Dosyayı İndir

İLERİ KAPLAMA YÖNTEMİ: DARBELİ (PALS) AKIMLA ELEKTRO-KAPLAMA
Prof. Dr. Rafet Arıkan
Atılım Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi
1. Giriş
Bu yazımızda yeni ve ileri bir kaplama yöntemi olan pals (darbeli/fasılalı/kesikli) elektrokaplama yönteminden söz edilecektir. Önce yöntemin dayandığı temeller üzerinde durulacak,
sonra yöntemin özelliklerinden söz edilerek sürekli doğru akımla kaplama (dc) yöntemiyle
karşılaştırılacaktır.
Pals kaplama yöntemi henüz geliştirilme aşamasında olduğu halde tüm dünyada büyük ilgi
görmüştür ve üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır.
Türkiye’de bu konuda henüz ne üniversitelerde bir çalışmanın yapıldığı ne de sanayide herhangi
bir uygulamasının olduğu söylenemez.
Metal malzemelerin en büyük sorunlarından biri, korozyondur. Korozyon; metallerin bir ortamla
teması sonucu, metal - ara yüzey - ortam arasındaki etkileşim ile metal yüzeyinin bozulmasıdır.
Metali korozyondan korumak için başvurulan yöntemlerden biri de kaplamadır.
Önceleri malzemeleri sadece korozyondan korumak amacıyla yapılan kaplamalar, son
zamanlarda hem dekoratif hem de mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirmek
amacıyla yapılmaktadır.
Endüstriyel uygulamalarda başta elektro kaplama olmak üzere çok değişik yöntemlerle kaplama
yapılmaktadır.
2. Elektro kaplama
Kaplama çözeltisindeki metal iyonlarının elektrik akımı geçirilerek iş parçası (katot) üzerine ince
bir tabaka halinde yığılmasından ibarettir.
Elektro-kaplama yöntemiyle genellikle her boyutta iş parçası kaplanabilmekte ve kaplamadan
sonra başka bir işleme gerek duyulmadan kullanılmaktadır.
Elektro-kaplama çoğunlukla klasik sürekli doğru akımla (continous direct current, dc)kaplama
yöntemiyle yapılmaktadır. Ancak bu yöntemin bazı durumlarda yetersiz kalması nedeniyle,
geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Yapılan çalışmalar sonucunda darbeli doğru akımla
elektro kaplama (pulse current electro-plating, pp) ya da kısaca “pals kaplama” adı verilen yeni
bir yöntem geliştirilmiştir [1-3].
3. Pals kaplama yöntemi
Pals kaplama (pp) doğru akımla (dc) elektro kaplamanın gelişmiş bir halidir. Kaplama çözeltisine
belli peryotlarla (fasılalı/kesikli/darbeli) doğru akım verilerek gerçekleştirilir. DC kaplamada ise
sürekli (fasılasız/kesiksiz) doğru akım uygulanmaktadır.
Pals elektro kaplamada uygulanan akım ya da potansiyel (gerilim), peryodik olarak belirlenen bir
üst ve alt değerler arasında hızlı değişmekte ve bu da darbe şeklinde algılanmaktadır. Ardışık
palsların genliği ve etkime süresi birbirine eşittir.
Son yıllarda modern elektronik ve mikroişlemciler sayesinde çok değişik pals akım üreten güç
kaynakları geliştirilmiştir. Bunlar örneğin tek yönlü (katodik), iki yönlü (katot-anot) (reverse
pulse), üst üste (pulse-on-pulse), sinüs dalga ve kare dalga şeklinde çok farklı darbe akımlar
üretmektedir. Bunlardan kare dalga akımlar diğerlerine avantaj sağladığı için tercih
edilmektedir.
Pals kare dalga akımlar iki ana gruba ayrılmaktadır:
(1)Tüm pals (darbe) akımların tek yönde uygulandığı unipolar kare-dalga akım (unipolar squarewave cathodic pulse current) (kutuplaşmanın olmadığı) (Şekil 1).
(2)Hem anot hem de katot yönünde karışık palsların uygulandığı bipolar kare-dalga akım (bipolar
square-wave cathodic-anodic pulse current).
Tek yönde (unipolar) kare dalga akım üreten doğru akım güç kaynağı bir darbe frekans devresi
ile birlikte (birleşik) kullanılmaktadır. Çıkış akım büyüklüğü ve akımdaki dalgalanmalar iyi
kontrol edilir. Böylece kaplamanın fiziksel ve mekanik özellikleri daha gelişmiş olduğundan tek
yönlü darbe frekanslı akımlar pratikte daha yaygın kullanılmaktadır [4].
Güç kaynağında biri sabit akım diğeri sabit voltaj (gerilim) olmak üzere iki farklı çalışma
modu vardır. Sabit akım modunda kullanıldığında voltajda küçük değişmeler olsa bile pals
doruk akım, darbe süresince sabit kalmaktadır. Bu da bir avantajdır.
Bu çalışmalar için üniversitemizde hem dc hem de pals kaplamaya elverişli bir güç kaynağı
tasarlanıp imal edilmiştir. Güç kaynağı dört değişik sabit akım moduna göre çalışmakta ve 12.5
kHz’e kadar olmak üzere 100 değişik frekansta tek yönlü (unipolar) kare dalga akım
üretmektedir. Bu akım fasılalı (kesikli) olarak uygulanmaktadır. Hem pals hem de dc yöntemiyle
çinko, nikel ve çinko-nikel başarıyla kaplanmıştır.
Sabit akım çalışma modunda tek yönlü kare pals akım çıktısı Şekil 1 de gösterilmiştir.
Buna göre pals elektro kaplama yönteminde üç değişken parametre kontrol edilmektedir.
Bunlar; (a)katod doruk akım yoğunluğu (cathodic peak current density) (Ic) , (b)katod akım
geçme süresi (Ton) (on-time) ve (c)Katod akım kesme süresi ya da iki pals arasında geçen süre
(Toff) (off-time)’dır. Parametre sayısı dalga şeklinin karmaşıklığına göre artmaktadır. Her pals
(Ton + Toff) süre içinde tamamlanır.
Sürekli doğru akım (dc) yönteminde ise yalnızca bir parametre kontrol edilmektedir. O da
uygulanan akım yoğunluğu olup, sabittir.
Akım yoğunluğu (A/dm²)
Ton
Toff
Ic
Zaman
Şekil 1
PERYOT
4. Pals ve dc kaplama yöntemlerinin karşılaştırılması
Öncelikle pals kaplama yapılmasının en önemli nedeni sürekli doğru akımla (dc) yapılan
kaplamanın bazı durumlarda yetersiz kalmasıdır. Örneğin sürekli doğru akım (dc), kaplamanın
pürüzlü olmasına hatta bazen kaplama banyosunun bozulmasına ve çökelme oluşmasına sebep
olmaktadır. Ayrıca altın, gümüş ve platin gibi soy metallerin kaplanmasında bile parlaklığı
engelleyecek lekelere sebep olmaktadır. Pals yöntemi bu sorunların çözümünde önemli katkı
sunmaktadır.
Pals kaplama dc kaplamaya göre daha yüksek akım yoğunluklarında kaplamaya elverişlidir.
Ayrıca, dc kaplamada yalnızca bir parametre kontrol edildiği halde, pals kaplamada üç parametre
kontrol edilmektedir. Bu da avantaj sağlamaktadır.
(b)Pals parametreleri değiştirilerek dc kaplamadan daha üstün özelliklere sahip kaplamalar elde
edilmektedir. Örneğin daha küçük taneli (nanokristalin), gözeneksiz denebilecek kadar sıkı yapılı,
kaplama kalınlığı her noktada eşit, yüzey morfolojisi gelişmiş, alt metale iyi yapışan bir kaplama
elde edilmektedir.
(c)Ayrıca, pals kaplama sırasında kaplamaya geçen hidrojen ve diğer safsızlıklar dc kaplamaya
göre azalmaktadır. Pals kaplamada Toff esnasında oluşan gevşeme (relaxation) nedeniyle daha az
gerilme oluştuğundan çatlama ihtimali de azalmaktadır.
(d)Pals kaplama daha ince olduğu halde korozyona karşı aynı kalınlıktaki dc kaplamaya göre
daha üstün koruma sağlamaktadır.
Bütün bu sebeplerden dolayı pals kaplamanın fiziksel ve mekanik özellikleri dc kaplamaya göre
daha üstün olmaktadır.
(e)Pals kaplama yöntemi farklı bileşimlere sahip tabakalı (katmanlı) ya da kompozit kaplama için
de elverişlidir.
(8)Pals yöntemi dc’e göre hızlı bir metottur, kaplama verimi de daha yüksektir.
(9)Pals kaplama, çözeltiye çok az ya da hiç organik (katkı) madde katılmadan da yapılabilir. Bu
da maliyeti düşürür.
(10)Ancak, pals kaplamada kullanılan güç kaynağı (redresör) daha pahalıdır.
5.Kaynakça
1)Kollia, C., and Spyrellis, N., Surface and coating technology, 57 (1993) 71.
2)Amblard, J., Froment, M., Maurin, N., Spyrellis and Trevisan-Souteyr, Electrochim. Acta, 28
(1983) 909.
3)Banerjee, B.C. and Goswami, A., J. Electrochem. Soc., 106 (1959) 20.
4)Mandich, N.V., “Pulse and pulse reverse electroplating”, HBM Engineering Co., Lansing, IIL,
Met. Finish. (2002).

Download Report