Çelik Sac Kaplamaları

Çelik sacların yüzeylerinde, kullanım alanlarına ve yerlerine bağlı olarak zamanla, çeşitli problemlerle karşılaşılabilmektedir. Bu problemlerin önüne geçebilmek ve çelik malzemelerin performanslarını arttırabilmek için, çelik yüzeylerine birbirinden farklı çözümler uygulanmakta ve saclar kaplanmaktadır. İşte bu tür çözümlerin uygulandığı çelik sac türlerine kaplı saclar denilmektedir.

Metal malzemelerin yüzeylerini etkileyen çok çeşitli korozif faktörler bulunmaktadır. Atmosferdeki oksijen, tuzlu deniz suyu, nem, sıcaklık farklılıkları, hava kirliliği bu faktörlerin ön plana çıkanlarındandır. Bu faktörler çelik sacların kullanım performanslarını ve malzeme kalitelerini olumsuz etkilemektedir. Bahsedilen bu olumsuzlukların önüne geçebilmek için metal yüzeylerine uygulanan kaplamalardan faydalanılmaktadır. Bu kaplamalar birer bariyer görevi görerek, metalin atmosfer, su ve diğer korozif ortamlara karşı olan davranışını iyileştirmektedirler.

Sac yüzeylerinin koruyucu katmanlarla kaplanması, rulo halindeki sac malzemelere üretim süreçlerine dahil edilmeden önce uygulanan işlemlerle gerçekleştirilmektedir. Çelik üreticileri tarafından kaplanan bu saclar, ilave yüzey kaplama işlemlerine gerek duyulmayacak şekilde kullanıcıya teslim edilmektedir. Böylece sac malzemeler üretime doğrudan dahil edilebilmektedirler. Çok çeşitli alanlarda kullanılmakla birlikte, kaplı sacların en çok uygulama alanı bulduğu yerlerin başında dayanıklı tüketim ürünleri ve ev aletleri imalatı gelmektedir.

Kaplı sac malzemelerin kullanımları ile birlikte getirdikleri belli başlı avantajlar bulunmaktadır. Sac malzeme üzerine uygulanan kaplama işlemleri, şekillendirme sonrası uygulanan boyama işlemlerine göre daha üretken olmaktadır. Dolayısıyla, bu durum organik kaplama işlem maliyetlerini azaltmaktadır. Üstelik boyama işlemi yerine rulo kaplama yapılması, ihtiyaç duyulan proses hattı sayısını azaltmakta ve sonuç olarak uygulanması gereken ekstra proses aşamaları elenmektedir. Kaplı sac rulo kullanımı ile imalat süreci yalınlaştırılırken, üretim maliyetleri, enerji tüketim miktarları, imalat süresi ve stok maliyetleri de azaltılmaktadır. Ayrıca, bu sayede atık yönetimi ile ilgili masrafların da önüne geçilmektedir.


Önerilen Makale: İmalar çeliği malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için imalat çeliği sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.


Çevre ile ilgili bugüne ve geleceğe ait kaygıları en iyi karşılayabilecek olan çelik türlerinin başında kaplı çelikler gelmektedir. Bu tip çeliklerin üretiminde, çevreye zarar verebilecek olan prosesler belirlenmekte ve çevresel düzenleme ve yükümlülükler çerçevesinde iyileştirilmektedirler. Üstelik, yüzey işlemleri ve boyamada kullanılan kimyasallar gibi zararlı bileşenlerin tüketimi ortadan kalkmaktadır. En önemli avantajlarının başında ise, ömrünü tamamlamış olan kaplı sacların geri dönüştürüldükten sonra yeniden kullanılabilmeleri gelmektedir.

Kaplı çeliklerin temel avantajı, tutarlı bir kaliteye sahip olmalarıdır. Yani, istenilen özelliklerdeki bir ürün aynı boya kalınlığında, aynı renk uyumunda, aynı yüzey görünümünde ve aynı toleranslarda defalarca üretilebilmektedir. Bu tutarlılık, farklı yüzey görünüm ve kalitelerindeki kaplı çeliklerin üretiminde esneklik sağlamaktadır.

Bahsedilen bu avantajlarının yanı sıra, kaplı sacların kullanımları ile ilgili bazı kısıtlar da söz konusudur. Ürünlerin kaplama işlemleri öncesinde gösterilmesi gereken özen oldukça önem kazanmaktadır. Çünkü, ezilmiş, çizilmiş, hasar görmüş yüzeylerin kaplama işlemleri, hasarsız bir sac yüzeyine uygulanandan çok daha zor olmaktadır. Aynı zamanda üretim yöntemlerinde de problemlerle karşılaşılmaktadır. Derin çekme, bükme gibi şekillendirme işlemlerinde kaplama faktörü göz önünde bulundurulmalıdır. Bükme yarıçapı gibi parametrelerin tayininde yüzeye uygulanan kaplama özellikleri önemli rol oynamaktadır.

Kaplı saclar daha ziyade ticari kalite ürünler olarak nitelendirilebilirler. Çelik üreticisi firmaların birbirinden farklı ürünleri bulunmaktadır.

Çelik yüzeylerine kullanım amacına ve yerine göre metalik ve metalik olmayan (organik esaslı) kaplamalar uygulanabilmektedir.

Metalik kaplamaların en yaygın kullanılanları çinko (Zn) kaplamalardır. Bu kaplamalar sıcak daldırma ile yapılabildiği gibi elektrolitik olarak da uygulanmaktadır. Zn kaplamalar dışında alüminyum, alüminyum + çinko, çinko + demir, alüminyum + silis gibi farklı kaplamalar da uygulanmakta ve ticari olarak çeşitli şekillerde adlandırılmaktadır. Organik kaplamalı saclar ise metalik kaplamalı saclardan çok daha spesifik olarak bulunmakta, çok çeşitli ticari adlarla pazara sunulmaktadır.

Galvanizleme, paslanmaya karşı koruyucu tabaka oluşumunu sağlayan kaplama yöntemlerinden bir tanesidir. Yapılan bu kaplama işlemi neticesinde, metal malzeme yüzeyinin pas oluşumuna karşı gösterdiği direnç artmaktadır.

Galvanizleme işlemi, sac yüzeyi üzerine çinko metalinin uygulanması ile gerçekleştirilmektedir. Bugün birçok uygulamada, üretilen birçok sanayi ürününde galvanizleme işlemi ile karşılaşmak mümkündür. Isıtma işlemi sonucunda ara yüzeydeki kaplamanın çinko - demir alaşım tabakasına dönüştürülmesi ile galvanize yassı çelikler üretilmektedir. Uluslararası standartlarda yüzey durumu A, B, C (en iyi) olarak sembolize edilen galvanize çelikler, başta otomotiv sektörü olmak üzere birçok sektörde tercih edilmektedirler.

Galvanizleme olarak adlandırılan çelik ve demir yüzeyine çinko kaplama işlemi üç farklı şekilde gerçekleştirilebilmektedir:

- Sıcak Daldırma ile çinko kaplama
- Elektrolitik olarak çinko kaplama
- Püskürtme ile çinko kaplama

Çinko kaplı sacların mekanik özellikleri, uygulanan kaplama yöntemine göre farklılık gösterebilmektedir. Bu nedenle her bir yöntem için ayrı standartlar söz konusudur.
 

Bu işlem sacın erimiş çinko banyosuna daldırılmasıyla, metal malzeme yüzeyinde çinko tabakası oluşturulması ve demir - çinko alaşımının geliştirilmesi ilkesine dayanmaktadır.

Çinko kaplı sacların büyük bir çoğunluğu bu yöntemle üretilmektedir. Bu işlemle metalin her iki tarafı da çinko kaplanmaktadır. Sac malzemelerin her iki yüzeyi kaplanabildiği gibi sadece tek bir yüzeyinin kaplanması da mümkün olmaktadır. Sac yüzeyinden metal içerisine işleyen çinko, demir elementi ile bağ oluşturarak koruyucu tabakayı meydana getirmektedir.

Galvanizleme işlemi temel olarak yukarıdaki şekilde gösterilen aşamaları içermektedir. Rulo açıcılar sayesinde açılan sac malzeme, öncelikle temizleme ünitesine sevk edilmektedir. Kaliteli bir kaplama elde edebilmek için yüzeyin tamamen temizlenmiş olması gerekmektedir. Temizleme işleminden sonra fırına gönderilen sac metale, kaplama prosesine katılmadan önce burada istenilen mekanik özellikler kazandırılmaktadır. Hemen ardından ergimiş metal banyosuna daldırılan sac kaplanmakta ve kaplama sonrası istenilen kalınlık değerlerine erişmek için hava bıçağına (air knife) iletilmektedir. Ergimiş metalin operasyon sıcaklığı 445 ile 465 °C aralıklarında değişmektedir. Daha sonra soğutma kulelerinde soğutulan kaplı sac, çinko metalinin sac yüzeyi üzerine tam olarak yapışmasının ardından gerçekleştirilen birkaç iyileştirme ile birlikte, tekrar rulo olarak sarılmaktadır.

Ergimiş çinko banyosundaki daldırma işlemi sonrasında, metalik kaplamanın kalınlığını kontrol etmek mümkün olmaktadır. Bu işlem için hava bıçaklarından ya da haddelerden faydalanılmakta ve istenilen kalınlık değerlerine erişilebilmektedir. Kalınlığı ayarlanmış olan sac malzemeler daha sonra soğutma işlemine tabi tutulmaktadırlar. Belirlenen hızlarda soğutulan bu saclar ilerleyen aşamada tekrar rulo olarak sarılmakta ya da istenen uzunluklarda kesilmektedirler. Sonuç olarak kaplamanın karakteristiği ve kalınlığı, galvanizleme işleminin uygulandığı çeliğin mekanik ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.

Çinko kaplamanın kalınlığı (ağırlığı), yapışkanlığı ve sünekliği, sac malzeme üzerindeki bu kaplamanın servis ömrünü ve korozyona karşı olan dayanıklılığını tayin eden önemli parametrelerden bazılarıdır. Bu parametrelerin belirlenmesinde bazı standart test metotlarından faydalanılmaktadır. Kaplama kalınlığının belirlenmesi için aşağıdaki test yöntemleri kullanılmaktadır:

- Mikroskobik kesit ölçümü. (ASTM B487) 
- Kaplamanın sac yüzeyi üzerinde belirli bir alandan sıyrılarak kaldırılması. (ASTM A90 veya EN 10327 Ek-A)
- Belli bir alanın elektrokimyasal olarak sıyrılması. (ASTM B504 ) 
- Kaplama altına nüfuziyet süresinin damlama testi yardımı ile tayini. ( ASTM B555) 
- Diğer manyetik ve elektromanyetik ölçümler. (ASTM E376, A386, B499, D1186)

Sac malzeme üzerine kaplanan çinko miktarı, kaplama kalınlığından ziyade ağırlık göz önünde bulundurularak ölçülmektedir. Bir ya da üç noktadan alınan numunelerle gerçekleştirilen bu yöntemde, öncelikle kaplı metal tartılmaktadır. Daha sonra asit banyosuna daldırılan metal, yüzeydeki kaplamanın çözünmesinin ardından tekrar tartılmaktadır. Böylelikle kaplama miktarı tayin edilebilmektedir. (ASTM A90, A525)

Üç noktadan alınan ölçümlerde, bu üç değerin ortalamaları alınarak kaplama miktarı belirlenmektedir.

Sıcak daldırma ile Zn kaplanmış saclar üç farklı yüzey kalitesi ile temin edilebilirler :

Kaplandığı Haldeki Durum: Küçük çukurlar, pul boyutlarında değişimler, koyu renkli lekeler, yol yol izler ve hafif pasivasyon lekeleri gibi kusurlara izin verilebilir. Gererek düzleştirme kırıkları veya çinkonun akış izleri görülebilir. Ayrıca katlanma izleri ve Luders çizgileri de görülebilir.

Gelişmiş Yüzey Kalitesi: B yüzey kalitesi son paso işlemiyle elde edilebilir. Bu yüzey kalitesinde, gererek düzeltmeden kaynaklanan kırışıklıklar, son paso izleri, çizikler, çöküntüler, pullu yapı, çinko akması ve hafif pasivasyon izleri gibi küçük kusurlara izin verilebilir.

En iyi kalite yüzey: Yüzey Kalitesi C, son paso işlemiyle elde edilebilir. Kontrollü yüz, homojen görünüşlü yüksek sınıf boya uygulamasını mümkün kılmalıdır. Diğer yüz en azından Yüzey Kalitesi B' nin özelliklerine sahip olmalıdır.
 

Boyama ve derin çekme gibi şekillendirme işlemleri için uygun çinko kaplı sacları elektrolitik galvanizleme işlemi ile elde etmek mümkün olmaktadır. Bu yöntemle, saf çinko metalinin sac metal yüzeyine mükemmel bir şekilde yapışması ve oldukça ince bir tabakanın oluşması sağlanmaktadır. Daha iyi bir yüzey kalitesinin istendiği durumlarda, elektrolitik galvanizleme işleminin kullanılması uygun olacaktır.

Elektrolitik galvanizleme işleminde kullanılan saf çinkonun yapışma özelliği, sıcak daldırma ile gerçekleştirilen galvanizleme işleminden çok daha iyidir. Kaplama kalınlıklarının azalmasına rağmen, korozyon dayanım performanslarında kayda değer bir kayıp yaşanmamaktadır. Elektrolitik galvanizleme işlemi, sıcak daldırma yöntemi ile galvanizlemede olduğu gibi, sürekli bir rulo proses hattında gerçekleşmektedir. Rulo açıcılarda açılmış olan sac, yüzey temizliklerinin gerçekleşmesinden sonra iletken makaralara gönderilmektedir. Burada kaplaması gerçekleştirilen sac malzeme daha sonra su ile durulanmakta ve kurulanmaktadır. Sac üzerine uygulanan kaplama kalınlıkları, iletken olan bu makaralardan geçirilen akım miktarları ile kontrol edilebilmektedir. Elektrolitik kaplama yöntemleri çelik üreticisi firmalar arasında farklılık gösterebilmektedir. Ancak yöntem, temel olarak aynı prensip üzerine kurulmaktadır. İletken makaralardan geçirilen akım, erimiş çinko metalinin mükemmel bir şekilde sac üzerine yapışmasını sağlamaktadır.

Elektrolitik kaplama, erimiş metal banyosuna daldırılamayacak olan sac malzemelerin çinko kaplanmasında oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle yüksek sıcaklıkların sac malzemeye zarar verdiği durumlarda tercih edilmektedir. Elektrolitik kaplamanın en önemli avantajlarından biri ise sac malzeme yüzeyine soğuk olarak uygulanabilmesi ve dolayısıyla malzemenin mekanik özelliklerini olumsuz etkilememesidir.

Elektrolitik Zn kaplamalar tek yüzey ve çift yüzey kaplama olarak pazarda bulunabilmekte ve farklı kaplama kalınlıklarında üretilmektedir.
 

Çinko püskürtme işlemi, ergitilmiş sıvı metalin, önceden hazırlanmış yüzeye püskürtülmesi işlemidir. Ancak bu yöntemle gerçekleştirilen kaplama işlemlerinde, gözenekli ve pürüzlü yüzeyler elde edilmektedir. Malzeme yüzeyinde bulunan bu gözenekler, zamanla korozif parçacıklarla dolabilmektedir. Ayrıca, kaplı yüzeyin pürüzlülüğü, metalin boyanabilirliğini iyileştirmektedir.

Çinko püskürtme işlemi, her boyuttaki ve şekildeki bitmiş ürünlerin neredeyse tamamına uygulanabilmektedir. Özellikle daldırma yöntemi ile galvanizleme işleminin gerçekleştirilemediği durumlarda, püskürtme galvanizleme yöntemi tercih edilebilmektedir. Püskürtme galvanizleme ile daha kalın kaplama kalınlıkları elde etmek mümkündür.