İndirmek için tıklayınız.

Transkript

2. DERS
ELEKTROMETAL
KAPLAMA TEKNİĞİ
ELEKTROMETAL KAPLAMANIN TEMEL PRENSİPLERİ
BÖLÜM 2
Elektrometal Kaplamanın Temel Prensipleri, Bölüm 2
Elektrometal Kaplama Tekniği Ders İçeriği
1. Ders :
2. Ders :
3. Ders :
4. Ders :
5. Ders :
6. Ders :
7. Ders :
8. Ders :
9. Ders :
10. Ders :
11. Ders :
12. Ders :
13. Ders :
14. Ders :
15. Ders :
16. Ders :
17. Ders :
18. Ders :
19. Ders :
20. Ders :
Elektrometal kaplamanın temel prensipleri, Bölüm 1
Elektrometal kaplamanın temel prensipleri, Bölüm 2
Cilalama (Polisaj) ve Parlatma
Temizleme ve Paklama
Kaplama banyosu kontrol unsurları
Kaplama banyoları, Bölüm 1 (Cd, Cu, Cr)
Kaplama banyoları, Bölüm 2 (Au, In, Fe)
Kaplama banyoları, Bölüm 3 (Pt metalleri, Ni, Pb)
Kaplama banyoları, Bölüm 4 (Ag, Sn, Zn)
Alaşım kaplama banyoları, Bölüm 1 (Pirinç, Bronz, Altın)
Alaşım kaplama banyoları, Bölüm 2 (Pb-Sn, Ni-Sn, Ni-Zn)
Kimyasal son işlemler (Kromatlama, Fosfatlama), Metal renklendirme, Laklama,
Elektrikli boyama
Elektriksiz kaplama, Vakumlu ve Buharlı kaplama, Yalıtkan malzemeleri kaplama
Kaplanmış metallerin test edilmesi, özellikleri, kaplama işlemlerinde kalite kontrol
Anodik işlemler : Elektrikli parlatma, Anodlama, Elektrokimyasal bileme,
Machining, Korozyon
Özel kaplama teknikleri, Bölüm 1 : Aşındırma (tribo), Fırça kaplama, Köpük
kaplama, Jel kaplama, Tabaka kaplama, Manyetik alanla kaplama, Bileşik
kaplama, Kabuk kaplama, Mekanik (peen) kaplama, Susuz kaplama, Eriyik
kaplama, Şekilli kaplama, Pals kaplama, Kaplamada radyasyon uygulamaları,
Sprey kaplama
Özel kaplama teknikleri, Bölüm 2 : Zor metalleri kaplama,, Elektrikli şekil verme
Özel kaplama teknikleri, Bölüm 3 : Baskı devre kaplama, Manyetik alaşım
kaplama, Elektrik akımıyla kaplama
Mühendislik açısından metal kaplama
Ticari açıdan metal kaplama
Sayfa 1
ELEKTROMETAL KAPLAMA TEKNİĞİ
2. DERS
ELEKTROMETAL KAPLAMANIN TEMEL PRENSİPLERİ, BÖLÜM 2
İÇİNDEKİLER
Kaplama çözeltisinde direnç ve iletkenlik
Kaplama banyosunun asitliği ve pH
Daldırma kaplama
Elektrik potansiyel serilerinin özeti
Elektrokaplamada akım yoğunluğu
Basit alan hesaplamaları
Ortalama akım yoğunluğu
Anot akım yoğunluğu
Akım yoğunluğunun kontrolü
Kaplamada akım verimi
Anot ve katot verimlerinin belirlenmesi
Kaplama banyosunda polarizasyon
Konsantrasyon eşik gerilimi
Aktifleşme eşik gerilimi
Omik eşik gerilimi
Anot eşik gerilimi (Polarizasyon)
Dağılma gücü ve metalin dağılması
Akım dağılımının kontrolü
Katot verilimi
Mikrodağılma gücü
Metal kaplama nasıl meydana gelir
Kaplamada kristal çekirdek büyüklüğünü kontrol yöntemleri
Elektrokaplamada genel teknikler
Özel kaplama teknikleri
Problemlerin cevapları
Ders 2 Sınavı
Dipnotlar
Sayfa 2
3
5
8
12
13
15
17
18
19
20
22
23
24
25
26
27
29
30
33
35
36
38
41
45
47
48
49
KAPLAMA ÇÖZELTİSİNDE DİRENÇ VE İLETKENLİK
Bir metal kablonun elektriksel direnci kablo uzunluğuna, kablo kesitine ve kablonun yapıldığı malzemeye
bağlıdır. Bir kablonun veya iletkenin direnci ohm olarak verilir. Uzunluk, kablo kesiti, sabit ve kablonun direnci
şu şekilde ifade edilebilir :
(SABİT) x (KABLO UZUNLUĞU)
KABLONUN DİRENCİ =
(OHM)
(KABLO KESİT ALANI)
Sembollerle ifade edersek
KxL
R=
(1)
A
Ölçü birimlerinin doğru seçilmesi gerektiğini Ders 1 Sayfa 14’ te işlemiş ve bunun kontrol edilmesi için bir
yöntem öğrenmiştik. Bunu kullanarak yukarıdaki formüldeki K sabitinin birimini tanımlayın. Ohm-cm veya Ohminç sonuçlarına ulaşırsınız.
Artık Ohm Kanunu’ nu, seri bağlı ve paralel bağlı dirençleri hesaplama formüllerini bildiğinize göre, bunları
kullanarak yukarıdaki formülü türetebiliriz. Şekil 1’ de gösterilen katı (veya sıvı) iletkeni gözönüne alalım. Kesit
alanında 1 cm² ’ lik m adet küp ve hacminde de n adet levha içeriyor gibi düşünülebilir. İlk olarak bir adet küçük
kübün direncin r ise 12 küçük küpten oluşan levhanın toplam direncini hesaplayalım. Levhayı oluşturan küplerin
hepsi paralel bağlıdır (dirençler paralel bağlıdır), bu nedenle levhanın toplam direnci paralel bağlı dirençlerin
toplam direncini veren formülden
1/Rlevha = 1/r + 1/r + 1/r + . . . m adet küp için
veya
1/Rlevha = m/r
ve
Rlevha = r/m
Şimdi bu levhalardan n tanesinin seri bağlandığını düşünelim. Toplam hacmin direnci
Rtoplam = r/m + r/m + r/m + . . . n adet levha için
Rtoplam = r.n/m
n, iletkenin cm olarak uzunluğu ve m ise iletkenin cm² olarak kesit alanıdır. Burada r yi K’ ya eşit alırsak
Formül 1’ i elde ederiz. Öyle ise herhangi bir sıvı veya katı iletkenin direnci, ÖZGÜL DİRENCİ ile UZUNLUĞU
çarpılıp KESİT ALANIna bölünerek bulunur. Oldukça basittir!
K sabitinin değeri iletken malzemeye has bir özelliktir ve şu şekilde bulunur : Birim uzunlukta ve birim kesit
alanına sahip bir kablo alınır ve WHEATSTONE KÖPRÜSÜ adı verilen özel bir ölçme aletiyle direnci ölçülür.
Sayfa 3
Diyelim ki bu ölçümün sonucunu A ohm olarak bulduk. Bu değere iletkenin ÖZGÜL DİRENCİ veya ÖZDİRENCİ
denir. Bakır için ölçülmüş ise bulunan A değeri bakır için kullanılacak K sabit değeridir.
Bir sonraki sayfadaki Tablo 1’ den gümüşün en iyi iletken olduğunu, ondan sonra ikinciye bakırın ve daha
sonra altın ile aluminyumun geldiğini görebiliriz. Demirin direnci bakırdan yaklaşık 6 kat, paslanmaz çeliğinki 42
kat daha fazladır. Bu karşılaştırmaları aklınızda tutmanız paslanmaz çelikten askıda veya paslanmaz çeliğin
üzerine kaplama yaparken karşılaşabileceğiniz sorunları çözmede ya da kaplamaya hazırlıkta yapılan işlerde
size yardımcı olacaktır.
ÖRNEK 1 :
0,52 mm² kesitinde ve 1 kilometre uzunluğundaki bakır kablodan (#20) bir bobin
sarılmıştır. Bu bobinin toplam direnci nedir?
Çözüm
: Bakır için K özgül direnci Tablo 1’ de Ohm-cm olarak verilmiştir. Bu değer Şekil 1’ de
gösterildiği gibi 1 cm. uzunluğundaki ve 1 cm² kesit alanına sahip bakır bir küp için ölçülmüştür. Buna bağlı
olarak direnci Ohm olarak bulmak için bütün uzunluk ölçüleri cm. olarak alınmalıdır.
100 cm = 1 metre ve 1 km = 1000 metre olduğundan formüldeki L uzunluğu (kablonun uzunluğu) 100 x
1000 = 100.000 cm. olarak alınacaktır. 1 cm = 10 mm. oduğundan 100 mm² = 1 cm² dir (dolayısıyla 1 mm² =
1/100 cm²). Kesit alanını cm² cinsinden yazarsak 0,52 mm² = 0,52/100 cm². Bu değerleri formülde yerine
koyarsak,
R = K x L x (1/A)
(1,7 ohm-cm)
R=
(100)
x (100.000 cm) x
(1.000.000)
= 32,7 Ohm
(0,52 cm²)
TABLO 1-A. KATI İLETKENLERİN ÖZGÜL DİRENÇLERİ
MALZEME
ÖZGÜL DİRENCİ (K, ohm-cm olarak)
Gümüş
Bakır
Altın
Aluminyum
Pirinç
Demir
Paslanmaz Çelik
1,6 / 1.000.000
1,7 / 1.000.000
2,4 / 1.000.000
2,8 / 1.000.000
7,0 / 1.000.000
10,0 / 1.000.000
70,0 / 1.000.000
1,6 x 10–6
1,7 x 10–6
2,4 x 10–6
2,8 x 10–6
7,0 x 10–6
10,0 x 10–6
70,0 x 10–6
1
TABLO 1-B. KAPLAMA BANYOLARININ ÖZGÜL DİRENÇLERİ
BANYO
ÖZGÜL DİRENCİ (K, ohm-cm olarak)
Krom
Bakır (sülfat)
Siyanürlü Çinko
Kadmiyum
Siyanürlü Pirinç
Bakır (Roşel)
Saf Su
2,0
5,6
6,8
7,8
12,4
14,3
20 x 106
2
Eğer kaplama çözeltisi 1 cm. yüksekliğinde ve 1 cm. genişliğinde bir kaba konursa, birbirinden 1 cm.
uzaklıkta yerleştirilmiş iki elektrot arasındaki çözeltinin elektriksel direnci ölçülerek ELEKTROLİT’ in (akımı ileten
çözeltinin) özgül direnci bulunmuş olur.
Bütün kaplama banyoları oldukça düşük dirençlere sahip olduklarından, bazen banyoların İLETKENLİĞİ’
nden bahsetmek daha doğru olur. İletkenlik elektriksel direncin tersidir. C iletkenliği göstermek üzere,
(2)
C=1/R
Bir tanktaki çözeltinin direnci 1/4 Ohm olarak verilmişse bu çözeltinin iletkenliği 4 Mho’ dur denir. İletkenlik
birimi Ohm’ un tersi olan Mho olarak adlandırılır. ÖZGÜL İLETKENLİK özgül direncin tersidir.
Sayfa 4
(C#) x A
(3)
Burada C# = 1/K,
C=
L
A = Kesit alanı,
L = Elektriğin geçtiği yolun uzunluğudur.
Maliyet açısından ele alırsak, elektrokaplamada banyonun
direncinin düşük olması önemlidir çünkü, elektriği incelediğimiz ilk
derste gördüğümüz üzere banyonun direnci yükseldikçe harcanan
güç de artacak ve maliyet yükselecektir.
1. derste deney için hazırlamış olduğunuz bakır sülfat çözeltisinin
özgül direnci 28 ohm-cm.dir. Oysa çamaşır sodasının özgül direnci
sadece 14 ohm-cm.dir. Ampermetrede okuyacağınız değerlerden bu
farkı anlayabilirsiniz (I = E / R).
Bir ELEKTROLİTİN direncinin nelere bağlı olduğunun bilinmesi
önemlidir.
Önceki bölümde elektrik yükü taşıyan iyonların kaplama
çözeltisinden elektrik akımının iletilmesini nasıl sağladığı anlatılmıştı.
Buradan iyon sayısı arttıkça elektrik iletkenliğinin artacağı sonucuna
varmış olabilirsiniz. Eğer çözeltide daha fazla madde çözünmüş hale
geçerse çözeltinin konsantrasyonu ve (her zaman olmamakla birlikte,
genellikle) iyon sayısı artar. Buna bağlı olarak çözeltinin direncinin
düştüğü (iletkenliğinin yükseldiği) görülür.
Elektrolitin sıcaklığı yükseldikçe ortam enerjisi artar ve
İYONİZASYON için daha fazla enerji bulunabileceğinden daha çok
İYON oluşur. Yüksek sıcaklıklarda iyonlar daha hızlı hareket etme eğilimindedir. Bu durumda sıcaklık
yükseldiğinde kaplama çözeltisinin direnci düşmektedir. ELEKTRONİK İLETKENLERDE ise bu durum tam
tersidir. Örneğin bakır kablo ısıtıldığında atomlar eski durumlarına göre daha çok titreşirler, enerjileri artar ve
daha çok serbest elektronu engellediklerinden direnç yükselir.
Bazı bileşikler veya maddelerin diğerlerinden daha kolay iyonize olurlar ve suda çözündükleri zaman
iletkenlikleri daha yüksektir. Çoğu kaplanabilir metallerin tuzları kısmen iyonize olur. Bunun sonucunda
iletkenlikleri düşük, dirençleri yüksektir. ASİTLER hidrojenleri ile metal atomları yer değiştirebilme özelliğine
sahip HİDROJEN BİLEŞİKLERİDİR, yüksek oranda iyonlaşırlar ve suda çözündüklerinde yüksek iletkenliğe
sahiptirler. Benzer şekilde SODYUM ve POTASYUM gibi çok aktif metallerin bileşikleri de yüksek bir iyonlaşma
özelliğine ve iletkenliğe sahiptirler. Bu nedenle SODYUM KARBONAT (çamaşır sodası) Ders 1’ de Deney 4’ ü
yaparken kullandığımız bakır sülfattan daha iyi bir iletkenlik gösterir.
Çoğu metal tuzu düşük bir iletkenliğe sahip olduğundan gerçek bir kaplama işleminde metal tuzunun
yanında banyoya başka maddeler veya bileşiklerin eklenmesi, kaplama sonucunda kötü bir etkiye neden
olmadan çözeltinin iletkenliğinin yükselmesine yardımcı olur. Bu eklenen tuzlar veya bileşikler İLETKEN TUZ
veya TAŞIYICI olarak adlandırılır. Bakır kaplamada BAKIR SÜLFAT ÇÖZELTİSİNE EKLENEN TAŞIYICI
DAİMA SÜLFÜRİK ASİTTİR. Bu asitten litreye 45 – 60 gr. gibi az bir miktarda ilave edilirse bakır sülfat
çözeltisinin özgül direnci göreceli olarak 30 Ohm’ dan 5,6 Ohm’ a düşecektir. Bu da toplam direnci %80
azaltacaktır. Ders 5 – 10’ da göreceğimiz üzere, diğer kaplama banyolarında da direnci düşürmek için başka
bileşikler ilave edilir.
KAPLAMA BANYOSUNUN ASİTLİĞİ VE pH
Asitlik tüm elektrokaplama çözeltilerinde büyük önem taşır. Neden önemli olduğundan yukarıda
bahsetmiştik.
Bileşiklerin suda çözülmesiyle elde edilen bütün çözeltiler biraz HİDROJEN İYONU içerir çünkü su iki
hidrojen ve bir hidrojen atomundan oluşur (H2O). Hidrojen oksijene çok sıkı bağlı olduğundan 3 iyonizasyona
neden olan kuvvetler çok az etkili olurlar. Bu nedenle saf su oldukça az sayıda SERBEST HİDROJEN İYONU
bulunur. Saf sudaki hidrojen iyonu konsantrasyonu o kadar düşüktür ki, ölçebilecek bir yöntem kullandığınızda
10.000.000 litre suda 1 gram hidrojen iyonu bulunduğunu görürsünüz. İşte bu sebepten saf su çok kötü bir
iletken olup pratikte YALITKAN olarak adlandırılır.
Asitlerin çoğu (hidrojenin özel bileşikleri) kolayca iyonize olur ve çok sayıda hidrojen iyonu suda çözünür.
Eğer HİDROKLORİK ASİT ise (HCl, hidrojen ve klordan oluşur) hidrojen iyonu konsantrasyonu bir litre suda bir
grama kadar yükselir.
Öte yandan BAZ, ALKALİ veya HİDROKSİT olarak adlandırılan ve hidroksil kökü içeren maddeler (hidrojen
ve oksijenin bire bir bağlanmasından oluşur ve (OH)– ile gösterilir) 4 hidrojen iyonlarıyla reaksiyona girerek su
(H2O)meydana getirirler.
Sayfa 5
H+ + OH– Æ H2O
Hidroksil kökü ile hidrojen iyonları birbirleri ile kuvvetli reaksiyona girdiklerinden 100.000.000.000 litre
sudaki hidrojen iyonu konsantrasyonu 1 grama düşer, hidrojen iyonu kalmaz denilebilir. Bazların çoğu kuvvetli
şekilde iyonize olurlar ve bu nedenle de suda çözündüklerinde iyi iletkendirler. Sodyum hidroksit (kostik soda)
sodyum ile hidroksil kökünden oluşur (NaOH). Aşağıdaki şekilde iyonlaşır :
NaOH Æ Na+ + (OH)–
H2O
katı
su iyon iyon
(Na, sodyumun Almanca ismi olan Natrium’ un kısaltmasıdır.)
Kaplama çözeltisindeki hidrojen iyonları konsantrasyonunu ifade etmeye kalkarsak çok büyük bir sayı
kullanmamız gerekeceğinden bu şekilde ifade edilmesi uygun olmaz. İskandinav bilimadamı Sorenson bunun
için uygun bir yöntem kullanmıştır. Aşağıdaki matematiksel tabloya bir göz atın.
TABLO 2. 10’ UN KATLARI
(10) = (10)
(10) x (10) = 100
(10) x (10) x (10) = 1.000
(10) x (10) x (10) x (10) = 10.000
(10) x (10) x (10) x (10) x (10) = 100.000
Matematikte (10) x (10) veya (10)(10) şeklindeki bir çarpım ifade edilmek istendiğinde bunun yerine 10’ un
kendisi ile çarpıldığını ifade etmek için 102 ifadesi kullanılır. (Ders 1’de büyük rakamlarla çalışmıştık.) Benzer
şekildetablodaki 103 ifadesi de üç tane 10’ un biribiriyle çarpılması anlamına gelir. Bu işlem daha büyük sayılara
kadar devam ettirilebilir. Bu kısaltmaya işlemine göre kuvvetli bir bazda mevcut olan hidrojen iyonu
konsantrasyonu 100.000.000.000.000 litre suda 1 gram ise, kısaca 1014 litre suda 1 gram olarak gösterilir. 10’un
üzerinde gösterilen küçük rakamlar üs (indis) olarak adlandırılır. Bu düşünceden yola çıkılarak, Tablo 3
düzenlenebilir.
Hidrojen iyonu konsantrasyonu çok büyük miktarda litrelerle ifade edilen hacimde 1 gr. olarak ifade
edildiğinden dolayı, eğer üstel ifade (indis) kullanacak isek, hidrojen iyonu konsantrasyonunu kendimize
referans olarak alabiliriz. Yukarıda gösterildiği şekilde büyük sayıları göstermek için üs kullanmak yerine,
kaplamada ve kimyada Sorenson tarafından bulunan ve pH olarak ifade edilen bir gösterilim yöntemi kullanılır.
Bu şekilde saf suyun pH’ ının 7 olduğunu söyleyerek 10.000.000 litre suda 1 gr. hidrojen iyonu bulunduğunu
ifade etmiş oluruz.
ÖRNEK 2 : Bir bazın sulu çözeltisinde mevcut olan hidrojen iyonu 1,000,000,000,000 litre suda 1 grama
eşittir. Bunun pH’ı nedir?
Çözüm
: 12
Asitler sahip oldukları hidrojen iyonlarına göre, bazlar da hidroksil iyonlarına göre sınıflandırılırlar. Bu
nedenle tabloda yukarı çıkıldıkça çözeltinin asitliği artar, yani pH’ı azalır. Tabloda aşağıya inildikçe çözeltinin
asitliği azalır, yani pH’ı artar ve gittikçe daha bazik (alkali) hale geçer. Tablo 3’te pH’ ı 7 olan saf suyu NÖTR
NOKTASI olarak alabiliriz ve pH’ı 7’den düşük ise asidik, pH’ ı 7’den yüksek ise bazik (alkali) olarak
sınıflandırırız.
Sıradan bir parlak nikel banyosunun pH’ ı olan 5,8 gibi ara pH değerleri de elde edilebilir. Bu değerden nikel
kaplama banyosunun hafif asidik yapıda olduğu ve HİDROJEN İYONU konsantrasyonunun 100.000 litrede 1
gram ile 1.00.000 litrede bir gram arasında bir yerde olduğu sonucunu çıkarırsınız. Eğer logaritma 6 bilginiz
varsa konsantrasyonun tam değerinin 630.957 litrede 1 gram olduğunu bulabilirsiniz. Bununla birlikte bir
kaplamacı olarak size gereken kaplama banyonuzun pH’ ının ne olduğunu ve nasıl kontrol edebileceğinizi
bilmeniz olduğundan, bu seviyede matematik bilgisine ihtiyacınız olmayacak.
Bir kaplama banyosunun pH’ ını tanımlamanın değişik yolları vardır ama bir tanesi, pH kağıdı veya daha
hassas olan pH test kağıdı kullanmak çok basit, çok hızlı ve neredeyse tüm uygulamalarda yeterli hassasiyette
olduğundan tercih edilir. Bu kağıtta çözeltiyle ıslatıldığında hidrojen iyonlarıyla renk değiştiren bir kimyasal
maddeler emdirilmiş şeritler vardır. Kağıt kurutulur ve şeritlere bölünür.
Bazı boyalar hidrojen iyonu konsantrasyonuna çok hassastır. Asidite yükseldikçe renk tonu koyulaşacaktır
veya tamamen başka renge dönüşecektir. Hidrojen iyonuna duyarlı bu boyalar İNDİKATÖR olarak
adlandırılırlar. Eğer daha önce belli bir kimya eğitimi almışsanız TURNUSOL KAĞIDI’ nın ne olduğunu bilirsiniz.
Turnusol denen doğal bir boyaya daldırılmış ve asidik çözeltilerde parlak kırmızı, alkali çözeltilerde mavi renge
dönen bir kağıttır.
Sayfa 6
pH test kağıtları turnusolden daha hassas boyalar içerirler. Kağıdın kaplama banyosuna daldırıldıktan sonra
aldığı rengi standart renk kılavuzu ile karşılaştırarak pH’ ını 0,2 birim hassasiyetiyle tanımlayabilirsiniz ki bu da
çoğu kaplama işi için yeterlidir.
Kaplama banyosunun pH’ ını tanımlamada kullanılan daha hassas yöntemler de vardır. Bu yöntemde
kaplama çözeltisi içine daldırılmış iki elektrot arasındaki potansiyel ölçülerek çözeltinin pH’ ı 0,1 hassasiyetle
bulunur. Buna pH metre denir. İlerleyen derslerde ayrıntısına gireceğiz.
Kaplama banyosunun pH’ ı banyoya asidik madde eklenerek düşürülür, alkali veya bazik madde eklenerek
yükseltilir.
TABLO 3. HİDROJEN İYONU KONSANTRASYONU VE pH
HİDROJEN İYONU KONSANTRASYONU
KISALTMA
1 litre suda 1 gram
100 litrede 1 gr. 5
0
10 litre suda 1 gram
101 litrede 1 gr.
1
100 litre suda 1 gram
102 litrede 1 gr.
2
1.000 litre suda 1 gram
103 litrede 1 gr.
3
104 litrede 1 gr.
4
105 litrede 1 gr.
5
1.000.000 litre suda 1 gram
106 litrede 1 gr.
6
107 litrede 1 gr.
7 (SAF SU – NÖTR)
108 litrede 1 gr.
8
1.000.000.000 litre suda 1 gram
109 litrede 1 gr.
9
10.000.000.000 litre suda 1 gram
1010 litrede 1 gr.
10
100.000.000.000 litre suda 1 gram
1011 litrede 1 gr.
11
1.000.000.000.000 litre suda 1 gram
1012 litrede 1 gr.
12
10.000.000.000.000 litre suda 1 gram
1013 litrede 1 gr.
13
100.000.000.000.000 litre suda 1 gram
1014 litrede 1 gr.
14
ÖRNEK 3
Çözüm
pH ( İNDİS )
: Hidrojen iyonu konsantrasyonu 0,0001 gram/lt. olan bir banyonun pH’ ı nedir?
: 0,0001 gr/lt = 10.000 litrede 1 gram 10.000 = 104 ise pH = 4
DENEY 1 :
1. 0,550 gr. lık bir kavanozu yarısına kadar sirke doldurun. pH test kağıdı ile pH’ ını ölçün.
2. Aynı kavanozdan bir başkasına 4 yemek kaşığı sodyum karbonat (çamaşır sodası) katın ve suyla
tamamlayıp iyice çözün. Sodyum karbonat çözeltisine bir pH test kağıdı daldırın. pH’ ı kaç? Sodyum
karbonat kuvvetli alkali (bazik) bir maddedir.
3. Yukarıdakileri yaptıktan sonra sirkenin üzerine köpürme bitene kadar yavaşça sodyum karbonat
çözeltisinden ilave edin ve iyice çalkalayın. Şimdi karışımın pH’ ını ölçün. Sirkenin pH’ ı ile karşılaştırın,
ne oldu? pH bazik madde ilave edilirse artar, asidik madde ilave edilirse azalır.
pH konusunu bitirmeden önce sık sık karıştırılan bir konuya dikkatinizi çekmek isterim. pH testi yapılırken
elde edilen sonuç bize banyodaki asit konsantrasyonunu vermez. Ders 5 – 8’ de göreceğimiz çeşitli kaplama
banyoları bölümünde bunun tanımlanması için yapılması gereken kimyasal analizler yardımıyla bulacağız.
Yoğunluk veya asit iyonizasyon miktarı ne ifade eder? Bazı asitler diğerlerine göre daha çok iyonize olurlar.
Sayfa 7
Bütünüyle iyonize olan asitler KUVVETLİ ASİT, çok daha az iyonize olanlar ZAYIF ASİT olarak adlandırılırlar.
SÜLFÜRİK, NİTRİK ve HİDROKLORİK asitler suda çözündüğünde çok yüksek oranda iyonize olduklarından
kuvvetli asit sayılırlar. ASETİK asit (sirkede bulunur) ve BORİK asit (gözyaşında bulunur) daha az iyonize olurlar
ve zayıf asit olarak mütalaa edilirler. Çok az miktardaki sülfürik asit suda çözündüğünde tamamen
iyonlaştığından aynı miktardaki borik asitten 100 kat daha düşük pH’ a sahiptir. Bu nedenle pH testi bize test
çözeltisinde hangi asidin bulunduğunu veya ne miktarda bulunduğunu söyleyemez. Bu testle bizim
anlayabileceğimiz bir litre çözeltide ne kadar hidrojen iyonu bulunduğudur.
DENEY 2 :
1. 2 yemek kaşığı borik asidi 0,550 litre kaynar suda çözün ve soğutun. Bir başka 0,550 litre suya ise 2
damla hidroklorik asit damlatın (bazen muriatik asit olarak da adlandırılır). Her iki çözeltinin pH’ larını
ölçün.
DALDIRMA KAPLAMA (ELEKTRİK POTANSİYELLERİNE GÖRE SIRALANMIŞ KİMYASAL
ELEMENTLER)
Bir kaplamacı olarak elektrik potansiyellerine göre sıralanmış metal elementlerle ilgilenmeniz bu
elementlerin kimyasal özellikleri nedeniyledir. Daldırma yöntemiyle metalleri diğer metallerin üzerine kaplamak
mümkündür. Bunun için dışarıdan bir elektrik enerjisi kaynağına da gerek yoktur. Bu konunun korozyonla da
büyük alakası vardır.
Kendi deneyimlerinizden bazı metallerin havaya (oksitlenmeye) diğerlerinden daha dayanıklı olduğunu,
bazılarının daha çabuk karardığını bilirsiniz. Örneğin altın havaya dayanıklıdır ve asla kararmaz, bu nedenle takı
olarak tercih edilir. Öte yandan gümüş yumurta ile temas ederse koyu benekler oluşur, çünkü yumurtadaki sülfür
ile tepkimeye girerek koyu kahverengi gümüş sülfür bileşiği oluşturur. Altın yumurta ile ne kadar temas ederse
etsin kararmayacaktır. Yeni parlatılmış bakır metali havada bir süre kaldığında parlak pembemsi rengini yavaş
yavaş kaybederek neredeyse siyaha kadar koyulaşır. Çinko açık havada çok kısa sürede beyazımsı bir oksit
tabakasıyla kaplanır. Aluminyum görünmez koruyucu bir oksit tabakasıyla kaplanır ve daha fazla oksitlenmez
fakat eğer aluminyum bir kapta yemek pişirilirse rengini kaybeder. Yakın geçmişte kızartma ve yemek pişirme
için magnezyum tava kullanılmaktaydı. Magnezyumun temizlenmesi aluminyumdan daha fazla özen ister çünkü
neredeyse tüm temizleme maddeleri magnezyumu çözdüğünden karıncalanmasına neden olur. gerçekten de
asidik özellik gösteren yemekler metali çok çabuk çözdüğünden magnezyum tavada kullanılmamalıdırlar.
Her metalin aktifliklerindeki diğerlerine göre farklılıklar olması sahip oldukları kimyasal enerjilerin farklı
olduğunun bir göstergesidir. Bu enerjilerin birbirlerine göre miktarlarının tanımlanması elektrik potansiyel
kuvvetlerinin ölçülmesi ile yapılabilir.
Bakır gibi bir metal kendi tuzuyla hazırlanmış herhangi bir çözeltide bekletilirse bakır çözünmeye başlar
(iyonlaşmak eğilimindedir). Benzer şekilde çözeltide çözünmüş haldeki bakır iyonlarının da bakır metali üzerine
kaplanma eğilimi vardır (iyonlar yüklerini nötr hale getirmek ve tekrar katı metal haline geçmek isterler). Yani
Sayfa 8
ÇÖZÜLME BASINCI denen ve bakır metalinin çözünmesini sağlayan kuvvet ile, iyonların tekrar katı hale
geçmesini sağlayan İYON BASINCI arasında bir denge vardır.
Eğer bir metalin çözülme basıncı iyon basıncını aşarsa metal aktif metal olmak eğilimindedir. Kolayca
çözünür ve diğer elementlerle kolayca bileşik oluşturur. Bunun tersi bir durumda ise metal ASİL METAL olmak
eğilimindedir. Çok zor çözünür, diğer elementlerle kolayca bileşik oluşturmaz, oluşturduğunda ise bileşik tekrar
orijinal metali oluşturmak üzere kolayca parçalanabilir (bir fikir vermesi açısından resimli açıklaması için Şekil 3’
e bakın).
Burada açıklamamız gerekmeyen bir yöntem 7 kullanılarak hangisine eğilimli olduğu veya diğer bir değişle
elektrik potansiyel kuvvetleri ölçülebilir. Bu potansiyellerin bir kısmının listesini Tablo 4’ te bulabilirsiniz.
Magnezyumun çözülme eğilimi o kadar yüksektir ki 2,37 Volt’ luk bir elektriksel basınç veya gerilim
meydana getirir. Artı işareti bu gerilimi ifade eder.
Listenin en altında altın metali vardır. Eğilimi ters yöndedir yani, altın tuzları veya iyonik formdaki altın
atomik altına dönmeye çalışır. Eğer altını çözmek (iyonik forma dönüştürmek) istersek dışarıdan 1,50 Volt’ luk
bir gerilim uygulamamız gereklidir.
Bu konu potansiyel tepesi ile daha kolay açıklanabilir. Daha aktif metaller, az aktif metallere göre tepede
daha yükseklerde yer alırlar. Daha önce gördüğümüz üzere hidrojen tıpkı bir metal gibi davranır ve sıfır noktası
olarak alınabilir.
TABLO 4. ÇEŞİTLİ METALLERİN POTANSİYELLERİ
EĞİLİMİ
(ok yönünde)
POTANSİYEL
(Volt)
KISALTILMIŞ
GÖSTERİLİM
Magnezyum Æ Magnezyum iyonu
+ 2,37
Mg° Æ Mg++ + 2 e–
Aluminyum
Æ Aluminyum iyonu
+ 1,67
Al° Æ Al+++ + 3 e–
Çinko
Æ Çinko iyonu
+ 0,76
Zn° Æ Zn++ + 2 e–
Demir
Æ Demir iyonu
+ 0,43
Fe° Æ Fe++ + 2 e–
Kadmiyum
Æ Kadmiyum iyonu
+ 0,40
Cd° Æ Cd++ + 2 e–
Nikel
Æ Nikel iyonu
+ 0,22
Ni° Æ Ni++
Kalay
Æ Kalay iyonu
+ 0,14
Sn° Æ Sn+++++ 4 e–
Kurşun
Æ Kurşun iyonu
+ 0,13
Pb° Æ Pb++ + 2 e–
Hidrojen
Æ Hidrojen iyonu
0,00
H2 Æ 2 H++ + 2 e–
Bakır
Æ Bakır iyonu
– 0,34
Cu° Æ Cu++ + 2 e–
Cıva
Æ Cıva iyonu
– 0,79
Hg° Æ Hg++ + 2 e–
Gümüş
Æ Gümüş iyonu
– 0,80
Ag° Æ Ag+
+ 1 e–
Platin
Æ Platin iyonu
– 1,2
Pt° Æ Pt++
+ 2 e–
Altın
Æ Altın iyonu
– 1,50
Au° Æ Au+++ + 3 e–
Altın
Æ Altın iyonu
– 1,70
Au° Æ Au+
+ 2 e–
+ 1 e–
Yukarıdaki potansiyeller hidrojene göre göreli olarak düzenlenmiştir. Arzu edildiği takdirde potansiyelleri
aktif metallerinki eksi, soy metallerinki artı olacak şekilde düzenleyebiliriz. Son çıkan kitaplarda bu şekilde
düzenlenmektedir. Yine de sizin daha iyi anlayabilmeniz için eski gösterilimi kullanmamız daha uygun olacak.
Sayfa 9
Ders 1 Deney 4’ te bakır sülfat çözeltisi içinde kullandığımız elektrotlardan birinin çinko olduğunu düşünelim.
Eğer çinko elektrotla bakır elektrodu bir bakır kabloyla bağlarsak yaş Daniel aküsü elde etmiş oluruz. 8 Şekil 5’
teki devrede voltmetrede yaklaşık olarak 1,10 Volt okunur. Çinko çözeltiye geçtiğinden dolayı (oldukça aktif bir
metaldir) 0,76 Voltluk bir gerilim üretir. Öte yandan çözeltideki bakır iyonları bakır metali olarak kaplandığından
0,34 Volt üretir. Potansiyeldeki toplam değişim iki gerilimin cebirsel farkı olan [0,76 – (–0,34)] 1,10 Volt olur.
PROBLEM 1 : Bakır sülfat çözeltisine batırılmış magnezyum şeritten oluşan bir pil ne kadar gerilim üretir?
Diğer elektrot bakır şerittir.
AKÜ bir ELEKTRON ÜRETECİ’ nden başka bir şey değildir. Yukarıdaki durumda çinko metalinin atomları
çözünmekte, bu sırada çok miktarda serbest elektron meydana gelmekte ve bu elektronlar bakır kablodan
geçerek bakır elektroda doğru hareket etmektedirler. Burada çözeltideki bakır iyonlarıyla birleşirler ve bakır
elektrot üzerine kaplanmasına neden olurlar. Tabii ki serbest elektronlar havadan gelmemektedir. Çinko
metalinin çözünerek daha düşük enerji seviyesine geçişi esnasında oluşurlar. Aküde kimyasal enerjinin
doğrudan elektrik enerjisine dönüştüğünü görmekteyiz. Bu yaş aküdeki çinko metali aynı kuru aküdeki çinko
(Şekil 6) gibi negatif elektrik (ELEKTRON) kaynağıdır ve bu nedenle AKÜNÜN EKSİ (NEGATİF) KUTBU olarak
adlandırılır.
Sayfa 10
DENEY 3 :
1. Ders 1, Deney 4’ teki kavanozdaki bakır sülfat çözeltisi içine temiz çinko bir şerit ve (çelik talaşıyla
temizleyin ve iyice durulayın) temiz bir bakır şerit veya kablo sokun. Şekil 5’ te gösterildiği gibi #18 zil
kablosuyla voltmetreye bağlayın. Voltmetrede ne okuyorsunuz?
2. Voltmetreyi devreden ayırın ve bakır ve çinko şeritleri doğrudan birbirine bağlayın. Çinko şeritte ne
olmaya başladı?
3. Yeni temizlenmiş çinko şeridi doğrudan bakır sülfat çözeltisine daldırın. çinko şeritte ne
gözlemliyorsunuz?
Deneyin 3. kısmında çinko şeritte gözlenen olay DALDIRMA KAPLAMA olarak bilinir. Bir kaplamacı olarak
sizin için büyük önem taşımaktadır. Daldırma kaplama neden ortaya çıkar? Çinko ve aluminyum gibi metaller
yüksek çözülme basıncına sahiptirler. Seyreltik asitlerde ve hatta çok düşük olmasına rağmen suda bile
çözünme eğilimindedirler. Çözündükçe yüzeyde eksi yükler birikir. Örneğin çinko iki elektron kaybederek
iyonlaşır. Bu elektronlar çinko levhanın yüzeyinde birikirler. Çözeltideki bakır iyonları çinko levhanın üzerinde
birikmeye başlarlar çünkü elektrik potansiyellerine göre sıralama konusunda gördüğümüz gibi bakır yüksek bir
iyon basıncına sahiptir (pozitif yüklü iyonları kaybetmiş oldukları elektronları tekrar kazanmak isterler) ve bu
nedenle negatif yüklü yüzeyde birikirler.
Aşağıdaki Şekil 7’ yi gözönüne alalım. Maddedin katı hali ile çözünmüş veya iyonize hali arasında çift taraflı
bir kapı varmış gibi düşünülebilir.
Kapı açıldığında değişik kuvvetlerle her iki yönde çalışmaya başlayacaktır. Çözünmüş haldeki bakır iyonları
kapıyı tersine zorlarlar. Enerjileri yeterli gelmediğinden kapıyı açamazlar. Kapının diğer tarafında çinko metali
Sayfa 11
vardır ve çok yüksek ÇÖZELTİ BASINCI’ na sahiptir. Kapıyı açar ve çözünmüş hale geçmeye başlar. Çok
yüksek çözelti basıncına sahip olması nedeniyle kapıyı açacak enerjiye fazlasıyla sahiptir. Kapı açıldığında
bakır iyonları da KATI HALE geçmeye başlar.
DENEY 4 :
1. 3. deneyin 3. şıkkını tekrar edin. Kaplanan bakırı inceleyin. Hangi formu alır? ÇOĞU DALDIRMA
KAPLAMALAR SÜNGERİMSİ VE YAPIŞMAYAN TABİATTADIR.
2. Bir parça temiz gümüşü (gümüş çay kaşığı da kullanılabilir) bakır çözeltisine sokun. Gümüşün üzerine
bakır kaplanıyor mu? EĞER ÇÖZELTİDEKİ METAL ELEKTRİK POTANSİYEL TABLOSUNDA (Tablo 4)
ÜZERİNE KAPLANACAĞI METALİN ALTINDA DEĞİL İSE DALDIRMA YÖNTEMİYLE DİĞER
METALİN ÜZERİNE KAPLANAMAZ. Bakır tabloda gümüşün üzerindedir ve bu nedenle gümüş üzerine
kaplanamaz.
Kaplamacılıkta, çeşitli kaplama işlerinde meydana gelen bazı durumlar haricinde daldırma kaplamadan
sakınılır çünkü sizin de gördüğünüz gibi süngerimsi bir yapıdadır ve asıl metalin üzerine yapışmaz. Örneğin
gümüş kaplamacılığında gümüşün bakır üzerine yapışması önemlidir.
İstisnai durumlarda uygun yerlere daldırma kaplama uygulanıp ince zerrecikli, yapışkan bir daldırma
kaplama elde edilebilir. Bu tip kaplama elektrik kullanmadan ince, ucuz altın, gümüş ve kalay kaplamacılığında
yararlı olur.
Sayfa 9’ daki potansiyel tablosu kesin, değişmez bir tablo değildir. Sadece bu metallerin belli koşullarda
birbirlerine göre izafi durumlarını verir (belli bir konsantrasyondaki iyonlarının içinde bulunan metal için).
Kimyasal değişiklerle metallerin Tablo 3’ te sahip oldukları değerlerini aşağıya veya yukarıya değiştirmek
mümkündür. Gerçek kaplama banyoları konularını işleyeceğimiz Ders 6 – 8’ de göreceğimiz gibi, demir bir çiviyi
asitli bakır banyosuna daldırırız. Hemen bakırla kaplanacaktır. Bir başka demir çiviyi siyanürlü bakır kaplama
banyosuna daldırdığımızda ise daldırma kaplama meydana gelmeyecektir. Çinkonun üzerinde daldırma
kaplama ne sebepten meydana geliyorsa, yine aynı sebepten dolayı asitli çözeltiye sokulan demirin üzerinde
kaplama olmaktadır. Demir kapıyı açar ve bakır iyonları kapıdan içeri girerek kaplama oluşur. Eğer bakır
kullanılırsa, siyanürle bileşik oluşturmasına rağmen tuhaf bir durum ortaya çıkar. Bakır siyanür köküne hemen
bağlanır ve kapıyı açmak için gereken miktarda bakır iyonu kalmaz. Siyanür kökü (düşük serbest enerji prensibi
gereği) bakıra bağlanarak daha karmaşık yapıda yeni bir iyon oluşturur. Çekim kuvveti o kadar güçlüdür ki çok
az miktarda bakır bağ yapmadan kalabilir. (Bu bağ çok az iyonik karakter gösteren bir kovalent bağ tipidir).
SONUÇTA BAKIR “ASİL METAL”MİŞ GİBİ DAVRANMIŞ, YANİ BAKIRIN POTANSİYELİ DAHA DÜŞÜK
SEVİYEYE İNMİŞTİR.
Elektriksel potansiyel konusunu işlerken gördüğümüz gibi, daldırma kaplamada her zamanki kaplamadan
farklı olarak bir başka önemli husus vardır : Metalin potansiyel tepesindeki konumu aynı zamanda metalin
kaplanması için uygulanacak gerilimin büyüklüğünün de ölçüsüdür. Bu sebeple eğer bir Daniel Pili’ niz varsa ve
çinko kaplayıp bakırı çözmek istiyorsanız dışarıdan uygulamanız gereken gerilim en azından –1,10 Volt
olmalıdır ki bu durumda süregelen kaplama işlemi durur (pil ters yönde +1,10 Volt ürettiğinden gerilimler birbirini
etkisiz hale getirir). Eğer bakır çözülüyor ve çinko kaplanıyorsa 1,10 Volt olan denge gerilimi aşılmış demektir.
Polarizasyon konusunda bunu daha detaylı inceleyeceğiz.
Elektrik potansiyel serilerinin kaplamacılıkta önemli olmasının bir başka sebebi de çeşitli düzenlemeler
yapılarak alaşım kaplamamıza yardımcı olmasıdır. 9. Ders’ te göreceğiniz gibi potansiyel tepesinde birbirlerine
yakın konumdaki (yakın potansiyellerdeki) iki farklı metal aynı anda kaplanarak alaşımları yapılabilir. Bu
konunun bilinmesi kaplamacıya geniş bir ufuk açar.
Potansiyel serilerinin bilinmesinin kaplamacılıktaki bir diğer önemi de KOROZYON ÇİFTLERİ olarak
adlandırdığımız bilgiyi bize sağlamasındandır. Bir korozyon çifti sınai ortam, deniz havası gibi dış etkilere maruz
bırakılmış, birbiriyle doğrudan temas halindeki iki farklı metaldir. Korozyonla ilgili olan 14. Ders’ te göreceğiniz
gibi, potansiyel tepesinde daha yukarda bulunan metal aşınırken aşağıda bulunan metal hasar görmez.
ELEKTRİK POTANSİYEL SERİLERİNİN ÖZETİ
1. Elektrik potansiyel serileri (potansiyel tepesi) bize kabaca metallerin birbirlerine göre aktifliklerini verir.
Tepede daha yukarıda bulunan metaller (hidrojene göre daha pozitif potansiyele sahip olanlar) kimyasal
açıdan aşağıdakilere nazaran daha aktiftirler. Daha aşağıdaki metaller eğer iyonik yapıda iseler
daldırma kaplama yöntemi ile daha yukarıdaki katı metallerle yer değiştirebilirler.
2. Metallerin göreceli konumları sabit değildir, çevresel koşullara bağlıdır. Bazı çevresel koşulları
değiştirerek biraz yukarı veya aşağı hareket edebilirler.
3. Koşulları değiştirerek daldırma kaplamadaki yapışmayan, süngerimsi yapının önüne geçilebilir. Pratikte,
potansiyelleri birbirine yakın olan iki metal daldırma yöntemiyle kaplanırsa daha iyi yapışır ve ince
zerrecikli yapıdadır. Potansiyelleri birbirine çok yakın olmamalıdır çünkü o durumda reaksiyon meydana
gelmesi için gerekli potansiyel farkı elde edilemez veya çok yavaş olur.
Sayfa 12
4. Metalin potansiyel tepesindeki yeri aynı zamanda metali kaplamak veya çözmek için uygulanması
gereken minimum gerilim için bir ölçüdür. Polarizasyon bahsinde konu edildiği üzere gerçekte kullanılan
gerilim bu minimum değerden daha yüksektir.
5. Çevresel etkiler düzenlenerek iki metalin potansiyelleri aynı seviyeye getirilebilir ve bu iki metal birlikte
kaplanarak alaşımları elde edilebilir.
6. Potansiyel farkları korozyon çiftinin ne hızda reaksiyona gireceğini gösterir. Potansiyeli yüksek olan
metal aşınır, düşük olan hasara uğramaz.
Şimdi akım yoğunluğunu inceleyeceğiz.
ELEKTROKAPLAMADA AKIM YOĞUNLUĞU
Şimdiye kadar bahsettiğimiz elektrik akımından ve amper olarak büyüklüğünden bahsettik. Kaplamada
önemli olan DESİMETREKARE BAŞINA (veya footkare başına) ÇEKİLEN AMPER büyüklüğüdür (A/dm²).
Amperin yüzey alanına bölünmesi AKIM YOĞUNLUĞU olarak bilinir.
Kaplamada yüzey alanı ile hesaplama yaparız. Eğer farklı iki malzemenin çektiği akımları karşılaştırmak
istersek, eğer iki malzemenin yüzey alanları eşit değil ise bu malzeme 20 Amper’ de diğeri 10 Amper’ de
kaplanmıştır gibi bir karşılaştırma yapmamız çok doğru olmaz. Eğer iki malzeme de aynı sürede kaplanmışsa
muhtemelen 20 Amper’ de kaplanan malzemeye 10 Amper’ de kaplanan malzemedekinin 2 katı metal
kaplanmıştır. (Muhtemelen diyoruz çünkü az sonra göreceğimiz üzere çeşitli büyüklüklere bağlı olarak
değişebilir). Aslında ilk Faraday Kanunu’ na göre eğer kaplama süresi sabitse kaplanan metalin toplam
ağırlığının sadece akan akıma bağlı olduğunu söylemek mümkündür.
Bu durumda A parçasına kaplanan metalin toplam ağırlığı B parçasına kaplanandan 2 kat fazladır diyebilir
misiniz? HAYIR! Sadece A ve B parçalarının alanları (ve şekilleri) birbirinin tamamen aynısı ise bunu
söyleyebilirsiniz. Eğer A parçasını yüzey alanı 2 dm² ve B parçasının yüzey alanı 1 dm² ise, bu şu anlama gelir :
A parçasını kaplamak için uygulanan akım yoğunluğu (20 A) / (2 dm²) = 10 A/dm², B parçasını kaplamak için
uygulanan akım yoğunluğu (10 A) / (1 dm²) = 10 A/dm² dir. YANİ HER İKİ PARÇA DA BİRİM ALANLARINA
AYNI MİKTARDA AKIM UYGULANARAK KAPLANMIŞTIR VE BU NEDENLE, DİĞER BÜTÜN DEĞİŞKENLER
DE EŞİT İSE PARÇALARIN KAPLAMA KALINLIKLARI EŞİT OLACAKTIR (Şekil 8).
Eğer A parçasının yüzey alanı 4 dm² olsa idi AKIM YOĞUNLUĞU (20 A) / (4 dm²) = 5 A/dm² olacak ve B
parçasına uygulanan 10 A/dm² olduğundan A’ dan iki kat kalın kaplanmış olacaktı (Şekil 8).
Bundan dolayı birim alana saniyede uygulanan elektrik miktarını veren AKIM YOĞUNLUĞU, kaplamada
kullanılan akımın büyüklüğünü tanımlamak için en uygun yoldur :
Sayfa 13
AKIM YOĞUNLUĞU 9 = TOPLAM AMPER / TOPLAM ALAN
C=I/A
(4)
Akımı yalnız bırakırsak
TOPLAM AKIM = AKIM YOĞUNLUĞU x TOPLAM ALAN
(5)
I=CxA
DÖNÜŞTÜRME ÇARPANLARI :
1 A/ft² = 0,1076 A/dm²
1 A/dm² = 9,29 A/ft²
ÖRNEK 4 : Toplam alanı 50 cm² olan bir çelik diske 1 A akımda bakır kaplanıyor. Kullanılan akım
yoğunluğu nedir?
Çözüm
: 1 dm² = 100 cm² ve 1 cm² = 0,01 dm² olduğundan, 50 cm² = 0,5 dm² dir. Toplam akım 1 A
ise akım yoğunluğu 1 A / 0,5 dm² = 2 A/dm² dir.
ÖRNEK 5
Çözüm
: Yukarıdaki örnekte akım yoğunluğu A / ft² olarak nedir?
: 1 A/dm² = 9,29 A/ft² ise 2 A/dm² = 18,58 A/ft² dir.
ÖRNEK 6 : 117 cm² yüzey alanına sahip dökme demirden bir parça 2 A/dm² akım yoğunluğunda nikel
banyosunda kaplanıyor. Toplam akımın büyüklüğü nedir?
Çözüm
: 100 cm² = 1 dm² ise 117 cm² = 1,17 dm² dir. I = C x A = (2 A/dm²) x (1,17 dm²) = 3,34 A
(Toplam akımın büyüklüğü)
PROBLEM 2 : 6x6 cm. boyutlarında 10 adet metal levha bakır banyosuna asılıyor ve her iki yüzü de bakır
kaplanıyor. Ampermetrede okunan toplam akım 5,5 Amper’ dir. A/dm² ve A/ft² olarak akım yoğunluğunu
bulunuz?
Kaplamacılıkta kullanılan toplam akımın bilinmesi o kadar önemli değildir fakat, akım yoğunluğunun
bilinmesi katotta gerçekleşen kaplamanın miktarını ve özelliğini etkilediğinden dolayı çok önemlidir. AKIM
YOĞUNLUĞUNA BAKARAK DEĞİŞİK ÖZELLİKTE VE BOYUTLARDAKİ CİSİMLERİ KAPLARKEN
ARALARINDA BİR KARŞILAŞTIRMA YAPABİLİRİZ. Gerçek kaplama deneyleri ve testleri göstermiştir ki, iyi bir
kaplama sonucu elde etmek için belli kaplama banyolarında belli akım yoğunlukları kullanılmalıdır. ÖNERİLEN
AKIM YOĞUNLUĞUNUN ÜZERİNE ÇIKILDIKÇA KAPLANAN KAPLAMA YANMAYA, TOZLU VE GEVREK BİR
HAL ALMAYA BAŞLAR. Ders 6 – 10’ da ayrı ayrı ele alacağımız çeşitli kaplama banyolarını öğrenirken
kullanılan akım yoğunluğu değerlerini de göreceğiz. Şimdi bir ön bilgi olması amacıyla asitli bakır için normal ve
olağan şartlar altında kullanılacak akım yoğunluğu üzerinde düşünelim.
Sıradan bir asitli bakır sülfat banyosu için akım yoğunluğu sahası 0,5 – 2,2 A/dm² (5 – 20 A/ft²) dir. BU
ARALIK KATOTTAKİ AKIM YOĞUNLUĞU DEĞERİ İÇİNDİR. 2,2 A/dm²’ nin üzerine çıkılırsa kaplama koyu
kahverengi ve tozlu hale gelir ki bu da “yanık kaplama” olarak adlandırılır. Daha düşük akım yoğunluklarında
çalışmak size pek bir şey kazandırmaz çünkü, ticari açıdan bakıldığında işinizi yapabileceğiniz en kısa sürede
bitirmek istersiniz. Düşük akım yoğunluğunda çalışırken belirli kalınlıkta bir kaplama elde etmek için malın
kaplama tankında kalma süresi uzayacağından, belli bir sürede bitirdiğiniz kaplama işi de azalacaktır. Bu sizin
üretim kapasitenizi düşürür. ÖYLEYSE KAPLAMA TANKINDAKİ İŞİ EN KISA SÜREDE BİTİRMEK İÇİN,
UYGULAYABİLECEĞİNİZ LİMİTLER DAHİLİNDEKİ EN YÜKSEK AKIM YOĞUNLUĞUNDA ÇALIŞMAK SİZİN
YARARINIZADIR.
Eğer güvenle uygulayabileceğiniz maksimum akım yoğunluğunun 2,2 A/dm² olduğunu biliyorsanız bu
değere mümkün olan en yakın akım yoğunluğunda çalışmalısınız.
Uygulamada alan hesabı nadiren tam doğru olarak yapılabilir, mümkün olan en yakın hesaplama yapılmaya
çalışılmalıdır. 10 Yine de gerçek değere yaklaşık bir alan hesabı yapılması sizin için çoğu durumda yeterli
olacaktır. Tablo 5’ te bazı basit şekiller ve alanlarının hesaplanması için formüller verilmiştir. Daha karmaşık
yapıdaki cisimlerin alanlarını hesaplarken ise bir veya birkaç basit şekili kullanarak toplam alanı hesaplamak
size yaklaşık bir fikir verir. Bunun için izleyen örneği veriyoruz.
Sayfa 14
Sayfa 15
ÖRNEK 7 : Tablo 5’ te gösterilen şekiller temel şekillerdir ve çoğu alan bunlara yakın şekillidir. Şekil 9’
da gösterilen şekil ve ebatlardaki parçayı asitli bakır banyosunda kaplıyorsunuz.
Kaplama talimatında iyi bir kaplama için 2,5 A/dm² yi geçmemeniz belirtilmiş. ŞİMDİ NE YAPACAKSINIZ?
Kaplanacak malzeme genellikle aynı şekillidir, bu durumda da öyle olduğunu farzedelim, bir parçayı
inceleyip yaklaşık alanını bulalım.
Deneyim sahibi iseniz parçaya bakarak alanını yaklaşık olarak söyleyebilirsiniz, deneyiminiz arttıkça
tahmininizin doğruluk oranı da artacaktır. Fazla deneyimli değilseniz veya bu örnekteki gibi özel şekilli bir parça
kaplayacaksanız alanını aşağıdaki gibi hesaplamalısınız :
Daire ucun alanı : 0,79.D² = 0,79 x (10 cm)² = 0,79 x 100 cm² = 79 cm²
Sayfa 16
Silindirin alanı : 3,14.D.L = 3,14 x 10 cm x 20 cm
= 628 cm²
Yarım küre şeklindeki ucun alanı : ½ x 3,1D² =
(1/2) x (3,1) x (100 cm²) = 155 cm²
TOPLAM ALAN = 79 cm² + 628 cm² + 155 cm²
= 862 cm²
1 cm² = 0,01 dm² olduğundan 862 cm² = 8,62
dm² ve pratikte parçanın alanını 9 dm² olarak
alabilirsiniz.
Eğer kaplama tankınız bu parçalardan 20 tane
alabiliyorsa, bu bir defada kaplayacağınız yüzeyin 9 x 20 = 180 dm² olduğu anlamına gelir. İzin verilen akım
yoğunluğu 2,5 A/dm² olduğundan, normal şartlarda bu kaplama işi için kaplama tankında 2,5 x 180 = 450 A’ e
kadar akım kullanabilirsiniz.
PROBLEM 3 : Şekil 10’ daki cismin yüzey alanını hesaplayın?
Ne kadar karmaşık görünürse görünsün diğer alanlar da aynı
şekilde basit şekillerin alanlarının toplamı olarak hesaplanabilir.
Kaplama deneyiminiz arttıkça kaplanacak parçaya bakarak yaklaşık
olarak alanını ve uygulanacak doğru akımı tahmin edebildiğinizi
göreceksiniz. Sadece çok hassas kaplama istenen işlerde (TEKNİK
KAPLAMA İŞLERİNDE) kaplanacak malzemenin alanını mümkün
olduğunca hassas hesaplamanız gerekir. Dolapta yapılan imalat
işlerinde yaklaşık alanı göz kararı belirlemek yeterli olur. Bazı özel
dolap kaplama işlerinde de Nomogram adlı özel bir hesap cetveli veya
bilgisayar 11 yardımıyla alanı hassasiyetle hesaplamamız gerekir.
ORTALAMA AKIM YOĞUNLUĞU
Akım yoğunluğu kaplama banyosunun türü ve yapılan kaplama
işlemi hakkında size bir fikir verir. Akım yoğunluğu, hatları ve çıkıntıları
çok fazla olmayan parçalar için yalnızca ORTALAMA yüzey alanına
bağlı olarak değerlendirilir. Örneğin asitli bakır banyosunda yüzey alanı
10 dm² olan düz bir metal levha kaplıyorsanız, rahatlıkla 20 Amper
akım kullanabilirsiniz (20 Amper / 10 dm² = 2 A/dm²). Şekil 11’ deki
parçayı kaplayacağınızı düşünün. Bu parçanın yüzey alanı da 10 dm²’
dir. Bu parçayı kaplamak için de 20 Amper kullanabilir misiniz?
Sayfa 17
HAYIR kullanamayız, çünkü yüzey alanı 10 dm² ve ampermetrede okunan akım 20 Amper de olsa, ikinci
banyodaki akımın çoğu parçanın ileri çıkık kısmında yoğunlaşır. Bu kısım anoda daha yakın olduğundan ve
enerji doğası gereği en az direnç gösteren yolu tercih ettiğinden akımın çoğu daha uzakta olan parçanın
gerideki kısmı yerine öne çıkmış kısmına doğru akar. Sonuçta ileri çıkık kısımdaki akım yoğunluğu, gerideki
kısma nazaran daha yüksek olur ve bu ikisinin ortalaması ortalama akım yoğunluğu verir. Daha iyi
canlandırabilmeniz için sayılarla anlatalım : 2,5 dm² alana sahip öndeki kısımda akımın 15 Amper diğer
kısmında ise 5 Amper olduğunu düşünelim. Demek ki buradaki akım yoğunluğu 15 / 2,5 = 6 A/dm² dir ki olması
gereken değerin çok üstündedir. Parçanın gerideki kısmında ise 5 / 7,5 = 0,67 A/dm² olan akım yoğunluğu çok
düşüktür. Sonuçta parça kusurlu kaplanmış, ileri çıkık kısımda yanık, gerideki kısımda eksik kaplama yapılmış
olur. Bu durumda ya öne çıkık kısımdaki ortalama akım yoğunluğu normal sınırı aşmayacak şekilde toplam
akımı düşürmelisiniz ya da tüm parçanın akım yoğunluğunu eşit hale getirmek için bazı düzenlemeler
yapmalısınız (neyse ki bunu yapmak mümkündür, bu şekilde en yüksek ortalama akım değerinde çalışılabilir).
POLARİZASYON ve DAĞILMA GÜCÜ konusuna geldiğimizde yapılması gereken bu düzenlemeleri daha
tafsilatlı ele alacağız. Burada dikkat etmemiz gereken husus şudur : ORTALAMA DEĞERLER BAZEN
YANILTICI OLABİLİR. Ortalama derinliği 30 cm. olan bir nehirde karşıya geçerken boğulabileceğinizi
unutmayın. EĞER KAPLAMA YAPTIĞINIZ YÜZEY GEOMETRİK AÇIDAN ÇOK FAZLA KARŞITLIK
İÇERİYORSA, ORTALAMA YÜZEY İÇİN AKIM YOĞUNLUĞU HESAPLARI YAPILARAK KAPLANAMAZ. BU
DURUMDA ÖZEL ÖNLEMLER ALINMALI VEYA YÜKSEK VE ALÇAK NOKTALAR HESABA KATILMALIDIR.
ANOT AKIM YOĞUNLUĞU
Bir kaplamacı olarak birinci derecede KATOT AKIM YOĞUNLUĞU sizi ilgilendirmekle beraber, ANOT AKIM
YOĞUNLUĞU da aşağıdaki nedenden dolayı önemlidir :
Anot yüzeyinde de, tıpkı katotta olduğu gibi müsaade edilen akım yoğunluğunun bir sınırı vardır. Bu sınır
değerin üzerine çıkılırsa anottaki metal çözünmeyi reddedebilir. Gerçekten de anot “duraklar” ve çözünmez hale
gelir. Kaplamacılıkta ve kimyada bu durum bu şekilde ifade edilmez. Anot POLARİZE OLMUŞ denir.
POLARİZASYON’ un tam olarak ne anlama geldiğini ileride bu konuyu işlerken inceleyeceğiz ama şimdilik bunu
üzerine çok fazla yük yüklenmiş olan bir katıra benzetebiliriz. Bu durumda katır durur ve yükü taşımayı
reddeder. Bizim anoda yüklediğimiz yük de elektrik akımıdır. Eğer kabul edilebilir en yüksek yük değerinin
üzerine çıkarsak anot çözünmeyi reddeder (çalışmayı durdurur) ve bu durumda POLARİZE olduğundan
bahsedilir. Buna dayanarak anottaki akım yoğunluğunun kabul edilebilir maksimum değerini bilmeniz, bu sınırı
aşıp anodun polarize olmasının önüne geçmeniz bakımından önemlidir. Örneğin, bir asitli bakır kaplama
tankında anot akım yoğunluğu değerinin 2 A/dm² olması gerekiyorsa, tankın anodunun bu akımı
taşıyabilececeğinden emin olmanız gerekir.
ÖRNEK 8 : Asitli bakır kaplama banyonuzda Şekil 12’ de gösterildiği üzere tankın karşılıklı kenarlarına
asılmış halde bulunan 25 cm uzunluğunda ve 8 cm. genişliğinde 10 adet anot levhası var. Toplam yüzeyi 50
dm² olan bir kaplama işi yapacağınızı varsayalım. Kaplamada kullanacağınız toplam akım 100 Amper olsun.
Katot akım yoğunluğu 100 / 50 = 2 A/dm², UYGUNDUR. Şimdi anot akım yoğunluğuna bakalım :
Her anodun toplam yüzey alanı (her iki yüzeyini de hesaplıyoruz) 25 cm x 8 cm x 2 = 400 cm² = 4 dm², 10
anot kullanıldığından toplam anot yüzey alanı 10 x 4dm² = 40 dm² dir. Bu durumda anot akım yoğunluğu 100 /
40 = 2,5 A/dm² olur ki bu hesaba göre tam da maksimum
akım sınırında olduğu düşünülebilir. Fakat gerçekte bu
durumda akım yoğunluğu normalin çok üzerindedir çünkü
ANOTLARIN ARKA YÜZEYLERİ TAM ALAN OLARAK
SAYILAMAZLAR.
KISMEN
BLOKE
EDİLMİŞ
DURUMDADIRLAR VE AKIMIN ÇOĞU ANOTLARIN ÖN
YÜZÜ İLE KAPLANAN PARÇA ARASINDA AKAR (Bu
durumu enerjinin hangi özelliğiyle açıklarız?). KAPLAMA
TANKININ KENARI İLE ANODUN ARKA YÜZEYİ
ARASINDA HATIRI SAYILIR BİR MESAFE OLSA DA,
ANODUN ARKA YÜZEYİNİN 1/4' ÜNÜ AKIM TAŞIYICI
YÜZEY OLARAK KABUL ETMEK GÜVENİLİR OLUR.
EĞER ANOT TANKIN KENARINA YAPIŞIK İSE AKIM
TAŞIYICI ARKA YÜZEY 1/10 OLARAK ALINMALIDIR.
Yukarıdaki duruma göre toplam akım taşıyıcı alan 20
dm² + (1/4 x 20) dm² = 25 dm² olacaktır. Öyle ise gerçek
akım yoğunluğu 100 A / 25 dm² = 4 A/dm² dir ki izin verilen
maksimum akım yoğunluğundan (2,5 A/dm²) çok yüksektir.
İzin verilen anot akım yoğunluğu bazen alanların oranı
olarak ifade edilir. Bu nedenle kaplama banyosunun
özelliklerini nasıl belirleyeceğinizin anlatıldığı bölüme
geldiğinizde, tavsiye edilen anot – katot alanları oranının
Sayfa 18
1,5’ a 1 olduğunu okuyacaksınız. Bu kısaca kaplama tankındaki anot yüzey alanının hesaplamış olduğunun
katot yüzey alanından 1,5 kat daha fazla olması anlamına gelir. Yani bir başka deyişle eğer katot yüzeyinde 4
A/dm² kullanabiliyorsanız anot yüzeyinde sadece 4 / 1,5 = 2,66 A/dm² kullanabilirsiniz.
HATIRLATMA : Anodun kaplama tankının kenarına yapışık olduğu durumlarda anotun arka yüzeyinin 1/10’
u, anotla tank arasında biraz mesafe varsa 1/4' ü akım taşıyıcı yüzey olarak alınır. Sayfa 12’ de görüldüğü gibi
aynı prensip katotta da geçerlidir. Katodun girintili veya alçak yüzeyleri toplam akımın sadece küçük bir kısmını
alır ve akım taşıma açısından çıkıntılı veya açık yüzeyler gibi düşünülemez.
AKIM YOĞUNLUĞUNUN KONTROLÜ
Kaplama işinde kullanılan akım yoğunluğunu kontrol etmek için, ampermetrede banyodaki yükün çektiği
akımın istenen değere geldiğini görene kadar gerilimi değiştirmelisiniz. Hemen hemen bütün kaplama
tesislerinde kaplama devresine Şekil 13’ te gösterildiği gibi bağlanmış ampermetre ve voltmetre vardır.
Banyodaki yük sabit ise akımı redresör üzerinden veya bir reosta (ayarlı direnç) yardımıyla gereken değere
ayarlayabilir ve sabit kalmasını sağlayabilirsiniz. Bazı hallerde direnç değişkendir ve voltmetreden ayarlama
yapmanız gerekebilir. Böyle bir durumla karşılaştığınızda ne yaparsınız?
Şekil 14’ te gösterilen iki kaplama tankını dikkate alın. İki tank tamamen aynıdır. İkisinin de anot katot arası
uzaklıkları aynı olup, paralel bağlı olduklarından üzerlerinden akan akımlar da eşittir. Eğer ikinci tanktaki katot
çıkarılırsa I = E / R olduğundan ve tankın gerilimi ile direnci aynı kalacağından ilk tankın katodundaki akım
yoğunluğu gene aynı kalacaktır. Şekil 15’ i ele aldığımızda ise, eşit büyüklükteki iki anodun karşısına eşit
büyüklükte iki katot yerleştirilmiştir. Burada da katotlar paralel yerleştirilmiştir fakat öncekinden farkı aynı tankın
içinde olmalarıdır. Eğer akım yoğunluğu önceki banyodakinin aynı ise ikinci katodu çıkarırsak birinci katottaki
Sayfa 19
akım yoğunluğu biraz artacaktır. Bunun nedeni ikinci anotla katot arasında taşınan elektriğin katettiği mesafenin,
ikinci anot ile ikinci katot arasındaki mesafeden daha uzun olması ve dolayısıyla akımın akmasına karşı
gösterilen direncin artmış olmasındandır. AKSİNE, eğer tanka kaplanması için birkaç parça daha koyarsanız
toplam akım yoğunluğu biraz düşecektir.
Buradan yola çıkarak bize ampermetremizin olmayıp sadece voltmetre ile ölçüm yaptığımız hallerde yol
gösterecek bir çalışma prensibi elde edilmiştir.
KAPLANAN MALZEMENİN ÜZERİNDEKİ AKIM YOĞUNLUĞUNUN EŞİT DAĞILMASINI SAĞLAMAK İÇİN
TANKTA EKLEME VE ÇIKARMALAR YAPILIRKEN GERİLİMİN SABİT KALMASINA DİKKAT EDİLMELİDİR.
Bu işi yapmanın en iyi yöntemi bu değildir ama ampermetreniz olmadan yapabileceğiniz sadece budur.
Tam dolu tanka ilave bir mal konulduğunda gerilimi %1 yükseltip, çıkarıldığında ise %1 düşürerek daha hassas
ayarlama elde edebilirsiniz.
Bu kuralın nasıl işlediğini görmek için tam dolu bir asitli bakır banyosunu düşünelim. Tank boyunca gerilim 2
Volt’ tur. Kaplanması için bir parça daha eklediğinizi farzedelim. Bunu yaptığınızda gerilim çok az da olsa
düşecektir. Reostayla ayarlayarak gerilimi tekrar 2 Volt’ a yükseltin. İlave olarak 10 parça koyarsanız gene aynı
yöntemi uygulayın.
Akım yoğunluğunu daha hassas kontrol etmek için ampermetre kullanmanız gerekir. (Elektronik kontrollü
redresör ile kaplanan malzemenin akım yoğunluğu çok daha hassas kontrol edilebilir fakat biraz daha pahalıdır).
KAPLAMADA AKIM VERİMİ
Faraday’ ın ilk kanunu kesin bir doğa kanunudur. Bir çözeltiden belli miktarda elektrik geçirilirse belli
miktarda madde çözünmüş halden katı hale geçer, tersi de doğrudur.
Tüm bu işlemlerde üzerinde düşünmemiz gereken bir konu da verimdir. Bir elektrik motorunu prize
taktığınızda kullandığı elektrik enerjisinin tümünü yararlı mekanik enerjiye çevirmez. Bir kısmı motor sargılarında
ısı olarak kaybedilir. Bir kısmı sürtünme kuvvetini yenmek için harcanır. Bu enerji de yararsız hale gelmiştir.
Sonuçta motorun çektiği elektrik enerjisinin ancak %90 kadarı yararlı mekanik işe dönüştürülür (Ders 1’ de bu
konu hakkında öğrendiklerinizi hatırlayın). Verim elde edilen kullanılabilir iş gücünü ölçer. Şu şekilde
tanımlanmıştır :
Çıkış
Verim =
(Elde edilen yararlı enerji) x 100
=
Giriş
(Harcanan enerji)
Formüldeki büyüklükleri ölçmenin değişik yolları vardır. Böylelikle motor, jeneratör veya diğer enerji
dönüştürücüsünün verimini tanımlayabiliriz.
Elektrokaplamada daha karmaşık bir meseleyi halletmemiz gereklidir. Kaplama çözeltisine uygulanan belli
miktardaki (coulomb) elektrik Faraday’ ın ilk kanunu uyarınca sonuçta belli miktarda metal kaplanmasını sağlar.
Faraday Kanunu’ nun hiçbir yerinde bu enerjinin ne miktarda olacağından bahsedilmez. Örneğin, 100 Ampersaat (360.000 coulomb) elektrik ile 100 gr. bakır kaplanır gibi bir ifade yoktur. Kullanılacak gerilimin değeri de
belirtilmemiştir. Öyle ise enerji miktarını nasıl tayin edeceğiz?
Şu şekilde : Kaplama çözeltisine (elektrolite) akım sevketmek için enerji gereklidir. Elektrotlar arasında
gerilim farkı olmaksızın coulomb (amper-saat) oluşmayacaktır. Elektriksel potansiyel serileri konusunda
öğrendiğiniz üzere, her metalin diğerlerininkinden farklı ve steorik olarak denge haklinde olan çökelme veya
ayrışma gerilimi vardır. Bu nedenle bir asitli bakır çözeltisinde bakır katot ile bakır kaplama çözeltisi arasındaki
gerilim farkı 0,34 Volt’ u geçtikten sonra bakır kaplanmaya başlayacaktır. Banyoya bu gerilimi uygularsanız sınır
değer aşılmadığından hiçbir şey olmaz. Çünkü bu düşük gerilimde sadece birkaç coulomb elektrolite
sevkedilebilecektir. Ampermetrede okunabilir bir değere ulaşmak için daha yüksek gerilim farkı uygulamak
gerekir. Daha yüksek gerilim farkı uygulandığında ampermetrede akım okunur ve kaplama başlar.
Artık bu durumu tıpkı motorda olduğu gibi ENERJİ VERİMİ açısından analiz edebiliriz fakat bunu yapmaya
çalıştığımızda bize gerekli olan verileri bulmanın zor, yetersiz ve bizim için fazla faydalı olmadığını göreceğiz.
Mesela, kaplama süresince kullandığımız toplam enerjiyi kWh olarak hesaplamamızı sağlayacak olan kaplama
tankı boyunca gerilimi ve belli bir zaman diliminde akan akımı ölçebiliriz. Ardından kaplamanın ağırlığını ölçüp,
belli çalışma şartlarındaki ayrışma potansiyelini de içeren bazı karmaşık hesaplamalar yapılarak o ağırlıktaki
metalin kaplanması için teorik olarak gerekli enerji miktarını tanımlayabiliriz. (Kişisel olarak artık buna gerek
kalmadığından memnunum).
Eğer bu uzun ve karışık hesaplamalara devam edersek çoğu kaplama işinde enerji veriminin gerçekten çok
düşük olduğunu görürüz. Genellikle %10’ un altındadır. Bundan başka, bulunan sonuç gerçek değer değildir ve
bizim için anlam ifade etmez çünkü daha önce de söylediğimiz üzere bizim için birinci derecede önemli olan
kaplamayı yaparken ne kadar enerji kullandığımız değil kaplamanın kendisidir. Tabii ki kaplama yaparken enerji
zayii etmeyi istemeyiz ve bazı durumlarda enerji maliyeti oldukça önemli hale gelir ama genelde bizim için
kaplamada elde ettiğimiz sonuç önem arzeder.
Kaplamacı için KATODUN (veya ANODUN) COULOMB VERİMİ hem daha yararlı ve anlamlı hem
hesaplaması daha kolaydır. Kısaca KATOT VERİMİ dersek,
Sayfa 20
(Gerçekte kaplanan metal miktarı) x 100
Katot Verimi =
(Teorik olarak kaplanabilecek metal miktarı)
veya
ec =
(Faraday’ ın ilk kanununa göre metal miktarı)
Anot için de ANOT VERİMİ olarak kısaltırsak,
(Gerçekte çözünen metal miktarı) x 100
Anot Verimi =
(Teorik olarak çözünebilecek metal miktarı)
veya
ec =
(Faraday’ ın ilk kanununa göre çözünebilecek metal miktarı)
Bu oran bizim için daha anlamlıdır çünkü kaç coulomb uyguladığımızda ne kadar kaplama yapacağımızı
veya karşılığında ne kadar metal çözüneceğini verir. KATOT (ve ANOT) VERİMİ metal kaplamak için ne kadar
elektrik (coulomb) kullandığımızın ölçülmesi işlemidir.
Gördüğünüz gibi Faraday Kanunları daima doğrudur fakat uygulanan coulombun tümü yararlı şekilde
kaplama işinde kullanılamaz. Öyle ise uygulanan coulombun birazı başka bir reaksiyonda harcanmaktadır. Eğer
banyoda metalle birlikte biraz da hidrojen kaplanması gibi bir durum sözkonusu ise, enerjinin bir kısmı faydası
olmayan, hatta zaman zaman kaplamaya zararlı olan bu işte kullanılıyor demektir. Yahut katotta (veya anotta)
sizin haberiniz olmadan başka bir kimyasal reaksiyon bu coulombları harcıyor olabilir.
Esasında katot veriminin bize söylediği kullanılan toplam elektriğin (coulomb) ne kadarının metali kaplamak
için harcandığıdır. Gerisi boşa gitmiştir.
Normal şartlarda asitli bakır banyosunun katot verimi çok yüksektir (%98,7 – 99,9 arasında). Bu kullanılan
her 1000 coulomb elektriğin 987 ila 999’ unun bakır kaplamak için kullanıldığını gösterir.
Öte yandan bir siyanürlü bakır banyosunda katot verimi %34 civarındadır. Yani her 100 coulombun sadece
34’ ü kaplama işinde kullanılır. Krom kaplamada bu değer daha yüksektir. Çoğu durumda katot verimi %10 – 12
gibi daha düşük değerdedir. Şimdi katot ve anot verimi ile ilgili bazı hesaplamalar yapacağız.
ÖRNEK 9 : Bir siyanürlü bakır banyo çözeltisinde 2 amper-saat elektrikle kaplanan metal miktarı 2,8
gr.dır. Katot verimi nedir?
Çözüm
: Ders 1, sayfa 10’ daki Basitleştirilmiş Faraday Tablosu’ ndan bir siyanürlü bakır
banyosundan her 100 amper-saat elektrik geçirildiğinde teorik olarak 238,14 gr. (8,4 ons) bakır kaplanır. Bu 1
amper-saat ile 2,38 gr. bakır kaplanacağı anlamına gelir. 2 amper-saatte 2 x 2,38 = 4,76 gr. bakır kaplanmalıdır.
Bu durumda katot verimi ec = 2,8 x 100 / 4,76 = %58,8 dir.
ÖRNEK 10 : Örnek 9’ daki kaplama işi esnasında bakır anottan çözünen bakır miktarı 2,27 gr.dır. Anot
verimi nedir?
Çözüm
:
(Gerçekte çözünen metal miktarı) x 100
Anot Verimi =
(Teorik olarak çözünebilecek metal miktarı)
ea = 2,27 x 100 / 4,76 = %47,5
ÖRNEK 11 : Deney 9’ daki çalışma koşullarında iken, 2,15 A/dm² akım yoğunluğunda 18,6 dm² lik katot
yüzeyine 226 gr. bakır kaplamak ne kadar sürer?
Çözüm
: Kaplamanız gereken ağırlığı, katot verimini ve toplam akımı (2,15 A / dm² x 18,6 dm² = 40
Amper) biliyorsunuz. Bilmediğiniz tek şey süredir.
Ağırlık = (Faraday Sabiti) x (Toplam Akım) x (Zaman) x (Verim) veya W = K x I x T x ec
Sayfa 21
Zamanı çekersek T = W / (K x I x ec) = 226 gr. / [ (2,38 gr/amper-saat) x (40 Amper) x (0,59) ]
T = 4,02 saat buluruz.
Buradaki birimler Ders 1’ de ele alınmıştı. Saat dışındaki birimler birbiriyle sadeleşir ve sonuç saat olarak
bulunur. Hangi birimlere göre hesaplanmış olursa olsun birbirini götüreceğinden verimin bir birimi olmayacağına
dikkat edin.
PROBLEM 11
: * 23 dm² yüzey alanına sahip bir katotta 110 gr. nikel kaplanmıştır. İzin verilen en
yüksek akım yoğunluğu 4,3 A/dm² ve ec %95’ tir. En yüksek akım yoğunluğunda bu kaplamayı yapmak ne kadar
sürer?
Daha önce de bahsedildiği gibi katot ve anot verimi her çalışma şartında aynı değildir. Bir asitli bakır
banyosunda katot verimi pratikte %100’ e ulaşabilir oysa standart bir krom banyosunda %14 gibi düşük bir
değer alır. Yani verim kaplanan veya çözünen metalin cinsine bağlıdır. Verimi etkileyen diğer büyüklükler,
1. Banyonun kimyasal bileşimi
2. Kullanılan akım yoğunluğu
3. Sıcaklık
4. Kaplama banyosunu karıştırma
Bir kaplamacı olarak sizi ilgilendiren bu değerleri kontrol edip ayarlayarak mümkün olan en yüksek verimi
elde etmektir. Daha verimli katot daha az elektrik enerjisi kayıbı ve verilen işi belirli bir akımda daha çabuk
bitirme anlamına gelir.
Aslında güç kaybı daha önce de gördüğünüz üzere genellikle sizin için çok da önemli değildir fakat
elektriğin fiyatı yükseldikçe daha önemli hale gelmeye başlar. Peki zamandan tasarrufu ne yapacağız? Güç
kayıpları için para ödeyerek fazla enerji harcayabilirsiniz fakat zaman satın alamazsınız. Eğer banyonun katot
verimi sadece %50 ise bu belli bir sürede tam verimde kaplayabileceğiniz metalin ancak yarısını kapladığınız
anlamına gelir. Maksimum akım yoğunluğunda çalıştığınızı varsayarsak, %100 akım veriminde kapladığınız
sürenin iki katı sürede kaplıyorsunuz demektir.
Bir başka önemli nokta anot ve katot veriminin mümkün olduğunca birbirine yakın olması gerektiğidir.
Bunun nedeni açıktır. Eğer katot verimi anot veriminden daha yüksek olursa sürekli çek yazan fakat yazdığı
miktarı bankaya yatırmayan adama benzer bir durum ortaya çıkar. Bir süre sonra bankadan aranacak ve
çeklerin karşılığı sorulacaktır. Kaplama çözeltisindeki metal iyonları tükenir ve çalışma koşullarını tekrar
kazanabilmesi için bakıma ihtiyaç hisseder. Bu da zamandan ve işgücünden kayıp demektir.
Madalyonun öbür yüzüne bakarsak, anot veriminin katot veriminden daha yüksek olması da istenmeyen bir
durumdur fakat ilki kadar kötü bir durum değildir. Bu durumda kaplama çözeltisi metal iyonları bakımından
gittikçe daha zengin hale gelir. Fazla metal iyonları er geç banyonun çamurunda çökelecek veya çözeltide
mevcut bulunan asit yahut alkali kökleriyle birleşerek çözeltinin normal pH değerini yükseltecek ya da
düşürecektir. Bu durum da banyoyu normal çalışma değerlerine döndürmek için zaman harcamanıza neden
olacaktır.
Aslında anot veriminin katot veriminden çok az bir miktar büyük olması, çözeltiye fazladan biraz metal
karışmasına sebep olması ve bunun da banyoda kaplanan malzemeyi çıkarırken üzerinde giden metali
dengelemesi nedeniyle istenen bir durumdur. Kaplama ve kirlenme kontrolünde malzeme çıkarılırken üzerinde
giden bu az miktardaki çözeltinin büyük önemi vardır, bunu başka bir bölümde anlatacağız.
Uygulamada ideal koşullar nadiren elde edilebilir, genellikle anot ve katot verimleri arasındaki %10-15’ lik
fark oldukça yeterlidir.
ANOT VE KATOT VERİMLERİNİN BELİRLENMESİ
Çoğu kaplama banyosunda anot ve katot verimleri çalışma açısından yeterli derecede bilinir. Eğer çalışan
kaplama banyosunun anot veya katot verimini belirlemenizi gerektiren bir durum varsa en basit yöntem anodun
veya katodun tartılması, sonra da belli bir akımda ve belli bir sürede kaplama yapılmasıdır. Kaplama boyunca
her beş dakikada bir akım değerleri ölçülür ve sonunda bunların ortalaması alınır. Kaplama tamamlandığında
anot veya katot durulanır, kurutulur ve tekrar tartılır. Not: Anot verimini test ederken anodun üzerine yapışmış
olabilecek metal parçacıklarını da tarttığınızdan emin olun. Bu anot verimini belirlerken en çok karşılaşılan hata
unsurudur. Tartımdan sonra,
(Katodun ilk ağırlığı) – (Katodun son ağırlığı)
Katot Verimi =
x 100
(Ortalama akım) x (Saat olarak süre) x (Faraday sabiti)
Sayfa 22
(Anodun ilk ağırlığı) – (Anodun son ağırlığı)
Anot Verimi =
x 100
(Ortalama akım) x (Saat olarak süre) x (Faraday sabiti)
Tartım mümkün olduğunca hassas yapılmalı, tercihen en az 0,001 gram hassasiyetinde olmalıdır. Test
edilen kaplama banyosuna seri bağlanmış bir asitli bakır banyosunun KULOMETRE (voltametre) olarak
kullanılması da mümkündür. Bakır anodun tartılması size geçen coulombu verir (bu banyonun katot verimini
%100 olarak alabilirsiniz). Payda ve test edilen kaplama banyosunun katodunun tartılması da kaplanan metal
miktarını verir. Ya da hassas bir amper-saat metre kullanarak devreden geçen coulombu belirleyebilirsiniz.
Not : Anot veya katot veriminin doğrudan doğruya büyük bir kaplama banyosunda test edilmesinin pratik
uygun olmadığı açıktır. Çoğu durumda bu testler banyodaki değerlere mümkün olduğunca yakın anot ve katot
akım yoğunlukları ve sıcaklık değerlerine ayarlanmış küçük bir kavanoz veya beherdeki çözeltide yapılmalıdır.
Özetle,
1. Anottan katottaki kaplanan metale akan elektriğin tesirini belirlediğinden katot ve anot verimleri
kaplamada çok önemlidir.
2. Enerji ve zamandan tasarruf etmek için (zaman daha önemlidir) katot verimi mümkün olduğunca yüksek
olmalıdır.
3. Anot ve katot verimlerinin birbirine hemen hemen eşit, banyonun uzun süre dengeli çalışması için eğer
mümkünse anot veriminin katot veriminden çok az yüksek olması arzu edilir.
4. Eğer anot ve katot verimleri arasında büyük fark varsa kaplama banyosu hızla bozulacak, normal
çalışma koşullarını tekrar sağlamak bize çok değerli olan zamana ve işgücüne malolacaktır.
5. Anot ve katot verimleri metallerinin özelliklerine, kaplama banyosunun kimyasal bileşimine, banyonun
sıcaklığına, akım yoğunluğuna ve karıştırmaya bağlıdır. Tabiri caizse her metal kendi kurallarına göre kaplanır.
Yukarıdaki etkenler aracılığıyla elektrot verimlerinin denetim altında tutulması kaplama banyolarını ayrı ayrı
işleyeceğimiz Ders 5 – 10 arasında ele alınacaktır.
KAPLAMA BANYOSUNDA POLARİZASYON
Akım yoğunluğu ile ilgili olan bölümde anotta meydana gelen POLARİZASYON durumundan bahsedilmişti.
Polarizasyon nedir?
En basit tabirle, bir kaplama banyosundan elektrik akışı esnasında meydana gelen, o çalışma şartlarında
teorik olarak olması beklenenden daha fazla veya ilave dirençtir. Bu dirence hem anot hem de katodun
yakınındaki çözeltide rastlanılabilir. Anot veya katot polarizasyonu şeklinde bahsedilir.
Bir kaplamacı olarak sizin için katot polarizasyonu kaplamanın yapısını etkilediğinden anot
polarizasyonundan daha önemlidir. Önce bu durumu ele alalım.
Sayfa 23
Sıradan bir nikel banyosunda çalıştığınızı ve elektrik potansiyel serileri tablosuna göre katotta 0,22 Voltluk
gerilimin nikel kaplanmasına yeterli olduğunu varsayalım. Ayrıca anodun mükemmel anot olduğunu, çözeltiye
göre daima sıfır potansiyelde ve sıfır dirençte bulunduğunu farzedelim. Bu durumda 0,22 Volt uyguladığımızda
biraz nikel kaplanacaktır. Fakat gerçekte bu olmaz. Gerilim 0,40 Volt’ a yükseldiğinde bir akım ölçülmeye ve
nikel kaplanmaya başlar. Fazladan uygulanan bu gerilim teorik olarak kaplama için kullanılır ve Eşik Gerilimi
olarak adlandırılır. Bizim örneğimiz için bu gerilimin büyüklüğü 0,40 – 0,22 = 0,18 Volt veya 180 milivolt’ tur.
Şekil 18’ i gözönüne alalım. Kaplama yapmak
için daha fazla enerji kullanmanız gerektiği çünkü
gerilim eşiğini 12 aşmak için elektriğin coulombunu
yükseltmeniz gerektiği anlaşılır. Zaman birimini bir
saniye alırsak sabir akımda yapılan elektriksel iş
I.E.t olacaktır.
E’ yi iki parça halinde ele alırsak, teorik
kaplama (çözülme) gerilimi Ed ve kaplama için
kullanılan eşik gerilimi Eo ise,
(6) E = Ed + Eo
ve yapılan toplam elektriksel iş I.t x (Ed + Eo) dır.
Burada I.Eo harcanan enerjidir. Ohm Kanunu’ na
göre (E = I.R) potansiyel bir dirençten akan akım
olarak tanımlanabilir. Öyleyse,
(7) E = I.Rd + I.Ro
ve yapılan iş
(8) İş = I.t. (I.Rd + I.Ro) = I2.( Rd + Ro) . t
13
Akım sabit ise kullanılan ekstra enerjiyi I2Rot düşünebiliriz. Burada Ro polarizasyona (direnç) ve IRo eşik
gerilimine (kaplama işi için harcanan gerilime) eşittir.
Açıklamak için kaba bir yol olsa da, “Eşik Gerilimi” tabiri “Polarizasyon”dan daha doğaldır. Siz hangisini
uygun görürseniz onu kullanabilirsiniz.
KONSANTRASYON EŞİK GERİLİMİ
Şekil 19’ daki gibi bir asitli bakır banyosundaki katodu düşünelim. Akım akmaya başladığında bakır iyonları
hemen katotta birikmeye başlar ve 2
saniyeden daha kısa bir zaman
aralığında katodun yakın çevresindeki
bakır iyonları azalır veya tükenir. Bu
eksikliği gidermek için bakır iyonları
elektrik akımıyla göç eder ve doğal
olarak katoda doğru yayılır. Bakır
iyonları
tabakası
uzaklaştırılır
ve
onlardan boşalan yerler çevredeki bakır
iyonları tarafından doldurulur. Örneğin,
hidrojen iyonları saniyede 3,5 mm. ile en
hızlı hareket eden iyonlardır, bu nedenle
sadece elektriksel göç akım akmaya
devam ederken katottaki daha fazla
bakır talebini karşılamaz. Bu durumda
talebi karşılamak için Difüzyon (yayılma)
devreye
girer.
Difüzyon
kaplama
çözeltisinin
daha
yoğun
olan
bölgesinden az yoğun olan bölgesine
doğru meydana gelen ve denge haline
geçmek için yapılan doğal bir karışma
çabasıdır. Tıpkı ısının sıcak olan yerden
soğuk olana doğru yayılması gibi
(Enerjinin hangi özelliğidir?) bir kaplama
çözeltisindeki bakır iyonları da yüksek
Sayfa 24
konsantrasyonda oldukları yerden daha düşük konsantrasyonda oldukları yere doğru hareket ederler. Bu işlem
DİFÜZYON 14 olarak adlandırılır.
Bakır iyonlarının kaplanarak ortamdan uzaklaştığı katotta bakır iyonu konsantrasyonu minimum
seviyededir. Buradan biraz uzaktaki kaplama çözeltisinin incelmiş veya tükenmiş tabakasının sona erdiği yerde
bakır iyonları konsantrasyonu çözeltinin geri kalanıyla aynıdır. Difüzyonun doğası gereği bakır iyonları dengeye
gelmek için daha seyrek oldukları tabakaya göçerler. Sabit ve maksimum değerin altındaki elektrik akımında
kaplanan miktardakine eşit miktarda iyon difüzyonla ve göçme ile katot civarına gelir ve denge haline ulaşılır.
Eğer elektrik akımı yükseltilirse Faraday Kanunu’ na göre katottaki bakır iyonu ihtiyacı artacaktır. Doğal difüzyon
işlemi bu ihtiyacı daha önce denge durumundayken olduğunun tersine tam olarak karşılayamaz ve KATOT
TABAKASI bakır iyonları açısından daha fakir hale gelir.
Bu fakir tabaka artık çözelti tarafından tam olarak doldurulamaz, katottaki bakır tabakası yeniden çözülme
eğilimi gösterir (Enerjinin hangi özelliği?) çünkü çözelti basıncı iyon basıncı ile karşılaştırıldığında normal
değerinden daha yüksek hale gelmiştir (Sayfa 13’ e bakın) yani bir potansiyel alanı oluşmuştur (çok küçük de
olsa belirlenebilecek miktardadır) ve yönü banyoya uygulanan gerilime zıttır. Ders 1’ de işlediğimiz gibi eğer 12
Volt’ luk bir pile 6 Volt’ luk bir pili ters bağlarsak, net sonuç olarak iki pilin ürettiği toplam gerilim 12 – 6 = 6 Volt
olacaktır. Bu demektir ki 6 Volt’ luk bir pile bir başka pili ters bağlayarak 12 Volt elde etmek istiyorsak 18 Volt’
luk pil kullanmalıyız. Tabi ki burada enerji kaybı olduğu açıktır. Bu özel olaya Konsantrasyon Eşik Gerilimi veya
Konsantrasyon Polarizasyonu denir. Konsantrasyon kelimesinin kulanılmasının nedeni bunun konsantrasyon
farkından dolayı oluşmasındandır. Daha sonra göreceğimiz üzere anotta da bunun zıttı olan bir olay benzer
şekilde cereyan eder.
Katottaki ince elektrolit tabakasına geri dönelim. Daha fazla bakır kaplamak için gerilimi arttırmaya
çalışırsak sonuçta bakır iyonlarından oluşan tabakayı tamamen tüketmiş oluruz ve bir başka elektrot reaksiyonu
meydana gelir, HİDROJEN KAPLANMAYA BAŞLAR (daha önce bundan bahsetmiştik). Katodun yakınlarında
bakır iyonu kalmamıştır. BU ESNADA KAPLAMA GERİLİMİ YÜKSEKTİR, KATOTTA GAZ ÇIKIŞI OLUR,
METAL KAPLANMAZ VEYA YANIK KAPLANIR, KATOT VERİMİ İSE NEREDEYSE SIFIRA KADAR
DÜŞMÜŞTÜR.
AKTİFLEŞME EŞİK GERİLİMİ
Toplam eşik gerilimini etkileyen bir diğer faktör de Aktifleşme Eşik Gerilimi’ dir. Katodun yapıldığı metalin ve
yüzey yapısının doğası gereği kaplama yapmak için bu ilave gerilim uygulanmalıdır. Örneğin, çelik yüzeye krom
kaplama pirinç üzerine kaplamadan daha yüksek elektrik potansiyeli gerektirdiği için metalin yapısının
etkisinden sözediyoruz. Ayrıca yüzey yapısı ile bir başka şey daha biliyoruz ki, mesela pürtüklü platin yüzeye
düşük gerilimde hidrojen gazı kaplanır ve pürüzsüz bir hal alır.
Eşik geriliminin veya polarizasyonun bu hali motor yatağındaki sürtünmeye benzer. Metallerin bazı
birleşimlerinin daha düşük sürtünme direnci sağladığından sürtünmeye daha dayanıklı yüzeyleri olduğunu ve
sürtünme yüzeyi yapısının da motor yatağındaki sürtünme direncine etki ettiğini biliyoruz.
Genellikle eşik geriliminin bu şekli 0,20 ila 0,30 Volt arasındadır. En çok nikel, demir ve kobalt kaplamada
bulunabilir. Bakır ve diğer birkaç metalin aktifleşme eşik gerilimleri sıfır çok yakın ve ihmal edilebilir kadar
küçüktür.
Hidrojen eşik gerilimi bir diğer muhtemel polarizasyon kaynağıdır. Hidrojenin iyonik forma geçtiğinde metal
iyonu gibi davrandığı unutulmamalıdır. Bu nedenle elverişli bir durum ortaya çıktığında katotta tıpkı metal iyonu
kaplanıyormuş gibi kaplanacaktır. Daha önce metal kaplamada aktifleşme eşik geriliminden bahsettiğimiz gibi
hidrojen kaplanırken de bu gerilimden bahsederiz. Buna hidrojen eşik gerilimi denir.
Kaplanan metalin çeşidine bağlı olarak (ve tabii ki yüzey yapısına) hidrojen eşik gerilimi çok az veya
göreceli olarak daha büyük değişiklikler gösterir. Örneğin bir parça platinize platin (siyah platin) için eşik gerilimi
neredeyse sıfırdır. Bu bir parça platinize platin üzerine uygulamada 0,03 Volt denge potansiyelinde hidrojen
kaplanacağı anlamına gelir. Öte yandan çinko üzerine hidrojen kaplarken eşik gerilimi 0,75 Volt’ tur.
Bu son durum elektrik potansiyel serisinde hidrojenden daha yukarıda olmasına rağmen sulu çözeltiden
çinkonun kaplanarak uzaklaştırılmasına imkan vermesi bakımından oldukça dikkate değerdir. Tablo 4’ e bakın
ve çinko iyonu potansiyelinin hidrojenden 0,76 Volt yüksek olduğuna dikkat edin. Bu nedenle hidrojen ve çinko
iyonları ihtiva eden bir sulu çözeltide hidrojen çinkodan daha önce kaplanır. Öyleyse çözeltideki çinkoyu bakır
üzerine kaplayarak uzaklaştırmaya çalıştığınızda bu kaplama olmayacak, sadece hidrojen baloncukları ve gaz
çıkışı gözlemlenecektir. Burada eşik gerilimi yardıma yetişir. Hidrojenle birlikte çok küçük miktarda çinko
kaplanacaktır fakat yeterli değildir. Yüzeyde bir miktar çinko birikir birikmez hidrojen artık eskisi kadar kolay
kaplanmaz. Çinko üzerine hidrojen kaplanması için 0,75 Volt eşik gerilimini aşmalıdır, bunu da kolay kolay
yapamayacağından artık hidrojen kaplanmayacak ve çinko kaplanmaya devam edecektir.
Bazı durumlarda biraz önce anlatıldığı gibi hidrojenin aktifleşme eşik gerilimi uygulama açısından çok
önemlidir. Tablo 6’ da basitleştirilmiş hidrojen eşik gerilimleri verilmiştir.
Sayfa 25
TABLO 6. YAKLAŞIK OLARAK HİDROJEN EŞİK GERİLİMLERİ 14
METAL
VOLT
Platinize platin
Altın
Demir
Bakır
Karbon
Çinko
Nikel
Gümüş
Kadmiyum
0,030
0,390
0,557
0,584
0,700
0,750
0,750
0,760
1,130
OMİK EŞİK GERİLİMİ
Son olarak omik eşik geriliminden bahsedeceğiz. Çalışan bir kaplama banyosundaki KATOT TABAKASI
belli bir elektriksel dirence sahiptir. Eğer bu tabakadaki METAL İYONLARI veya iletken olarak davranan diğer tip
iyonlar tüketilirse elektriksel direnç yükselecektir. Buradaki durum konsantrasyondaki değişime bağlı olan
KONSANTRASYON EŞİK GERİLİMİ’ nden farklıdır.
Bir dirençten akım akarken gerilim düşmesine neden olur (Ohm Kanunu’ ndan E = I.R) ve bu enerji kaybına
OMİK EŞİK GERİLİMİ veya OMİK POLARİZASYON denir.
Sadece akım taşıyan iyonların tüketilmesinden dolayı değil, aynı zamanda katot yüzeyinde herhangi bir
nedenle oluşan bir film tabakası yüzünden de katot yüzeyine yakın tabakadaki elektrik direnci yükselecektir. Bu
film tabakası gaz veya katı bir yapıda olabilir (tüketilen katot filmi akışkan bir film olarak düşünülebilir). Örneğin,
uygun şekilde temizlenmemiş katodun yüzeyinde yalıtkan bir film tabakası mevcut olabilir. Yüksek akım
yoğunluklarında bazik bileşikler katotta çökelecek ve direnci yükseltecektir. Gaz kabarcıkları da katot yüzeyine
tutunabilir ve yalıtkan gibi davranırlar.
Genellikle katottaki omik eşik geriliminin birincil sebebi katot yüzeyinin bitişiğindeki tabakada iletken
iyonların tüketilmesidir, başka nedenlerle de olabileceğini aklınızdan çıkarmayın.
Ec = konsantrasyon eşik gerilimi, Ea = aktifleşme eşik gerilimi ve Er = omik eşik gerilimi ise
(9)
Eo = Ec + Ea + Er
Çoğu zaman bunlardan sadece birisi baskındır. Bazen ikisi veya üçü birlikte etkilidir fakat bu nadiren olur.
Kaplama işlemi esnasında neler olduğunu Şekil 20’ deki bakır vb. gibi bir metal kaplanırken elde edilmiş
akım yoğunluğu – gerilim grafiğine bakarak inceleyebiliriz.
Gerilim sıfırdan yükseltilmeye başladığında ilk başlarda ölçülebilir bir akım kaydedilmez. Bakırın teorik
olarak kaplanabileceği gerilime ulaşıldığında, yani bakır kaplanması için ortam koşullarına göre gereken denge
geriliminde çok küçük bir akım ölçülebilir. Gerilim değişik polarizasyon formlarının (aktifleşme, omik) eşik
gerilimlerini aşacak şekilde yükseltilmeye devam edilirse akım yoğunluğunda ani bir sıçrama görülür ve kaplama
başlar.
Sayfa 26
Bu noktadan öteye gerilim yükseltilmeye devam edilirse akım yoğunluğunda göreceli olarak daha büyük
artışlar olur ve uygulamadaki kaplama işleri burada yapılır. Gerilimdeki yükselme devam ettikçe artık akım
yoğunluğu gittikçe daha az artmaya başlar ve bir süre sonra tavan noktasına ulaşır. Bu tavan noktası kaplanan
metalin (burada bakır) belli kaplama koşullarındaki AKIM YOĞUNLUĞU SINIRI’ dır.
Akım bu sınıra ulaştıktan sonra gerilim hala artırılmaya devam edilirse HİDROJEN ve/veya başka iyon
türleri (kirlilik) kaplanmaya başlayacak ve akım yoğunluğunda yine keskin bir yükselme olacaktır. Daha önceden
öğrenmiş olduğumuz gibi bu durumda kararmış, pürüzlü ve tozlu görünümlü bir kaplama elde edilir. Kaplama
yaparken bu durumdan sakınmanız gereklidir.
Bir metali kaplarken belirli çalışma koşulları için belirlenmiş akım yoğunluğu sınırı, değişik çalışma
koşullarında da aynı değeri alacak diye düşünülemez. Bu önemli bir konu olup 5. Ders’ te açıklanacaktır.
Bu durum akım yoğunluğunu sınırlamaya ve banyonun verimini artırmaya imkan tanır.
ANOT EŞİK GERİLİMİ (POLARİZASYON)
Anotta da benzer enerji kayıpları meydana gelir. ANODİK KONSANTRASYON POLARİZASYONU
mevcuttur. Metal iyonları anottan çözündükçe anodun etrafında çözeltinin diğer kısımlarına göre metal
iyonlarınca daha zengin olan bir film tabakası oluşur
(Şekil 21). Difüzyon (yayınma) ve göçme ile çözeltinin
geri kalanıyla eşit hale gelmeye çalışır. Eğer difüzyon ve
göçme ile bu iş yapılamıyorsa fazla iyonların anoda geri
kaplanma eğilimi vardır. İyon basıncı çözelti basıncını
aşar ve zıt yönde bir potansiyel oluşur. Tıpkı katotta
olduğu gibi bunun büyüklüğü enerji kaybına eşittir.
Şimdi akım yoğunluğu arttıkça ve anotta daha çok iyon
çözünür ve iyon konsantrasyonu kaplama oluşumuna
yetecek kadar yükselir. Başka bir deyişle, çözeltideki
metal tuzları arttıkça bir kısmı çözeltide kalsa bile bir
kısmı da kaplanır. Bu tıpkı yalıtkan filmin oluşmasına
benzer bir durumdur ve anotta omik gerilim oluşmasına
neden olur.
Öte yandan gerilim yükseldikçe elektrik akımı da
yükselir, yalıtkan gazlı-sıvı veya katı bir film oluşumuna
neden olan yeni bir anodik reaksiyon meydana gelir. Bu
olduğunda gerilim yükselecek fakat uygulamada akım
akmayacak ve metal çözünmeyecektir. Bu durumda
ANOT POLARİZE OLMUŞ deriz.Aşırı yüklenmiştir ve
duraklamıştır.
Eğer anot çözünmeyen metalden yapılmışsa anotta
aktifleşme eşik gerilimine ulaşılması mümkündür fakat
aslında çoğu durumda fazla da önemli değildir.
Kaplama banyosu boyunca uygulanan toplam gerilim, tüm eşik gerilimlerinin, normal kaplama geriliminin,
normal çözülme geriliminin (bakır gibi çözünen anot kullanılması durumunda, bakır iyonunun bakır haline
geçmesi için gereken gerilim 0,33 volt ve bakırın bakır iyonu haline geçmesi için gereken gerilim -0,33 Volt
olduğu için bu ikisinin toplamı sıfır olur) ve çözelti direncini aşmak için gerekli gerilimin (I.R düşümü)
toplamlarına eşittir. Semboller ile ifade edersek,
(10)
Etoplam = (En + Eo) 15 + Eoc + Eoa + IRsol
E = Normal kaplama gerilimi
Eo = Normal çözünme gerilimi
Eoc = Katottaki eşik gerilimi
Eoa = Anottaki eşik gerilimi
I
= Akım
Rsol = Çözelti direnci
Eşdeğer dirençler cinsinden ifade edersek,
(11)
Etoplam = (IRn + IRo) + IRoc + IRoa + IRsol
ve buradan da çözünen anotlu bir banyo için, Ohm Kanunu’ ndan bulunacak akıma eşit büyüklükte olan akım,
Sayfa 27
(12)
I=
Etoplam
Roc + Roa + Rsol
Eğer bu eşdirençlerden birinin değeri büyürse akan akımın
miktarı azalacak ve kaplama tankının verimi düşecektir.
Çözelti direnci Rçöz ve katot eşik geriliminin eşdirençleri Roc
ve anot eşik gerilimi belli bir kesinlikle kontrol edilebilir. EN
YÜKSEK ENERJİ VERİMLİLİĞİ İÇİN BUNLAR MÜMKÜN
OLDUĞUNCA KÜÇÜK TUTULMALIDIR.
Belli miktarda eşik gerilimi (polarizasyon) her kaplama
işleminde meydana gelen bir durumdur. Bu durum biraz sonra
dağılma gücünü ele alırken görüleceği üzere oldukça önemlidir.
Kayıplar için gereken enerjinin dışında bir enerji harcanmamalı
ve zaman israf edilmemelidir çünkü bu kullanılması gereken
enerji miktarının arttırır ki katot veriminin düşmesine sebep olur.
Yüksek polarizasyonda yapılan kaplamanın yüzey yapısı ve
görünüşü (tozlu ve yanık) kötüdür. Polarizasyon ve optimum
çalışma değerleri arasındaki dengenin iyi kurulmasını gerektiren
sebeplerden birisi de budur. Bu nedenle polarizasyona etki eden
çeşitli etkenlerin bilinmesi önemlidir. Bunlar;
Akım yoğunluğu: Akım yoğunluğunu artırmak genelde
polarizasyonu artırır (konsantrasyon ve omik). Katot tabakası
daha çabuk fakirleşir.
Sıcaklık: Kaplama banyosunun sıcaklığının artırılması
polarizasyonu düşürür çünkü yüksek sıcaklıklarda difüzyon işlemi
daha hızlıdır.
Karıştırma: Kaplama banyosunun hareketli şekilde
karıştırılması doğal difüzyon işlemini hızlandırır. Eğer hava
karıştırması uygulanıyorsa hava kabarcıkları nedeniyle kaplama
çözeltisinin toplam direnci biraz yükselir.
Elektrolitin veya kaplama banyosunun yapısı: Banyoda
yüksek
konsantrasyonlarda
metal
iyonları
bulunması
polarizasyonu düşürür. Bazı bileşiklerde metaller diğerlerine
nazaran daha hızlı çözülürler. Bu nedenle nikel kaplama banyosu
saf nikel sülfattan hazırlanır ve nikel anot çözünmez. Eğer sofra
tuzu (sodyum klorür) formunda biraz klor eklenecek olursa,
banyoya elektrik uygulandığında nikel anot çözünmeye başlar.
Kaplamacı olarak neden bu bileşiklerden birinin diğerlerinden
daha iyi çalıştığını bilmeniz gerekmez. Bunlar 5 ila 10. derslerde
işlenecektir.
Yüzeyin yapısı: Bazı yüzeyler kaplamayı diğerlerinden daha
aktif olarak kabul ederler. Bu durumda polarizasyona daha fazla
eğilim vardır. Metal yüzeylerinden 3. derste bahsedilecektir.
Gerçek bir kaplama işi yaparken sık sık aşırı polarizasyon
etkileriyle karşı karşıya kalırsınız. Aşağıda bir kaplama banyosu
POLARİZE OLDUĞUNDA meydana gelen ve dikkat etmeniz
gereken etkiler (belirtiler) genel olarak verilmiştir:
1. BANYOYA BELİRLİ BİR GERİLİM UYGULANMAKTAYKEN AKIM NORMAL DEĞERİNİN ALTINA
DÜŞER. Şöyle ki, 2 Volt uyguladığınızda 20 Amper akım elde ettiğiniz bir banyoda akım 2 Amper’ e kadar
düşer.
2. 1’ İN DOĞAL SONUCU OLARAK, NORMAL ÇALIŞMA AKIMINI ELDE ETMEK İÇİN NORMALDEN
DAHA YÜKSEK BİR GERİLİM UYGULANMASI GEREKİR. Mesela, önceden 2 Volt ile 20 amper akım akmasını
sağlıyorsanız, aynı amperin akması için artık 10 Volt gibi oldukça yüksek gerilim uygulamanız gereklidir.
Sayfa 28
3. ANOTTA VE/VEYA KATOTTA GAZ ÇIKIŞI VE/VEYA GENELLİKLE GÖZLE GÖRÜLEBİLEN BİR FİLM
OLUŞUMU BAŞLAR.
Değişik kaplama banyolarında polarizasyona neden olan etkiler ve giderilmesini Ders 5–10’ da işleyeceğiz.
Beceriniz ve kaplamacılık bilginiz arttıkça bu etkileri gitgide daha az görmeye başlarsınız çünkü meydana
gelmeden önce engelleme kabiliyetiniz gelişir.
DAĞILMA (KAPLAMA) GÜCÜ VE METALİN DAĞILMASI
Şekil 22’ de gösterildiği gibi bir parça metali kaplama tankına yerleştirdiğinizi düşünelim. Metalin çıkık kısmı
anoda daha yakındır. Bu nedenle elektrik akımı buraya doğru akarken daha kısa bir yol izler, yani daha düşük
dirence maruz kalır. Öyle ise A yüzeyine daha fazla akım akacaktır (Sayfa 10’a bakın). Bundan başka, akımda
köşelere, kenarlara, sivri noktalara yönelme eğilimi vardır (bir kenara akım 2 yönden, dış köşeye 3 yönden,
noktaya ise her yönden akabilir).
Sonuç olarak akımla metalin dağılması Şekil 23’ te gösterildiği gibi yapılır (tabii ki o çizim mübalağalıdır).
Değişik noktalardaki metal kaplama kalınlığı katottaki veya kaplanan malzemenin bir bölümündeki akım dağılım
yönünün bir göstergesidir. Şekil 23 sıradan bir bakır kaplama banyosunda kaplanan malzemenin dış ve iç
kenarlarında gözlemlenen kaplama kalınlıklarını göstermektedir.
Akımın bu şekilde dağılımı BİRİNCİL AKIM DAĞILIMI olarak adlandırılır. BU TİP AKIM DAĞILIMLARI
ASİTLİ BAKIR BANYOSU GİBİ SIRADAN KAPLAMA BANYOLARINDA GÖRÜLÜR ÇÜNKÜ ETKİ EDEN
SÜRME KUVVETİ (GERİLİM) EN AZ DİRENÇLE KARŞILAŞACAĞI YOLU TERCİH EDER.
Eğer anotla katot arasında birincil akım dağılımı var ve akım dağılımını sadece nokta, köşe, kenar gibi
göreceli uzunluk farklarına bağlı olarak değişmekteyse, en basit şekilli yerler hariç aynı kalınlıkta (UNIFORM) bir
kaplama elde etmemiz sözkonusu olmaz. Öyle ise kaplamaların çoğu yüksek oranda düzensiz olmalıdır. Neyse
ki durum gerçekte böyle değildir. Biraz sonra göreceğiniz üzere BİRİNCİL METAL DAĞILIMI KAPLAMACI
TARAFINDAN BİRAZ DÜZELTİLEBİLİR.
Metalin dağılmasına etki eden iki faktör daha vardır. Bunlar KATOT VERİMİ ve POLARİZASYONdur.
Bunların nasıl etki ettikleri daha sonra ele alınacaktır. Biz şimdi dağılma gücü konusunu işlemeye devam
edelim. Metalin kendi kendine dağılarak katotta kaplanması usulüne DAĞILMA GÜCÜ denir.
Eğer metal Şekil 23’ te gösterildiği gibi düzensiz bir yüzey üzerine kendi kendisine dağılmak suretiyle
hemen hemen aynı kalınlıkta (uniform) olacak şekilde kaplanmışsa, metalin kaplandığı çözeltinin İYİ DAĞILMA
GÜCÜ olduğunu söyleriz. Eğer uniform olarak kaplanmamışsa kaplama çözeltisinin KÖTÜ BİR DAĞILMA
GÜCÜNE sahip olduğunu söyleriz.
Bir kaplamacı olarak kaplama banyosunu kullanırken sizi ilgilendiren hususlardan birisi de en iyi dağılma
gücünü elde edebilmektir. Çünkü uniform kaplama daha az metal, zaman ve enerji kaybı yani daha az maliyet
demektir. Örneğin, eğer çok bozuk şekilli bir malzemeyi FLAŞ KAPLAMA TEKNİĞİ (çok ince kaplama) ile
kaplıyorsanız, daha iyi dağılma veya dağılma gücü ile malzemede istenen kalınlıkta veya renkte kaplama elde
etmek için banyoda tutma süresini kısaltarak zamandan kazanabilirsiniz. Eğer kaplamanın önce kenarlarda
oluşmasını sağlayabilirseniz, iç taraflarda yeterli kaplama birikmesi için belli bir süre geçmesi gerekir. Öte
yandan eğer TEKNİK AMAÇLI KAPLAMA işi için çok miktarda metali kaplıyorsanız ve kayda değer bir yüzeyde
belli bir kalınlıkta ya da ağırlıkta metal kaplanması gerekli ise, ve siz ileri çıkık yüzeylere gerekenden daha fazla
Sayfa 29
metal kaplar ve daha sonra istenen kalınlığa indirirseniz önemli miktarda metal, zaman ve enerji kaybetmiş
olursunuz.
AKIM DAĞILIMININ KONTROLÜ
FİZİKSEL YÖNTEMLER
Birincil akım dağıtımı ile etki eden dağılma gücünü ayarlamak için kaplanan malzemeyi anoda mümkün
olduğunca uzak olmalıdır. Şekil 24’ te görüldüğü gibi katot anottan uzaklaştıkça elektrik akımının katedeceği iki
yol arasındaki uzaklık farkı göreceli olarak azalır. Her iki yüzeye etki eden akımlar neredeyse aynı olur.
Bir kaplama banyosunda bunu belli bir yere kadar yapabilirsiniz çünkü uzaklık artırıldıkça toplam direnç
gitgide artacağından, kullanmanız gereken elektrik gücü ve dolayısıyla da maliyet artacaktır. Kapladığınız
malzeme miktarına bağlı olarak pratik olmayan boyutlarda ve çok verimsiz bir tankta çalışmanız ve bunun
yanında kullanılacak kimyasal miktarı artacağından daha fazla para harcamanız gerekir ve daha geniş bir
çalışma ortamına ihtiyaç duyarsınız. En uygun kaplama sonucunu elde etmek için bu faktörlerin bir dengesini
bulmalısınız. Genellikle anotla katot arasındaki uzaklık 15-45 cm. olacak şekilde ayarlanır.16 Bu meseleyi
halletmenin bir diğer yolu da anotla katot arası uzaklığı KALKAN denilen yöntemi kullanmak suretiyle suni olarak
artırmaktır. Bu yöntem Şekil 25’ te gösterilmiştir. Burada Lucite veya selüloz asetat gibi ince plastik
tabakasından yapılma iletken olmayan bir kalkan, ileri çıkık yerlere doğru akım akmasını kesecek şekilde anotla
katot arasına yerleştirilir. Diğer bir deyişle bu yerlerdeki veya noktalardaki direnci suni olarak arttırmış
olursunuz. Bu işlem ne kadar dikkatli yapılırsa birincil akım dağılımı da o kadar uniform biçim alacaktır.
Sayfa 30
Bu yöntem hem daha yakın yerleştirme ve daha az enerji maliyeti ile kaplama yapılmasına, hem de
kaplama tankı boyutlarının küçültülmesine imkan tanır. Dezavantajları ise değişik işler için değişik şekillerde
imalat ve montaj gerektirmesidir. Eğer aynı şekle sahip malzemeden çok sayıda kaplamayacaksanız bu
kalkanlardan imal ettirmek maliyet bakımından işinize gelmeyecektir. 17 Kalkan yönteminin en son hali
malzemenin yüksek kısımlarını iletken olmayan bir boya ile boyıp buraların diğer kısımlarla beraber
kaplanmasını önlemektir. Bu yönteme MASKELEME (Şekil 26) denir ve ileride kullanıldığı bölümlerden
bahsedilirken ele alınacaktır. Çoğu durumda etkili bir yöntemdir.
Birincil akım dağıtımını düzeltmek için kullanılan bir diğer yöntem “Akım hırsızı” olarak adlandırılır. İsminden
de anlaşılacağı üzere, korunması gereken yüzeyin yakınında çıplak metal bir yüzey bulundurulması suretiyle
akımın bir kısmının kaplanan malzeme yerine bu metale çekilmesi işlemidir (bkz. Şekil 27). Bu kısım anoda
daha yakın olmasına rağmen çok fazla akım çekilmesi engellenmiş ve daha uniform bir kaplama elde edilmiş
olur. Enerji ve metal kaybına neden olduğu gözden kaçırılmamalıdır.
Üçüncü bir yöntem de Şekil 28’ de görüldüğü gibi kaplanan malzemenin şekline UYDURULMUŞ anot
kullanmaktır. Burada malzemenin şekline göre özel şekil verilmiş anot veya anotlar kullanılır ve malzemenin
oyuk kısımlarına yakın yerleştirilir. Böylece anot ile katot arasındaki uzaklık ve dolayısıyla da kaplama daha
uniform olacaktır. Krom kaplamada kullanılan çözelti kötü dağılma gücü ile ünlüdür ve değişik yardımcı anotlar
veya uydurulmuş anotlar kullanılmalıdır. 6. Ders’ te tamamıyla ele alınacaktır.
BİPOLAR ELEKTRODLAR kullanılarak da dağılımın şekli düzeltilebilir. Eğer birkaç tane kuru pil Şekil 29’
daki gibi seri bağlanırsa A noktasının diğer bütün pillere göre pozitif olduğu bir voltmetre ile kanıtlanabilir. B
noktası A’ ya göre negatif fakat diğerlerine göre pozitiftir. Elektriğin işlendiği bölümde gösterildiği üzere,
potansiyel göreceli bir büyüklüktür. A noktası diğer tüm noktalara göre ANODİK’ tir. Kaplama banyosunda da
benzeri sözkonusudur. Banyodan akım geçerken elektriksel direnç nedeniyle gerilimde E = IR kadar bir düşme
olur. Eğer tepenin kenarındaki taş örneğini hatırlarsanız, buradaki durum taşın sadece biraz aşağıya inmesine
denktir. Bu noktada da taş yere göre bir potansiyele sahiptir. A noktasındayken taşın potansiyeli daha yüksektir
ve B, C, D noktalarına doğru inildikça azalır. Eğer kaplama banyosunda anot ile katot arasına bir parça metal
veya iletken koyarsanız (Şekil 30’ daki gibi), anoda yakın olan ucu diğer uca göre anodik hale gelecektir.
Herhangi bir yere bağlı olmayan, sadece çözeltinin içerisinde duran bu metal BİPOLAR (ÇİFT KUTUPLU)
ELEKTROT olarak adlandırılır. Tıpkı mıknatısa benzer şekilde bir ucu ile öbür ucu ters kutupludur. Bu olgudan
yola çıkılarak, bir veya birkaç metal parçası banyo çözeltisinin içinde belli noktalara yerleştirilerek akımın daha
düzgün dağılması sağlanabilir. Uygulamada çoğu zaman yararlı olan bu durum metal ve elektrik enerjisi kaybına
neden olacağından gelişgüzel yapılmamalıdır. Eğer bipolar elektrot olarak kullanılacak metal anodik ucunun
çözünmesi ile kirlenmeye sebep olacaksa zararlı olabilir. Bu nedenle çözünmeyen metal elektrot kullanılması iyi
olur.
Sayfa 31
Sayfa 32
KATOT VERİMİ
Dağılma gücünün katot verimine tesir ettiği aşikardır. Bir örnek verecek olursak, katot verimi %90 iken 4,3
A/dm² akım yoğunluğunda kaplama yaptığınızı varsayalım. 8,6 A/dm² katot akım yoğunluğunda bu verim yarıya
(%45) veya biraz daha aşağıya düşer. Kaplama tankına düzensiz şekilli bir malzeme koyalım. Kaplamanın
yüzey alanı yaklaşık 1 dm² ve ampermetreniz 4,3 amper okuyor ise kaplamada 4,3 A/dm²’ lik akım kullandığınızı
düşünebilirsiniz. Fakat belki de aslında anoda daha yakın kısımlarda akım yoğunluğu 8,6 A/dm²’ ye kadar
yükselmiş olabilir. Bu sebepten o kısımlardaki katot verimi sadece %45 olacak ve dolayısıyla anoda yakın
kısımlardaki katot verimi de uzak kısımlardaki gibi %90 olsa idi kaplanacak metalin sadece yarısı kalınlığında
metal kaplanacaktır. Bu durumda metal dağılımının veya dağılma gücünün dengelenme eğilimi vardır. Öte
yandan, bazı durumlarda gözlendiği gibi eğer akım yoğunluğu arttıkça beraberinde verim de artsa idi dağılma
gitgide daha dengesiz bir hal alırdı. O yüzden akım yoğunluğu değişiminin katot verimine nasıl etki ettiğini
bilmek işinizin bir parçasıdır.
Sayfa 33
POLARİZASYON
Polarizasyon dağılma gücüne aşağıdaki şekilde etki eder. Kaplama tankına düzensiz şekilli bir malzeme
yerleştirdiğinizi düşünün. Çıkıntılı kısımlar girintili kısımlardan daha fazla akım çekecektir. Çıkıntılı kısımlardaki
akım yoğunluğu, akım yoğunluğundaki artış nedeniyle polarizasyon direnci de yükselene kadar artacaktır (daha
önce işlediğimiz polarizasyon konusuna göz atın) ve bu olduğunda artık çıkıntılı kısıma doğru daha az akım
akacaktır. Bunu bir otomatik akım kalkanı gibi düşünebiliriz. Akımın daha fazla aktığı yerlerde polarizasyon
nedeniyle kaplama çözeltisi kendi kalkanını oluşturur ve buralarda elektriksel direnç yükseldiğinden buralarda
daha az metal kaplanmaya başlar.
Bazı çözeltilerde bu KENDİNDEN KORUMA KALKANI diğerlerine göre daha yüksek derecededir (daha
fazla polarizasyon gösterir). Bu çözeltiler diğer çözeltilerden daha yüksek dağılma gücüne sahiptirler. Bu yüzden
bir siyanürlü bakır çözeltisi asitli bakır çözeltisine nazaran daha iyi dağılma gücüne ve metal dağıtımına sahiptir.
Sıradan asitli kaplama çözeltileri, daha karmaşık yapıdaki alkali veya siyanürlü kaplama çözeltilerine göre
dağılma gücü bakımından daha zayıftırlar. Buna ilave olarak, kullanılacak bazı organik ya da inorganik bileşikler
katot yüzeyinin belli bölgelerine çekilecek ve polarizasyonu artıracaktır.
DAĞILMA GÜCÜ NASIL ÖLÇÜLÜR
Dağılma gücü çeşitli değişkenlere göre farklı değerler alabildiği için hatasız bir ölçme yöntemi mevcut
değildir. Sadece yaklaşık veya göreceli tespitler yapılabilir fakat bunlar da bir kaplama banyosundaki dağılma
gücü hakkında göreceli olarak oldukça iyi fikir sahibi olmamıza yeterlidir. Dağılma gücünü test etmek için
kullanılan en basit yöntem EĞRİ KATOT TESTİ’ dir. Şekil 32’ de gösterildiği gibi dik açıyla bükülmüş metal
levhanın bir kısmı kazınır ve banyoya katot olarak bağlanır. Levhanın eğri kısmı dağılma gücünü ölçmede
kullanılır ve banyonun çalışma şartları hakkında size fikir verir (krom kaplama bölümüne bakın). Bu test yöntemi
çoğu kez krom kaplama banyosundaki sülfat oranını tayin etmek için kullanılır.
Dağılma gücünü test etmek için HULL CELL (KABI) (Şekil 33), OYUK (KAVİTASYON) KABI (Şekil 34) ve
HARING KABI gibi başka yöntemler de vardır. Bu yöntemler ilerde kullanılmalarını gerektiren konular işlenirken
ayrıca ele alınacaktır.
KAPLAMA GÜCÜ
Kaplamacılar tarafından bazen KAPLAMA GÜCÜ deyimi yanlışlıkla DAĞILMA GÜCÜ’ nü ifade etmek için
kullanılmaktadır. DAĞILMA GÜCÜ deyimi yukarıda anlatıldığı üzere kaplanan metalin katot üzerindeki
dağılımından bahsederken kullanılır. Şöyle ki, metal üzerindeki oyuklarda çıkıntılı yerlere nazaran daha az olsa
da biraz metal kaplanacaktır. KAPLAMA GÜCÜ deyimi ise belli çalışma şartlarında kaplama yaparken bazı
metallerin diğer metal üzerine hiç kaplanmadığı durumlarda kullanılır. Yani burada belli bir metalin bir başka
metal yüzeye kaplandığı durum sözkonusudur. Şimdi burada bahsedilen önceki ve sonraki iki metal deyiminin
aynı şeyi ifade ettiğini düşünüyor olabilirsiniz. Mesela, bir siyanürlü çinko banyosunda pik döküm demir üzerine
çinko kaplamaya çalışırsanız, bütün gün kaplama yapsanız bile pratikte hiç kaplama yapılmayacaktır. Sadece
bazı noktalarda çok az çinko kaplama izlerine rastlayabilirsiniz. Bunun nedeni normal siyanür banyosunda
(muhtemelen grafit mevcudiyeti nedeniyle) pik döküm demirin yüzeyine hidrojen gazının çinko iyonuna göre
Sayfa 34
daha kolay kaplanmasıdır. Hidrojenin eşik gerilimi çinkonun kaplanması için gereken potansiyelden daha
düşüktür. Buna benzer çeşitli örnekler verilebilir. Neyse ki, bu açmazı çözmek için değişik yollar mevcuttur. 6-10.
derslerde sırası geldikçe anlatılacaktır.
DAĞILMA GÜCÜNÜ KAPLAMA GÜCÜ İLE KARIŞTIRMAYIN.
MİKRODAĞILMA GÜCÜ
Şimdi bahsedeceğimiz tipteki dağılma gücü zaman zaman MAKROKAPLAMA GÜCÜ’ ne gönderme
yapabilir (makro: çıplak gözle görülebilecek büyüklükte. Başka bir deyişle kaplanan malzemenin çukur ve
tümsek kısımlarına yeterli kaplama yapılıp yapılmadığını gözle tetkik edip söyleyebilmeniz durumudur). Peki ya
mikroçukurlar ve mikroçatlaklara (mikro : görülmesi için mikroskop kullanılması gereken küçüklükte) kolayca
kaplama yapılmakta mıdır? Bu sorunun cevabı önemlidir çünkü büyük ölçekte kaplamanın ne kadar
PÜRÜZSÜZ olacağını tayin eder.
Sayfa 35
3. derste göreceğimiz üzere parlatılmış metal yüzeyler dahi pürüzsüz değildir. Milyonlarca minik çatlak ve
çukur vardır ve sadece mikroskop altında görülebilir.
Şekil 35’ te büyütülmüş hali görüldüğü gibi böyle bir yüzeyden biraz bahsedelim. İyi bir makrodağılma
durumunda yüzey tamamen kaplanmış şekilde görünür (mikroçatlaklılık görülmez). Fakat mikrodağılma kötü
olur ise kaplama kalınlığı arttıkça yüzey gittikçe daha pürüzlü hale gelecektir.
Kötü mikrodağılmada sivri kısımlar düz kısımlara göre daha fazla kaplanır ve kaplama kalınlaştıkça
eşitsizlik artar. Yüzeyin genel görünüşü pürüzlü ve kabadır (pürüzlülüğün ölçülmesi 3. derste işlenecektir).
İyi bir mikrodağılmada ise düz kısımlar sivriliklere göre daha hızlı kaplanır ve daha düzgün bir kaplama elde
edilir.
Çok ilginçtir ki iyi makrodağılmaya sahip bir kaplama çözeltisi iyi bir mikrodağılmaya sahip olmayabileceği
gibi tersi de geçerlidir. Bu durum kaplanan metalin, kaplanan yüzeyin yapıldığı metalin ve elektrolit bileşiğinin
yapısıyla ilgilidir. Muhtemelen en önemlisi bileşiktir. Neyse ki belli bileşikler için satılan düzenleme kimyasalları
kaplama banyosuna ilave edilerek mikrodağılma düzeltilebilmektedir. Düzenleme kimyasalı yüzeydeki
mikrotepeciklere tutunmak ve buralardaki kaplamayı yavaşlatmak suretiyle etki eder (atomik çekim kuvveti
nedeniyle yüzeye yapışır).18 Böylece çukur yerler daha hızlı kaplanır. Her kimyasal kullanılması gerekli olduğu
zaman ve uygun kaplama banyosunda kullanılmalıdır.
Artık metal kaplamanın nasıl meydana geldiğinden de bahsedip kaplamacılığın teorisinin anlatımını
bitireceğiz.19
METAL KAPLAMA NASIL MEYDANA GELİR
Kuartz kristalinin çok güzel görünümü vardır. Eğer bir kuartz kristali görmüşseniz muhtemelen neden
mükemmel derecede muntazam bir geometrik şekle sahip olduğunu kendi kendinize sormuşsunuzdur. Dış
görünüşünün bu kadar düzenli olmasının sebebinin atom yapısındaki düzenlemeden kaynaklandığını
düşünmüşseniz haklısınız.
Kristallerin dışarıdan bir müdahale olmadan kendi kendilerine oluşmasına izin verilirse atomları birbirine üç
boyutlu uzayda çok düzgün bir yapıda bağlanacağından mükemmel bir geometrik yapı meydana gelir. Atomların
bu şekilde dizilmelerinin iki sebebi vardır. İlki, doğadaki düzenlemeler en düşük serbest enerjili ve en kararlı hale
ulaşacak şekilde yapılır (enerjinin 4. niteliği). İkincisi de doğada asla yer israf edilmez. Yer kaybına mümkün
olduğunca sebebiyet verilmez. Buradaki düzenleme insan eliyle yapılan düzenlemeye benzemez. Bizim
yaptığımız düzenleme kusursuz değildir. Taş blokların üst üste dizilerek yapıldığı piramitler bile aslında daha
mükemmel şekilde yapılabilir. Yani belli koşullarda en düşük serbest enerjili hali sağlayacak bir dizilişe ulaşmak
atomların veya kristallerin düzenlenmesinde esas noktayı teşkil eder.
Tabiattaki metaller de kristal halindedir. Metal atomları aralarında bağ yaparken düzenli bir şekilde
sıralanırlar. Genellikle çoğu metalin atomsal yapısı KÜTLE MERKEZLİ KÜBİK veya YÜZEY MERKEZLİ KÜBİK
olmak üzere iki türlüdür (Şekil 36).
Kütle Merkezli Kübik (KMK) dizilişe DEMİR ve KROM’ u örnek verebiliriz. Ortadaki bir krom atomunun
etrafında bir kübün köşelerine yerleşmiş şekilde krom atomları bulunur. Bu diziliş uzayda üç boyutlu olarak
sürüp gider. Yüzey Merkezli Kübik (YMK) dizilişe ise, kübün yan yüzeylerinin tam ortasında ve köşelerinde
bulunacak şekilde dizilmiş BAKIR, ALTIN, GÜMÜŞ ve NİKEL atomları örnek verilebilir (Şekil 36). Daha nadir
Sayfa 36
rastlanmakla beraber ÇİNKO ve KADMİYUM gibi bazı metallerde Hekzagonal (Altıgen) Sıkı Diziliş görülebilir.
Bu dizilişte kübün üst ve alt kısımlarında merkezdeki bir atomun etrafında 6 atom yerleşmiştir ve aralarında da 3
atom bulunmaktadır. Bu yapıya hekzagonal prizma denir.
Bu üç dizilişten herbiri de (temel birim veya yapı birimi)20
uzayı araklık bırakmadan doldurur. Doğada bu üç dizilişin
kullanılma sebebi de budur. Şekilde gösterilen noktalı çizgiler
atomların üç boyutlu uzayda bulundukları yeri daha kolay
anlamanız için çizilmiştir ve KAFES olarak adlandırılır.
Eğer metaller gerçekten kristal yapıdalarsa neden kuartz
kristali gibi onlar da muntazam bir geometrik diziliş göstermezler.
Eğer metal kristalinin kendi başına oluşup birbirine eklenmesine
izin verilirse göstereceklerdir. Ne yazık ki çok özel teknikler
kullanılmadan bu yapılamaz. Genelde çoğu metal kristali Şekil 37’
de gösterildiği gibi başlangıçta çekirdeklerin etrafında oluşmaya
başlar, kristalleşme büyüdükçe bunlar birbirleriyle kesişirler. Kristal
sınırları (tanecik sınırları) düzenli veya geometrik olarak birbirinin
devamı olacak şekilde değil çarpık vaziyette karşılaşırlar.
Mikroskop altında kristalin tanecikli yapısında bu sınırlar görülür.
Tanecik sınırlarındaki ince bir atom tabakası haricinde kristal
yapısı kusursuzdur.
Metal kristali (taneciği) ortalama tanecik çapına göre ölçülür.
Birim hacimdeki (veya alandaki) tanecik sayısı fazla ise tanecik
boyutu küçük, az ise tanecik boyutu büyüktür denir.
Uygulamada kapladığınız metalin tanecik boyutu çok
önemlidir çünkü kaplamanın çoğu özelliğini etkiler. Hangi fiziksel
özellikler
tanecik
boyutuna
göre
değişir?
SERTLİK,
PÜRÜZLÜLÜK, PARLAKLIK, ÇEKİLİRLİK, KUVVET, GERİLME
ve KOROZYON (AŞINMA). Dekoratif kaplama için en önemli
özellik kuşkusuz parlaklıktır. Endüstriyel veya mühendisliğe
yönelik kaplamada ise diğer altısı daha önemlidir.
Metali oluşturan kristal tanecikleri BÜYÜK olursa genellikle
metal DAHA YUMUŞAK ve KOLAY ÇEKİLİR. Ayrıca DONUK ve
PÜRÜZLÜ görünüşlüdür. Eğer tanecikler daha ince olursa metal
DAHA SERT, GENELLİKLE DAHA KIRILGAN, PÜRÜZSÜZ ve
PARLAK olacaktır. Daha önce bahsetmediğimiz bir diğer önemli
özellik daha vardır: GÖZENEKLİLİK (PORÖZİTE). Endüstriyel
kaplamada
önemlidir.
DAHA
İNCE
KRİSTAL
YAPILI
KAPLAMALAR, KABA YAPILILARA GÖRE DAHA AZ
GÖZENEKLİ OLACAKTIR.
Elektrokaplama işlemi esnasında kristal oluşumu iki adımdan
meydana gelir:
1. Temel metalin üzerinde kristal çekirdekleri oluşur.
2. Bu çekirdekler gelişir ve büyür.
Bir kaplamacı olarak bu işlem sürecini kontrol edebilirsiniz.
Kristal çekirdeğinin oluşumu sırasında, bunların büyümesinin ve
birbirleriyle çakışmasının istenmediği, yani üstün bir kristal yüzeyi
elde etmekle sınırlanmış olduğunuz şartlarda çalışmanız
gerekebilir. Bundan başka, eğer çekirdeklerin gelişmesinin
istendiği (2. adım) şartlarda çalışıyorsanız kristal çekirdeği yapısı
daha büyük olacaktır çünkü bu durumda az sayıda çekirdekten
başlayıp bunlar yüzeyleri birbirleriyle temas edene kadar iyice
genişleyeceklerdir.
Elektrikle kaplamada metallerin çekirdek boyutunu nasıl
kontrol edebileceğinizin yöntemlerini tartışmadan önce kristallerin
nasıl büyüdüğünden biraz bahsedelim. Belli bir çevrede kristallerin
gelişme şekline HABİT denir. Belli şartlarda oluşan kristalin habiti
çalışma şartları değiştiğinde artık aynı olmayacaktır. Şekil 38’ de bazı kristal büyüme habitleri gösterilmiştir.
Kristalin böyle değişik yönlere doğru büyümesinin nedeni, farklı çevresel şartlarda farklı yönlere doğru
büyümeye zorlanmasıdır.
Sayfa 37
Elektrokaplamada genelde büyüme habiti SÜTUN şeklindedir. Yani yanlara doğru büyüme hızı dikey
büyüme hızından daha düşüktür. Bu tip kristal oluşumu ALAN YÖNLENDİRMELİ BÜYÜME (elektrik alanının
yönünde büyüme) olarak adlandırılır. Bazen LEVHA tipi kristal gelişimi gözlenir (genelde banyoya kimyasal
etmenler eklenerek elde edilir). Buna TABAN YÖNELMELİ BÜYÜME denir. Bazen de İĞNE YAPILI kristaller
görülür fakat genellikle YANIK, KUSURLU ve DALLANMIŞ kaplamalardır (iğne şekilli büyüme ağaç gibi
dallanır). Doğal olarak daha değişik şekiller olabilir fakat yukarıdakiler size genel bir fikir verir.
KAPLAMADA KRİSTAL ÇEKİRDEK BÜYÜKLÜĞÜNÜ KONTROL YÖNTEMLERİ
Kristal boyutunu küçültmek için
1. İyice parlatılmış temel metalin üzerine kaplayın.
2. Akım yoğunluğunu artırın.
3. Kaplama banyosunun direncini düşürün.
4. Basit değil karmaşık (kompleks) metal iyonları kullanın.
5. Banyo sıcaklığını düşürün.
6. İlave kimyasallar kullanın.
Sayfa 38
Kristal boyutunu büyütmek için
1. Kaba taneli temel metalin üzerine kaplayın.
2. Akım yoğunluğunu düşürün.
3. Kaplama banyosunun direncini artırın.
4. Basit metal iyonları kullanın.
5. Karıştırma uygulayın.
Yukarıdaki tavsiyeler her durumda sonuç vermeyebilir. Burada biraz karmaşık bir durum sözkonusudur ve
ilerleyen derslerle beraber daha iyi anlaşılacaktır. Bazı zorluklarla karşılaşımasının nedeni bir büyüklükte
değişiklik yapıldığında diğerlerinin de bundan etkilenmesindendir. Yukarıdaki öneriler size genel bir fikir vermesi
amacıyla verilmiştir. Bunların kaplama kalitesine etkisini ve karmaşıklığını daha iyi anlamanız için önümüzdeki
birkaç sayfa boyunca etkileri hakkında bilgi vereceğiz.
Birinci Husus:
Kristalde çekirdekleşme doğru sayıda atom (birkaç yüz veya binlerce olabilir) kısa bir zaman dilimi içinde
aynı yere ulaştığında başlar. Çekirdek yapısı oluşurken dışarıdan enerji alır çünkü artık yeni bir yüzey
oluşmaktadır (Yeni bir yüzey oluşması için iş yapılması gerektiğini basit şekilde şöyle anlayabilirsiniz: Bir tebeşiri
ortadan kırın. Şimdi daha önce mevcut olmayan iki yeni yüzey meydana gelmiş olur.) Yeni bir yüzey oluşurken
enerji harcanmasının nedeni atomların katot yüzeyine yapıştıklarında dışarıdan enerji almalarından dolayıdır.
Böylece çekirdek oluşumu kolaylaşır ve oluşum hızı artar.
İkinci Husus:
Temel metalin yüzey yapısı çekirdek yapısına etki eder çünkü çekirdek oluşumunu işlemini etkiler. Temel
metal ince çekirdekli ve/veya iyice parlatılmış ise atomların düzensiz olduğu çok sayıda bölge bulunur (çekirdek
sınırları genellikle düzensizdir). Bu düzensiz bölgeler çekirdeklenmenin başlaması için çok elverişlidir çünkü
kaplama çözeltisinden gelen atomlar buralara kolaylıkla tutunabilirler. Yüzeyde daha fazla sayıda düzenli atom
bulunması diğerine göre çekirdek oluşumunu zorlaştıracaktır. Bu da çekirdek oluşum hızını biraz yavaşlatacak
ve sonuçta ince çekirdekli kristal yapı oluşacaktır. Bununla beraber bu durum kaplama neticesine tek başına
yön vermez çünkü belli bir kaplama kalınlığına ulaşıldığında çekirdek yapılarda büyüme eğilimi başgösterir. Bazı
çekirdekler diğerlerini baskı altına veya içerisine alır.
Eğer halihazırda kaplamacılıkla iştigal etmekte iseniz muhtemelen şu durumu gözlemlemişsinizdir: Örneğin
iyice parlatılmış bakır yüzeye sık rastlanan bir altın kaplama çözeltisinde altın kaplıyorsanız ilk başta 0,0002 cm.
kalınlığında çok parlak ve açık renkte bir altın tabakası oluşur. Kaplama kalınlaştıkça daha donuk ve koyu hale
gelir. Bunun nedeni 0,0002 cm.den itibaren yüzeyde oluşan altın kristallerinin büyümeye başlamasıdır.
BURADA DİKKAT EDİLMESİ VE UNUTULMAMASI GEREKEN NOKTA, İYİCE PARLATILMIŞ YÜZEYDE
BAŞLANGIÇTA İNCE ÇEKİRDEKLİ KAPLAMA OLUŞUR, KAPLAMA KALINLIĞI ARTTIKÇA BU DURUMU
KORUMAK İÇİN İLAVE TEDBİRLER ALINMALIDIR.
Üçüncü Husus:
Çekirdek boyutunu kontrol etmenin bir diğer yolu da kaplanan atomların sahip olduğu enerjiyi artırmaktır.
Eğer daha fazla enerjiye sahip olurlarsa yerleşecekleri yeni yüzeyden çok fazla bir enerji almalarına ihtiyaç
kalmaz. Sonuçta temel metalin birim yüzeyinde oluşan çekirdekler daha küçük ve daha fazla sayıda olacaktır.
Bu durum kaplama çözeltisiyle ve çalışma şartlarıyla ilgilidir. Yüzeye gelen metal atomlarının enerjileri nasıl
artırılabilir? Şimdiye kadar öğrendiklerinizden, değişik metallerin birbiri üzerine kaplanabilmesi için bir minimum
denge potansiyeli olduğunu biliyorsunuz. Bu minimum değerde akım yoğunluğu çok küçük, dolayısıyla katot
yüzeyine ulaşan metal iyonları oranı da oldukça düşüktür. Ayrıca yüzeye ulaşan her bir atomun enerjisi de
benzer şekilde düşük olacaktır (her biri enerji eşiğini ancak atlayabilecek enerjiye sahiptir). Basit bir örnekle
devam edelim: Yeni bir kristal çekirdeği oluşumu için minimum 100 birim enerji gerektiğini varsayalım. Her bir
atom da minimum enerji seviyesinde ike 1 birim enerjiye sahip olsun. Öyle ise çekirdek oluşumunun başlaması
için gerçekten çok küçük bir alana 100 atomun birlikte yaklaşması gerekir. Eğer kaplama yaptığınız gerilimde
atomların katoda ulaşma oranı (akım yoğunluğu) örneğin birim alana saniyede 100 atom ise saniyede bir
çekirdek meydana gelecek ve büyümeye başlayacaktır. Gerilimi atom başına 2 birim enerji verecek şekilde
artırdığınızı düşünelim. Aynı anda akım yoğunluğu da yükselecek (Ohm Kanunu) ve birim alana saniyede
ulaşan atom sayısı 200’ e çıkacaktır. Çekirdek oluşması için 100 enerji birimi gerekli olduğundan artık her
saniyede 4 çekirdek oluşabilir. Bir adım daha öteye geçersek, her potansiyel her atomun 10 birim enerjiye sahip
olacağı değere kadar yükseltilirse ve saniyede birim alan başına 1000 atom ulaşırsa (ilk durumla orantılı olarak
düşünülmemiştir) çekirdek oluşumu için sadece 10 atom gereklidir, saniyede 100 çekirdek oluşur. Prensipte
böyledir fakat uygulamada aynen bu şekilde olmayabilir.
Gerilimin dolayısıyla akım yoğunluğunun belirsiz miktarda artırılması ince kristal yapı oluşumuna yol açmaz.
Çoğu işlemin olduğu gibi bu işlemin de bir sınırı vardır. Belli bir akım yoğunluğuna kadar 21 diğer değişkenler eşit
davranırlar, bu aşıldığında kaplama ince çekirdekli olmadığı gibi, banyodaki yabancı maddelerin kaplama
yüzeyine metal atomlarıyla beraber taşınması nedeniyle YANIK, KOYU ve BOZUK RENKLİ olur.
(POLARİZASYON hakkında söylediklerimize göz atın.)
Sayfa 39
Bunun meydana gelmesinin sebebi belli şartlarda belli bir çözeltide akan metal iyonları belli miktarda akım
taşıyabilirler. Eğer potansiyel çok fazla artırılırsa metal iyonları da diğer iyonlar gibi bu durumu koruyamazlar.
Büyük oranda hidrojen kaplanmaya başlanır ve katot verimi düşer. Hidrojen iyonları tüketildiğinden katot
yakınlarında pH artar (birim hacimde daha az hidrojen iyonu) ve kaplama bazik yapılar içermeye başlar.
Her akım yoğunluğu için (gerilimle ayarlanır) diğer koşulların sabit kalması sağlanırsa kristal boyutu dengeli
bir büyüklükte olur. Yüksek akım yoğunluklarında bu denge büyüklüğü düşük akım yoğunluklarındakine göre bir
dereceye kadar küçüktür.
Bu üçüncü hususa göre, katottaki metal atomları ciddi şekilde tüketilmeden atomların enerjisinin artmasına
izin verilen bir durumda kristal denge büyüklüğüne erişecek kadar küçük çekirdek oluşma imkanı vardır.
Kaplama banyosunun direncinin düşürülmesi ve diğer değişkenlerin sabit tutulması küçük kristal boyutu elde
etmek için size yardımcı olacaktır. Çünkü yüksek akım yoğunlukları banyonun uçtan uca geriliminin
artırılmasıyla mümkün olur, bir başka açıdan bakarsak bu durumda katottaki potansiyel düşümü daha büyük
olacaktır (polarizasyon konusuna bakın).
Peki nasıl yapacaksınız? Elektrik akımıyla katoda taşınacak bol miktarda metal iyonu olduğundan emin
olun. Yani çözeltideki metal iyonu konsantrasyonunun artırılması çözeltinin iletkenliğini de belli oranda
artıracaktır. Bu da belli bir gerilimde yüksek akım yoğunluklarına ulaşılmasına, böylece birim zamanda katoda
ulaşan atom sayısının artırılmasına imkan verir.
Bundan başka katoda ulaşan metal atomlarının enerjisi ve sayısı artırılarak daha küçük çekirdek boyutu
elde edilebilir. Dolayısıyla kristal denge boyutu daha küçük olacaktır. Bir kaplamacı olarak bu ilkeyi uygularken
açmazda kalabilirsiniz çünkü ikisi de aynı şekilde, GERİLİM ile kontrol edilir. Enerjinin içeriği ile birim alana
saniyede ulaşma miktarı arasında doğrusal (lineer) ve doğrudan bir ilişki yoktur. Kısaca açıklamak gerekirse,
Katot yüzey tabakasında kaplanmaya hazır çok sayıda metal iyonu bulunmalıdır. Bu metal iyonları çok miktarda
enerjiye sahiptir.
Burada kaplama banyosunun iletkenliğini artırmak yardıma koşar. Yani gerilim düşmelerinin çoğu katot ile
kaplama çözeltisi arasındaki yüzeyde olur, belli bir enerjiye sahip metal iyonları katot yüzeyine çarparlar. Başka
deyişle belli bir ortalama gerilimde enerjinin çoğu arayüzeyde olur.
Basit metal iyonları yerine karmaşık (kompleks) olanlarının kullanılması da yardımcı olur. Bakır sülfatın
bakır iyonu gibi bir basit metal iyonu katoda doğru göçer ve deşarj olur. Bu olay çok fazla enerji gerektirmez.
Bakır iyonu kendi başına basit iyon olarak kalmaz, bakır siyanür gibi bir karmaşık metal iyonu oluşturur. Karbon
ve azot iyonları birbirine güçlü bir bağ ile bağlanmıştır. Kaplama esnasında bakır, azot ve karbon ile arasındaki
bağı koparır ve serbestçe kaplanabilecek hale geçer. Bu işlem bakır iyonlarını doğrudan sülfat iyonlarından
ayırmaktan daha fazla enerjiye malolur. Bu bakırı enerji eşiğinden geçirecek bir etkiye denktir ve tekrar aşağı
inmeye başladığında (enerjisi boşalırken) basit asitli bakır iyonu olsa idi sahip olacağı enerjiden daha fazla
enerjiye sahip olur.
Öte yandan, eğer kaplama oranını (akım yoğunluğu) yükseltmek istiyorsanız katot yüzey tabakasında
kaplanmaya hazır çok sayıda metal iyonu bulunmalıdır. Basit metal iyonu kullanıyorsanız (diyelim ki asitli bakır)
banyodaki konsantrasyonlarını iki katına çıkarmak ve önceden kullanılan akım yoğunluğunda devam etmek
suretiyle daha mı küçük kristaller elde edersiniz? Hayır! Öncekinden daha büyük olacaklardır. Garip gibi gelebilir
fakat göründüğü kadar tuhaf değildir. Banyoya daha fazla bakır iyonu ilave ederek banyonun iletkenliğini
artırmış, o yüzden de daha önce belli bir akım yoğunluğu elde etmek için belli bir gerilim uygularken artık daha
az gerilim uygulamak yeterli olacaktır. Bu, metal iyonlarına arayüzü geçmeleri için verilen enerjinin önceden
olduğundan göreli olarak daha az olacağı anlamına gelir. Bu nedenle çekirdek oluşturmak için daha fazla sayıda
iyon kullanılır ve çekirdek başlangıç tane büyüklüğü daha büyük olur.
Görüldüğü gibi durum sanılandan daha karmaşıktır. Eğer bunları yaparsanız akım yoğunluğunu öyle bir
noktaya kadar artırmalısınız ki atomlar daha önce (yüksek akım yoğunluğundaki halde) sahip olduklarıyla aynı
enerjiye sahip olsunlar.
Karıştırma yani metal iyonlarını çözeltinin ortalarından alarak katot filminde kullanılanların yerine getirme de
benzer bir etki yapacaktır. Difüzyon direncini azaltacaktır. Buraya kadar iyi ama eğer gerilim de aynı anda
yükseltilmezse (akım yoğunluğunda da eşdeğer bir yükselme meydana getirir) kristal boyutu daha küçük
olacağına büyük olur. Karıştırma uygulanıyorsa katoda ulaşan bakır iyonları düşük serbest enerjilidir, diğer
hallerde aynıdır.
Banyo sıcaklığını düşürmek ters etki yapar. Atomları yavaşlatarak katot filme doğru difüzyon direncini
yükseltir. Bunun anlamı sınırı geçmeleri için daha fazla enerji verilmelidir. Bunun nasıl olduğuna dikkat edin:
Banyo sıcaklığını düşürmek direnci artırır,öyleyse daha öncekiyle aynı akım yoğunluğu istiyorsanız gerilimi
artırmanız gerekir. Bu artışın bir kısmı bakır atomlarının sınırı geçmeleri için ihtiyaç duydukları enerjidir.
Dördüncü Husus:
Bir diğer fikre göre çözeltiye bir şey katılarak kristal büyüklüğü ayarlanabilir, belli bir büyüklüğün üzerinde
olmasına izin verilmez. Ne olursa olsun sizin yapabileceğiniz küçük kristaller elde etmektir.
Daha önce gördüğünüz gibi kristal habiti değişik yönlerde gelişebilir. Çoğu durumda kristal elektrik akımının
yönünde daha hızlı büyür (katot yüzüne dik açılı şekilde). Daha konsantre bir çözeltide ve daha yüksek akım
yoğunluklarında birim yüzeye giden metal iyon sayısı artar. Metal döküm bu yönteme çok benzer şekilde yapılır.
Kristaller soğuk döküm duvarlardan sıcak bölgelere doğru gelişir.
Sayfa 40
Kaplama banyosuna ilave kimyasallar eklenerek bazı kristal yüzlerini absorbe ederler, biz de büyümenin o
yüzlerle bitmesini umarız. BU PARLATICILARIN TEMEL İLKESİDİR. Kristalin çok fazla büyümesini
engelleyerek kristal boyutunun küçük olmasını ve böylece parlaklığı sağlarlarama asıl önemlisi, kristal
yüzeylerinden başlayarak değişik yönlere doğru uniform büyüme olmasını ve böylece daha pürüzsüz ve uniform
yüzey sonuçları elde etmemizi sağlar.
Beşinci Husus:
Bahsedilmesi gereken bir önemli nokta daha var. Bu Bancroft Prensibi’dir ve şöyledir: BELLİ BİR ÇÖZELTİ
BELLİ BİR AKIM YOĞUNLUĞUNDA İYİ KAPLAMA SONUCU VERİYORSA, KATOT YÜZEY ALANINDAKİ
ŞARTLARIN SABİT KALMASININ SAĞLANMASI KOŞULUYLA DAHA YÜKSEK AKIM YOĞUNLUKLARINDA
DA İYİ SONUÇ VERECEKTİR. Diğer bir deyişle bir banyodan güzel kaplama elde ediyorsanızakım
yoğunluğunu yükseltebilirsiniz (yani kaplama süresini kısaltabilirsiniz) ve katot yüzeyindeki koşulları düşük
akımda çalışırken mevcut olan koşullarda tutarsanız hala güzel kaplama elde edersiniz. Bunu yapmak her
zaman mümkün olmayabilir ama çoğu durumda mümkündür. Önceki 4 bölümde işlenen değişkenlerle
oynayarak kaplama üretimini artırma şansı her zaman vardır.
Sonunda neden ne yaptığınızı bilmeniz gerektiğini, DÜŞÜNEREK kaplamanız gerektiğini anlamış
olmalısınız. Kaplamacılık sadece daldırmak, batırmak, şalterleri açıp kapamak işi değildir. İncelik, karar verme
kabiliyeti ve bilgi ister. Her şeyde olduğu gibi bilgi güçtür.
Artık elektrokaplama ve metal sonlandırma uygulamaları için hazırsınız.
ELEKTROKAPLAMADA GENEL TEKNİKLER
Şimdiye kadar kaplamanın uygulama yönünü daha iyi anlayabilmeniz için bazı temel prensipler öğrendiniz.
Şimdi uygulamada kullanılacak bazı bilgiler vereceğiz.
KAPLAMA BANYOLARININ FORMÜLASYONU
Burada verilen veya başka yerden edindiğiniz formüllerle kaplama banyosu hazırlarken banyonun içeriğinin
aşağıdaki şekilde olduğunu unutmayın.
1. Metal tuzu veya bileşiği banyoya metal iyonu sağlar. (Kaplanan metal)
2. Asit veya alkali bileşiği (banyonun pH’ ının düşük mü yüksek mi olduğuna bağlı olarak) çözeltinin
iletkenliğini artırır (direnci düşürür, yani iletkenlik sağlayan bir kimyasaldır.
3. Eklenen kimyasallar aşağıdaki alt gruplarda incelenebilir:
A. TAMPON: Banyonun pH seviyesini değiştirmeden kalmasına yardım eden kimyasal bileşiklerdir.
Kimyasal asit ve alkali deposu gibi davranırlar. pH değişme eğilimi gösterirse çözeltiye ilave asit veya alkali
iyonları vererek dengede tutar.
B. POLARİZÖR (KUTUPLAŞTIRICI) VE DEPOLARİZÖR: Polarizörler genellikle katottaki polarizasyonu
artıran maddelerdir. Depolarizörler isimlerinden anlaşılacağı üzere, polarizasyonu azaltmak veya minimize
etmek amacıyla (genellikle anotta) kullanılan kimyasal bileşiklerdir. Örneğin, çoğu nikel banyosunda az miktarda
klor iyonu bulunur çünkü klor nikel anodun polarizasyonunu engeller ve çözünmeden koruyarak banyonun
pasive olmamasını sağlar. Polarizörler ise ters yönde iş görürler. Katot polarizasyonunu artırırlar.
C. EŞİTLEME KİMYASALI: Mikrodağılma gücünü geliştiren bileşiklerdir. Pürüzsüz yüzey elde etmek için
kullanılırlar ve genellikle PARLATICI İLE BİRLİKTE KULLANILIRLAR.
D. PARLATICI: Banyoda kaplanan malzemelerde parlaklığı sağlamak için kullanılan bu bileşiklerin iki
çeşidi vardır. ASIL PARLATICI kristal habitini çok kuvvetli şekilde değiştirir ve daha fazla etki elde etmek için
genellikle YARDIMCI PARLATICI (çoğu durumda eşitleme kimyasalı ile aynı işi görür) ile birlikte kullanılır. Bu
ikisinin kullanımı birbirini etkiler.
E. ISLATICI veya ANTİ-PİT KİMYASALI: Islatıcılar bir kaplama banyosunda az miktar kullanıldıklarında
kaplama çözeltisinin yüzey gerilimini azaltan veya düşüren kimyasal bileşiklerdir. Gerçekte yaptıkları şey
çözeltinin ıslatılmasına yardım etmek gibi birşeydir. Çözeltinin yüzey enerjisini düşürmek suretiyle katotla
kaplama banyosu arasındaki temas daha iyi hale gelir ve böylece katot yüzeyine yapışmış olan küçük
parçacıklar (bunlar gaz kabarcıkarı için tıpkı birer çekirdek gibi davranırlar ve bu da karıncalanmanın nedenidir)
giderilir. Zaman zaman da sızdırmayı azaltmak ve krom kaplamadaki gibi gaz baloncuklarının sprey etkisine
karşı kalkan etkisi yapar.
F. KATALİZÖR: Bu kimyasal bileşikler veya elementler bir işlem olurken kısa süre boyunca veya çok az
miktarda kullanılarak, normalde içinde olmaması gereken bu işlemi hızlandırır. Bu kimyasallar, elementleri veya
bileşikleri değiştirmeden birleşmelerini sağlar. Örneğin krom kaplama banyosuna az miktarda sülfat iyonu
katalizör olarak kullanılır. Krom kaplamadan önce kromik asit çözeltisine az miktarda katılması gereklidir.
G. STRES (GERGİNLİK) AZALTICI: Değişik kaplama banyolarında yapılan kaplamaların yapısı gergin
olabilir (örneğin bazı nikel kaplama banyoları böyledir). Endüstri ve mühendislik uygulamaları için yapılan
kaplamacılıkta dahili gerginlik çok önemli bir fiziksel özelliktir. Bu bileşiklere tipik örnek olarak gerginliği azaltan
ve basınca dönüştüren sakarin gösterilebilir.
Sayfa 41
H. ÇELATLAR: Bu bileşikler kaplama çözeltisindeki kirletici metallerle birleşerek kaplanmalarını engellerler.
Kirletici metal iyonları kaplamaya zarar verebilirler. Bu bileşikler zararlı metal iyonlarına kuvvetli şekilde
bağlanarak iyon gibi davranmalarını dolayısıyla kaplanmalarını önlerler. Tipik bir örnek olarak özel bir altın
kaplama banyosunda bu amaçla kullanılan EDTA (Etilendiamintetraasetik asit) verilebilir.
Bazı kaplama çözeltilerinde bunlardan sadece 1 ve 2 numaralı olanlar kullanılır. Örneğin bir bakır sülfat
banyosunda genelde sadece bakır sülfat ve sülfürik asit vardır. Bazen 3. gruptaki kimyasallardan ve 4.
gruptakilerden de kullanıldığı olur. Bu kimyasallara aşina olmanız ve ne için kullanıldıklarını öğrenmeniz
önemlidir.
ÇEŞİTLİ KAPLAMA TEKNİKLERİ
ASKI (TANK) KAPLAMA: Bazı kaplamalar askıda yapılır. Genellikle dikdörtgen şeklindedir fakat dairesel
veya özel bir şekilde de olabilir. Tipik bir dikdörtgen kaplama tankı Şekil 39’ da gösterilmiştir. Bu tankın içinde
kaplama çözeltisini bulunur ve seramik, cam, demir, çelik, tahta, kauçuk, fiberglas, plastik gibi değişik yapı
malzemelerinden oluşur. Bu yapı malzemeleri kaplama banyosunun yapısına ve çalışma koşullarına göre
değişiklik gösterir. Ders 6-9’ da ve Ders 19’ da incelenecektir.
Kaplamaya yardımcı olması için tank boyunca bir veya daha fazla bakır veya pirinç bara yerleştirilmiştir.
Buna KATOT BARASI veya MALZEME BARASI denir. Şekildeki tankta katot barası tankın ortasındadır. Geniş
tanklarda ANOT BARALARI arasına üç katot barası eşit aralıklarla yerleştirilebilir. Katot barasının karşısında
bulunan bakır veya pirinçten baralara ANOT BARASI (BAĞLANTI BARASI) adı verilir. Anot baraları birbirlerine
genellikle kalın bakır kablo veya bara ile ve en son da redresörün artı (pozitif) ucuna bağlanırlar. Katot ve anot
baraları birbirlerinden ve kaplama tankından tankın iki ucundaki yalıtkan desteklerle yalıtılmıştır. Bu yalıtkan
destekler genellikle porselen,plastik veya tahta takozdur.
Kaplanacak malzeme bakır çengellerle katot barasına asılır. Bu çengellere askı denir. Askı kaplanacak
malzemeyi asmak için kullanılan metal çerçeveden başka bir şey değildir. Genelde bakırdan yapılmıştır ve
katoda temas etmesi istenmeyen yerleri plastisol denen kauçuk cinsi bir bileşikle kaplanmıştır. Bir askı örneğini
Şekil 40’ ta görebilirsiniz.
Mekanik olarak eğebilirseniz kendi askılarınızı imal edebilir ve yalıtılacak kısımlarını yalıtabilirsiniz. Başka
bir derste bunu göreceksiniz. Çoğu durumda askıyı satın almak daha hesaplıdır.
Kaplama yaparken doğru şekilde düzenlenmiş malzeme tanka askı veya kablo ile asılır ve sigorta
kapatılarak (1 konumu) enerji verilir. (Not: Bazı kaplama işlerinde kaplanacak malzemeyi yerleştirirken devrede
akımın mevcut olması en iyi sonucu verir. Ders 6-9’ da değişik kaplama çözeltileri için özel talimatlar sırası
geldikçe verilecektir.) ASKI KAPLAMA değişik ebat ve boyutlardaki sıradan kaplama işlerinin çoğu için uygun bir
yöntemdir.
Sayfa 42
DOLAP KAPLAMA: Çok küçük ebatta ve fazla sayıda malzemelenin
kaplanması gerekiyorsa askı kaplama pratik bir yöntem değildir. Bu
durumda dolap kaplama yapılmalıdır.
Dolap kaplamada22 kaplanacak malzeme genelde küçük hacimlidir,
silindirik veya hekzagonal şekilli dolaba boşaltılır (Şekil 41). Dolap uzun
ekseni etrafında yatay veya açılı şekilde döner. Kaplanan malzemeye
elektrik akımı dolaba daldırılmış esnek metal başlıklı bir parçayla (kablo
veya zincir) ya da kontak butonlarıyla verilir.
Bu tip kaplamada kaplanan malzemenin (katot) yüzey alanı çoğu
durumda tam doğru olarak hesaplanamaz ve ağırlık üzerinden ayarlama
yapılır. Bütün yüzeyler aynı anda akım çekiyor gibi düşünülemez. Dolap
döndükçe (saniyede 5 ila 20 kez döner) bütün yüzeyler ergeç akım çeker ve
metal kaplanır. Eğer dolap doğru şekilde yapılmış ve düzenlenmişse, çok
küçük ve aynı şekilli malzeme üzerinde mükemmel uniform kaplama elde
edilir.
Kaplama dolaplarının çeşitli türleri vardır. Herbirinin üstün ve eksik
yönleri mevcuttur. Silindirik veya yatay tip dolapta anotlar anot busbarına
bağlıdır ve dolabın dış yüzeyine bazı durumlarda uyar bazen uymaz.
DOLABA UYAN ANOTLARLA DAHA İYİ SONUÇLAR ELDE EDİLİR. Açılı
tip dolapta anot çözeltinin içinde ve kaplanan malzemenin üzerindedir.
Bununla beraber özel tasarlanmış açılı tip dolaplar delikli olup anotlar
dolabın dışındadır. Basit bir açılı tip dolabın düşük elektriksel dirençten
dolayı üstünlükleri vardır fakat kaplama bittikten sonra içindeki çözelti
boşaltılmalıdır. Ayrıca çözünmez anot veya torba kullanılmazsa anot
parçacıkları kaplanan malzemenin üzerine çöker ve bozuk kaplamaya
neden olur.
Belli işlere bazı tip dolaplar daha iyi uyar. Kaplama işinde çalıştıkça
bunu tecrübe ile öğreneceksiniz. Bunu etkileyen faktörleri sonraki derslerde
ele alacağız.
OTOMATİK KAPLAMA MAKİNALARI
Bu makinalar bir günde çok sayıda parçanın kaplandığı büyük kaplama
atölyelerinde ve fabrikalarda kullanılır. Bu makinalarla çalışırken kaplanacak
malzeme genelde askıya asılır, otomatik olarak taşınır, taşıyıcı bantla bir
dizi kaplama işlemi arasında (temizleme, durulama, aside daldırma,
kaplama, durulama ve kurutma) nakledilir. Bir kaplama işlemini bir başkası
takip eder, durulama, kurutma ve boşaltma ile sona erer. Makinada çok
sayıda mekanik sistem çalışır. Kaplama makinası üreticileri her geçen gün
daha verimli ve yeni tasarımlar yapmaktadır.
Otomatik kaplama makinası burada ancak kabaca tanımlanabilir. Eğer
bu tip bir makinanın kullanıldığı kaplama tesisinde işe başlarsanız tecrübe
kazanarak makinanın çalışma sistemini öğrenebilirsiniz. İlk iki derste
öğrendiğiniz temel kaplama prensipleri bu makinada da geçerlidir fakat
otomatik kaplamada bunların hepsi biraradadır. Makinayı kullanabilecek kadar yabancı dil bilgisi edinmeniz
gerekir. Askı taşıyıcılarına kol denir. Bir kaplama aşamasının tümüne devir denir.
Faraday’ ın ilk yasasına göre bir cismin üzerine kaplanan metalin ağırlığı akıma ve zamana bağlıdır.
Otomatik kaplama sırasında bunlara bağlı olan değişkenler: 1- Askının hareket hızı, 2- Kaplama tankının
uzunluğu (bu iki faktör askının dolapta kalma süresini belirler), 3- Askıdaki akım.
Aslında manuel kaplamadan daha zor değildir ve aynı prensiplere göre yapılır. Yine de kaplama işi sürekli
ve hızlı bir şekilde yapıldığından sistemnin tüm parçalarının doğru çalışma şartlarında olmasına özel dikkat
edilmesi gerekir. Hata ortaya çıkmasını önleyici bakım şarttır. Bu otomatik kaplama makinalarını durdurmak, ve
tanklardan bir tanesindeki dengesi bozulmuş çözeltinin bakımını yapmak kayıp işgücü ve enerji dolayısıyla
tesise çok pahalıya malolur. Bu arada görmekte olduğunuz kursla birlikte hata tahmini ve önleyici bakım bilgileri
de edineceksiniz. Şimdi otomatik kaplamayla ilgili bir hesaplama örneği vereceğiz.
ÖRNEK 12 : Bir nikel kaplama tankında askının tankta kalma süresi isteğe göre 5 ila 30 dakika arasında
ayarlanabilir. İzin verilen akım yoğunluğu 4,3 – 6,5 A/dm² arasındadır. İstenen kaplama kalınlığının üzeri kusurlu
sayılmaktadır. Her bir askı koluna 18,5 dm² mal asılabilmektedir. Malzemenin yüzeyine ortalama olarak 2,38
gr/dm² kaplama yapılmak isteniyor. Askının tankta kalma süresi ve kol başına çekilen toplam akım nedir? (Katot
verimi %80’ dir).
Sayfa 43
Çözüm
: Eğer sonuç aynı
olacaksa askının tankta kalma
süresinin mümkün olduğunca az
olması istenen bir durumdur. Bu süre
uzadıkça üretim hızı düşer. Bundan
dolayı maksimum akım yoğunluğunu
kullanmayı tercih ettiğimizi düşünün.
Faraday Tablosu’ ndan (Ders 1,
Sayfa 10) 100 Amper-saat ile 3,9 ons
= 110,57 gr. nikel kaplanabileceğini
biliyoruz. Yüzeyin her dm²’ sine 2,38
gr. nikel kaplamak istiyoruz. Buradan
her 1 dm² için uygulamamız gereken
amper-saati bulalım:
(2,38 gr/dm²) / (110,57 gr.) x
(100 A.h) = 2,15 A.h
En fazla 6,5 A/dm² akım
yoğunluğu uygulayabildiğimize göre,
gereken süre
(2,15 A.h/dm²) / (6,5 A/dm²) =
1/3 saat = 20 dakika buluruz.
Bulduğumuz bu değer %100 katot
verimi içindir ve verilen çalışma
şartlarında kaplamanın bitirilebileceği
en kısa süreyi ifade eder. Yukarıdaki
hesaplama yüzeyin 1 dm²’ sine göre
yapılmıştır. Bir kol (katot taşıyıcı)
18,5 dm² olduğundan dolayı (6,5
A/dm²) x 18,5 dm² = 120 Amper bir
kolun çektiği toplam akımdır.
Askının tankta kalma süresini
(%80 katot veriminde) bulalım: Verim
%80 ise askının tankta kalma
süresini 20/0,8 = 25 dakika olarak
hesaplarız.
PROBLEM 5 :
Bir
otomatik
kaplama makinasının nikel kaplama
tankı 30 metre uzunluğundadır.
Taşıma kolunun hareket hızı 1,5
m/dak. ile 6 m/dak. arasında
ayarlanabilmektedir. Her bir taşıma
kolu 37 dm² mal taşıyabilmekte ve
0,12
gr/dm²
kaplama
kalınlığı
istenmektedir. İzin verilen maksimum
akım yoğunluğu 4,3 A/dm² ise
askının tankta kalma süresi ve kol
başına çekilen toplam akım nedir?
Katot verimi %85’ tir. Kollar hangi
hızla hareket ettirilmelidir?
Sayfa 44
ÖZEL KAPLAMA TEKNİKLERİ 23
FIRÇA İLE VEYA SEÇİCİ KAPLAMA: Fırça ile kaplama tankta kaplamaya müsait olmayan geniş cisimlerin
veya bir bunların kısmının kaplanmasında uygulanır. Kaplama bu işe uygun bir yerde yapılabilir. Fırça ile
kaplamada elektrolit pasta veya ağdalı sıvı formundadır (kalınlaştırılmış elektrolit) ve özel katot fırçası ya da
süngeri ile ile sürülerek bir doğru akım kaynağından elektrik verilir. Kaplanan malzeme katot gibi, fırçanın
içindeki metal levha ise anot gibi davranır. Malzemenin fırçalanması ve kaplanması eşzamanlı olarak yapılır.
Göreceli olarak küçük alanları ince bir tabaka ile kaplamak için uygundur. Bununla birlikte geçmişte fırçaya
sürtünerek döndürülebilen el aletleri vb. onarımında kalın metal katmanları kaplamak için kullanılmıştır.
SPREY KAPLAMA: Daha önce bahsettiğimiz (Jet Kaplama) ve özel kaplama sorunlarını halletmek için
kullanılan bir yöntemdir. Yeni bir yöntem değildir, 1960’ ların başlarından itibaren kullanılmaya başlanmıştır.
Korumalı katot üzerindeki belli bir bölgeye çok ince bir tabaka halinde elektrolit püskürtülür. Spreyin memesi
anot, kaplanan malzeme katottur. Bu yöntemle küçük bir bölgeye göreceli olarak kalın bir kaplama hassas bir
şekil verilerek yapılabilir. Yarıiletken kaplamacılığında kullanılan bir tekniktir.
DALDIRMA KAPLAMA: Elektrik potansiyel serileri bölümünde bu yöntemden sözedilmişti. Elektrik
potansiyel tablosundaki bir metal kendinden aşağıdaki bir metalle yer değiştirebilir. Altın suyuna batırma,
renklendirme ve kalaylamada sık kullanılan bir yöntemdir.
ELEKTRİKSİZ KAPLAMA: Bu kaplama yöntemi aynaların arkasını gümüşle sırlama işleminin aynısıdır.
Gümüşle sırlamada olduğu gibi metal tabakası kaplama kabının ya da tankın içyüzünde değil sadece
kaplanacak yüzeyde oluşur ve kaplanacak cisme ön işlem uygulandığı için katalizör gibi davranır. Bu nedenle
sadece kaplanması istenen cismin yüzeyi kaplanır. 24
Elektriksiz nikel kaplama bu işlem için verilebilecek iyi bir örnektir. Tampon çözeltisinde bulunan hipofosfit
iyonları nikel çözeltisini indirger.
ANODİZASYON: Bu anodik bir işlemdir (işlem anotta gerçekleşir) ve esasen aluminyumu magnezyum gibi
metallere karşı korumak ve dekoratif aluminyum elde etmek için kullanılır.
ELEKTRİKLİ PARLATMA: Bir başka anodik işlemdir ve çok parlak metaller elde etmek için kullanılır.
ELEKTROFORETİK KAPLAMA: Eskiden beri yapılmakta olan önemli bir kaplama işlemidir. Elektriği
iletmeyen malzemelerin veya kısımların özel bir kaplama çözeltisinden elektrik akımı geçirmek suretiyle
kaplanması işlemidir. Uniform şekilde boya kaplamada kullanılması yeni gelişmekte olan kullanım alanlarına
tipik bir örnektir.
VAKUMLU KAPLAMA: Bu işlemde elektroliz yeralmadığı için aslında bu isimlendirme yanlış
kullanılmaktadır. Metali yüksek vakumda buharlaştırarak vakum haznesinin içindeki askıda asılı olan
malzemeye kaplanması işlemidir. Pahalı olmayan bir metal sonlandırma işlemi haline gelmiştir, daha sonra
anlatılacaktır.
BUHARLA KAPLAMA: Vakumlu kaplamaya çok benzer. Buhar veya gaz formunda bulunan metal
(element veya bileşik şeklinde olabilir) ısıtma veya katalizör etkisi ile kaplanmak istenen cisimlere kaplanır.
DARBEYE KARŞI KAPLAMA: İlginç bir kaplama tekniğidir. El aletlerinin çinko ile kaplanmasında kullanılır.
Çinko tozu ve katalizör ile hazırlanmış çözeltide çekiç başlarının kaplanması işi güzel bir örnektir. Çinko
parçacıkları dolapta veya varilde karıştırılan çelik malzemenin yüzeyine kaplanır. Bu yöntem 15 yıl kadar
olmakla birlikte kısıtlı bir alanda kullanılmaktadır.
KOMPOZİT KAPLAMA: Aluminyum oksit veya elmas tozu gibi iletken olmayan maddelerin nikel gibi
metaller üzerine kaplanmasında kullanılır. Aşınmaya dayanıklı, sert malzeme elde etmek amacıyla uygulanır.
Yeni bir teknik olmamasına karşın yeni yeni önem kazanmaktadır.
ELEKTRİKLİ ŞEKİL VERME: Malzemenin tümüne veya bir kısmına kaplama işlemi ile şekil verilmesi
amacıyla uygulanır. Gelecekte geniş bir uygulama alanı bulması muhtemeldir. 17. derste bu konu daha detaylı
işlenecektir.
JEL KAPLAMA: Akışkan çözelti yerine jelin içerisinde kaplama işlemi gerçekleşir.Dolap kaplamada zaman
zaman kullanılır.
AKMALI KAPLAMA: Eski bir prensibe bağlı olarak yapılan yeni bir kaplama tekniğidir. Elektrik kaynağına
bağlı olmasa da bazı noktarın kaplanmasını sağlar.
Sayfa 45
Burada verilen bütün kaplama teknikleri hızla gelişmekte olan birer Yüzey İşlem alanıdır. Bu kitaplarla bu
kaplamalar hakkında yeterli önbilgiye sahip olacaksınız.
KAPLAMACILIKTA UYGULANAN İŞLEMLER
Genellikle bütün kaplama işleri aşağıdaki üç adıma göre yapılır.
1. Kaplanacak malzemenin (işin) kaplamaya ön hazırlığı
2. Asıl kaplama işlemi
3. Yüzey işlem sonlandırma veya laklama
Bir kaplamacı olarak genelde kaplanacak malzemeyi kaplamadan önce işe harırlamanız gereklidir.
Kaplanacak malzeme pürüzlü, oksitlenmiş veya kirli olabilir. Yüzeydeki pürüzler cilalama ve parlatma
işlemleriyle giderilmelidir. Oksitler ve çapaklar asit veya alkaliye daldırma ile giderilmeli, yağ alma ve/veya
elektrikli temizleme işlemleriyle kirlilik temizlenmelidir. Bu işlemlerden biri veya birkaçı kaplamacılıkta bir
numaralı adımı oluşturur. Bu hazırlama teknikleri 3 ve 4. derslerde tarif edilmiştir. Asıl kaplama işlemi (2
numaralı adım) 6, 7, 8, 9, 10 ve 11. Kaplamadan sonra malzeme genelde laklanır ya da renklendirilir veya bir
başka yüzey işlem uygulandıktan laklanır. Sonlandırmada yapılan işlemler 12. derste anlatılmıştır.
Böylece 2. dersi bitirmiş olduk. Eğer derslere ilgili ve dikkatli şekilde çalışırsanız teorik ve pratik olarak çok
yararlı bilgiler edineceksiniz.
TAVSİYE OLARAK SON BİRKAÇ SÖZ
Dersler ilerledikçe farkına vardığınız gibi metal kaplamacılığında başarıya giden yol ayrıntılarda yatar. Eğer
ayrıntıları ihmal ederseniz istediğiniz kaplamayı elde edemez ve kıymetli olan vaktinizi boşa harcamış
olursunuz. Bu can alıcı noktayı iyice anlamanız gereklidir ki işinizde başarılı olabilmeniz için ayrıntılara özen
göstermelisiniz. Kaplamada yapılan işlemler genellikle basittir, ince ayrıntılara dikkat etmek kazançlı kaplama ile
pahalı kaplama arasındaki farkı belirler.
Bunu yapmanın yolu da iyi bir gözlemci olmaktan geçer. Gözünüzü her zaman açık tutmalı kaplamada ne
olup bittiğini gözlemelisiniz. Eğer kaplanacak malzemeyi banyoya koyduktan sonra gereksiz şeylerle
uğraşırsanız iyi bir gözlemci olamazsınız. İyi bir gözlemci olmak demek kaplama esnasında küçük detaylara ve
farklılıklara dikkat etmek demektir.
Kaplama esnasında sadece yaptığınız işi düşünerek kaplamada meydana gelebilecek hataları ve
dolayısıyla para ve işgücü kaybını önleyebileceğinizi asla unutmayın.
Sayfa 46
PROBLEMLERİN CEVAPLARI
1.
2,71 Volt
2.
39,6 A/ft² ve 4,28 A/dm²
3.
7,39 dm²
4.
1,05 saat veya 1 saat 3 dakika
5.
5 dakika, 56,4 amper ve saniyede 609 cm. bu problem düşünmeyi gerektirir. Formülden yola
çıkarsanız %85 verimde 1,76 dakika kalması gerektiğini bulursunuz. Bu da 17,37 metre/dakika gibi
bir hıza tekabul eder ki imkansızdır. Mümkün olan en yakın banyoda kalma süresi 5 dakika
olduğundan akım yoğunluğu bu süreye göre azaltılmalı 4,3 A/dm² değil 1,52 A/dm² uygulanmalıdır.
Sayfa 47
DERS 2 SINAVI
(5 puan)
1.
Metalik iletken ile elektrolitik iletken arasındaki farkı kendi cümlelerinizle yazın.
(10 puan)
2. 2,5 cm. x 0,64 cm. x 6 mt. Boyutlarında iki bakır bara bir kaplama tankına seri bağlanmıştır.
Sayfa 4’ teki Tablo 1-A’ yı kullanarak seri bağlı iki bakır baranın toplam direncinin kaç ohm olduğunu bulun. Eğer
tanktan 500 amper akım geçmekteyse bu baralardaki gerilim düşümünü hesaplayın. (İpucu: E = I.R)
(15 puan)
3.
Bir asitli bakır çözeltisi (özgül direncini Sayfa 4 Tablo 1-B’ den bulun)
(15 puan)
3.
Bir asitli bakır çözeltisi (özgül direncini Sayfa 4 Tablo 1-B’ den bulun)
(5 puan)
4. Bir kaplama banyosunda hidrojen iyonları konsantrasyonu litrede 0,00001 gram ise bu
çözeltinin pH’ ı nedir?
(10 puan)
5. Bir çinko şerit asitli altın kaplama banyosuna daldırılıyor (burada altının değerliği 3’ tür, Tablo
4’ e bakın). Çinko şerit altın anoda bağlanırsa ne kadar gerilim üretilir? Şerit anoda bağlanmadan daldırılırsa ne
olur?
(15 puan)
6. Aşağıdaki şekildeki gibi bir parçanın sadece dışını kaplayacaksınız. İzin verilen maksimum
akım yoğunluğu 4,3 A/dm² ve bir askıya bunlardan 10 parça asılabiliyorsa, redresörünüzün tam kapasitesi olan
500 Amper akımda kaç askı kaplayabilirsiniz? Kaplamanın uniform olması için neler yapabilirsiniz?
(15 puan)
7. Bir siyanürlü bakır banyosunun katot verimi %58 , anot verimi %55’ tir. Tanktan 10 Faraday
elektrik geçirildikten sonra banyodaki bakır içeriği azalır mı, artar mı? Kaç gram? Başlangıçta bakır
konsantrasyonu 45 gr/lt. ise 10 Faraday geçtikten sonra ne olur? (Tankta 400 litre çözelti vardır.)
(5 puan)
anlatın.
8.
Kaplama gücü, dağılma gücü ve mikrodağılma gücü arasındaki farkı kendi cümlelerinizle
(15 puan)
9. Bir otomatik parlak nikel tankında askı hızı dakikada 60 cm. ile 900 cm. arasında
ayarlanabiliyor. En fazla uygulanabilir akım yoğunluğu 5,4 A/dm² ve her kola 37 dm² mal asılabilmektedir. Katot
verimi %90’ dır ve kaplama ağırlığının 0,122 gr/dm² olması isteniyor. Tank 30 metre uzunluğundadır. İstenen
sonucu elde etmek için gerekli askı hızı ne olmalıdır? Cevabınızı açıklayın.
(5 puan)
10. Patronunuz yumuşak bir nikel kaplama işi yapmanızı istiyor. Parlak olması gerekmiyor ama
pürüzsüz olması isteniyor. İsteği yerine getirmek için uygulanacak genel prensipler nelerdir?
Sayfa 48
DİPNOTLAR
–6
1. 1,7 / 1.000.000 kısaca 1,7 x 10 olarak gösterilir.
2. Banyonun gerçek direnci tüm bileşiminin direncine eşit olduğundan dolayı bunlar yaklaşık değer olarak düşünülmelidir. Yine de bize
genel bir fikir verir.
3. Kovalent bağ olduğunu hatırladınız mı?
4. Suda çözündüğünde hidroksil kökü veren çoğu baz veya alkalileri kaplamacılıkta kullanacaksınız.
5. Matematikte herhangi bir sayının sıfırıncı kuvveti (üssü) bire eşittir.
+
6. pH’ ın kimyasal tanımını tam olarak veren matematiksel ifade, pH = – (hidrojen iyonu konsantrasyonunun logaritması) = – log (H )
7. Nernst eşitliği.
8. Daniel pili bakır sülfat çözeltisi içeren bakır tanka yerleştirilmiş, içinde çinko sülfat çözeltisi bulunan gözenekli (poröz) bir kap ve bir
çinko çubuktan oluşur. Bu şekilde çinko elektrot 0,76 V potansiyele sahip çinko iyonlarıyla temasa geçer, bakır da -0,34 V potansiyele
sahip bakır iyonlarıyla temasa geçer. Gözenekli kap içinden sülfat iyonlarının serbestçe geçmesine izin veren fakat bakır ve çinko
iyonlarını geçirmeyen yapıdadır. İlk tanımlanan durumda da gerilim aynıdır fakat bakır ve çinko iyonları serbestçe karışabildiği için
polarizasyonun etkisine bağlı olarak kısa bir süre sonra pil çalışmayacaktır.
9. A/dm² veya A/ft² birimleri arasındaki fark yüzey alanı birimlerindeki farklılıktan (desimetre veya foot) kaynaklanır.
10. Hem mikroskopik (çıplak gözle tespit edilemeyen) hem de makroskopik (çıplak gözle tespit edilebilen) şekil bozukluklarından dolayı
alan hesabının tam doğru yapılabilmesi hemen hemen imkansızdır.
11. Hesaplama için kullanımı kolay bilgisayar programlarından yararlanabilirsiniz.
12. Daha önce bahsedilmişti.
13. t saniye olarak zamanı ifade eder.
14. Bunlar kabaca verilmiş değerlerdir. Gerçek değerler bir dizi ortam değişkenine bağlıdır.
15. Çözünür anotlu bir banyo için (En + Eo) = 0 dır. Eğer çözünmeyen anot kullanılırsa Eo = 0 olur.
16. Bazı durumlarda kaplanan malzemenin uzaklığını “dış etki ile” arttırmak için bir elektrik direncini malzemeye veya askıya seri
bağlayarak akımı düşürmek mümkündür. Bu yüzden Şekil 23A’ daki 2 ohmluk dirence dışarıdan 1 ohmluk bir direnç seri bağlanırsa I1
ile I2 yaklaşık olarak eşit olacaktır. Her zaman bunu sağlamamk mümkün olmayabilir ve beceri gerektirir. Bu konu ileride daha detaylı
şekilde ele alınacaktır.
17. Çoğu durumda “kimyasal kalkan” kullanmak daha iyi ve daha ucuz bir yöntemdir. Kaplama banyosuna ilave edilen kimyasal çıkıntılı
noktalara göç ederek elektrik direncini yükseltir ve akım akışını dengeler. İleride Polarizasyon kısmında bahsedilecektir.
18. Genelde bu bağ Van der Waals tipidir. 1. derse bakın.
19. Aslında teorik bilgilere ilerideki bölümlerde uygulamaların anlatımı sırasında yeri geldikçe değinilecektir.
20. Birim hücre olarak da adlandırılır.
21. Buna “sınır akım yoğunluğu” denir. Belli çalışma şartlarında kaplama yapılırken belli bir değeri vardır ve eğer ihtiyaç hissedilirse
hesaplanarak bulunur.
22. Dolap kaplama hakkında ileride detaylı bilgi verilecektir.
23. Ders 15,16,17,18’ de daha geniş açıklanacaktır.
24. Bundan sonra işlem kendinden enerji alır (otokatalitiktir).
Sayfa 49

İndirmek için tıklayınız.

Transkript

Benzer belgeler

Form Temiz Enerji, Solarex

Whitford`un yeni sol-jel “seramik” dış yüzey kaplamaları

Goldmystic Eğitim Kitabı