Sembolü : Cr
Atom Ağırlığı : 52,01
Kromun Özellikleri : Krom, sert gri bir metal olup, çok iyi parlatıldığında mavimsi bir renk alır. Yoğunluğu 7,1’dir. Genellikle 3 veya 6 bağ yapar. Koruyucu bir oksit tabakası oluşturduğu için, normal şartlarda atmosfer koşullarında korozyona uğramaz.
Kromun, Kaplama Metali Olarak Kullanımı: 1930’larda krom kaplamanın ticari boyut kazanmasından bu yana krom kaplama kullanımı çok hızlı bir genişleme göstermiştir. 3 ana kullanım alanı vardır: (1) Genelde, nikel kaplama üzerine yapılan, dekoratif amaçlı, parlak ve kararmayan kaplama elde etmek için, (2) Aşınmış metal yüzeyleri, metal işleme takımları veya döküm yüzeyleri gibi çok sert olması gerekli yüzeylerin kaplanması için, (3) Özellikle motor silindirlerinin iç yüzeyleri, mil yatakları gibi, aşınmaya maruz kalan ve bu nedenle sert ve gözenekli yapıda olması gereken yüzeylerde. Gözenekli yapı yağın gözeneklerde tutunup motor ömrünün uzun olmasını sağlar.
Krom’un Elektrokimyasal Özellikleri: Teorik olarak, eğer krom 3 değerlikli (trivalent) formunda bulunuyorsa, %100 katot veriminde 1 amper-saat enerji sarfiyatı ile, 0,647 gr. krom kaplamak mümkündür. Eğer krom 6 değerlikli (hekzavalent) formunda bulunuyorsa, aynı şartlarda 0,323 gr krom kaplamak mümkündür. Eskiden tüm krom kaplama işlemleri 6 değerlikli krom kullanılarak yapılırdı. Bugün de bazı krom kaplama işlerinde 6 değerlikli krom banyoları kullanılmaktadır. Bununla birlikte çoğu ticari işletmede 3 değerlikli krom banyoları ve ticari banyolar kullanılarak krom kaplama yapılmaktadır (bu konuya daha sonra değinilecektir).
Ne yazık ki 6 değerlikli krom kaplama banyolarının katot verimi çok düşüktür, bu değer ortalama olarak %14 olup,bazen %27’ye kadar çıkabilmekte veya %12 ya da altına kadar düşebilmektedir.29 Bunun nedeni, kromun elektrokimyasal serideki konumudur (2. Ders’e bakınız). Hidrojenin üzerinde yer aldığından, kromla birlikte bir miktar da hidrojen kaplanır. Bu da krom kaplamada verimin düşmesine yol açar. Şiddetli gaz kabarcıklarının oluşumuna neden olan bu durumun etkileri, krom kaplama yüzeyinde gözlenir.
6 değerlikli krom kaplama banyosunda, %100 katot veriminde, 1 dm² yüzey üzerinde 20 mikron kalınlığında kaplama yapmak için, 4,39 amper-saat elektrik harcanır. Aynı işi %14 verim ile yapmak için, amper-saat harcamak gereklidir.
1 dm² yüzey alanına 20 mikron kalınlığında kaplanmış kromun ağırlığı 1,418 gram gelir.
Herhangi bir katot veriminde çalışılırken, belirli bir kalınlıkta krom kaplama yapmak için harcanacak amper-saat (enerji) miktarını yaklaşık olarak hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılabilir:
… (amper-saat) Harcanacak enerji = 100 / verim x Kaplanacak kalınlık (mikron) / 20 (mikron) x 4,39 (amper-saat/dm²) x Kaplanacak alan (dm²)
Örnek #7: 15 cm çapında, 60 cm boyunda bir şaftın üzerine 40 mikron kalınlığında krom kaplama yapılacaktır (iki ucu kapatılmış olup, sadece eğri yüzeye kaplama yapılacaktır). Eğer katot verimi %14 ise, kaç amper-saat elektrik enerjisi gereklidir?
Cevap: Kaplanacak toplam yüzey alanı; cm² = 28,26 dm² dir. (π=pi sayısı olup 3,14’e eşittir). Buradan gerekli elektrik enerjisi miktarını [amper-saat] cinsinden aşağıdaki hesaplamayla buluruz:
x amper-saat
Eğer, kullandığınız akım yoğunluğu 13 A/dm² ise, gerekli işlem süresi = 1770 [ampersaat] / (13 [A/dm² x 28,26 dm²) = 4,8 saattir. Aynı sonuç, 1 desimetrekarelik yüzey alanı üzerinden de elde edilebilir, yani:
Örnek #8 : 15 cm x 15 cm yüzey alanına sahip kılavuz plakasına, 12 mikron kalınlığında krom kaplama yapılması istenmektedir. Eğer akım yoğunluğu 16 A/dm² ve katot verimi %14 ise, bu işi yapmak kaç saat alır?
Cevap:
Kaplanacak yüzey alanı: 15 cm x 15 cm = 225 cm² = 2,25 dm²
x saat bulunur
Not: Dikkat edilirse, yukarıdakine benzer hesaplamalarda, kaplanacak yüzey alanı kesirin hem pay, hem de paydasında bulunduğundan, bunlar birbirini götürürler, ve böylece 1 dm² üzerinden hesaplama yapılarak kaplama için gereken süre bulunabilir.
Problem #5: Bir hadde merdanesinin sadece eğri yüzeyi, 50 mikron kalınlığında krom ile kaplanacaktır. Merdanenin çapı 60 cm, uzunluğu ise 150 cm’dir. Fluosilikat içeren krom kaplama banyosunun katot verimi %22’dir. Kaplama için gerekli süre ne kadardır? İzin verilen akım yoğunluğu 16 A/dm²’dir.
Problem #6: Şekil 11’de gösterilen, özel tipteki bir delgi ucuna 25 mikron kalınlığında krom kaplanmak istenmektedir. Her noktada eşit kalınlıkta kaplama yapıldığı varsayılırsa, katot verimi %14, akım yoğunluğu 12 A/dm² olarak kabul ederek, kaplama süresini hesaplayınız?
Problem #7: Şekil 12’de gösterilen malzemenin küresel yüzeyi 50 mikron, silindirik yüzeyi 25 mikron kalınlığında krom kaplanmak istenmektedir. Silindirik yüzey kapatılmadan ve kapatıldıktan sonra uygulanması gereken toplam akım 120 amperdir. Eğer katot verimi %15 ise, kaplama süresi kaç saat olur? İzin verilen akım yoğunluğu 13 A/dm²’dir.
Krom Kaplama Banyoları
Krom kaplama banyoları, 2 temel bileşeni olan, belki en basit kaplama banyolarıdır. Bu 2 temel bileşen: (1) Suda çözünebilen krom tuzu, (2) Suda çözülebilen, kromun kaplanmasını sağlayan katalizördür.
Pratikte, ticari boyutta kullanılan tek krom tuzu kromik asit’tir (asıl adı, kromik asit anhidrür). Formülü CrO3 (1 birim krom ile 3 birim oksijen) olup, diğer ismi, “Krom Trioksit” tir. Kromik asidin anhidrit olarak belirtilmesinin nedeni, suda çözündüğünde asit oluşturmasıdır (2CrO3 + H20 D H2Cr2O7). Kırmızımsı plaketler şeklinde olup, oldukça fazla su emme kabiliyeti olduğundan kuru yerde saklanmalıdır (havadan nem çeker).
En sık kullanılan, ticari boyuttaki katalizör ise sülfürik asittir ve çok az miktarda kullanılır (gerçekte, katalizör olan SO4-2 sülfat iyonudur) Diğer tipteki katalizör ise, flor içeren fluosilikattır. Ticari tipteki banyolarda, özellikle sülfat tipi katalizörler ile kullanıldığında, oldukça geniş kullanımları vardır.
Katalizörün etkisi, elektromotor dizide, hidrojenin oldukça üzerinde olmasına rağmen, kromun kaplanmasına izin vermesidir (saf kromik asit çözeltisinden akım geçirilir ise, sadece hidrojen gazı emisyonu meydana gelir).
Bir benzetme yapacak olursa; sülfat iyonları trafik polisi gibi davranarak, hidrojen kamyonlarının bulunduğu çok yoğun bir otoyolda, krom arabalarının gidecekleri yere ulaşmalarını sağlarlar.30
3 değerlikli iyon halinde bulunan krom’un bulunduğu kaplama banyoları, ticari olarak kullanılmaya başlanmıştır. İlk zamanlarda, 3 değerlikli krom banyoları ile yapılan kaplamaların yüzeyleri pürüzlü ve topaklı olsa da, eğer çözülebilir anot kullanılıyor ise, anot verimi, katot veriminden çok daha yüksek idi. Eğer, 6 değerlikli krom banyolarında olduğu gibi çözünemeyen anotlar kullanılır ise, banyodaki krom iyonları, anot üzerinde oksitlenir ve hızlı kaplama avantajı kaybedilmiş olur. Bu zorlukların üstesinden gelinmiş olup; şimdilerde, trivalent krom banyoları, dekoratif kaplama amacıyla kullanılmaktadır. 3 değerlikli krom banyoları, ayrıca, elektroliz yöntemi ile kromun rafine edilmesi amacı ile de kullanılmaktadır. Burada, anot veriminin katot veriminden çok fazla olmasının ve katot pürüzlülüğünün önemi yoktur. Burada, önemli olan şey, oldukça kirli bir çözeltiden göreceli saf metalik kromun elde edilmesidir.
Krom Kaplama Tankları
Kromik asit, son derece aşındırıcı bir sıvı olup, bu sıvı ile çalışılırken özel malzemeler kullanılması gereklidir. Küçük çaplı işler için, eğer florür mevcut değilse, dışı çelik kaplı seramik bir tank işe yarayacaktır. Yine de, bu sadece deney amaçlı çalışmalar için tavsiye edilir. Ticari boyuttaki çalışmalar için, tavsiye edilen tank tipi, dışı kurşun kaplanmış çelik tanktır. Kimyasal açıdan, kromik asidin aşındırıcı etkisinden dolayı saf kurşun kullanılamaz. Antimonlu kurşun (%6 Sb) veya tellür içeren kurşun (%0,2 Te) daha iyi sonuç verir. Her iki malzeme de sülfat tipi çözeltilerle çalışılırken oldukça iyi sonuç verirler. Eğer çözelti florür içeriyorsa en iyi yol, kurşun-kalay (%7 Sn) alaşımlı tanktır. Nadiren de olsa, bazen çıplak çelik kullanılır fakat size bunu tavsiye etmiyoruz. Çelik, kromik asidin aşındırıcı etkisine maruz kalır ve eğer içinde florür iyonları bulunursa aşındırma etkisi oldukça hızlı olur. Kurşun kaplanmış tankın duvarlarında polipropilen levhalar kullanılması akıllıca olacaktır. Bu hem polarizasyon etkisini ortadan kaldırırken, hem de kurşunun elektrokimyasal olarak aşınmasını önlemiş olur. Bugün kullanımı tercih edilen tanklar, dışı PVC kaplı, çelik zırhlı tanklardır. Bu plastik (PVC), kromik asidin aşındırıcı etkisine maruz kalmaz. PVC’nin tek dezavantajı 65 °C üzerindeki sıcaklıklarda kullanılamamasıdır. Fakat çoğu krom kaplama işlemi yaklaşık 54,5 °C dolayında sıcaklıklarda yapıldığından, bu durum önemli bir dezavantaj sayılmaz. Tankların son teknolojik türleri polipropilen ve teflon kaplı, çelik zırhlı tanklardır. Teflon’un avantajı kromik aside karşı güçlü olup, yüksek sıcaklıklarda da çalışmaya imkan vermesidir. Tek dezavantajı, pahalı olmasıyla birlikte, diğer avantajlarının yanında buna değmektedir.
Krom Kaplama İçin Anotlar
Ticari olarak krom daima çözünemeyen anotlar kullanılarak kaplanır. Çünkü, krom %100 verimde çözünür ve çok daha düşük katot verimi ile kaplanır. Eğer çözünebilir anot kullanılsa idi, 6-7 kat fazla krom çözünecek (banyoda) bu da, banyonun krom tuzuna aşırı doymasına yol açarak, krom tuzlarının çökelmesine ve daha başka problemlere yol açacaktı (Kromun çok pahalı olduğunu bahsetmeye gerek yoktur heralde).
En çok kullanılan, çözünmeyen anot tipi daha önce de bahsedilmiş olan, bakır veya çelik bir iskelet üzerine kurşun alaşımından mamul anotlardır (antimon veya kalay alaşımlı). Seyrek de olsa yalın karbonlu çelik anotlar kullanılmakla birlikte, bunlar çok çabuk aşındığından (korozyona uğrayarak) çözeltiye çok miktarda demir karışmasına yol açarlar. Fakat acil durumlarda, özel işlerin yerine getirilebilmesi için kullanılabilirler. Daha başka, özel geliştirilmiş tipte çözünmeyen anotlar mevcuttur ki; örnek olarak platin kaplanmış titanyum gösterilebilir. Bu tipteki anodu kullanmak için harcanan fazladan maliyete değip değmediğinin yüzde yüz garantisi yoktur. Çözünmeyen anot konusundan söz etmek, bir sonraki konu olan – krom kaplamada güvenlik faktörleri konusuna geçmek için iyi bir sıçrama tahtasıdır.
Krom Kaplamada Güvenlik Faktörleri
Krom kaplamada katot verimi çok düşük olduğundan, katottan hidrojen gazı salınımı büyük bir sorundur. Buna ek olarak, çözünmeyen anot kullanıldığından, anottan büyük miktarda oksijen gazı salınımı olmaktadır. Çözelti içinde yükselen bu gaz baloncukları ciddi miktarda enerjiye (yüzey enerjisine) sahiptir ki, baloncuklar patladığında gaz ile sıvı arasındaki ara yüzey zarar görür (tahrip olur). Çok küçük olan bu baloncuklar, çözelti yüzeyinde veya biraz üzerinde patladığında, kromik asit zerreciklerinin ince bir sprey veya buhar olarak ortaya çıkmasını sağlar. Kromik asit çok aşındırıcı (korozif) olup, ince sprey halindeyken solunması halinde burundaki mukoza zarının zarar görmesine yol açar. Bu ince zerrecikler özellikle ciltleri hassas insanlarda deri yanmasına sebep olur.
Bu nedenle, aşındırıcı zerreciklerinin solunmasını önlemek için, soluma bölgesinde gerekli ekipmanların kurulu olması gereklidir.
Her şeyden önce, kaplama tankı, zerreciklerin bir emme sistemi ile uzaklaştırılması için gerekli ekipmanla donatılmış olmalıdır. Tankta kullanılan bu tipteki emme sistemine “slot vantilasyon” adı verilmektedir. Şekil 13’te krom kaplama tankında kullanılan, “slot vantilasyon” sistemi görülmektedir.
Gerekli olan, asgari miktardaki emiş gücünü hesaplamak için kullanılan standart formül, Q=200LW’ dir. Burada L= tank boyu (ft), W= tank eni (ft), Q= hava miktarı (feet³/dak) Önceleri, çarpan olarak 200 yerine 120 kullanılıyordu. Fakat, devletin sağlık birimlerinin çok kuvvetli dayatmaları sonucu, bugün faktör (çarpan) olarak 200 kullanılmaktadır. Emilen krom atmosfere salınmadan önce, kromu tutucu bir sistem gereklidir.
Bazen emme-basma tipinde vantilasyon sistemi kullanılır ki, bir hatta hava verilirken, öbür hattan emiş sağlanır. Bu sistem ciddi miktarda ısı ve güç tasarrufu sağlamakla birlikte, sadece tankın kullanımına bir engel çıkartmazsa kullanılabilir (örneğin büyük parçaların tanktan çıkarılması gerektiği durumlarda engel teşkil edebilir). Bu tipteki sistemin kullanımı engelleyici tarafı, üfleme tarafında zerrelerin geçerek atölye havasına zararlı zerreciklerin doluşmasıdır.
İkinci yardımcı tedbir ise, plastik yüzen parçacıkların çözeltide yüzdürülmesidir (genelde polistiren veya polietilen esaslı). Plastik toplar veya çubuklardan oluşan kalın (yaklaşık 5 santimetre) bir tabaka, kaplama çözeltisi üzerinde yüzdürülür. Bu parçalar, kaplanacak malzemelerin çözeltideki hareketlerini engellemezken, zerreciklerin havaya karışmalarını engelleyerek değerli olan kromik asitin kaybını önlerler. Fakat, şekli ne olursa olsun, plastik parçacıkların uzun süreli kullanımları çeşitli problemlerin ortaya çıkmasına yol açacağından, bu yöntemden çok daha iyi olan 3. yöntemin uygulanması gereklidir.
Üçüncü yardımcı tedbir, yüzey aktif kimyasalları kullanmaktır. Bu kimyasallar, banyo yüzeyi üzerinde bir köpük battaniyesi oluşturarak kromik asit zerreciklerinin havaya karışmasını engellemektetir. Birkaç yıl öncesine kadar bu yöntem pratik değildi. Bunun nedeni yüzey aktif kimyasalların, kromik asitin etkisiyle bozulmasıydı.
Florür içeren yüzey aktif kimyasalların geliştirilmesi ile ki, bu kimyasallar kromik asit ile oksitlenmezler; yeni yöntem uygulanabilir hale gelmiştir. Bu yöntem, problemin çözümü için oldukça etkili olup daha düşük güçte vantilasyon yapılabildiğinden maliyet ve ısı kaybında tasarruf sağlanabilmektedir. Ayrıca olumlu bir etki de banyonun yüzey gerilimi düşürülerek, kaplama çözeltisinin kaybının önüne geçilebilmesi olmuştur. Bu kimyasalların kullanılmasının tek dezavantajı, özellikle sert krom kaplama işinde; eğer kalın kaplama yapılırsa kaplama yüzeyinde küçük çukurcukların oluşmasına yol açarlar. Bu problem adi nemlendirici kullanımından veya uzun kullanım süresi boyunca nemlendirici iyi de olsa parçalanmasından kaynaklanmış olabilir. Bu bilgiyi aklınızda tutun. İleride bir gün işinize yarayabilir.
Krom Kaplama Tankları Çevresinde Alınması Gereken Önlemler
Krom kaplamada tankları çevresinde çalışırken, kauçuk eldiven önlük ve kauçuk çizme giyilmelidir. Saf vazelin veya krom tankı çevresinde çalışırken kullanmak için özel olarak imal edilmiş kremi ellerinize sürün. Bazı çalışanlar burun deliklerine de vazelin sürerler. Eğer cildinize asit temas eder ise bol su ile yıkayınız. Eğer çalışma ortamınızda yoğun koku hissederseniz ya havalandırma ya da zerrecik arıtan kimyasallar görevlerini yapmıyor demektir. Bu durumda çalışmaya devam etmeyin, hemen ortamı terk edin ve ortamın havasının düzelmesini sağlayın.
Doğru güvenlik kurallarına tam anlamıyla uyularak cilt problemlerinin oluşması ve benzeri tehlikelerin oluşması engellenir. Siz sadece dikkatsizce davranışlarda bulunmayın!
Krom Kaplama Banyosu Reçeteleri
Klasik kromik asit, sülfat bileşimli banyolar için en yaygın kullanılan 3 reçete vardır. Bu üçü içinde, en az kullanılanı en sonda listelenendir.
Bileşen
Reçete 1
(gr/lt su)
Reçete 2
(gr/lt su)
Reçete 3
(gr/lt su)
Kromik Asit
247
300
397
Sülfürik Asit
2,47
3
39,7
Reçete 1’ deki söz edilen sülfat iyonunu çözeltiye geçirmek için alternatif yollar 16,7 gram potasyum sülfat (K2SO4) veya 13 gram susuz sodyum sülfat (Na2SO4) veya 23 gram magnezyum sülfat (MgSO4) kullanmaktır. Reçete 2 ve Reçete 3’te bu kimyasallar, orantılı olarak daha fazla miktarda kullanılabilir.
Bu banyoların kendilerine özgü avantaj ve dezavantajları vardır. 247 gram/litre’ lik banyo ile daha uygun hızda kaplama işlemi yapılırken, süzüntü kayıpları en az olur. 397 gram/litre’ lik banyo ile daha yüksek “dağılma gücü” ve daha yüksek iletkenlik elde edileceğinden, aynı miktarda kaplama işlemini yapmak için daha az enerji harcanacaktır. Bunun yanında, süzüntü kayıpları daha yüksek olur. 300 gram/litre’ lik banyo ile bu ikisi arasında en optimum sonuçları almak mümkündür.
Eğer formülleri irdelerseniz göreceksiniz ki sülfürik asit miktarı kromik asit miktarının 1/100’ üne eşittir. Kromik asit ile sülfat arasındaki orana “kromik asit/sülfat oranı” veya daha basitçe “sülfat oranı” veya “katalizör oranı” denir. Pek çok denemeler göstermiştir ki, eğer kaplama işleminin başarılı olması hedeflenirse yukarıda söz edilen oranın oldukça dar bir bant aralığında bulunması gereklidir. Eğer sülfat yeteri kadar kullanılmaz ise kaplanan krom, kahverengi olarak oksitlenir ve zamanla kaplama yok olur gider. Yüksek oranda sülfat kullanılır ise, zaten düşük olan “dağılma gücü” daha da kötüleşir. Genel olarak, eğer kromik asit, sülfat oranı 100 olur ise, en iyi sonucun elde edildiği görülmüştür.
Bu 3 banyo için geçerli olmak üzere, oran 1 / 75 ile 1 / 125 arasında olabilmekte, en optimum sonuç 1 / 100 oranı ile sağlanmaktadır.
Krom Kaplama Banyosunun Hazırlanması
Krom kaplama banyosunu hazırlamadan önce, kromik asit aldığınız tedarikçiden, kromik asidin analizini isteyin. Özellikle sülfatlar ve nitratlar açısından mümkün olan en az kirliliğe sahip olmalıdır.
1. Tankı yarısına kadar su ile doldurun.
2. Tankın hacmine uygun olarak, kromik asit miktarını ayarlayın. Ayarlama, çözelti çizgiye kadar tamamlandığında[29] kromik asit konsantrasyonu 247 gram/litre olacak şekilde yapılmalıdır.
3. Kromik asidin içinde daima bir miktar sülfat içereceği gerçeğini göz önünde bulundurarak, uygun miktarda sülfürik asit ilavesi yapın.
4. Polistren veya polipropilen bir çubuk veya temiz bir tahta ile tankı çok iyi karıştırın ve işarete kadar su ilavesi yapın.
Krom Kaplama Çözeltisinin Hazırlanması İçin Örnek: Krom kaplama banyosunun tank boyutları 180 cm x 90 cm x 105 cm (derinlik)’dir. Duman ızgaralarının 15 cm altında bulunan çözeltinin tanktaki derinliği 90 cm’dir. Kromik asidin analizine göre, sülfat içeriği %0,05 (ağırlıkça) olup nitrat miktarı “sıfır” dır.
Yöntem: Çözeltinin hacmi ; 18 dm x 9 dm x 9 dm = 1458 dm³ = 1458 litre’dir. Birinci reçeteye göre (247 gr/lt) gerekli olan kromik asit miktarı; 247 [gr/lt] x 1458 [lt] = 360.126 gr yani 360 kg 126 gr’dır.
Ağırlıkça %0,05 sülfat bulunmasının anlamı, 360,126 kg kromik asit çözündüğünde, tank içinde 360,126 x 0,0005 = 0,18 kg sülfat bulunacak demektir. Eğer 100/1 oranında bir banyo hazırlanacaksa, tankın tamamı için 360 x 0,01= 3,6 kg sülfürik aside ihtiyaç vardır. Buradan; 3,6 – 0,18 = 3,42 kg sülfürik asit ilavesi yapılması gerektiği sonucu çıkar.
Yukarıdaki örnek, size çok ince hesaplamalar gibi gelebilir. Fakat sülfat miktarı çok önemli olduğundan, özellikle kromik asitteki sülfat oranı %0,02’den yüksek ise yukarıdaki gibi ince hesapların yapılması gereklidir.
Asidin ilave edilmesi için en iyi yöntem (660 Bome’lik) konsantre asidin dereceli silindirde ölçülerek ilave edilmesidir.
563,75 ml konsantre sülfürik asit, 1 kg ağırlığındadır.
Buna göre, yukarıdaki örnekte kaplama banyosuna ilave etmek için 3,42 kg x 563,75 ml/kg = 1928 ml = 1,928 lt aside ihtiyaç vardır. Asidi banyo sabit bir hızda karıştırılırken ilave edin, (asidi dökerken güvenlik maskenizi takınız!) daha sonra “işarete” kadar tanka su doldurun ve karıştırmaya devam edin. Çözeltiyi bir süre kendi haline bırakın ve daha sonra kullanıma alın.
Krom Kaplama Banyosunun İşletilmesi
Krom kaplama banyolarından parlak kaplama kalitesi elde edilebilmesi için dar sınırlar içindeki çalışma değerlerinde çalışılması gereklidir. Kontrol altında tutulması gereken değişkenler; “akım yoğunluğu”, “sıcaklık” ve “sülfat oranı”dır. Eğer parlak bir krom kaplama elde edilmesi arzu ediliyorsa, kaplanacak yüzeyin polisajının çok iyi yapılmış olması olması gereklidir.
Çalışma parametreleri
Reçete 1
(247 gr/lt)
Reçete 2
(374 gr/lt)
Sıcaklık
51,7 °C
43,3 °C
Akım Yoğunluğu
10,8 – 21,7 A/dm²
12,3 A/dm²
Anot / Katot Oranı
1,25/1 – 1,75/1
1,25/1 – 1,75/1
Karmaşık grafikler çizilerek uygun işletme şartlarına ulaşmak mümkün olabilir, fakat yukarıda verilen bilgilere ek olarak aşağıdaki basit kuralları uygulayarak kendinize en uygun krom kaplama banyosu ile çalışmış olursunuz.
1. Banyo sıcaklığı arttıkça, eğer daha önceki “dağılma”nın aynı kalmasını isterseniz akım yoğunluğunu da artırmalısınız. 247 gr/lt’lik banyoda, kaplamanın sonucu, arttırılmadan önceki kalitesinde ise, eğer “dağılma gücü” aynı kalırsa, sülfat oranı 120/1’e yükseltilmelidir. Aksi taktirde birazcık azalacaktır. Ayrıca dikkat edilmelidir ki, parlak kaplama yapılabilecek çalışma aralığı sıcaklığın artması ile daralacaktır.
2- Eğer banyo sıcaklığını arttırır, akım yoğunluğunu arttırmaz iseniz katot verimi düşecek ve kaplama zayıf olacak ayrıca nikel kaplamalar daha kolayca pasif32 hale gelecektir.
3- Kromik asit miktarı, sıcaklık ve akım yoğunluğu sabit kalmak şartıyla, sülfat miktarı arttırılır ise (sülfat oranı düşürülür ise) katot verimi iyileşecektir. 85/1 oranı geçildiğinde katot verimi tekrar düşmeye başlar. Sülfat oranı 100/1 değerini geçerse katot verimi düşecek ve nikel yüzeyinin pasivasyonu artış eğilimi gösterecektir.
Fluosilikat ve Florür İçeren Krom Kaplama Banyoları
Katalizör olarak sadece sülfat iyonu içeren normal krom kaplama banyoları endüstride en yoğun kullanılan krom banyosu tipi olmakla birlikte, son yıllarda fluosilikat ve florür gibi katalizörler içeren krom kaplama banyoları da kullanılmaya başlanmıştır. Bu 2 tip katalizörün kullanımı ile katot akım veriminde iyileşme, aynı kalınlıkta yapılan kaplamanın süresinde %40’a varan zaman tasarrufu ve bir şekilde “dağılma gücü”nde iyileşme olmaktadır. Korozyondaki (aşınma) artış dezavantajı, uygun malzeme kullanarak ve çalışma ortamını daha dikkatli bir şekilde kontrol altına tutarak üstesinden gelinmiştir. Tescilli olarak satılan bu amaçla üretilmiş pek çok çözelti vardır ve bunların üreticilerinin adlarını bu dersin sonundaki referanslar listesinden edinebilirsiniz. Eğer kendi çözeltinizi üretmek isterseniz tavsiye edeceğim reçete aşağıdadır.
Bileşen
Derişim (gram /litre)
Kromik asit
250
Sülfürik asit
0,50
Fluosilisik asit
2,00
Çalışma parametreleri
Önerilen değerler
Sıcaklık
51,7 °C
Akım yoğunluğu
21,52 – 32,3 A/dm² (1,4 – 2,1 ASI33)
Eğer arzu edilirse, yukarıdaki reçetede fluosilisik asit yerine, potasyum florür (KF) formunda florür ilave edilebilir. Yukarıdaki reçeteye göre, fluosilisik asit yerine potasyum florür kullanılmak istense, ne kadar potasyum florür gerektiğini hesaplanmayı size bırakıyorum.
Kendi Kendini Ayarlayan Krom Banyoları
Krom kaplama banyolarının çalıştırılmasında, eğer iyi bir kontrol sağlanmaz ise CrO3/SO4-2 oranının değişme eğilimi vardır. Bunun nedeni, kromik oksidin kromun kaplanması ile ve süzüntü kayıpları yoluyla banyodan uzaklaşmasıdır34. Bu arada, sülfat ve diğer katalizör iyonlar da süzüntü yoluyla banyoya girmektedir. Böylece, yukarıda söz edilen oran sapmış ve sonuçta elde edilen kaplama kalitesi bozulmuş olur. Bu sorunun çözümü için ticari bir çözelti geliştirilmiş ve problem oldukça düzenli bir yöntem ile halledilmiştir. Bu banyoda, SO4–2 iyonunu elde etmek için her zaman kullanılan sülfürik asit yerine, çözelti içinde çok az çözünürlüğü olan “stronsiyum sülfat” (SrSO4) kullanılmıştır. Ayrıca, çözelti içinde bir miktar çözünürlüğü olan “stronsiyum kromit” (SrCrO4) de mevcuttur. Çözeltide daima fazla miktarda sülfat tuzları mevcuttur ve çözelti içinde göreceli olarak çözünürlükleri düşük olduğu için, tankın dibine çökerler. Bu çökelti, sülfat iyonları ihtiyacı için bir kaynak görevi görür. Şöyle ki; varsayalım, kaplama banyosuna herhangi bir tip asit daldırmasından çözülebilir sülfat karışıyor olsun. Stronsiyum iyonları hemen tepkimeye girerek SrSO4 oluşturur. Tank çözünme doygunluğuna ulaştığında, bu SrSO4 tank dibine çökelmeye başlar. Sonuçta, kaplama banyosunun sülfat içeriği miktarı, kazara sülfat ilavesi yapılmadan önceki miktarına eşit hale gelir.
Yukarıda söz edilenlerin tersi bir durumda da, varsayın ki; kaplama banyosundan, gereğinden daha fazla miktarda sülfat uzaklaştırılmış olsun. Bu durumda, tankın dibine çökelmiş olan çökeltiler, çözelti içinde çözünür ve çökeltideki sülfat miktarı korunmuş olur. Durum, Şekil 14’te şematik olarak gösterilmiştir.
Stronsiyum bu amaçla kullanılabilecek olan, doğru çözülebilirlik özelliklerine sahip az miktardaki tuz türünden biridir35. Bu yüzden, kalsiyum ve baryumun hem sülfat, hem de kromat tuzlarının çözünebilirlikleri çok düşük olduğundan bu amaçla kullanılamazlar. (Baryum sülfatın 1 litre su içindeki çözünürlüğü 0,0002 gr. olmasına karşın, stronsiyum sülfatın 1 litre su içindeki çözünürlüğü 0,1 gr.dır).
Krom Kaplama Banyosunun Kontrolü
Sıcaklık: Krom kaplama banyosunu ısıtmak için, uygun bir termostat ile kontrol edilen, kurşun alaşımlı buhar bobinleri kullanılır. Daldırma tipi kuartz ısıtıcılar da kullanılabilmekle birlikte, eğer banyoda florür mevcutsa bunların kullanımı tavsiye edilmez. Bobinler, bipolar (çift kutup) etkisi hiç olmayacak veya minimum olacak şekilde yerleştirilmelidir. Bu amaca ulaşmak için genelde uygulanan yöntem, ısıtıcı bobinin anodun arkasına yerleştirilmesidir. Banyonun hacmi büyüdükçe, ısı eşanjörü kullanımı daha tercih edilen yöntem olmaktadır. Isı eşanjörünün borularında ve çözelti ile temas eden yüzeylerinde kurşun alaşımları (%45 Sn veya %6 Sb), tantal veya payreks cam tercih edilmelidir. Eğer banyoda florür mevcut ise, ki bu pek çok ticari çözelti içinde bulunmaktadır, ısı eşanjörü malzemesi olarak tantal veya teflon kaplanmış bobinler tercih edilmelidir.
Daha önceki anlatımlarından çıkarabileceğimiz gibi, krom kaplamada sıcaklık çok önemli bir parametredir. İyi çalıştırılan bir krom kaplama banyosunda, sıcaklıktaki sapma en fazla 1,5 °C olmalıdır. Tercih edilen sıcaklık sapma değeri en fazla 0,5 °C’dir. Bazen banyo sıcaklığındaki 1,5 °C’lik bir oynama, normalde parlak kaplama yapılan akım yoğunluğunun işe yaramamasına, dolayısı ile pek çok ıskartanın ortaya çıkmasına yol açabilmektedir. Bu tür problemleri, hassas bir sıcaklık kontrolü uygulayarak ortadan kaldırın. Böylece para tasarrufu da sağlamış olursunuz.
İşe yeni başlayan kaplamacıların ve hatta bazı uzmanların da çok sık yaptıkları hatalardan biri de, soğuk malzeme alıp, soğuk suda durulayıp, krom banyosuna daldırıp hemen akım vermektir. Daha sonra ise niye banyo görevini yapmıyor diye merak ederler! Eğer ortada bunu yapmak için özel başka bir gerekçe yok ise, banyoya sokulan kaplanacak parçanın sıcaklığının banyo sıcaklığına eşit olmasının sağlanması gereklidir.
Kromik Asit İçeriği: Günlük çalışmalarda Bome Hidrometresi ile kolaylıkla kontrol altına alınabilir. Bir çözeltinin kromik asit miktarını test etmek için çözeltiyi oda sıcaklığına kadar soğutun (test için birazını dereceli silindire alabilirsiniz) ve sudan daha ağır sıvılar için kullanılan Bome Hidrometresini sıvının içine bırakın. Bome belli bir derinliğe kadar sıvı içine batarak yüzer halde kalacaktır, skala üzerinde 20° ila 40° Bome okunmalıdır. Tablo 5’ten yaklaşık kromik asit derişimi belirlenebilir.
Dikkat ettinizse “yaklaşık derişim” ifadesini kullandık. Bunun nedeni, pratik olarak hemen hemen saf kromik asitten bahsedilmekte ve Bone Hidrometresi de, oldukça doğru miktarı belirleyebilmektedir. Fakat, çözelti eskidikçe, bazı demir tuzları ve 3 değerlikli krom gibi diğer maddelerin varlığından dolayı, elde edilen değer doğru kromik asit miktarının tanımlanmasına imkan vermez.
Bu nedenle kromik asit miktarı, (size vereceğim zaman programına göre) zaman zaman “kimyasal analiz” ile belirlenmelidir.
Kimyasal Analiz ile Kromik Asit
Standart krom kaplama banyolarındaki kromik asit miktarının belirlenebilmesi için kullanılan “hidrometre” metodu yeterince iyi bir yöntemdir. Yeterince iyi olmasının nedeni, her ne kadar sülfat bulunuyorsa da, kromik asit miktarı ile karşılaştırılacak olursa bu göz ardı edilebilir bir miktar olup, hidrometreden okunan değeri etkilemez. Fakat daha önce de söz edildiği gibi, banyo eskidikçe demir tuzları gibi kirletici tuzlar banyoda birikmeye başlar. Bunlar da hidrometrenin doğruluğunu saptırırlar. Size bu zorluğun üstesinden gelmenizi sağlayacak bir yöntem göstereceğim.
Gerekli Kimyasallar : 1 N sodyum karbonat çözeltisi
Yöntem: 500 ml’lik erlene 10 ml çözelti numunesi koyun. (Zehirli çözeltileri nakletmek için ağız pipeti kullanmayın). 300 ml saf suyla seyreltin. %20 lik nötr bakır sülfat çözeltisinden 2 ml ekleyin. Bulanık bir görüntü alıncaya kadar (ilk bulanıklık görüntü görülene kadar) 1 N Na2CO3 ile titre edin.
Hesaplama: Kullanılan 1 N sodyum karbonat … [ml] x 11,983 = … [gr/lt]. Banyo içindeki kromik asit miktarı.
Sülfat Oranı
Bir krom kaplama banyosu içinde bulunan sülfat miktarı, basit bir sülfat test kiti yardımı ile kolayca belirlenebilir. Baryum sülfat çökeltisi santifrüj edilir ve hacmi ölçülür. Santifrüj metodu ile %2 hassasiyetle ölçüm yapılabilmesine rağmen, bu hassasiyet çoğu durumda yeterli gelmektedir.
Gerçekten hassas bir kontrol için, baryum çökeltisinin “gravimetrik” analitik yöntem ile tartılması kullanılabilir. Çoğu durumda, gerekli olduğunda dahi bu yöntem çok seyrek kullanılan bir yöntem olduğundan burada söz edilmeyecektir. Eğer bu konuda, ayrıntılı bilgi edinmek istenirseniz, bu dersin sonunda verilen referanslara başvurabilirsiniz.36
“Sülfat oranı” hakkında çok iyi fikir verebilen bir diğer test de “eğri katot testi”dir. Bu testte biraz deneyim kazanarak, kimyasal analiz yöntemiyle elde edilecek sonucun %5’i doğrulukta tanımlama yapmak mümkündür. Aşağıda bunun nasıl yapılacağı anlatılmaktadır. Şekil 15’te gösterildiği gibi bir dizi kıvrılmış bakır şerit hazırlayınız.
Bakır şeritlerin polisajı yapılmış olmalıdır. Bir bakır şerit temizlenir ve anotlardan birinin tam karşısında, katot barasına bir ampermetre ile tutturulmuş şekilde (Şekil 16) krom kaplama banyosuna daldırılır. Örneğin 13 A/dm² gibi büyüklüğü bilinen bir akım yoğunluğu uygulandığında, bakır şeridin üzerine kaplanan kromun çoğu şeridin kenarlarına ve akımın en yüksek olduğu kenar yüzeylerine kaplanır (2. Ders’e bakınız). Kaplanan bölgenin büyüklüğü, bize çözeltinin “dağılma gücü” hakkında bilgi verir.
Eğer kısa bacağın boyu 16’ya bölünür ise, A ile gösterilen bölgenin boyu, “dağılma gücü”nün ölçüsünü gösterir. A’nın boyu uzadıkça, “dağılma gücü” de daha iyileşiyor demektir. Hemen hemen iki çözeltinin birbirine denk olduğu durumlarda, B ile gösterilen bölgenin boyunun artması, daha iyi “dağılma gücü”nün elde edilmesi anlamına gelir.
Test için şeridi kullanırken; hazırlanmış banyo ile çalışma sırasında, şeridi bir çengele asın ve banyonun çalıştırılması için kullanılan akım yoğunluğunda test edin. Bir anoda bakan şeridin yüzey alanı 19,35 cm² olmalıdır. Eğer kaplama işinizin çoğunu 13 A/dm² ile yapıyorsanız, bunun anlamı şekilde gösterilen parçadaki akım yoğunluğunun (ampermetrede okunan değerin) 2,5 Amper’in üzerinde olması gerektiğidir. Şeridi, 15 saniyelik bir süre için kaplayın ve yıkayıp kuruttuktan sonra A ve B boyutlarını ölçün. Sülfat oranı düştükçe, “dağılma gücü” pratikte yok olana kadar A boyutu da küçülecektir. Zaman içinde deneyim kazandıkça, banyodaki sülfat oranını en uygun noktaya getirmek için eklemeniz gereken kromik asit miktarını kendiniz bulacaksınız. Bu miktar, hidrometre veya kimyasal test yöntemleri ile yaklaşık olarak bulunan miktarlara uygun olacaktır.
Diğer taraftan eğer oran artarsa, dağılma gücü bir miktar artabilir (A boyu uzar), fakat öyle bir noktaya ulaşılır ki, kaplanan kromun rengi değişir veya açık kahverengiye doğru kayar. Bu durumda, “A boyu” olması gereken miktara gelene kadar çözeltiye sülfat ilavesi yapılmalıdır. Yeterli deneyime ulaşana kadar, yukarıda söz edilen testleri küçük bir banyoda yapmalı ve büyük (asıl) banyodaki değerleri değiştirirken orantılı olarak yapacağınız hesaplara göre ilave yapmalısınız.
Eğer şansınız yaver giderse, kromik asit doğru miktarda iken sülfat miktarı artar; olması gerekenden fazla olan sülfat, baryum sülfat olarak çökelerek banyodan uzaklaşmış olur. Bunu yapmak için, uzaklaştırmanız gereken sülfürik asitin her 1 gramı için, 4 gram baryum hidroksit ilavesi yapmalısınız. İlk önce baryum kromat çökeltisi oluşup, daha sonra kimyasal tepkime ile baryum kromat, baryum sülfata dönüştürüldüğü için, bu işlem uzun zaman alır.
Bu nedenle, eğer sülfat miktarı çok aşırı artış göstermedi ise banyodaki oranı olması gereken noktaya getirmek için banyoya biraz fazla kromik asit ilavesi yapmak yeterlidir. Bu hareket, kaplama kalitesinin derhal iyileşmesine ve tankın dibinde çökelti oluşmamasına imkan verir. Tanktan çeşitli yollarla kayıpların olması, kaplama banyosunun normal derişime ulaşmasını sağlar.37
ÖRNEK 9: 3785 litrelik krom kaplama tankınız var (247 gr/lt). Yapılan test sonucu, 247 gr/lt kromik asitte 2,85 gr/lt sülfat bulunduğu tespit ediliyor. Bu çözelti için 100/1 oranı kullanılıyor ise, durumu düzeltmek için ne yapmalısınız?
CEVAP:
1. Yol: Oranı tekrar 100/1’ e denk getirmek için, banyonun 285 gr/lt kromik asit içermesine ihtiyacınız vardır. Bu nedenle, banyoya (285 – 247) x 3785 = 143830 gr veya 143830/1000 = 143,83 kg ilave yapılmalıdır.
2. Yol: Sülfatı miktarını 100/1 oranına getirmek (247/100 = 2,47 gr/lt olacak şekilde ayarlamak) için uzaklaştırmanız gereken miktar; (2,85 – 2,47) x 3785 x 4 = 5753 gr baryum hidroksit ilave etmek gereklidir. Hidroksit, çözelti karıştırılırken yavaşça ilave edilmelidir ve daha sonra çözelti tekrar kullanılmaya başlamadan önce, tercihen 1 gece boyunca dinlenmeye bırakılmalıdır.
6 Değerlikli Krom Banyolarında Bulunan 3 Değerlikli Krom:
Kaplama banyosunda, suyun katotta ayrışması sonucu hidrojen oluşmasının yanı sıra, iki tane daha önemli katodik işlem (tepkime) gerçekleşir:
Cr+6 + 6e– = Cr (Krom metali)
Cr+6 + 3e– = Cr+3 (3 değerlikli krom)
İlk tepkimede, 6 değerlikli kromun 6 elektron alarak, katotta krom metali olarak kaplanması, doğal olarak bir kaplamacı açısından son derece önemlidir. Bu, durumun basit bir görüntüsüdür. Her ne kadar 6 değerlikli kromun direkt olarak metale indirgeneceğini belirten kanıtlar varsa da, bazı ara tepkimeler de oluşmaktadır ki, elektrik enerjisinin boşa sarf edilmesi açısından kaplamacıları kaygılandıran bir durumdur. Bu ara tepkimeler sonucu, 6 değerlikli krom, kolaylıkla metalik kroma dönüşmeyen 3 değerlikli kroma dönüşür. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki, iyi krom kaplama kalitesine ulaşmak için az miktarda 3 değerlikli krom iyonlarına ihtiyaç olmakla birlikte, miktar aşırıya kaçarsa elektrik enerjisinin boşa harcanmasına yol açar. Buna ilaveten, katot verimi düşer ve 22,5 gr/lt miktarı aşılır ise kaplamanın rengi grileşmeye başlar.
Size, birazdan vereceğim bir zaman programı çerçevesinde, banyo içindeki 3 değerlikli krom miktarını zaman zaman kontrol etmenizi tavsiye ederim.
3 Değerlikli Krom Testi:
1. Kaplama banyosundan 10 ml numune alın ve bunu bir balon jojenin içine koyup, saf suyla 500 ml’ye seyreltin. (Zehirli çözeltileri nakletmek için ağız pipeti kullanmayın). Çalkalayın. Seyreltilmiş bu çözeltiden 10 ml numune alın (buna aliquot – tambölen miktar da denir) ve 250 ml’lik erlene nakledin.
2. 0,2 gr. sodyum peroksit ilave edin (Dikkatli şekilde!) ve 30 dakika boyunca kaynatın, daha sonra 100 ml su ilavesi yapın.
3. 2 gr. amonyum bifloriür ve 15 ml. hidroklorik asit ilave edin. Çözeltiyi oda sıcaklığına soğutun.
4. Çözelti oda sıcaklığına ulaştıktan sonra, %10 luk potasyum iyodür çözeltisinden 10 ml ilave edin.
5. Çözeltiyi, rengi koyu kahverengiden açık sarıya dönüşünceye kadar 0,1 N sodyum tiyosülfat çözeltisi ile titre edin.
6. Şimdi, 3 ml nişasta indikatör çözeltisi ilave edin (%10 luk). Çözeltinin rengi koyu maviye dönecektir.
7. Mavi renk kaybolup, 1 dakika içinde tekrar oluşmayana kadar 0,1 N tiyosülfat ile tekrar titre edin. Toplamda kullandığınız tiyosülfat miktarını (ml.sini) not alın.
Hesaplama:
… [gr/lt] Toplam kromik asit miktarı = … [ml] Kullanılan tiyosülfat miktarı x Tiyosülfatın normalitesi x 166,27
Elde edilen rakamdan, sodyum karbonat kullanılarak yapılan düzenli testin sonucunda sağlanan kromik asit miktarını (gr/lt) çıkarın. Bulduğunuz bu farkı 3,895 ile çarparak, 3 değerlikli krom miktarını, [gr/lt] cinsinden elde edebilirsiniz.
ÖRNEK #10: Karbonat titrasyonu ile, kromik asit 258 gr/lt olarak ölçülmüştür. 3 değerlikli kromun, sodyum peroksit işlemi ile oksitlenmesinden sonra, titrasyon 287 gr kromik asit değerini göstermektedir. Buradan, 3 değerlikli krom miktarı = (287 – 258) x 3,895 = 112,95 [gr/lt] bulunur.
Banyonun Kontrolü için Hull Cell Kabı’nın Kullanımı
Krom kaplama banyonuzun kontrolü için, eğri katot testine alternatif olarak, kadmiyum kaplama konusunda sözü edilmiş olan Hull Cell kabı yöntemini veya bu kabın biraz değişikliğe uğramışını kullanabilirsiniz. Şekil 17’de tipik test levhalarında oluşacak şekiller görülmektedir.
Tercih edilen yöntem; pirinç test levhasının38 önce parlak nikel ile (eğer var ise, hatalar, nikel kaplama sayesinde daha kolay görülebilir) 2-3 dakika kaplanması, durulanması ve sonra krom ile kaplanması şeklindedir.
Değişikliğe uğramış Hull Cell kabı testinde ise, Şekil 18’de gösterildiği gibi, bir Lucite Hull Cell kabına 10 mm.lik delikler açılır ve daldırma tipi bir kuartz ısıtıcı kullanarak, Payreks kavanoz vb. elverişli bir kapta test gerçekleştirilir. Bu değişikliğin gerçek kaplama şartlarını 2 kat iyileştirdiği iddia edilmiştir.
Çatlaksız Krom
Krom metali, genellikle oldukça yüksek oranda gerilmeye sahip formda kaplandığından çatlamaya yatkındır. Oluşan çatlaklar çekme gerilmesi sonucu oluşur ki, miktarı 100.000 psi kadar yüksek bir değere ulaşabilir. Doğaldır ki bu durum kaplamada gözeneklerin oluşmasına yol açar. Daha sonra ki bölümlerde göreceğiniz üzere, oluşan bu gözenekler bazı durumlarda yağlama açısından arzu edilebilir olacaklardır. Diğer taraftan, bazı durumlarda arzu edilmezler çünkü, altındaki ana metalin paslanmasına yol açarlar.
Aşağıdaki bileşime sahip bir kaplama banyosu ile çatlaksız krom kaplama elde etmek mümkündür:
Bileşen
Derişim (gr/lt)
Kromik Oksit
352
Sülfürik Asit
2,25
Çalışma Parametreleri
Önerilen Değerler
Sıcaklık
54 °C
Akım Yoğunluğu
16 – 27 A/dm²
0,75 mikrondan daha kalın yapılan kaplamalarda çatlaklar oluşur.
Ayrıca; ticari olarak satılan, çatlaksız krom kaplama elde edilebilen çözeltiler de bulunmaktadır.39 Referans listesinden, tedarikçilere ulaşmanız mümkündür.
Mikro-Çatlaklı Krom
Nikel üzerine dekoratif amaçla krom kaplanırken, korozyona dayanım açısından bakıldığında, eğer krom kaplama üzerinde çok ince çatlaklar mevcutsa daha iyi sonuç alınır. Bu durum size oldukça acayip gelebilir fakat, göründüğü kadar acayip bir durum değildir. Normal krom kaplama, alttaki nikele göre katodiktir. Bunun anlamı, nikel maruz kaldığında çözünecektir. Eğer krom kaplamada çatlak mevcut değilse başka bir deyişle gözenekli değilse, zayıf nikel katmanı için mekanik koruma var demektir. (kadmiyum kaplama konusunda söz edilen konuya bakınız). Bununla beraber, normal kaplamalarda olduğu üzere, eğer krom kaplamada az miktarda çatlaklar mevcut ise, (çatlaksız tip olsa bile) aşındırıcı kimyasal madde buradan sızar ve nikeli yoğun şekilde korozyona uğratır (Şekil 19). Küçük bir anodik bölge ve göreceli olarak daha geniş katodik bölge oluşmasından dolayı derin karıncalanmalar meydana gelir, nikelin de altına sızan korozif kimyasal madde, korozyona meyilli ana malzemeyi çabucak etkiler, korozyon hızla yayılarak malzemeyi çürütür ve zarar görmesine yol açar.
Diğer taraftan, krom kaplama üzerinde pek çok çatlak olur ise, her ne kadar aşındırıcı kimyasal maddenin, attaki nikele ulaşma şansı varsa da, anodik bölge ile katodik bölgeler hemen hemen birbirine eşit olacağından, korozyon şiddeti oldukça küçük kalacaktır.40
Nikel yüzeyindeki korozyon son derece sığ kalacak en alttaki ana metale son derece az nüfuz etme durumu olacaktır (Şekil 20).
Sıradan krom kaplama banyoları ile üretilen çatlaklı krom kaplamalar burada işe yaramaz. Mikro-çatlaklı krom kaplama yüzeyi deyiminden anlaşılması gereken şudur: 2,5 santimetrelik bir çizgi üzerinde en az 1000 adet çatlak olmalıdır! Çatlak genişlikleri çok küçük olduğundan çıplak gözle görülemez, en az 100 kat büyütmeli mikroskop aracılığı ile görülebilir.
Mikro-çatlaklı krom kaplama elde edilebilmesi için çeşitli yöntemler mevcut olup, bunlardan biri de selenyum katılmış kimyasallar kullanmaktır. Fakat bunların çoğu patentli olup, patentli çözeltiler kullanılmasını gerektirir. Krom kaplamanın çatlaklı yapıda olması için; başka düzenlemeler de yapılması gerekmekle birlikte, akım yoğunluğu arttırılmalı, kaplama banyosunun sıcaklığı ve kromik asit derişimi düşürülmelidir. Eğer mikro-çatlaklı krom kaplama elde etmek istiyorsanız, piyasada satılan tescilli krom kaplama çözeltilerini kullanmanızı şiddetle tavsiye ederim. Fakat kendiniz yapmaya hevesli iseniz, aşağıda size vereceğim 2 çözeltiyi hazırlamayı da deneyebilirsiniz.
Aklınızdan çıkarmamanız gereken nokta; eğer mikro-çatlaklı krom kaplama ile çalışıyorsanız, kaplama kalınlığı çok fazla olursa krom kaplamadaki çatlaklar alttaki nikel kaplamayı da çatlatır ve mikro-çatlaklı krom kaplama yapmaktaki amaca ulaşamamış olursunuz. Bu yüzden krom kaplama kalınlığının 0,75 mikrondan fazla olmaması önerilir.
Çözelti #1
Bileşen
Çelik üzerine kaplama için gerekli şartlar
Çinko üzerine kaplama için gerekli şartlar
Kromik Asit
375 gr/lt
412 gr/lt
Sülfürik Asit
3,75 gr/lt
2,9 gr/lt
Sıcaklık
49 °C
49 °C
Akım Yoğunluğu
16 A/dm²
16 A/dm²
Malzemeyi; 5-8 dakika süreyle kaplayınız. Eğer girintili – çıkıntılı bir parça ise daha uzun sürede yapabilirsiniz. Parçayı durulayın ve ikinci banyoya alın.
Çözelti #2
Bileşen
Çelik üzerine kaplama için gerekli şartlar
Çinko üzerine kaplama için gerekli şartlar
Kromik Asit
187 gr/lt
225 gr/lt
Sülfürik Asit
1 gr/lt
1,25 gr/lt
Fluosilikat olarak Florür iyonu
1,5 gr/lt
1,9 gr/lt
Sıcaklık
54 °C
54 °C
Akım Yoğunluğu
10,7 A/dm²
11,8 A/dm²
5-8 dakika süreyle kaplayın, çok iyi durulayın ve tekrar su altında yıkama yapın.
Dolapta Krom Kaplama
Krom çözeltisi ile dolapta kaplama yapmanın bazı zorlukları vardır. Bunlar, düşük dağılma gücü, düşük katot verimi ve gerektirdiği yüksek akım yoğunluğudur. Gerçeği söylemek gerekirse, küçük parçaların dekoratif amaçlı kaplanması için uygun olup, çok az durumda, parçaların başarılı bir şekilde sert krom kaplanması sağlanabilmektedir ki, buna örnek olarak dişçilikte kullanılan aletler gösterilebilir. Aşağıda, bilmeniz gereken bazı hususlar belirtilmiştir:
1. Kaplama çözeltisinin, florür tipi olması şarttır. Size lazım olan en yüksek dağılma gücü ve verimlilik, bu tipteki çözeltilerle elde edilmektedir.
2. Katalizör/kromik oranı, en yüksek dağılma gücü elde edilecek şekilde ayarlanmalıdır. Bu, gerçekten de şarttır.
3. Metal yapılı özel bir dolap ve içinde anot olması gereklidir. Bu ev yapımı dolaplar ile gerçekleştirilemez. Parti parti veya sürekli üretim işleri için özel tasarımlı dolaplar almalısınız.41 Kalın sert krom kaplanacak işler için parti tipi dolap seçilmelidir.
4. Eğer kaplanan malzemeler dolap ile temas ederse, malzemeler kaplandıkça, onlarla birlikte dolabın içi de kaplanacaktır. Bu demektir ki dolaba aşırı mal yüklemesi yapılamaz, kaplanacak parçaların üzerinde yeterli boşluk bırakılmalıdır. Varil hızı 0,5 devir/dakika’dan (0,5 rpm) daha hızlı olmamalıdır. Bunun nedeni, iyi kontak halinde olmasından emin olunmak istenmesidir. Kaplanacak malzemeler birbirlerine sıkı sıkıya temas halinde olmamalı, serbest hareket etmelidirler, aksi takdirde bütünüyle kaplanamazlar.
5. Çalışma sıcaklığı genellikle oldukça düşük olup, yaklaşık 32 °C civarındadır. Bunun anlamı kaplama hızının da düşük olduğudur (normal devamlı krom kaplama tankı çözeltilerine göre 3-6 kez daha yavaştır).
6. Gereksinim duyulan en düşük gerilim, normalde 12 Volt’tur. Kullanılacak toplam akım, kaplanacak parçalara, mal miktarına ve krom kaplama çözeltisinin kirlilik derecesine bağlıdır. Fakat uygulanan gerilimin, toplam direncin üstesinden gelebilecek büyüklükte olması gereklidir.
7. Süzüntüyle oluşacak büyük miktarda çözelti kayıplarını önlemek için büyük özen göstermelisiniz.
29 Fluosilikat gibi, florürlerin değişik bileşiklerini içeren kaplama banyolarında katot verimi %27’ye kadar çıkabilmektedir (ortalama değer %22’dir).
30 Gerçekte, kromun nasıl kaplandığı sorusunun cevabı tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Cr+6 nın direkt olarak metalik kroma indirgendiğini gösteren kanıtlar bulunmasının yanı sıra, katotta ince bir film tabakasının nasıl oluştuğu tam olarak net değildir. Ne olursa olsun, bir kaplamacı olarak sizin için önemli olan kromun kaplandığıdır.
[29] Tüm çözeltiler, her zaman için tanktaki işarete göre hazırlanmalıdır. İşaret tankın içinde kırmızı veya sarı ile boyanmış doğru çalışma seviyesini gösteren bir uyarıdır. Çözelti seviyesinin her zaman işarette olması, çözeltinin sürekli kontrol altında olduğunu gösterir.
32 Bu konuda daha fazla, bilgi, nikel kaplama konusunda anlatılacaktır.
33 Amper/inç2
34 Kaplama; çok az bir miktarı absorbe eder (kendi bünyesine alır).
35 Bazı ikili bileşik tuzlar da, tatminkar sonuç vermektedirler.
36 5. Ders’in referanslar bölümünde, volumetrik yöntem ile ilgili bilgi edinmek mümkündür.
37 Diğer bir çözüm de, kaplama banyosunun bir miktarını atıp, kaybolan kromik asidi telafi etmektir. Buradaki tek problem, atılan çözeltiye ne olacağıdır. Atıksu arıtma tesisine gönderilebilir fakat bunun arıtma giderlerinize yansıyacağı malumdur, veya kısa bir süre saklanabilir ve ayarlamalarda kullanılabilir. Fakat çevresel kısıtlamalardan dolayı, bu tür kimyasalların sadece çok kısa bir süre için saklanmasına izin verilmektedir.
38 Düzgün nikel kaplama elde etmek için, levhayı (Hull Cell kabında değil) nikel kaplama banyosunda kaplayın.
39 Kullanılan tipik ilave maddesi indiyum sülfattır.
40 Anot/Katot alanlarının oranını artırdıkça anodik akım yoğunluğu düşer ve böylece aşındırıcı maddenin saldırısı son derece sığ kalır.
