltinin lk defa Hazrlanmas :

Ak ms z nikel kaplama zeltileri; kurulum zeltisi ve ilave zeltisi

eklinde iki guruptadr. Kurulum zeltileri sadece ilk kurulum

aamas nda kullan l r. lave zeltiler ise kaplama prosesi devam

ederken banyoya ilave edilir . Kaplama banyosunun aktivasyon i lemi

yap l p deiyonize su ile y kan r. Banyonun 1/3i deiyonize su ile

doldurulur. Kaplama zeltisini i thal eden firmadan zelti kurulum

deerlerini alarak banyoya ilave edilir . Daha sonra banyo al ma

izgisine kadar deiyonize su ile tamamlanarak hazrlan r.

2) zeltinin Tekrar Hazrlanmas :

Daha nce haz rlanm zeltinin tekrar kaplama prosesine

haz rlanmas i lemi farkl d r. zelti kaplama banyosundan

dinlendirme tank na boalt l r. Kaplama banyosunun aktivasyonu

yap l r. Aktivasyon ise saf nitrik asit i le en az 8 saat beklemek

suretiyle yap l r. Nitrik asit boalt l r, deiyonize su ile banyo y kan r.

Tekrar banyo deiyonize su ile doldurulur ve %3 orannda Amonyak

ilave edilerek 10-15 dak. kar t r l r. Amonyakl su boalt l p,

deiyonize su ile kaplama banyosu ykanarak temizlenir. Aktivasyon

i lemi biten kaplama banyosuna, dinlendirme tankna al nm olan

kaplama zeltisi i lave edilerek kaplama prosesine hazr hale getiril ir .

4.3.2. zelti bile imi

Ak ms z nikel kaplama zeltilerinin bile imleri fosfor miktar na ve

kimyasal trne gre de i iklik gstermektedir. Tablo 4.2de kaplama

zeltisinin bile imi grlmektedir.

Tablo 4.2: Ak ms z nikel kaplama zeltisinin bile imi [19].

Ana Bileen zeltideki

Miktar Alternatif Bileen

Nikel slfat 25-40 gr./lt Nikel-Klorr, Nikel-Slfat ve

Nikel-Asetat

Kompleks

bileenler 30-50 gr./lt

Laktik, sitrat, glikolik, malik asit

ve tuz bileimleri seilir.

Redkleyici 25-38 gr./lt Sodyumhipofosfit, Dimetil

Aminoboran

Kararlatrc ve frenleyici

0,5-1 ppm Kurun, kadmiyum, tiore, bizmut, kalay iyonlar v.s.

pH 4,6-5

Scaklk 85-900C

Kaplama Hz 7-20 mikron/saat

4.3.3. pH deeri

pH kontrol akms z nikel kaplama prosesinin en nemli kontrol

mekanizmalar ndand r. Bu nedenle pH deeri devaml kontrol alt nda

olmal , kimyasal i lavesi ve kaplama prosesi esnasnda banyonun pH

deerinde de i iklikler meydana gelir. Kaplama esnasnda pH=4,4-4,5

aras nda olmal d r. En iyi kaplama hz 4,8-5 pH deeri aras nda elde

edilir . pH deeri artt ka kaplama hz artar. pH deerini ykseltmek

iin; %50lik amonyak ilave edilir . Seyreltik slfrik asit i lavesiyle de

pH deeri drlr. pH lm dijital pH metre veya pH ka d

yard myla yap l r.

ekil 4.2de pH deeri i le kaplama kal nl aras ndaki i l iki

grlmektedir. pH deeri artt ka kaplama kal nl da artmaktadr.

zeltinin pH deerinin artmas yla fosfor miktar azal r. zeltinin

pH deeri i le fosfor miktar aras ndaki i l iki ise ekil 4.3de a ka

grlmektedir.

ekil 4.2: pH deeri i le kaplama h z aras ndaki il iki [1].

ekil 4.3: zeltinin pH deeri i le fosfor miktar aras ndaki il iki [1].

4.3.4. zelti s cakl

Ak ms z nikel kaplama prosesi otokatalit ik bir reaksiyondur. Katalit ik

reaksiyonlar n belirli bir h zla ilerleyebilmeleri iin enerjiye gerek

vard r. Nikel kaplama banyolarna enerji zeltinin s t lmas i le

sa lan r. Kabul edilebilir kaplama iin gerekli olan scakl k 650Cdir.

Bu s cakl ktan sonra kaplama i leminin ba lamas na ramen istenilen

kaplama s cakl 82-900C aras d r. 1000Cnin zerindeki s cakl klarda

banyoda ayr ma olabilir . Kaplama esnas nda zelti sirkle edildi i

iin hava ile temastan dolay s cakl kta ani dmeler olabilir . Bunu

nlemek iin s t c lar kontroll olarak devaml al t r lmal d r. Ayn

zamanda hava kar t rma sistemi de s tma i lemine ba lamadan nce

mutlaka al t r lmal d r.

Asit t ipi banyolar genelde yksek scakl klarda ve duyarl s cakl k

kontrol ile al t r l rlar. S cakl k art genelde nikel kaplama hz n

art r r. Hipofosfitl i banyolarda s cakl k art i le kaplamann fosfor

oran da azal r [2,14,17].

ekil 4.4de grld gibi, ak ms z nikel kaplamalarda 650Cden

daha yksek s cakl klarda kaplama hz nda art olmakta ve ideal

kaplama s cakl ise 85-900C aras d r. rne in, 650Cde saatte

yakla k 6 m, 850Cde ise ~16 m kaplama kal nl elde

edilmektedir.

ekil 4.4: zelti scakl i le kaplama h z aras ndaki il iki [1].

4.3.5. Filtre i lemi

Kaplama banyolar n temiz tutmann nemi ok fazlad r. Kaplama

zeltisi; prosesle beraber ba lay p, kaplama i lemi gerekleene

kadar fil tre edilmelidir. Filtre ve devir daim pompas mutlaka asite

dayan kl malzemelerden yap lmal d r. Banyo zeltisi saatte 5-8 defa

fil treden geirilmelidir. Banyoda oluan tortular veya kirlenmeler

fil tre ierisinde tutulmaktadr. Filtre olarak aside dayankl ve 5 m

gzeneklie sahip zel torbalar kullan lmaktadr.

4.3.6. Tortulanma miktar

Tortulanma oran pH ve s cakl a ba l d r. pH ve s cakl k artt ka

tortulanma miktar da artar. Kaplama esnasnda tortulanma h z 11-13

mikron/saattir . Tortulanma art k nikel atomlar n n ve banyoda oluan

kirlenmelerin banyo dibinde veya kenarlar nda birikmesidir.

BLM 5. KAPLAMA PROSES LEM KADEMELER

5.1. Ya Giderme

Yzey i lem proseslerinde en iyi sonular malzemenin zerindeki ya ,

kir, pas, oksit , kal p art klar , kesme ya lar ve kayd r c lar gibi

kirli l iklerin temizlenmesi i le al n r [20]. Dz yzeyli veya karma k

ekilli parann kirli l ik derecesine ve ekline gre temizlik i lemi

daha etkili olarak yap labilir . lem zaman paran n tipine ve kirli l ik

derecesine gre 5-10 dak. civar nda de i ir . Kullan lacak ya alma

ortamn n kaplanacak metale uygun olmas na dikkat edilmelidir [21].

Kaplama sanayinde ya giderici olarak; klorlanm solventler ve alkali

kimyasallar kullan lmaktadr. Zehirli ve ozon tabakas na zarar veren

baz klorlanm hidrokarbonlar uluslararas bir antlama (Montreal

Protokol) ile kullan m yasaklanm t r. Buna ramen basit ya

giderme i lemlerinde trikloretilen ve oksitlenmi ya lar n

giderilmesinde metilen klorr tercih edilmektedir. Trikloretilen

s t larak buhar faz na geiril ir ve yzey temizli i yap lacak malzeme

buhar ierisinde 5-10 dak. bekletilerek i lem gerekle ir [22].

Aa daki Tablo 5.1de ya gidermede kullan lan klorlanm

solventler ve baz zellikleri verilmi t ir .

Tablo 5.1: Ya gidermede kullan lan klorlanm solventler [22].

ZEH RL L K (ppm) SOLVENT TR FORML

BUHARLAMA SICAKLI I ,OC

MAC L M T

Tr ik loret i len CCl2 =CHCl 86,7 200 100

Perkloret i len CCl2 =CCl 2 121 200 100

Met i lk loroform (Tr ik loretan)

CCl3 -CH3 74,1 500 350

Met i lenklorr CH2 Cl2 39,8 500 500

Propi lendiklorr C3 H4 Cl2 95,9 75 - - - - - - -

Karbon tetraklorr CCl4 76,7 25 - - - - - - -

Et i len dik lorr CHCl=CHCl 83,6 100 - - - - - - -

Diklorobenzen C6 H4 Cl2 180 500 - - - - - - -

Tr ik lorobenzen C6 H3 Cl3 215 - - - - - - - - - - - - - -

5.2. Maskeleme

Maskeleme kaplama yap lacak malzeme zerinde kaplan lmas

istenmeyen k s mlar iin bu blgeleri kapatan uygun bile imli

malzemeler i le koruma i lemidir [17]. Maskeleme malzemesi olarak

vinil plastik malzemeler veya lak kullan l r. Banyo zeltisine

dayan kl , reaksiyona girmeyen ve kaplama proses scakl nda zarar

grmeyen malzemeler tercih edilir .

5.3. Kumlama

Ak ms z nikel i le kaplanacak paralarn ve malzemelerin yzeyi temiz

olmal ve oksit fi lmi iermemelidir. zc buharla ya gidermede

dahil olmak zere normal n i lem yntemleriyle uzakla t r lamayan

a r kat lar, boyalar, organik tabakalar ieren yzeyler kaplamaya

uygun de i ldir. Bunlar kumlama i lemi ile giderilir . Kum olarak; sil is,

cam krecik veya alminyum oksit tozlar kullan l r. Kumlamann en

nemli dier avantaj yzey przlendirilerek kaplamann yap mas

sa lan r ve ba mukavemeti artt r l r [17].

5.4. Ask lama

Ak ms z nikel kaplamann en byk avantajlar ndan biri i paras na

elektriksel konta n gerekli olmamas d r. Bu nedenle ask lama

i leminin amac , n i lem kademeleri ve kaplama esnasnda paran n

zelti ierisinde istenilen konumda tutulmasn sa lamakt r. Ask lar,

dz ubuk, kutu T ve kademeli ubuk eklinde olabilir . Ask

malzemeleri neopren veya yumuak lastik kaplanm elik, s cakl k ve

aside dayan kl vinil pilastisol kapl elik veya paslanmaz elik

olabilir . Paslanmaz elik ask lar periyodik olarak %15lik HNO3

zeltisinde pasive edilmelidir [17].

5.5. Yzey Hazrlama

Kaplama ncesi malzemelerin yzeyinin prosese hazr hale getirilmesi

gerekir ve buna n aktifleme i lemi denilir . Malzeme yzeyinde ince

film halinde aktiflenmi yap elde edilir bylece kaplama malzemeye

daha iyi yaparak istenilen zellikte kaplama tabakas elde edilir . Alt

malzeme trne gre de i ik aktivasyon i lemi uygulanr. elik, sfero

ve dkme demir gibi metaller iin tek tip aktivasyon, alminyum alt

malzeme iin ise ayr bir aktivasyon i lemi uygulan r.

5.6. Durulama

Kaplama prosesinden nce malzemelerin ykama i leminden

geirilmesi gerekir. Bunun iin malzemeler, kademeli ve suyu taar

vaziyette adet durulama banyosundan geirilir . Burada kullan lan

suyun saf su olmas gerekirse de, teknikte ime suyuda

kullan lmaktadr.

5.7. Kaplama Prosesi

Kaplama yap lacak paralar haz rlanan kaplama banyosunda istenilen

kal nl a kadar kaplanr. Paralar n yan na numune test paralar

konularak her saat bu test paralar kart larak kal nl k llr.

Kaplama banyosunun s cakl 82-900C ve pH ise 4,4-5,2 aras nda

olmal d r [23].

Kaplama i lemi devam ederken s cakl k lm, pH lm belirli

aral klarla periyodik olarak llp proses formuna kaydedilir . Devir

daim ile banyo zeltisi kar t r lmal ve fil treden geirilerek

banyodaki tortular ve empriteler temizlenmelidir. Kaplama

zeltisinin analizi 15-20 dakika aral klarla yap larak eksilen

zeltinin ilavesi yap l r. Bu analiz yntemi kullan lan kimyasal

trne gre de imektedir. Tedariki firmadan kimyasal temin

edilirken analiz ve ilave yntemi hakk nda detayl bilgiler al narak o

bilgiler dorultusunda analizler yap l r.

5.8. Hatal Kaplamalar n Sklmesi

Hatal veya kaplamas bozuk olan kaplamalar saf nitrik asit ierisinde

sklr. Skme i lemi devaml kontrol alt nda olmal ve alt

malzemenin nitrik asitten zarar grmemesine dikkat edilir . Skme

i lemi ba lad nda berrak olan nitrik asit ye i l renge dnr. Daha

sonra kumlama yap larak kalan kaplamalar sklp, malzeme yeniden

kaplama prosesine tabii tutulur.

BLM 6. AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARIN

ZELLKLER

Bu tr kaplamalar daha ncede belirti ldi i gibi, nikel-fosfor ve nikel-

bor ala m kaplamalard r. Bu nedenle endstriyel uygulamada yaygn

olarak kullan lan elektrolitik nikel kaplamadan farkl zelliklere

sahiptir. Tablo 6.1de ak ms z nikel-fosfor kaplama ile elektrolit ik

nikel kaplamalar n zellikleri kar la t r lm t r [2].

Tablo 6.1: Elektrolitik ve ak ms z nikel kaplamalar n zelliklerinin kar la t r lmas [2,24].

KAPLAMANIN ZELL ELEKTROL T K AKIMSIZ N KEL (Ni-P ala m )

Bi le imi %99+Nikel or ta lama %2-15 P ve %98-85 Ni Grn mattan par laa yar par lak

Yap s kr is ta l Amorf

Younluk 8.9 gr /cm3 orta lama 7.9 gr /cm3

Kal nl k Da l m de iken 10%

Ergime Noktas 14550C 8900C (yakla k)

Sert l ik 40-150 VSD 500-600 VSD

Is l lem Sonras Sert l ik etk is iz 1000 VSD

A nma Direnci or ta ok iy i

Korozyon Direnci iy i (gzenekl i ) ok iy i

Relat i f Manyet ik Duyar l l k 36% 4%

Elektr iksel Diren 7 mikroohm/cm 60-100 mikroohm/cm Is l le tkenl ik 0.16 cal /cm.s.oC 0.01-0.02

% Uzama 6-30 2

el ie Gre Srtnme Katsay s

1)Ya lanm yap ma 0.38

2)Ya lanmam 0.2 0.2

Ak ms z nikel kaplamalar n zelliklerini ana ba l klar alt nda

toplayabiliriz. Bunlar;

Genel zellikler (grn, mikroyap s ve bile imi), Fiziksel zellikler (younluk, ergime noktas , gzeneklilik,

yap ma, elektriksel zellikler, termal iletkenlik, manyetik

davran ),

Mekanik zellikler (sertlik, ekme dayanm , a nma direnci, srtnme katsay s , tabaka kal nl ) ve

Korozyon zellikleri

6.1. Kaplamalar n Genel zellikleri

6.1.1. Mikroyap

Kaplamann yap s amorf haldedir. Bu yzden bu malzemeler baz

l i teratrde metalik cam olarak gemektedir [6].

Ak ms z nikelin en nemli zelli inden biri dzenli bir yapya sahip

olmas d r. Tm elektrolitik kaplamalarda kaplama kalnl paran n

ekline ve anoda olan uzakl na ba l olarak byk oranda

de iebilir . Bu farkl l k kaplaman n maksimum performans n etkiler

ve kaplamadan sonra ikinci bir yzey i leme operasyonunu

gerektirebilir . Kaplama h z ve kal nl banyo s v s i le temas eden

paran n btn yzeylerinde hemen hemen ayn d r ve 1-3 mikron aras nda bir fark olu turur. ukur ve kr deliklerde de d yzeylerle

e i t kal nl kta kaplama verir ve kaplama hz olduka yava t r (7-20

m/saat) [4,6].

6.1.2. Grn

Elektrolitik nikelin donuk renginin tersine ak ms z nikel kaplamalar

genellikle grn olarak parlak elie benzerse de, parlak elik

grnmnden daha matt r ve metalik gm rengindedir. Parlat lm

yzeyler zerinde ayna parlakl nda tabakalar y l r. Bu durum kesin

de i ldir ve asit veya alkali zeltiler ok daha ekici metal kaplamalar

verebilir . Ayr m zeltilerinin bile imlerindeki de i ikliklerde

kaplamalar n grnmn etkiler [1].

6.1.3. Bile im

Kaplama tabakas n n bile imi zeltinin fosfor oranna gre

de imektedir. %8-10 P ieren kaplaman n kimyasal bile imi Tablo

6.2de verilmi t ir .

Tablo 6.2: Kaplama tabakas n n bile imi [25].

Kaplama Bileeni % Miktar

Nikel 90-92

Fosfor 8-10

Karbon 0,04

Oksijen 0,0023

Azot 0,0047

Hidrojen 0,016

ekil 6.1de grld gibi kaplama zeltisinin nikel konsantrasyonu

artt ka, fosfor miktar azalmaktad r.

ekil 6.1: Kaplamann nikel konsantrasyonu ile fosfor miktar

aras ndaki il iki [1].

6.2. Kaplamalar n Fiziksel zellikleri

Ak ms z nikel mhendislik malzemeleri ierisinde ok az olan metalik

cam dokusundadr. Kaplamada doku kristal yada toz dokusunda

olmay p, amorftur. Mikroyap incelendi inde, tm metallerde mevcut

olan tanelerin ve tane s n rlar n n olmad grlr. rne in, sert

krom kaplamada mevcut olan mikro atlaklar sz konusu de i ldir. Bu

zelli inden dolay ana malzemeyi d ortamdan tam anlam i le izole

eder. Dier bir zelli i de, ukur ve kapal deliklerde de d

yzeylerle e i t kal nl kta kaplama vermesidir. Kaplama kalnl

uygulamadaki ihtiyaca gre dzenlenebilir [5].

6.2.1. Younluk

200Cde metalik nikelin younluu 8,9 gr/cm3tr [1]. Ak ms z nikel

kaplaman n younluu nikelin yan nda bulunan elementler ve

oranlar na ba l olarak 8,5-7,7 gr/cm3 aras nda de i ir [4,6].

Kaplamada fosfor ve bor miktar artt ka younluunda dme

gzlenir [1]. ekil 6.2de bu durum rahatl kla grlmektedir.

ekil 6.2: Kaplamann fosfor ve bor miktar ndaki art i le younluun

dmesi [1].

Ak ms z nikel kaplamalarda fosfor ve bor miktarn n artmas yla

younluunda dme gzlenmekte, bu younluktaki azalma Tablo

6.3de a ka grlmektedir.

Tablo 6.3: Kaplamann fosfor ve bor miktar na ba l olarak younluk deerleri [1].

% P/B Miktar Younluk (gr/cm3) 1-3 P 8,6

0,1-2 B ------

5-7 P 8,3 4-5 B 8,5 8-9 P 8,1

5 B 8,3

>10 P

6.2.2. Gzeneklilik

Gzeneklilik alt tabakadan ve n i lemden ok etkilendi i iin burada

tahmini ok zor bir zelliktir . Fakat yine de yzeyde hafif birka

gzenek bulunur [12,16].

6.2.3. Yapma

Ak ms z nikel tabakas n n yap mas malzemenin n i lemine ba l d r.

Kaplamann birok metalle olu turduu ba son derece mkemmeldir.

Altl k malzemenin yzeyi iyi hazrland taktirde banyo zeltisi

mikroskop alt empriteleri temizler ve kaplamann altl k malzemede

metalik olduu gibi, mekanik ba da olumas n sa lar. Tm elik ve

metaller i le plastik ve metal olmayan maddeler zerine rne in, pik,

elik, alminyum, pirin ve bronz gibi tm ala m yzeylerine

kaplama yapmak mmkndr [4,12].

6.2.4. Manyetik davran

Ak ms z nikel kaplamalar n fosfor miktar % 10 ve zerinde olan

kaplamalar tamamen manyetik de i ldir. Dk fosfor yzdeli akms z

nikel kaplama manyetik hassasiyete sahiptir [18]. Oda scakl nda

nikel-fosfor tabakalar manyetik de i ldir. 4000Cnin stndeki s l

i lemden sonra manyetiklik zelli i tekrar artar. nk zayf ferro-

manyetiklik veren Ni3P, Ni7P3 ve Ni5P2 gibi zengin nikelli fosforlar

geli ir [1].

6.2.5. Termal iletkenlik

Bu tr kaplamalar n termal genleme katsay s 12,3-13,6.10- 6 K- 1dir.

Termal iletkenli i ise 0,0105-0,0135 cal./cm.s.C olarak llm tr

[1,4]

6.3. Kaplamalar n Mekanik zellikleri

Ak ms z nikel kaplamann mekanik zellikleri dier cams

malzemelerin zelliklerine benzer. Yksek mukavemet, sn rl

sneklik ve yksek modll esneklik gibi mekanik zellikleri vardr.

Ticari trlerinde en son gerilim mukavemeti 700 MPan zerindedir

ve bu zelli i i le kt kullan mdan meydana gelebilecek zarara kar

diren sa lar. Sneklik zelli i mhendislik malzemelerinkinden

dk olmas na ramen kaplaman n gerektirdi i dzeydedir.

Kaplamann ince uygulanmas durumunda, malzeme yzeyinde atlama

olmadan e i lebilir . Is l i lem ile sertle t irmeden sonra mukavemet ve

sneklik zelli i azal r [4].

6.3.1. Sertlik

Ak ms z nikel kaplamalar n n tabaka sertlikleri s l i lem ncesinde

dktr. Kaplama yap ld nda mikro sertlik 500-600 HV olup, bu

deer yakla k olarak 48-52 HRCye tekaml eder ve birok

sertle t iri lmi elik ala m malzemelerin sertli i i le hemen hemen

ayn d r. Endstriyel uygulamada akms z nikel kaplamalar s l i lemsiz

kullan lamaz. 4000Cnin alt ndaki s cakl klarda uygulanan s l i lem,

ya lanma yoluyla sertli in 1000-1100 HV (62-65 HRC) ykselmesini

sa lar. Bu deerde ticari birok sert krom kaplamann sertli inden

daha iyidir. Malzemenin al ma ortamna gre istenilen talepte sertlik

ayarlamas yap labilir [4,7,16] .

Yksek s l i lem s cakl klar n n uygulanamayaca alminyum

trnden malzeme yzeylerindeki kaplama sertle t iri lmek istendi inde

dk s cakl larda daha uzun sreli s l i lem ile elde edilebilir [6].

6.3.2. ekme mukavemeti

Snek metal kaplamalar fazla uzama, gevrek kaplamalar ise nispeten

dk uzama gsterirler. Ni-P kaplamalar birok galvanik nikel

kaplamadan ok daha serttir ve ayr ca daha byk ekme dayan m

gsterirler. Bu kaplamalar n uzamalar ise ok dktr [1]. Ak ms z

nikel kaplamalar n ekme mukavemeti genel olarak 600-700

N/mm2dir [16].

6.3.3. Elastisite modl

Ak ms z nikel kaplamalar n, elastisite modl artan s l i lem s cakl

i le 12000 kp/mm2den max. bir sertlikte 19000 kp/mm2ye kar.

Elastisite modl artan s l i lem s cakl i le artar ve daha sonra sabit

hale gelir [1]. Ak ms z nikel kaplamalar n elastisite modl genel

olarak 170-200 N/mm2 aras ndad r [16].

6.3.4. Yumuakl k

Ak ms z nikel kaplamalarda kaplama tabakas olduka yumuakt r ve

bu ekilde teknolojide kullan lamaz. Yumuakl n gidermek iin s l

i lem uygulan r, bylece yumuakl k giderilmi olur. Yumuakl k

yap ya ok ba l d r ve a r metal kirli l i inden veya dier

kirli l iklerden ok etkilenir [6].

6.3.5. A nma direnci

Ak ms z nikel kaplanm malzemelerin a nma direnci ok yksektir.

Bu tr kaplamalar n endstride tercih edilmesinin en nemli

nedenlerinden birisi a nma direncinin yksek olmas d r [6,7].

Uygulanan s l i lem 4000Cnin alt nda uyguland iin zellikle

malzemelerde herhangi bir deformasyona veya mukavemet kaybna yol

amaz. Yksek sertlik zelli inden dolay ak ms z nikel kaplamann

a nmaya kar direnci, s l i lem grsn veya grmesin her durumda

yksektir [4]. A nmaya kar mukavemet kuru srtnmede ala m

cinsine ve dokuya ba l olarak iyi/ok iyi aras nda de ikendir [3].

Orta ve yksek oranda fosfor ieren akms z nikel kaplamalardan

beklenen kay plar, kaplanm durumda 18-25 mg A rl k kayb /1000

evrim aras ndad r. Is l i lem sonras nda a rl k kayb 12-15 mg/1000

evrim olur. Sert krom ise 23 mg/1000 evrim gibi t ipik bir sonuca

sahiptir. Erozyondan korunma ak ms z nikel kaplamalar i le

sa lanabilir [13]. De i ik s cakl klarda s l i lem uygulanm nikel

fosfor ve nikel bor kaplamalarn a nma direnlerinin kar la t r lmas

Tablo 6.4de verilmi t ir .

Tablo 6.4: Kaplamann a nma direncinin kar la t r lmas [1].

Isl lem Yntemleri Taber Wear Index* (mg)

Ni-P, Isl lem Uygulanmam 15-20

Ni-P, 1 saat, 2880C 10-15

Ni-P, 0,25-1 saat, 4000C 6

Ni-P, 0,25-1 saat, 6000C 4

Ni-B, Isl lem Uygulanmam 8-12

Ni-B, 1 saat, 4000C 4

Sert Krom 23

* Taber Wear Index: mg/1000 evrim, CS-10 Andrc, 1 Kg. Yk

6.3.6. Srtnme katsay s

Ak ms z nikel kaplamalar n srtnme zelli i mkemmel olup, sert

krom kaplamaya benzer. Nikel yannda bulunan elementlerin doal bir

kayd r c l k zelli i vard r. Bu nedenle plastik kal plar nda rahatl kla

uygulanabilir . Ak ms z nikelin elie kar srtnme katsay s

ya lama yap lan koulda 0,13, ya lama yap lmayan koulda ise 0,4

civar ndad r. Srtnme zelli inin de imesinde, kaplamadaki fosfor

yzdesinin ve s l i lemin etkisi ok azd r [4].

6.3.7. Tabaka kal nl

Kaplamalar n kalitesi hakk nda en nemli zellik kaplama kalnl d r.

Teorik olarak akms z nikel kaplamalar n kal nl i le i lgili herhangi

bir s n rlama yoktur [1].

Kaplamalarda, tabaka kal nl istenilen kal nl kta ayarlanabilir . 2,5-

7,5 mikrona kadar olan kal nl klar genellikle zor lehimlenen

metallerin lehimlenebilirl i ini iyile t irmek amac yla yap l r. 10-25

mikrona kadar ise korozyon direncini iyile t irmek iin kaplama

yap l r. Malzemenin kullan laca ortama gre kaplama kal nl n

ayarlamak mmkndr [6,7].

Ak ms z nikel kaplamada kaplama kalnl st s n r olarak 125

mikron kal nl k belirlenmi t ir . Bunu nedeni ise, daha kal n

kaplamalar olu turulabilirse de bu kaplamalar daha przl bir

grnm arz eder. Bu przllk muhtemelen zeltideki empriteler

sebebiyledir [1].

6.4. Kaplamalar n Korozyon zellikleri

Nikel tabakalar n n korozyona kar mukavemetleri korozyon

ortamna, tabakan n trne, kaplama artlar na ve n i lemlere ba l

olarak de i ir [26].

Ak ms z nikel kaplama, dier kaplamalardan farkl olarak korozyona

kar kendini feda eden bir kaplama olmayp, malzemeyi ortamdan tam

anlam i le izole eden bir bariyer kaplamadr. Amorf dokusundan ve

pasifli inden dolay saf nikel veya krom ala mlar i le

kar la t r ld nda korozif ortamlarda sper dirence sahiptir.

Polikristal malzemelere nazaran amorf ala mlar tane ve faz s n rlar

ihtiva etmediklerinden ve yzeylerindeki cams fi lm dokusundan

dolay korozif saldr lara kar daha yksek dirence sahiptir.

Kaplamalar n de i ik ortamlardaki korozyon direncini gsteren

rnekler Tablo 6.5de verilmi t ir [5].

Tablo 6.5: Ak ms z nikel kaplamalar n de i ik korozif ortamlarda a nmas [5].

ORTAM SICAKLIK (OC)

A INMA ORANI (mikron/y l )

Aset ik Asi t 20 0,8 Alminyum Sl fat , %27 20 5 Aseton 20 0,08 Amonyak, %25 20 16 Amonyak Ni t rat , %20 20 15 Amonyum Sl fat- Seyrel t ik 20 3 Benzen 20 Hi Yok Kals iyum Klorr, %42 20 0,2 Karbon tetra Klorr 20 Hi Yok Si t r ik Asi t -Seyrel t ik 20 200 Demir Klorr, %1 20 200 Formik Asi t , %88 20 13 Hidroklor ik Asi t , %5 20 24 Lakt ik Asi t , %85 20 1 Kurun Asetat , %36 20 0,2 Ni t r ik Asi t , %0,1 20 25

Oksal ik Asi t , %10 20 3 Fenol , %90 20 0,2 Fosfor ik Asi t , %85 20 3 Potasyum Hidroksi t , %50 20 Hi Yok Sodyum Karbonat-Seyrel t ik 20 1 Sodyum Hidroksi t , %45 20 Hi Yok

Sodyum Hidroksi t , %50 95 0,2

Sodyum Sl fat , %10 20 0,8 Sl fr ik Asi t , %65 20 9 Asidik Su (pH=3,3) 20 7 Dam t lm Su 100 Hi Yok Deniz Suyu (%3,5 Tuzlu) 95 Hi Yok

Bu kaplamalarda belirti lmesi zorunlu grlen bir husus, sertli i

artt rmak amac yla uygulanan s l i lemin ak ms z nikel kaplamann

korozyon direncinde azalmaya yol at d r. Bunun sebebi ise, s l

i lem esnas nda amorf dokunun kristal dokuya dnmesidir.

Korozyon direncindeki bu azalma mutlak olmayp, s l i lemin

uyguland s cakl a ve sreye ba l d r. Dolay s yla paran n

al aca koullara ba l olarak istenen sertlik deerine ve korozyon

direncine ba l olarak s l i lem prosesi dzenlenebilir [5].

BLM 7. KAPLAMA BANYOLARINDA OLUAN PROBLEMLER VE BUNLARIN ZMLER

Dier kaplama proseslerinde olduu gibi, ak ms z nikel kaplama

prosesinde de; kaplama annda veya kaplama sonras kaplama

tabakas nda baz sorunlarla kar la labilir . Bu problemleri nceden

fark edip zm yollar bulunmal d r. Kaplamada oluabilecek

sorunlar ve bu sorunlara kar al nmas gereken nlemler tablolar

halinde aa da detayl olarak verilmi t ir [23,24,27].

Tablo 7.1: Kaplamann yksek oranda olmas probleminin giderilmesi

[23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -Banyonun Yksek Is da

Olmas

1 - Is lme ve kontro l a le t ler in in

kontro l

2- ok Yksek pH Deer i

1 -Eer pH deer i 4 ,9 un zer inde i se

bu deer 4 ,8 e dnceye kadar

seyre l t ik Sl fr ik as i t i lave ed i l i r .

2 -As i t yada Alkal in in yap kan

er iy ik o lma o las l na kar d ikkat l i

o lunmal ve bundan sak n lmal d r . 1 .Kaplaman n

Yksek Oranda

Olmas

3 -ok yksek Nike l

der i imi veya ok yksek

pH deer i . yanl i l em

yada hata l do ldurma

1-EDTA Ti tre lenmi so lsyonu daha

yeni yap lm Banyoya a larak

kontro l ed i lmel id ir .

2 -Nike l der i imi kontro l ed i l i r .

a )Nike l der i imi %120den fazla i se

Dam t lm su i l e Banyoyu %95e

seyre l t in iz .

b)Nike l der i imi ha la %120den

aa da de i l se Nike l so lsyonunu

kaplama yoluy la aza l t l r .

Tablo 7.2: Kaplama kal nl n n dk olmas probleminin giderilmesi

[23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -Yeni Haz r lanm

Olmas na ramen ok

dk nike l der i imi

1 -Nike l konsantres i kontro l ed i l i r ve

gerekl iyse yeniden doldurulur .

2 -ok dk pH Deer i

1 -Banyonun der i imi kontro l ed i l i r

ve gerekl iyse yeniden doldurulur .

2 -As i t in yap kan er iy ik l i inden

ka n l r .

3 -Nike l ve Sodyumhipofosf i t

i lave ler in in oranlar d ikkat le

gzlenmel id ir .

4 -Nike l der i imi %95e ayar lan r .Bu

ayar lamadan sonra pH deer i 4 ,8 in

a l t ndaysa NH 4 OH kul lan larak 4 ,8 e

kar l r .

3 -ok dk banyo

dereces i

1 -Ayarl c iva l t ermometre

kul lan larak banyonun s cakl

l lr .Termostat hata l o lmu

o lab i l i r .

2 -Eer ze l t i e l ektr ik le s t l yor

i se , s t c lar n a l ma durumu

kontro l ed i l i r .

2 .Kaplaman n

Dk Olmas

4 -Kir lenmi ze l t i

(So lsyon)

1 -Sebebi be l ir len ir ve ge lecekteki

k ir lenmeden ka n l r .

a )Hidro l ik e lek , Sepet , Var i l , F lar

Ak ms z Nike l Kaplamada

kul lan l rken dier i l emlerde

kul lan lab i l i r .

b )Kir l i l i i y kay n z yada dier n

i l emlerden ge ir in iz .

c)Kadmiyum, Kurun, inko veya

Kalay Kapl ask lar kul lanmay n z.

d)Kadmiyum, inko yada Kalay la

Kaplanm para lar Ak ms z Nike l

Kaplama yapmaktan ka n n z.

e )Kalay i eren yap malzemesi

kul lanmay n z.

f )Su ve Hava g ird i ler in in saf

o lduundan emin o lunuz.

Tablo 7.3: Muntazam olmayan tabakalama probleminin giderilmesi

[23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 - K a p l a m a b a n y o s u n u n

p a r a m e t r e l e r i n o r m a l

l i m i t l e r i n d n d a

1-Banyonun s s ve pH deer i

kontro l ed i l i r . Nike l ve Hipofos f i t

der i imi anal iz ed i l i r ve gerekl iyse

i lave i l e ayar lan r .

2 -Yeters iz Temizl ik ve

Akt ivasyon

1-n i l emler kontro l ed i l i r ve eer

gerekl iyse de i t i r i l i r .

3 -Muntazam

olmayan

tabakalama

3-Yer ak m ndan

e tk i lenen kaplama

1-Tes i sat kontro l ed i l i r ve o labi lecek

yer ak mlar aza l t l r .

Tablo 7.4: Zay f yap ma probleminin giderilmesi [23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1-Uygun olmayan n

i lem

1-n i lem prosedrn

uygulay n z 4-Zay f

Yap ma 2-Temizleyen veya aktif

o lan solsyonlar n

kirlenmesi

1-Kirlenen solsyonlar dkn ve

yerine yenis ini haz rlay n

Tablo 7.5: Tank duvar nda metal tortulanmas probleminin giderilmesi

[23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -Banyo yeter ince s k,

ik inc i tanka

pompalanmam sa

1-Yakla k 8-10 saat sonra banyo

ik inc i tanka boal t l p temizlenmel i

2 -ok k sa

e tki s iz le t i rme zaman

1 -Ni tr ik as i t en az 6 saat tankta

bekle t i lmel i

3 -Ni tr ik as i t a r

derecede seyre l t ik

1-Ni tr ik As i t in konsantrasyonu %30

art t r l r

5-Tank

duvar lar nda

meta l

tortu lanmas

4 -Tank malzemesi hasar l

yada zarar grm 1 -Tank astar n de i t i r in iz

Tablo 7.6: Banyo bulan k ise probleminin giderilmesi [23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -pH deer i ok yksek 1-Seyre l t ik Sl fr ik As i t

kul lan larak pH deer i drlr .

2 -Hipo- fos fat n yksek

oranda o lmas

1 -Banyonun daha nceki i l emler i

uygulanarak b i le im kontro l ed i l i r .

3 -Banyo ok eski i se

Ortohipofosf i t der i imi

ok yksekt ir .

1 -Banyo yeni haz r lanm o lmal ve

d ikkat le haz r lanmal d r .

4 -Kar t rma i in

kul lan lan havan n

k ir l i l i i

1 -Hava f i l t res i t emizlenmel i ve temiz

hava sa lanmal d r .

5 -Uygun o lmayan suyun

kul lan m ndan dolay

k ir l i l ik

1 -Tmyle de iyonize su

kul lan lmal d r .

6 -Temizley ic in in yap kan

o lmas ndan o luan k ir l i l ik

1-alkalama prosedrn

ge l i t i r in iz .

6 -Banyo

Bulan k se

7 -inko, Demir veya

Alminyumdan dolay

k ir l i l ik

1-Kaplama banyosu yeniden

haz r lan r .

Tablo 7.7: Gzenekli kaplama probleminin giderilmesi [23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -Organik k ir lenme

1-Sebebi bulunup ortadan kald r l r ,

Temiz hava ver i l i r , st s te yer a lan

tes i sat damlamalar ndan ka n l r ,

saf n i l em so lsyonu haz r lan r ,

uygun maske leme malzemesi

haz r lan r

2 -Yeter l i o lmayan yada

zay f da t lm hava

kar t rmas

1 -Hava kar t rmas ge l i t i r i l i r

7 .Gzenekl i

Kaplama

3-Banyoda yzen paralar

1 -Fi l tre kontro l ed i l i r

2 -Banyoya ekten para g irmes i

enge l l enir

Tablo 7.8: Kaplamann przll probleminin giderilmesi

[23,24,27]

HATA HATANIN NEDEN HATAYI DZELTME YNTEM

1 -Yeter l i o lmayan f i l t re

i l emi

1-Banyo 5 Mikronluk f i l treden

saat te 10 defa ge ir i lmel id ir .

2 -Yeter l i o lmayan hava

kar t rmas 1 -Havan n kar t rmas ar t t r lmal .

3 -Atmosferden den

parac klar n

o lu turduu banyo

k ir l i l i i

1 -Kir l i l i in sebebini be l ir ley in iz ve

or tadan kald r n z.

2 -Kaplama banyosunun zer in i

kapat n z.

4 -Tef lon s t c lar ndaki

de l ik ler 1-Is t c kontro l ed i l i r .

5 -Para lar n yeter l i

o lmayan n i l emi

1 -n i l em prosedr kontro l ed i l i r

ve a lka lama tanklar t emiz tutu lur .

6 -Uygun o lmayan tank

malzemesi

1 -Pol ipropi len malzemeyi k ir l i l ik

i in kontro l ed i l i r ve eer gerekl iyse

de i t i r i l i r .

8 .Kaplaman n

Przll

7-Banyo yklemesin in

fazla o lmas

1 -Uzun bir per iyot i in 1 dm 2 / l t . n in

zer inde ykleme yapmay n.

BLM 8. KAPLAMALARIN ISIL LEM

Kaplama ncesi ve kaplama sonras olarak iki farkl s l i lem

uygulan r. Kaplama ncesi; malzemede bulunan muhtemel bir hidrojen

gevrekli inin azalt lmas ve giderilmesi amacyla uygulan r. Kaplama

sonras ise kaplanm malzemeye fonksiyonel bir zellik kazandrmak

amac yla farkl s cakl klarda s l i leme tabi tutulurlar [28].

Ak ms z nikel kaplamalar n sertlik deeri fosfor oran ve uygulanan

s l i lemin bir fonksiyonudur. Yksek fosfor ieren kaplamalar 450-

550 HV aras nda sertlik deeri gsterirler. 2300-4000C aras nda

uygulanan s l i lem ile kaplama tabakasnda nikel-fosfit (Ni3P)

oluarak kme sertlemesi gerekle ir [13]. Uygulanan s l i lem

4000nin alt nda olduu iin altl k malzemede kesinlikle deformasyon

veya mekanik zelliklerinde de ime olmaz [4].

Ak ms z nikel kaplamalarda uygulanan s l i lem ile yap lan analizler

sonucunda kaplamann fosfor oran nda bir azalmann olduu tespit

edilmi t ir . Fosfor miktar ndaki bu azalman n, s l i lem esnas ndaki

difzyon proseslerinden kaynaklanabilece i ve s l i lem esnas nda

fosforun bir k smn n ana metale difze olmasd r [1].

Farkl s cakl k ve temperleme zaman i le ak ms z nikel kaplamann

mikrosertli inde meydana gelen de i im ekil 8.1de grlmektedir.

Yksek s cakl kta ve k sa srede sertlik en st seviyeye ulamakta,

daha uzun ya land rma zaman nda ise sertlikte azalma meydana gelir.

Bu olay tane boyutuna ve faz da l mna ba l d r. Uzun sreli

ya land rma i lemlerinde tanelerdeki bymeden dolay sertl ikte

azalma gzlenmektedir. En ideal ya land rma s cakl 3500C ve

ya land rma sresi ise 1 saattir . Eer yksek s cakl kta (4000C)

ya land rma yap lacaksa sre k sa tutulmal d r.

Farkl s cakl k ve temperleme sresi i le kaplamann tane boyutunda

byme grlmektedir. 4000Cde ya land rman n ilk aamas nda tane

boyutunda h zl bir byme meydana gelmektedir. 300 ve 3500Clerde

ise tane boyutundaki art 4000Cdekine nazaran daha yava t r. Max.

sertlik yksek s cakl k ve k sa ya land rma zaman i le elde edilir .

ekil 8.2de bu durum rahatl kla grlmektedir. 4000Cde 20 dakika

ya land rma i lemi ile elde edilen sertlik, 300 ve 3500Cde 1 saatte

elde edilememektedir.

Yksek s cakl kta ya land rma i lemi uzun sreli yap l rsa tanelerde

a r byme meydana geldi inden sertlik deerlerinde ani dmeler

gzlenir. Ak ms z nikel kaplamalarda max. 4000Cye kadar

ya land rma s l i lemi uygulanr. Is l i lem sresi ise en fazla bir

saattir [29].

ekil 8.1: Farkl s cakl klardaki numunelerin, temperleme zaman i le

sertlik de i imi [29].

ekil 8.2: Farkl s cakl klardaki numunelerin temperleme zaman i le

tane boyutunun de i imi [29].

8.1. Is l lem Grmemi Nikel-Fosfor Kaplamalar n Yap lar

Makroskobik olarak hatas z, youn nikel-fosfor kaplamalar n

metalografik incelenmesi sonucu kaplama tabakasn n ana malzemeye

paralel lamel yapda olduunu gstermi t ir . Mikroyap , kesidin anodik

olarak da lanmas yla grlebilir .

Nikel-fosfor kaplamalar n yap lar i lk olarak A.W. Goldenstein,

W.Rostoker, F.Schossberger ve G.Gutzeit tarafndan incelenmi t ir . Bu

incelemede %7-10 fosfor ieren kaplamalar kullan lm t r. Yap n n X-

nlar analizleri ve elektron difraksiyon diyagramlar esaslar na gre

henz haz rlanm nikel-fosfor tabakalar n n dzensiz atom yap s yla

s v gibi amorf bir kat yap ya sahip olduu belirti lmi t ir . Bu yap ,

ayr m artlar ndan ve ana malzemenin n i lemlerinden ba ms zd r.

Goldensteinnin Nikel-Fosfor kaplamalar n amorf yap lar yla ilgili

tahminine dayanarak, V.P. Moyseyev ayr m safhas ndaki nikel-fosfor

tabakalarda tip yap ne srm tr. Kat bir zeltinin -faz ndan ibaret tek faz sistemi (%5 Pa kadar) ve fazlar kar mndan

ibaret iki faz sistemi (%5-8,5 Pdan kat zelti) , -faz ndan ibaret tek faz sistemi ki fosforun kat zeltisi s k paket hegzagonal -nikel iinde (%8,5-15 P). Bu son faz s v ya benzer bir yapyla karakterize

edilir .

Ni-P faz diyagramnda; nikel tabakalarnda fosforca zengin k s mlarda

baz nikel fosfrlerin bulunuu karakteristiktir . Ni3P i le birlikte

Ni5P2, Ni2P fazlar ve dier fosfrler oluabilir . J.P.Randin ve

arkada lar , diferansiyel termal analizler, mikro analitik ve X- nlar

denemelerine dayanarak, yeni ayr t r lm nikel-fosfor tabakalar nda

Ni2P faz n n mevcudiyetinin ispatlam lard r. Bu ara t rmac lar,

yap ya giren fosforun, nikel fosfr (Ni2P) halinde bulunduunu ve

yaln zca ok az miktarda fosforun elementel halde mevcut olduunu

kabul etmektedirler. Is l i lem esnas nda Ni2P, Ni3Pye dnmekte ve

Ni3P nikel matriks iine girmektedir. ekil 8.3de Ni-P denge

diyagramnda bahsedilen fazlar grlmektedir [1].

ekil 8.3: Ni-P Denge Diyagram [18].

8.2. Hidrojen Gevrekli inin Azalt lmas veya Giderilmesi iin Is l

lem

Hidrojen gevrekli i , malzeme ierisinde znebilen hidrojen

elementinin daha sonraki i lemlerde miktar na, malzeme bile imine ve

s cakl a ba l olarak difzyon yolu ile molekl gaz haline gelmeye

al r. Bundan dolay malzeme bnyesinde ok yksek deerlere

varan bas n olu turur. Meydana gelen bas n malzemeyi

atlatabilecek deerlere ulaarak malzemenin atlamasna ve zarar

grmesine sebep olur.

Malzeme ierisinde hidrojen genel olarak banyoda ve banyo i lemleri

s ras nda yap ya geer. Yap daki hidrojeni uzakla t rmak iin tavlama

yap l r. Yap lacak bu s l i lemde malzemenin ekme mukavemetine

gre s l i lem sresi de imektedir. Aa daki Tablo 8.1de s l

i lemin sresi, gerekli s ya ula lmas ndan sonra geerli olup,

soutma sresini iermez [6,7,23].

Tablo 8.1: Malzemelerin mukavemetine gre s l i lem sresinin

seimi [23].

ekme Mukavemeti N/mm2

190-2300C aras nda s l i lem sresi (h)

1050ye kadar Gerekli De i l

1050-1450ye kadar 2 1450-1800e kadar 18 1800n zerinde 24

8.3. Kaplamaya Fonksiyonel zellik Kazandrmak in Yap lan Is l

lem

Ak ms z nikel kaplamalar n sertli ini ve daha nemlisi a nmaya kar

direnlerini artt rmak iin s l i leme tabii tutulur. Max.sertlik

4000Clik s cakl kta elde edilebilir . Bu nedenle akms z nikel-fosfor

kaplamalar genellikle bu s da s l i leme tutulur.

Aa daki ekil 8.4de ba ms z bir organizasyon BAMin (Berlin

Ara t rma Merkezi) test sonular ndan elde edilen nikel-fosfor

tabakas n n bir saat sreyle s l i leme tabii tutulduunda oluan

sertlikteki de i imleri grlmektedir [27,30,31].

ekil 8.4: Is l i lemin nikel-fosfor kaplaman n sertlik deeri zerine

etkisi [31].

4000Cde s l i leme tabii tutulan malzemenin sertli i sert krom

kaplama deerlerine yakla k e i t t ir . Bu sebeple 3000Cnin zerindeki

s l i lem, sertl i i ve a nma direncini nemli lde arttrmaktad r

[9,32].

8.4. Is l lem Grm Nikel-Fosfor Kaplamalar n Yap lar

Nikel-Fosfor kaplamalar n yap s s l i lem sebebiyle nemli lde

de i ir . Ara t rmalar n a rl k noktas fosfor ieri iyle i lgili faz

de i imleri veya s l i lemin h z yada yap y belirleyen Ni3P faz n n

ayr m olmu tur. Goldenstein ve dier ara t rmac lara gre, 2000Cde

20 saatlik bir srede s l i lem ile kaplama yaps nda bir de i im

olmamaktad r. Fakat 4000Cde yap lan bir s l i lem ile 1 dakika sonra

kaplaman n yap s nda nemli de imelere yol amaktadr. Kristal

nikelin kbik modifikasyonuna uyan iddette izgiler ve Ni3P faz X-

nlar fotoraf zerinde grlr. 1 saate kadar i lem sresinin

uzat lmas piklerin iddetinde art a yol amakta ve yeni izgilerin

grnmesine sebep olmaktadr. 4000Cde yeni faz n (Ni3P) oluum h z

ok yksektir ve pratik olarak bu de i imin kontrol imkans zd r.

Bylece ara t rmac lar, s l i lem esnas nda s v ya benzer metastabil

zeltinin nce sper doyurulmu kristalin kat zeltiye de i t i ini

daha sonra da Ni3P intermetalik bile ik faz n n segregasyonu alt nda

dekompoze olduunu kabul etmi lerdir. Sonu ise dengelenmi nikel

ve nikel faz kar md r. 550-6500C gibi yksek s cakl klardaki s l

i lemler rekristalizasyona yol amaktad r [1].

A.V. Rjabchenkov, V.V. Ouskank n ve J.A. Soteve gre; yksek

s cakl klardaki s l i lem prosesi esnas nda kaplamada iki tabaka

olumaktad r. Bu tabakalardan biri , ana malzemeye yakn k s mda

fosfor iermeyen, dieri kaplama yzeyine yakn k s mda fosfor ieren

(Ni3P) tabakalardr. Bu tabakalar n kal nl yaln z s l i lem

parametrelerine de i l , ayn zamanda kaplamann orijinal kal nl na da

ba l d r. Tabaka kal nl ndaki azalma ile Ni3P tabakas n n tek fazl

oluumu tercihen k sa bir srede sona erdiril ir . Dk s cakl klarda ve

k sa i lem srelerinde elde edilen Ni3P ieren tabakan n maksimum

sertli i dispersiyon sertlemesi ve yksek s cakl klarda, uzun sreli

i lemlerde ise fosfor konsantrasyonundaki artma sebebiyledir [1].

BLM 9. AKIMSIZ NKEL KAPLAMALARA

UYGULANAN TESTLER

9.1. Kaplama Kal nl n n lm

Kaplamalar altl k malzemeye korozyona ve abrazyona kar diren,

i letkenlik, renk, kaynaklanabilme v.b. zellikler kazandrmak

amac yla uygulan rlar. Sz konusu kaplamalar n, hem kaplama

deerlerinin ve al ma artlar n n hem de kaplanan materyallerin

teknik zelliklerini tespit etmek ve fiyat analizlerinin gereki

deerlerde yap labilmesi iin kaplama miktarn n tespit edilmesi

gerekir. Bu miktar n tespit edilmesine kal nl k lm denir [33].

Kaplama kal nl , kaplama zeltisi tarafndan slat larak kaplanan

yzeylerdeki ve madde transferinin konveksiyon ve difzyon

arac l yla yer ald tm noktalarda dengeli ve aynd r. Kal nl k

lmlerinin dayand kaplama younluu ve dier karakteristikler

ounlukla sabit olduundan dolay kaplaman n fosfor ieri i her

zaman pratikte sabittir [1,12,30].

9.1.1. Tartma yntemi

Bu yntem akms z nikel kaplamalarda, kaplama kal nl n n

llmesinde kullan lan kolay ve basit bir yntemdir. Burada yzey

alan F(dm