ELEKTROLİTİK KAPLAMA

18. Asırda elektriğin bulunması ve uygulanması ile metallerin, değerli metallerle kaplanması düşünülmüştür [42]. 1805 yılında İtalyan Brugnatelli elektrik kaynağı olarak kullanıldığı akü yardımı ile altın ve gümüş kaplama için siyanürlü elektroliti bulması, insanlara doğa da oksitlenmeye karşı dayanıklı metallerle dayanıksız metalleri kaplama olanağı sağlamıştır [1]. Metallerin elektrokimyasal birikimi ve çözünmesi çok sayıda metal işleme yöntemlerinde kullanılır. Bunlardan en yaygın kullanım alanı bulan ve en iyi bilinen elektrolitik kaplama olmuştur. Metal kaplama kaplanacak malzemenin yüzeylerine elektrolitik birikim yolu ile uygulanır. İletken bir yüzey tabakası sağlamak koşuluyla, kaplanan yüzey metal ya da metal olmayan bir maddedir. Elektrolitik şekillendirme metal birikiminin kullanıldığı başka bir yöntemdir. Bu yöntemde biriken tabakanın kalınlığı normal kaplamada uygulanandan çok daha fazladır ve yüzeye biriken metal birikim tamamlandıktan sonra yüzeyden ayrılabilir. Metalin kalınlığı kendi başına yetecek ve dayanıklı olacak şekilde ve biriktiği yüzeyin geometrik şeklini alacak ölçüde olmalıdır [42].

ve kaplama sıvısına uygun banyosudur. Elektrolitik kaplamada isminden de anlaşılacağı gibi elektriğe ihtiyaç duyulan kaplamadır. Aynı metal veya farklı bir metalin tuzunu içeren sulu bir çözelti içerisine yerleştirilen metal nesne, güçlü bir katodik elektrik potansiyeli ile elektrolitik kaplama yapılır. Elektrolitik kaplama, metalin çözeltiden indirgenerek hidrojen veya oksijen çıkışı ile katodik reaksiyonlar tarafından gerçekleşir. Hidrojen ve oksijen çıkışlarının homojen olması önemli bir durumdur [35]. Kaplamada kullanılan elektriksel araçlar ana güç kaynağından gerekli düşük gerilim (doğru akım) sağlamak amacıyla bir azaltıcı dönüştürücü ve rektifiye edici araçlardır. Bazı özel durumlarda motor jeneratörler de kullanılmaktadır. Bu arada kaplama hücrelerine gerekli gücün istenen oranda verilmesini sağlayacak kontrol sitemlerine gereksinim vardır ki kaplama banyosuna gelen gücün ani değişimler göstermemesi önemlidir [43]. Metaller, kaplama sonunda kristal haldedirler. Kristal boyutu ve kristallerin birikim şekli, birikimin adhezyon, süreklilik, görünüş, sağlamlık ve diğer özelliklerini belirler. Birikimin kristal yapısı kaplama özellikleri tarafından belirlenir, bunlardan en önemlisi elektrolitin kimyasal bileşimi ve diğeri ise akım yoğunluğudur. Hücrenin fiziksel özellikleri de önemlidir, özellikle sıcaklık, karıştırma ve elektrotların büyüklüğü, şekli ve birbirine olan mesafesi önemlidir [44].

Kaplanacak malzeme yani katot denilen malzemede oluşacak reaksiyonlardan dolayı elektrolitik kaplamalar hidrojence zengin olma eğilimindedirler; bu da kırılganlık ve boşluklu kaplama gibi mikroyapı problemlerine yol açmaktadır. Diğer problem ise elektrolitik kaplamaların üniform olmayışıdır. Katot olarak asılan malzemenin geometrik yapısı akımsız kaplamanınkinden çok daha sade ve keskin olmayan köşeleri olmalıdır. Köşeler, kenarlar ve çıkıntılarda yüksek elektrik alan oluşur ve düz yüzeylere göre çok daha hızlı bir şekilde kaplanır. Üniform kaplama süresine dikkat edilmezse köşe ve kenarlarda daha kalın kaplamaya neden olabilir ve böylece yüzey üzerinde kaplama kalınlığı farklılıklar gösterebilir [38]. Elektrolitik kaplamalar farklı tabaka şeklinde uygulanabilmektedir. İnce kaplama olarak bilinen yöntem altlık malzemesini farklı alaşımların çok katlı bir şekilde kaplanmasını sağlamaktadır. Örnek verecek olursak otomobil tamponlarının kaplanmasında yüzeydeki boşlukları doldurmak ve iyi bir yapışma sağlamak için önce bir kat bakır kaplama, onun üzerine korozyon dayancı sağlamak amacı ile bir kat nikel ve tampon yüzeyinin arzulanan parlak görünümünü kazanması için de bir kat krom kaplama uygulanabilir [35]. Elektrolitik kaplamada önemli parametreler kaplama banyo bileşimi, banyo sıcaklığı, akım yoğunluğu, anot

katot arası mesafe ve kaplama öncesi işlemler kaplamada önemli rol oynamaktadır. Bu sayede istenilen sertlik ve dekoratif görünüm elde edilebilir. En yaygın olan elektrolitik kaplamalar krom, nikel, kalay, çinko, bakır ve kadmiyumdur. Elektrolitik kaplamalar, elektrokimyasal hücreleri taşınım vasıtasıyla gerçekleştirilir [35].

Aslında elektrolitik kaplama, metal ve alaşımlarının yüzeyinden akım geçmesi ile yoğun, üniform ve yapışkan bir kaplama elde etmek amacıyla uygulanan elektrikle biriktirme prosesidir. Kaplamada istenilen yüzey özellikleri değişebilir. Örneğin, metal gibi iletken ya da plastik gibi yalıtkan bir malzeme olabilir. Elektrolitik kaplama ürünleri yaygın olarak otomobil, gemi, havacılık, makine, elektronik, mücevherat, savunma ve oyuncak endüstrisi gibi birçok alanda kullanılır [45].

4.2.1. Elektroliz

Kimyasal bir tepkimenin elektrik yardımıyla gerçekleşmesine, elektrik işleminin kimyasal bir işleme dönüştürülmesine denir. Açıklamak gerekirse, elektroliz işleminde elektroliz çözeltinin içerisine iletken daldırılmasıyla başlanır ve bunlar birkaç voltluk doğru akım kaynağına bağlanırsa çözeltiden bir elektrik akımı geçer. Bu sırada çözelti içinde iyonlarla akım taşınır ve her iki elektrotta bazı kimyasal değişmeler olur ve buna elektroliz denir. Çözeltiden akım geçmesi ve elektrotlarda ayrışmanın olması için değişik elektrolitler için değişik olan minimum gerilime ayrışma gerilimi denir. Elektrotlarda dönüşen madde miktarı Faraday kanunlarına göre çözeltide geçen elektrik miktarı ile orantılıdır [46].

Şekil 4.1. Elektroliz hücresi [46].

Şekil 4.1' de Elektroliz hücresi verilmiştir. İçerisinde iki elektrot, çözelti ve akım kaynağı olan sisteme elektroliz hücresi denir. Bu elektrotların (+) ucu anot, (-) ucu katot

olarak adlandırılır. Katot olarak kaplanacak malzeme tanımlanır. Elektrik kaynağından gelen akım anot ucuna aktarılır ve oradan çözelti içerisinden katoda iletilir. Böylece dış devrede elektron akımı anottan katoda doğrudur. Elektrolitin içinde (+) yüklü iyonlar (katyon) katoda giderek elektron alır ve indirgenir, (-) yüklü iyon (anyon) anoda giderek orada elektron verir ve yükseltgenir [47].