NİKEL KAPLAMA

Kimyasal sembolü: Ni                      

Atom ağırlığı: 58,7

NİKELİN ÖZELLİKLERİ:    Nikel, katı haldeyken 8,9; kaplanmış haliyle 8,85 yoğunluğunda, gümüş renkli bir metaldir. Nikelin valansı (değerliği) 2 ya da 3’tür, ancak kaplama banyolarında değerliği her zaman 2’dir. Nikel korozyona karşı yüksek dirençli, oldukça sert ve fazlasıyla güçlü bir metaldir. Nikelin elektriksel direnci kabaca bakırın beş katıdır.

 

NİKELİN KAPLAMA METALİ OLARAK KULLANIMI: Nikel belki de elektrikle kaplaması en sık yapılan metaldir. Bunun nedeni nikelin muhteşem görüntüsü, korozyona yüksek direnci ve kaplama işlemi ile elde edilen çok sayıda eriyiğin ortaya çıkmasıdır. Nikel cilalı yüzeyi ile kaplanan maddenin sunulabilirliğine çok şey katması özelliği ile dekoratif kaplamada ve korozyona dayanıklı olması özelliği ile korozyona dayanıksız bir maddeyi korumak amacı ile kullanılır. Son yıllarda hızla yaygınlaşan elektronik şekillendirme (Electroforming) nikelin bir başka kullanımıdır. Bu yönteme göre maddeler nikel ile kaplanırken uygun şekle sokulur. Ayrıca hasar görmüş makine parçalarının tamiratında da nikel kullanılır.

NİKELİN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİ: %100 katot veriminde 1 amper-saat elektrik ile 1,1 gr. nikel kaplanır. 9,29 dm2 lik bir yüzeye 0,000254 cm nikel kaplamak için 1,9 amper-saat gerekecektir. Kaplanan bu nikelin ağırlığı 2,01 gr. olacaktır. Pek çok banyoda gerçek katot akım verimi %90-98 arasındadır.

ÖRNEK1: 30,48 cm x 45,72 cm ölçüsündeki bir metal levhanın bir yüzüne 0,0038 cm. kalınlığında nikel kaplanacaktır. İşi yapmak için  kaç amper-saat gereklidir?

CEVAP: Kaplanacak toplam yüzey alanı = 30,48 cm x 45,72 cm yani 13,935 dm2 dir. 9,29 dm2 ye 0,000254 cm. kalınlığında nikel kaplamak için 2 amper-saate ihtiyacımız vardır[1]. Öyleyse 0,000254 cm. nikeli 13,935 dm2 alana kaplamak için 2 x (13,935/9,29) = 2 x 1,5 yani 3 amper-saat gerekir. Biz 0,0038 cm. nikel kaplayacağımız için, %100 verim durumunda (0,0038/0,000254) x 3 = 44,9 amper-saat sonucunu buluruz.

 

%98 verim durumunda ise doğru yanıt 44,9/0,98 yani 45,8 amper- saattir. (Unutmayın ki verim düşükse işi yapmak için çok enerjiye gerek vardır. Verim düştükçe harcanan enerji artar.)

 

ÖRNEK 2: Toplam alanı 140 inç2 (9,03 dm2)olan bir cisim nikel kaplanacaktır, kaplanacak nikelin ağırlığı 10 gramdır. Nikeli kaplamak için kaç amper-saat gereklidir? Elde edilecek kaplamanın kalınlığı ne kadar olacaktır (ortalama kalınlık)? Eğer kullanılan akım yoğunluğu 30 ASF (3,23 A/dm2) ise kaplama işlemi ne kadar sürer?

 

CEVAP: Fit2 cinsinden toplam alan 140/144’tür. 10 gram nikeli kaplamak 10/1.095 amper saat ya da 9.15 amper saat sürecektir. 10 gram 0.35 ons’a eşittir (bkz: ders 1) 1 fit2 de 0.0001 inç 0.074 ons ağırlığındadır. Böylece 0.0001 inç 140/144 fit2 alanda (0.074).(140)/144 = 0.072 ons ağırlığındadır. Böylece ortalama kaplama kalınlığı (0.35/0.072)(0.0001 inç) ya da yaklaşık olarak 0.00049 inç olacaktır. Eğer 30 ASF ve 9.15 amper saat gerekliyse, %100 performans durumundaysa, gereken zaman akım bölü amper saate eşittir. (toplam) 30 ASF de toplam akım = (30)140/144 = 29.2 ve saat olarak gereken zaman = 9.15/29.2 = 0.313 saat ya da 18.8 dakika olur. %98 performans durumunda gereken toplam zaman = 18.8/0.98 ya da 19.2 dakika olur.

PROBLEM 1: Çapı 10 inç olan bir küre 0,001 inç kalınlığında nikel tabakasıyla kaplanacaktır. İzin verilen akım yoğunluğu 40 ASF’ dir. Akım yoğunluğunun uniform (her yerde aynı) olduğunu düşünerek, banyonun katot veriminin %96 olması durumunda aynı işlem dakika cinsinden ne kadar sürer?

NİKEL KAPLAMA BANYOLARI

Kullanılabilecek birkaç farklı nikel banyo reçetesinden her bir çözelti kompozisyonunun kendine has bir kullanımı vardır. Burada hepsine değinilmeyecektir (dersin sonunda kaynakçada pek çoğuna rastlayacaksınız), ancak ben sizlere en önemli olanlardan birkaçını göstereceğim ve nasıl kullanıldıklarını anlatacağım.

MAT BEYAZ NİKEL BANYOSU

Bu en eski banyo tiplerinden biridir ve pek kullanıcı bulmaz çünkü elde edilen çözelti genellikle mat ve işlenemeyecek kadar kırılgandır, ayrıca bu tip banyolar yüksek akım yoğunluklarının kullanımına izin vermez.

Reçete

Tek Nikel tuzları ...................... 453 gr

Amonyum klorür .........................  85 gr

Borik asit ............................. 113 gr

Su .....................................   3,785 lt

Çalışma Koşulları

Katot akım yoğunluğu: 1,08 A/dm2

Sıcaklık: oda (21 – 26,7ºC)

Anotlar: %99 haddelenmiş depolarize.

pH (kolorimetrik): 5.4 – 6.0

Voltaj: yaklaşık 2 Volt

Şimdi isterseniz bu tür bir banyo oluşturabilirsiniz, ancak ben tavsiye etmiyorum. Bu bilgileri tarihsel nedenlerden dolayı verdim. Ve konuyu ilgi çekici kılmayı hedefledim.

İlgi çekici ilk nokta “tek nikel tuzları” terimidir. Sıkça, özellikle eski tip formüllerde tek ve çift nikel tuzları terimiyle karşılaşırsınız. Bu eski moda terimler çoktan kitaplardan çıkarılmış olmalıydı ancak yeni tip kaplama aletlerinin başına bela olmak için hala kullanılmaktadır.

Tek nikel tuzları, yedi molekül su ile birleştirilmiş nikel sülfat yerine kullanılan eski tip terimdir. Formülü: NiSO4.7H2O ve uzun ismi nikel sülfat hepta hidrat’tır (hepta Latince yedi anlamına gelir) “Tek Nikel tuzlarının” içeri bununla sınırlı olsaydı o zaman bu terimi kullanmak yerinde olurdu ancak ne yazık ki çok yaygın bir başka tek nikel tuzu olan ( diğeri kadar tek olan ) nikel sülfat heksa hidrat      ( NİSO4 6H2O ). Daha önce belirttiğimiz gibi, kristalleştirmede kullanılan su miktarı tuzun ağırlığında değişikliklere sebep olur ve bu işin zorlaştığı noktadır. Her koşulda heksa hidrat ile hepta hidratın yerini değiştirebilirsiniz: %100 Hepta hidrat gereken bir koşulda heksa hidratın %95,7’sini kullanarak aynı sonucu elde edersiniz. Çift nikel tuzları ise nikel sülfat ile amonyum sülfat ve 6 molekül suyun kristalleşmesidir (NiSO4 . (NH4)SO4. 6H2O)

İkinci ilgi çekici nokta ise nikel kaplama çözeltisinin olduğu her yerde genellikle klorür iyonlarının ve borik asidin bulunmasıdır. Klorür iyonları genellikle gereklidir çünkü nikel anotları pasiftir (çözülmeye istekli olmazlar). Klorür iyonlarının olması halinde nikel anotları çözülmeye istekli hale gelirler. Bu durumda klorür iyonları “depolarize edici” görevi görürler (bkz: ders 2). Borik asidin rolü ise tampon mekanizma olmaktır.

İkinci derste de belirtildiği gibi tampon çözülme esnasında çözeltide pH’ın değişmesine karşı koyan maddedir. Borik asit gibi bir tampon nasıl çalışır? En basit açıklama şöyle olacaktır: Borik asit kısmen iyonize olmuş zayıf bir asittir, suda çözülmesi halinde çözeltiye çok az hidrojen iyonu verecektir. Yine de bir şeyler o anda çözeltideki hidrojen iyonlarını ortadan kaldırma görevini üstlenir, örneğin hidrojenin katottan çıkarılması gibi, borik asidin iyonize olmamış kısmı ortadan kaldırılmış hidrojen iyonlarının yerine sürekli yenisi koymak için bir rezervuar görevi görmektedir. Her tampon sistemi kendine ait bir en iyi işleyen pH miktarı vardır (genellikle 2 pH değeri arası). pH aralığında, aralık dışında olan neredeyse tamamen işlevsizdir dolayısıyla artık tampon işlemini yerine getirmez. Borik asit nikel çözeltilerinde en iyi çalışan 4’ten 6’ya bir pH menziline sahiptir. Bu menzilin dışında tam bir tampon mekanizması değildir ancak bir kaplama banyosunda başka işlere yarayabilir. Şekil 2 size tampon mekanizmasının nasıl çalıştığına dair kaba bir fikir verecektir.

İlgi çekici üçüncü nokta pH’ın 5.4 ile 6 kolorimetrik arasında tutulmasıdır. Kaplama çözeltisinde pH’a ve hidrojen iyon konsantresine karar verilmesinde farklı birkaç yol olduğunu ders 5’te görmüştük. Ayrıca içinde belirticiler olan (Hidrojen iyonuna duyarlı boyalar) ve farklı pH değerlerinde renk değiştiren pH test kağıtları tüm kaplama amaçları için yeterlidir. Nikel kaplama banyoları pH değişiklerine oldukça duyarlıdır ve bu yüzden bu tür çözeltilerin pH değerlerinin dikkatle ölçülmesine özen gösterilmelidir.

En doğru metot kaplama banyosunda iki elektrodun arasındaki pH miktarını ölçen pH metrelerdir. İki elektrot arasında üretilen voltaj çözeltideki hidrojen iyonun sayısını ölçmek için doğru ölçektir. Bu şekilde yapılan pH ölçümü belirticilerle kâğıt kullanılarak yapılan Kolorometrik pH ölçümüne karşı ELEKTROMETRİK ölçümdür.

AKILDA TUTULMASI GEREKEN NOKTA KOLOROMETRİK pH ÖLÇÜMÜ ELEKTROMETRİK ÖLÇÜMLE ÖLÇÜLEBİLEN pH’IN 0.5 (1/2)İNİ ÖLÇEBİLECEK KAPASİTEDEDİR. Kâğıtla yapılan ölçüm ancak buna izin vermektedir ve tutan renkler ile ölçüm yapılır.

Bu küçük ama kesin fark bizi burada ilgilendirmemektedir. Ancak yine de akılda tutulmalıdır çünkü nikel kaplama banyolarında iki yolun farklı imkânları kullanılacaktır. Nikel kaplama banyoları hakkındaki yazılanlarda ve pek çok formülde pH hem elektrometrik hem de kolorimetrik verilecektir.

pH’ın verildiği ancak ölçme aracının verilmediği durumlarda ölçme aracı elektrometriktir.

ÖRNEK 3: Bir nikel kaplama banyosu formülünde pH elektrometrik 3.5’ten 4’e ölçülmüştür. pH ölçme kâğıtlarının (pH elektrometrik birimlerde değilde) banyoya uygun pH ‘ta tutmak için ne miktarda pH okuması gerekir?

CEVAP: 4(3.5+0.5)’ten 4.5(4+0.5) kolorimetrik

ÖRNEK 4: Bir kaplama banyosunda pH metot belirtilmeden 2’den 2.5’e ölçülmüştür. Bu miktarda, ölçmek için kullanacağınız test kağıtlarının ölçme sınırının kaç olması gerekmektedir?

CEVAP: 2.5’ten 3.0’a

Bu yan açıklamayı yaptıktan sonra şimdi asıl konumuz olan nikel kaplama banyolarına geri dönebiliriz.

Sıradaki formül oda sıcaklığında işletilmek için müthiş bir formüldür. Bu benim bulduğum tel haline getirilebilir, tamponlanabilir metal tortuları elde etme yöntemidir. Parlak bir kaplama çözeltisi değildir, ancak koruyucu bir nikel tabakası ya da cilalanacak bir tabaka elde etmek mümkündür.

TEK NİKEL ÇÖZELTİSİ (MAT)

     Reçete

nikel sülfat (hepta hidrat) ............ 510 gr

nikel klorür (heksa hidrat) ............ 283 gr

magnezyum sülfat .......................  57 gr

borik asit ............................. 113 gr

su .....................................   3,785 lt

Çalışma Koşulları

Sıcaklık: oda sıcaklığı (22 – 26,7ºC)

Katot akım yoğunluğu: 2,15 A/dm2

pH (kolorometrik): 4.0 – 4.5

anot katot oranı: 1.5’a 1.

NİKEL BANYOLARI İÇİN KAPLAMA TANKLARI: Bu derste anlatılan nikel kaplama banyoları şu tip tanlar ile güvenle oluşturulabilir: kauçuk çizgili çelik, teflon çizgili çelik, polietilin ya da polipropilin (çözeltinin etrafına hava üflenerek) ve/ ve ya fiberglas – plastik bileşimleri.

Katot çubuğu vasıtasıyla ÇALKALAMA izin verilen akım yoğunluğunu arttıracaktır. Parlak kaplama banyolarında çalkalanma genellikle çözelti ve hava üflenerek ya da çözelti pompalanarak sağlanır.

Bahsi geçen banyolarda FİLTRELEME duruma göre ya da sürekli yapılabilir. Parlak, yüksek akım yoğunluğu banyolarında sürekli filtreleme şarttır.

Mümkünse çözeltinin 2/3’ünü kaynayana kadar ısıtın. Borik asit içinde çözün ve nikel sülfat ve nikel klorür ile devam edin. Mümkünse çözeltiyi soğutun ve filtreleyin.

Not: İşlem esnasında çözeltiyi 49ºC’a kadar ısıtmak daha kaplamanın daha yumuşak ve biçimlendirilebilir olmasını sağlar.

WATTS TİPİ NİKEL ÇÖZELTİSİ (GRİ)

 

Sıradaki iki reçete Prof. Watts’ın formülü üzerine kurulmuştur ve tüm parlak nikel kaplama çözeltilerine kaynaklık ederler. Daha sonra değineceğimiz parlatma mekanizmalarına buradaki tariflerde yer verilmemiştir. İki reçete de kalın nikel kaplamada kullanılabilir ve muhteşem sonuçlar verirler.

 

DÜŞÜK pH WATTS BANYOSU

Reçete

 

Nikel sülfat (hepta hidrat) ................. 1276 gr

Nikel klorür (heksa hidrat) .................  198,5 gr

Borik asit ..................................  142 gr

Su ..........................................    3,785 lt

 

Çalışma Koşulları

 

Çalışma sıcaklığı : 65,6ºC.

pH (elektrometrik) : 2.0 – 3.5.

Akım yoğunluğu : 4,3 – 8,6 A/dm2.

Anot katot oranı: 1.5’a 1.

 

Oda ısısında kullanılan metodun aynısını yukarıda tanımlanan banyo için kullanınız.

    YÜKSEK pH WATTS BANYOSU

     Reçete

Nikel sülfat (hepta hidrat) ............ 907 gr

Nikel klorür (heksa hidrat) ............ 170 gr

Borik asit ............................. 113 gr

Su .....................................   3,785 lt

Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 57,2ºC.

Akım yoğunluğu (katot) : 4,3 – 6,45 A/dm2

pH (elektrometrik): 4.5 – 5.5

Anot katot oranı: 1.5’a 1.

 

 

PINNER – KINNAMAN BANYOSU

Bu özel banyo ile Watts banyosunda olduğundan daha iyi kaplama elde edilir ve karıncalanma daha az olur.

Bu banyonun özgül direnci Watts tipi banyolara göre oldukça düşük olduğundan, belli bir akım yoğunluğuna ulaşmak için çok daha az elektrik gücü gerektirmesi en üstün yönlerinden biridir. (Watts tipi bir banyonun oda ısısında ortalama direnci 20 ohm cm’dir, böylece güç gereksinimlerinde %50’ye yakın tasarruf söz konusu olacaktır. bkz: ders 1). Bu banyo özellikle aşınmış yüzeyleri tamir etmede faydalıdır, çünkü güçlü ve diğerlerine nazaran daha sert bir nikel kaplama sağlar.

Reçete

Nikel sülfat (hepta hidrat) ............ 765 gr

Nikel klorür (heksa hidrat) ............ 680 gr

Borik asit ............................. 150 gr

Su ................................. çözeltiyi 3,785 lt.ye tamamlayacak kadar

Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 60ºC.

pH (elektrometrik) : 1.5 – 2.5.

Katot akım yoğunluğu: 8,6 – 10,76 A/dm2.

Anot katot oranı: 1.5’a 1.

Bu koşullarda kullanılan bir çözelti, ilave bir parlaklaştırıcı kullanılmadan yarı parlak kaplama verecektir.

 

NİKEL SÜLFAMAT BANYOSU

 

Nikel sülfamat banyosu, elektrikli şekillendirmede ve kalın yumuşak kaplama elde etmek gerektiğinde kullanılan önemli bir banyo tipidir. Kaplamanın çekme gerilmesi daha düşük olur (Elektrikle kaplanmış metallerin iç gerilmeleri hakkında 14. Ders’ te elektrikle kaplamanın özelliklerini test etmeyi ele aldığımız kısımda daha fazla bilgi edineceksiniz.)

 

Reçete

Nikel sülfamat (Ni[SO3NH2]2) ............ 337,5 gr/lt

Nikel klorür (heksa hidrat) ............  15   gr/lt

Borik asit .............................  37,5 gr/lt

Eğer gerekiyorsa çukur önleyici (anti-pit) kimyasalı

Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 49ºC.

pH: 4 – 5.

Akım yoğunluğu : 2,69 – 10,76 A/dm2.

Özel önlem: Hidrolizi azaltıp nikel amonyum sülfat açığa çıkaracağından 60ºC’nin üstünde ya da pH 3’ün altında çalıştırmayın.

Bu banyonun biraz değiştirilmiş şeklinde nikel bromür kullanılarak, çekme gerilmesi daha düşük kaplama elde edilir. Nikel bromürlü versiyonu ilk kez 1957’de tavsiye edilmiş bir fikirdi ancak, o zamanlar saf nikel bromür elde etmek çok zor olduğu için kullanımı daha sonraya bırakılmıştır. Şu anda halihazırda ticari üreticiler tarafından sağlanmaktadır. 15 gr/lt nikel klorür yerine 22,5 gr/lt nikel bromür kullanın. Bu çözelti de diğerleri gibi dolap kaplamada kullanılabilir.

PARLAK NİKEL BANYOLARI

Son yıllarda ayna parlaklığında metal kaplamalar yapmaya yarayan yeni tip banyolar geliştirilmiştir. Parlak kaplamalar yapma işi kaza sonucu ortaya çıkmıştır. William Millward adında Elkington Kardeşler Kaplama Fabrikası, Birgmingham, İngiltere’de çalışan bir işçi, gümüş kaplama banyosuna kazara karbon disülfat düşürmüştür. Aynı biçimde, muhtemelen sonradan uydurulmuş olduğu düşünülse de, nikel parlatma işi de kazara ortaya çıkmıştır.  Muhtemelen bir kaplamacı takma dişini kaplama kazanına düşürmüş ve parlak nikel kaplama ortaya çıkmıştır. O zamanlar takma diş ağızdaki yerinde sakız “gum tragachant” denen bir yapışkan madde ile duruyordu, görünüşe göre bu kolloidal maddenin bir parlatma gücü vardı. Ancak bu eski tip parlatıcıların sınırlı bir etkisi vardı, tortu kalınlaştıkça parlaklığını yitiriyordu. Daha sonra bilimsel araştırmalar vasıtasıyla daha etkili parlatıcılar bulunmuş ve parlak kaplama bugünkü duruma gelmiştir. Bu doğal olarak şu soruyu akla getirir: BİR ÇÖZELTİNİN PARLAK KAPLAMASINI SAĞLAYAN ŞEY NEDİR?

Bu sorunun cevabı hala tam olarak açıklığa kavuşmamıştır ancak belki şu şekilde açıklanabilir. Şekil 3’ teki gibi sıradan bir elektro kaplamanın yüzeyini ele alın. Bu kristaller nispeten büyüktür ve yüzleri farklı yönlere bakmaktadır. Şu açıktır ki böyle bir yüzeye çarpan ışık dağılacak ve görüntünün yansımasını net olarak görmek mümkün olmayacaktır.

 

Peki ya eğer şekil dörtteki gibi, kaplama çözeltisinin mikro dağılımındaki düzeltmelerle daha pürüzsüz bir sonuç elde edilirse? Hala dağılmakta olan ışık vardır, ancak öncekinden daha azdır, ve muhtemelen pürüzsüz yüzeyden yansıyan görüntü hala bulanık olacaktır. Şimdi yapılması gereken kaplamanın kristal boyutunu küçültmektir.

 

 

Bir şekilde bu başarılabilirse, kristal yüzleri birbirinden biraz farklı yönlere baksa da ışığın çoğunu ayna yansımasıyla yansıtacaklar, böylece kesin bir görüntü oluşacaktır. Parlak kaplamanın ana ilkesi budur.

Bazı parlatıcıların etkisiyle kristal yüzlerinin sıralandığını (tercih edilen bir doğrultuda dizildiğini) gösteren bazı kanıtlar vardır. Ama başka kanıtlar da bu şekilde yapılmadan da parlak kaplamalar elde edilebildiğini göstermişlerdir.

 

Açıkça bellidir ki aşağıdaki üç şeyden en az ikisi parlak kaplama elde etmek için gereklidir 1) İYİ BİR MİKRO DAĞILMA (dengeleme ya da pürüzsüzleştirme) 2) TEK TİP (uniform) KÜÇÜK KRİSTALLER; ve 3) SIRALANMIŞ KRİSTAL YÜZLERİ. Modern parlak nikel banyolarında pürüzsüzlüğü sağlamak için kullanılan katkı kimyasalı, metal yüzeyinin çukur kısımları kaplanana kadar tepelerin kaplanmasını engeller. Aynı zamanda bu katkı kimyasalları kristallerin sadece belli doğrultularda ve daha da önemlisi belli bir boyuta kadar büyümelerini sağlar ki, kristal boyutları arasında sadece çok küçük farklar vardır. Kaplamanın nasıl büyüdüğüne dair 2. derse bakarsanız, pek çok kristal çekirdeğinin şekillendirilmesi gereğini ve bu kristal çekirdeğinin sınırlı bir ölçüde ve kesin yüzlerle büyüyeceğini görürsünüz. Hiç şüphe yoktur ki bazı pürüzsüzleştirici ve parlatıcı kimyasallar kaplamanın yapısına dahil edilmiştir.

Bu size neden bir banyonun parlak kaplayacağına dair fikir verecektir.

Uygulama reçetelerine tekrar dönmeden önce bu bağlamda son yıllarda nikel kaplamanın korozyona daha dayanıklı olmasını sağlamak için kaydedilen gelişmeleri gözden geçirmekte fayda vardır.

Sizin de gördüğünüz gibi nikel kaplamanın parlak hale gelmesini sağlayan şey ortalama kristal boyutunun büyük oranda küçültülmesidir. Ne yazık ki bu gelişmenin bir bedeli olacaktır, arttırılmış kimyasal aktivite, örneğin, nikelin daha çabuk paslanmasına sebep olacaktır. Bunun sebebi daha küçük kristallerin birim hacimdeki yüzey enerjilerinin büyük kristallere göre daha fazla olmasıdır. (1. dersten hatırlayınız, bir yüzey daima minimum hale gelmek ister, ve büyük bir kristal oluşturmak için birleşen çok sayıda küçük kristalin TOPLAM YÜZEY ALANI öncekinden DAHA KÜÇÜK olacaktır. Bu yüzden küçük kristaller, büyük kristallere göre birim hacim başına daha fazla serbest enerjiye sahiptirler.)

 

İKİ BALON DENEYİ

 

Bu yüzden 4 no.lu enerji prensibine göre (ders 1) küçük kristaller büyük kristallerden daha kararsızdırlar ve küçük kristaller er ya da geç çevreleriyle tepkimeye girecekler, bu da onların serbest enerjilerini düşürecektir.  Pek çok metal doğada en az serbest enerjili hallerinde, bileşik ya da tuz olarak bulunurlar (örneğin demir doğada demir oksit olarak bulunur). Bu nedenle aşındırıcı (korozif) bir maddenin bulunduğu bir ortamda küçük kristaller büyük kristallerden daha çabuk saldırıya uğrayacaklardır. Bu korozyona daha dayanıklı çift hatta üç tabakalı nikel kaplamaların geliştirilmesine sebep olmuştur, bu durumda nikel kaplama araba tamponlarında olduğu gibi krom bir tabaka ile kaplanır.

 

Şekil 6’da gösterildiği gibi üzerine krom kaplanmış bir parlak nikel tabakasında korozyon çukuru oluşabilir. (krom nikelden biraz daha asildir ve bu bileşim, ortamda içinde karbondioksit gibi çözünmüş halde bazı maddeler bulunduran nemin varlığı durumunda küçük bir korozyon hücresi oluşturabilir. Bu durumda nikelin bir kısmı çözünür ve küçük bir çukur oluşur. Eski usül kaplamada tümüyle parlak nikel kaplanmaktaydı ve kaplanmış nikel, çelik veya çeliğin üzerine kaplanmış bakırla direkt temas olana kadar çözünürdü. Çeliğin üzerine kaplanmış bakır açığa çıkmışsa çözünmeye başlar, bundan sonra çelik aşınır ve tamponunuzda bazı küçük mat noktalar görmeye başlarsınız. (bu artık bir problem değildir çünkü otomobillerde artık krom kaplı tampon kullanılmamaktadır.

Şekil 6

TEK PARLAK NİKEL KAPLAMA

Korozyon ayrılmış bir noktayla (çatlak) belirtilmiştir. Parlak nikelden

aşağıya doğru inerek demir (ya da çeliğe) ulaşır.

 

 

Şimdi en üst kaplama genellikle mikro-çatlaklı haldeki kromdur(bu dersin 6–C kısmına bakınız), onun altında ince bir parlak nikel tabakası bulunur, altında daha kalın bir yarı parlak nikel tabakası bulunmaktadır. Bu şekilde paslanma şekil 7’de gösterildiği gibi direk çeliğe ulaşamaz, kromdan sonra parlak nikel tabakasında yanlara yayılarak devam eder ve büyük kristallere sahip yarı parlak nikel üzerinde durur. Bu sayede çok uzun bir süre arabanızın tamponunda paslı noktalar oluşmayacaktır.

Şekil 7

DUPLEX (ÇİFT KATLI) SİSTEM

Şimdi uygulamadaki konulara geri dönelim

 

DOLAPTA PARLAK NİKEL KAPLAMA

Bu çözelti küçük parçaları dolapta parlak nikel ile kaplamak için mükemmeldir. Hareketsiz kaplama için de işe yarasa da elde edilen kaplama biraz gevrek olur.

 

Reçete

Nikel sülfat (hepta hidrat) ............ 680 gr

Nikel klorür (heksa hidrat) ............ 227 gr

Borik asit ............................. 113 gr

Kobalt sülfat (hepta hidrat)............  28,5 gr

Kadmiyum klorür ........................  1 gr

Para-toluen sülfonamit .................  2 gr

Su .....................................  3,785 lt

 

Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 32,2 – 43,3ºC.

pH (kolorometrik): 5.5.

Akım yoğunluğu: Katot akım yoğunluğu konu olduğu sürece özel bir tavsiye yapılmayacaktır, çünkü dolapta kaplanan yüzey alanı değişkendir. Ancak dolaba uygulanacak 10 – 12 Volt arasında bir gerilim yaklaşık olarak doğru akım yoğunluğunun elde edilmesini sağlayacaktır.

Dolap işinde çalışmak için birim alanda sahip olduğu açıklık miktarı (deliklerin toplam alanı) çok olan dolaplar seçin*, böylece elektriksel direnci azaltmış olursunuz. Ayrıca malzemenin bir araya toplanmasını engelleyici önlemler alınız, “yuva oluşması” durumunda bazı kısımlara normalinden fazla akım yoğunluğu verilirken diğer kısımlara ise gerekenden çok daha az verilir. Kaplanan malzeme ile hattın negatif tarafı (katot) arasındaki temas olabildiğince iyi olmalıdır yoksa kaplama bozuk ve çizikli olabilir. Eğer çözeltiyi tankta kaplama yapmak için kullanıyorsanız, 2,69 – 4,3 A/dm2 katot akım yoğunluğunda iyi çalışacaktır. Dakikada 1,8 – 3 mt. katot çubuğu hareketiyle karıştırma uygundur.

PARLAK NİKEL BANYOSU

Reçete

Nikel sülfat (hepta hidrat) ................. 322 gr/lt

Nikel klorür (heksa hidrat) .................  45 gr/lt

Borik asit ..................................  37,5 gr/lt

Para-toluen sülfonamit ......................   1 gr/lt

Kloral hidrat ...............................   0,6 gr/lt

   

     Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 60ºC.

Akım yoğunluğu: 5,38 A/dm2.

pH (elektrometrik): 4.

Çukur önleyici (antipit): Yüzey gerilimini 35 dyn/cm2 ye düşürmek için, Duponol M. E. veya muadili.

 

WEISBURG’UN PARLAK NİKELİ

 

Bu patentli çözelti oldukça parlak kaplamalar veren bir yöntemdir. Diğer ticari parlak nikellerden karmaşık organik bileşimler içermemesi yönüyle ayrılır.

 

Reçete

Nikel sülfat (hepta hidrat) ............ 907 gr

Nikel klorür (heksa hidrat) ............ 113 gr

Nikel format ........................... 170 gr

Kobalt sülfat (hepta hidrat) ...........  14 gr

Formaldehit ............................ 935 gr

Borik asit ............................. 113 gr

Su .....................................   3,785 lt

 

Çalışma Koşulları

Çalışma sıcaklığı: 63ºC.

pH (elektrometrik): 3.7.

Akım yoğunluğu (katot): 4,3 – 6,45 A/dm2.

Anot katot oranı: 1.5’ e 1.

 

Sizlere burada örnek olarak verdiğimiz bazı parlak nikel kaplama reçeteleri halen kendi kaplama çözeltilerini kendileri yapan kişiler tarafından kullanılmakta olup, son yirmi yılın eğilimi patentli parlak nikel banyoları kullanma şeklinde olmuştur. Bunun nedenlerini anlamak çok zor değildir. Birincisi, onların araştırma departmanları daha iyi parlatıcılar ve formüller geliştirmişlerdir. İkincisi, bu parlatıcılar daha dayanıklı ve kontrol edilmesi daha kolaydır. Üçüncüsü, eğer bir problemle karşılaşırsanız firmadan her zaman yardım alabilirsiniz – ya da size yardım edene kadar başının etini yiyebilirsiniz. Tabi tüm bu faydaların bir fiyatı vardır, nikel kaplamanın maliyeti biraz artmaktadır. Ancak pek çok kaplamacı bu küçük maliyet artışını faydalarını düşünerek tercih etmişlerdir.

 

NİKEL BANYOLARININ İŞLETİMİNDE GENEL FAKTÖRLER

ÇALIŞMA SICAKLIĞI: Çalışma sıcaklığını arttırmak kaplamayı yumuşatır ve zor kırılır hale getirir. Ayrıca tüm diğer şartlar aynı kaldığı halde kaplamada yanmaya sebebiyet vermeden daha yüksek akım yoğunluklarının kullanılabilmesine fırsat verir. Diğer taraftan sıcaklığı düşürmek daha sert ve kolay kırılır kaplamalar verir. Yüksek ısı aynı zamanda yüksek metal tuzu konsantrasyonuna fırsat verir.

METAL TUZU KONSANTRASYONU: Metal tuzu konsantrasyonunun arttırılması daha iyi bir dağılma gücü (tabi bazı istisnalar hariç), biraz daha pürüzsüz ve daha iyi mekanik özellikleri olan kaplamalar verir (örneğin kaplamanın kırılganlığı - gevrekliği azalır ve kaplamada daha az gerilme oluşur.) Aynı zamanda daha yüksek akım yoğunluklarının kullanımına fırsat verir.

pH: pH’ı düşürmek genellikle kaplamada soyulma ve çatlama olmadan daha yüksek akım yoğunluklarının kullanılabilmesini sağlar. Ayrıca anot verimini arttır böylece pH daha uzun süre sabit kalacağından banyoyu sürekli nikel tuzları ekleyerek tamamlamak gerekmez. pH’ı yükseltmekse özellikle düşük akım yoğunluklarında iken karıncalanmayı (çukurlaşma) azaltır, katot verimini arttırır ve dağılma gücünü yükseltir.

KİRLETİCİLER: Nikel banyoları, özellikle de parlak nikel banyoları kirleticilerden çok kolay etkilenirler. Konsantrasyon açısından düşünüldüğünde önemsenmeyecek kadar az miktarlardaki maddelerin etkileri şaşırtıcı biçimde büyük olabilir. Örneğin, bir galon nikel kaplama çözeltisine karışmış 0,03 gr bakır, kaplamanın düşük akım yoğunluğu alan kısımlarının daha koyu ve kırılgan hale gelmesine neden olabilir. Bu konuyu takiben verilecek olan sorun giderme tablosundan ve sizden yapmanız istenecek olan deneylerden de görebileceğiniz üzere, çok küçük miktarların büyük zararları olabilir. Oda sıcaklığındaki mat nikel çözeltileri bu tür kirletici maddelerin bazılarına karşı çok daha duyarsızken, parlak nikel çözeltileri aşırı duyarlıdır. Bu yüzden nikel kaplamada ve tüm diğer kaplamala işlerindeki en önemli kural:

KAPLAMA SORUNLARINI ÖNLEMEK İÇİN KİRLENMEYE KARŞI TEDBİR ALIN.

KİRLENMENİN KAYNAKLARI: Kaplama odasında pek çok kirlenme kaynağı bulunabilir. Fakat bu kaynakların çoğu ev temizliği ve mühendislik önlemleri ile ortadan kaldırılabilir. Şu olası kaynakları göz önüne alın:

ORGANİK KİRLETİCİLER: 1. Kaplama hattı tankların uygunsuz sıralanmış olması nedeniyle kaplama çözeltisi tarafından kirletilmesi, 2. Eğer kullanılıyorsa bir pompadan ya da ısı değiştiriciden sızan yağ veya gres, 3. Kalitesiz parlatıcı veya nemlendirici kullanılmışsa bunların bozulması, 4. Kalitesiz askı yalıtım kaplaması, 5. Gerekli durulamanın yapılmaması nedeniyle malzemenin üzerinde önceki banyo çözeltisinden gelen artıklar, 6. Malzeme üzerindeki polisaj veya parlatma artıklarının tamamen temizlenmemiş olması, 7. Yanlış anot torbaları, 8. Özellikle polisaj ve parlatma işlemlerine yakın yerde kaplama  yapılırken hava ile gelen toz, 9. Eğer kullanılıyorsa hava kompresöründen sızan yağ veya gres.

İNORGANİK KİRLETİCİLER: (Bunlar genellikle metal tuzlarıdır.) 1. Kalitesiz su, 2. Daha önceki işlemde kullanılan banyo veya daldırmalardan malzeme üzerinde kalan artıklar, 3. Kalitesiz anotlar, 4. Kalitesiz kaplama tuzları ve kimyasallar, 5. Kötü çalışma tekniği.

KAPLAMA BANYOSU KİRLENMEKTEN NASIL KORUNULABİLİR: Yukarıda anlatılmış olan, kirlenme ile ortaya çıkan kaplama sorunlarından korunmak iyi bir temizlik ve mühendislik meselesidir. Bazı temel hususlar:

1.     PARLAK NİKEL KAPLAMA İŞİ YAPARKEN, KAPLAMA HATTINDA MÜŞTERİSİ OLDUĞUNUZ FİRMANIN YA DA BENİM TAVSİYE ETKİLERİM HARİCİNDE TANK MALZEMELERİ KULLANMAYIN. ONAYLANMADIĞI SÜRECE DEĞİŞİKLİKLER YAPMAYIN.

2.     ÇÖZELTİ İLE HERHANGİ BİR ŞEKİLDE TEMAS EDEN EKİPMAN VE MALZEMELERİN SADECE TAVSİYE EDİLENLERİNİ KULLANIN.

3.     YEREL SU İDARESİNİ YA DA SAĞLIK HİZMETLERİNİ ARAYARAK SU KAYNAKLARINIZI ANALİZ ETTİRİN, BU YETKİLİLER PARA ALMADAN BU HİZMETLERİ VERMEKTEDİR.

Su, içinde çözünmüş tuzlara göre sertliği göz önünde bulundurularak aşağıdaki gibi sınıflandırılır:

TABLO 1

 

SU TİPİ                               SERTLİK ORANI*

 

YUMUŞAK                                 0 –  55 ppm

HAFİF SERT                            56 – 100 ppm

ORTA SERT                             101 – 200 ppm

ÇOK SERT                              201 – 500 ppm

 

Milyonda parçacık sayısı (ppm) terimi bahsi geçen miktarların çok düşük olmaları durumunda yüzdelerin verilmesi için kullanılır. Yani 100 ppm ağırlık olarak %0.01’e denktir. Örneğin, bir su analizi suyun içindeki kalsiyum oranını 200 ppm olarak verdiyse, bunun anlamı su içindeki kalsiyumun ağırlıkça konsantrasyonu %0.02’dir ve suyun her bir gramında 0.0002 gram kalsiyum mevcuttur.

 

Eğer şebeke suyunuz hafif sert sınıflamasının üzerindeyse, özellikle parlak nikel kaplama çözeltilerinde damıtılmış ya da deiyonize su kullanın. Deiyonize su sadece kaplama banyolarında değil ayrıca durulama tanklarında da kullanılmalıdır, eğer deiyonize edilmiş su bu temizlikte kullanılmazsa kirlilik devamlı olarak bir diğer işleme aktarılacaktır. Eğer parlak nikel kaplama yapmıyorsanız orta derecede sert su kullanabilirsiniz.

 

1.     KAPLAMA BANYOSUNA GİRMEDEN ÖNCE TÜM ALETLERİN TEMİZLENMİŞ VE DURULANMIŞ OLMASI GEREKİR.

2.     EĞER MÜMKÜNSE CİLALAMA VE PARLATMA İŞLEMLERİNİ KAPLAMA İŞLEMLERİNDEN BİR BÖLME ARACI İLE AYRI TUTUN.

3.     DOĞRU BİR DURULAMA SIRALAMASI İZLEYİN, BÖYLECE DİĞER ÇÖZELTİLERDEN KİRLİLİK AKTARILMAZ.

4.     BİR TANKIN İÇİNDE DÜŞEN BİR MADDEYİ DERHAL ÇIKARTIN VE METAL ISITMA SARGILARI İLE TANKTA KAPLANAN MALZEMEDEKİ BİPOLAR ETKİLERDEN KAÇININ. ÇÖZELTİ İÇİNDE ÇÖZÜNMEYECEK BİR METAL OLSA BİLE, EĞER DÜŞEN MADDE BİPOLAR HALE GELİRSE REAKSİYONA GİRECEKTİR.

5.     TÜM KAPLAMA TUZLARININ VE KİMYASALLARIN DOĞRU SAFLIKTA OLDUĞUNDAN EMİN OLUNUZ.

6.     ANOTLARIN %99+ NİKEL OLDUĞUNDAN EMİN OLUN.

DENEY 1: Sayfa 16’da verildiği gibi bir galonluk mat nikel çözeltisi hazırlayın. Çözeltiyi 200 mm.lik bir behere neredeyse tam olarak dolduracak kadar dökün. Beheriniz yoksa sıradan bir su bardağı kullanabilirsiniz. Şekil 8’de belirtildiği gibi #18 ya da #24 çapında bakırdan ya da elinizde mevcut çapta veya kalınlıkta bakırdan şeritler oluşturun. Gösterildiği gibi bir devre kullanın. Eğer bir redresörünüz varsa pil yerine elektrik enerji kaynağı olarak onu kullanın.

Tüm bakır şeritlerini önce süngerle ya da deterjanla hafifçe ovun, daha sonra ders 4’te tavsiye edildiği gibi bir temizleyiciyle elektrikli temizliğini yapın, daha sonra temiz suyla iyice durulayın.

1)     Bir şeridi kaplayın (kaplamanın rengine ve 0.5 amper ile 5 dakika kaplandıktan sonra şerit üzerindeki renk değişikliklerine dikkat edin).

2)     Başka bir şeridi 200 ml. taze çözeltiyle, 1 amperde 5 dakika kaplayın. Deneyi 2 amper ile tekrarlayın.

3)     Yeni bir bardak çözeltiye 1 gram bakır sülfat ekleyin ve çözün. Şimdi 0,5 amperde 5 dakika kaplayın, ne tür değişiklikler gözlemlediniz?

4)     200 ml.lik yeni bir çözeltide bir aspirin çözün. 0,5 amper ile bir bakır şeridini 5 dakika kaplayın. Etki ne oldu? Bu, aspirinin baş ağrılarını giderdiği gibi bazen de baş ağrılarına sebep olabileceğinin kanıtıdır.

Tüm bu deneylerde reosta ile akımı ayarlayarak sabit tutun. Şeritler üzerinde çalıştıktan sonra şeritleri ileri geri esneterek kaplamada nasıl çatlamalar olduğunu gözlemleyin. Hangi kaplamalar daha gevrek?

Şekil 8

DENEYSEL NİKEL DÜZENEĞİ

 

 

PARLAK NİKELDE HATA GİDERME

NOT: BU TABLO PARLAK NİKEL İÇİN HAZIRLANMIŞ OLMAKLA BERABER MAT NİKEL İÇİN DE KULLANILABİLİR.

BELİRTİ                               MUHTEMEL NEDENİ

Koyu, kırılgan kaplamalar             banyoda, bakır, kurşun,

Düşük akım yoğunluklarında            kadmiyum ya da çinko

Koyu sisler                           bulunması

Çözüm: Dalgalı, sahte katotlar kullanarak banyoyu elektroliz edin (bakırdan yapılmış katotlar işe yarayacaktır), katot akım yoğunluğu 0,2 ila 0,3 amper/dm2 olmalıdır. (DİKKAT: sahte katotları, bu işlemin haricinde hiçbir işte kullanmayın, daha sonra anot olarak kullanılmaları saflığı bozacaktır.) Çözeltide bulunan bakır ya da çinkonun miktarına göre bu işlem iki saat hatta 8 saat boyunca sürebilir. Çözeltinin dibinde hiçbir pirinç maddenin olmadığını kontrol edin. Bakır ve çinkonun nereden karışmış olabileceğini kontrol edin

 

Düşük ve orta akım yoğunlukla-        Aluminyum ve silikon

rında beyaz dumanlanma.                   bileşikleri buna neden

“tuz ve biber” sertliği               olabilir

Çözüm: yüksek pH arıtma yöntemini kullanın.

Başka türlü açıklanamayan             Kalsiyum tuzları mevcut

Kaplama pürüzlülüğü                   örneğin: sülfat

Çözüm: Kalsiyumu E.D.T.A. ile karıştırın. Kalsiyumu ortadan kaldırmak için bir (deiyonizer) iyon ayrıştırıcı kullanın.

Kırılgan, çatlayan kaplamalar,        banyoda demir bulunması

Pürüzlü ve mat görünüşlü             (özellikle 3,8’inüzerinde pH seviyesine sahip)                                                                  

Çözüm: Sahte katotlarla 0,54 A/dm2 de elektroliz edin ya da bir sonraki bölümde tavsiye edilen arıtma prosedürünü kullanınız.

 

Gevrek, çatlayan kaplamalar     Amonyum bulunması,sodyum ya da potasyum iyonları ya da Organik maddeler. Borik asidin az olması Hidrojen peroksitin bulunması.

 

Çözüm: Eğer problem sodyumun, amonyumun ya da potasyumun iyonlarının karışmış olmasından kaynaklanıyorsa reçine ile filtreleme faydalı olacaktır. Ya da çözeltinin 1/3’ünü boşaltıp yerine saf su koyabilirsiniz. Eğer organik maddelerden kaynaklanıyorsa, bir sonraki bölümde tanımlanacağı şekilde aktif karbon ile çözeltiyi filtreleyin. Eğer nadir bulunan borik asidin azlığından kaynaklanan bir sorun varsa, çözeltiye borik asit ekleyin ve analizlerde gösterildiği gibi eksikliği giderin.

Banyo dağılması kötü             Düşük pH’ lı banyoda ise:

a)  Metal içeriği çok düşük

b)  Akım yoğunluğu çok düşük

c)  Isı çok düşük

d)  Peroksit girişi olmuştur

e)  Demir vardır.

f)  Organik maddeler vardır.

Çözüm: (1) metal miktarlarını analiz edin ve uygun konuma getirin (2) akım yoğunluğunu arttırın (3) ısıyı yükseltin (4) hidrojen peroksidi yok etmek için geçici olarak ısıyı yükseltin (5) daha önce anlatıldığı gibi demiri yok edin (6) daha anlatıldığı gibi organikleri yok edin.

 

Yüksek pH’ lı banyoda ise:

a)  bakır ya da çinko kirlenmesi vardır.

b)  Peroksit girişi olmuştur.

c)  Akım yoğunluğu çok fazladır.

Çözüm: (1) daha önce anlatıldığı gibi bakır ve çinkoyu ortadan kaldırın (2) daha önce anlatıldığı gibi peroksidi ortadan kaldırın (3) akım yoğunluğunu arttırın.

 

 

Düşük katot performansı                      (1)eğer noktalı bir kaplama

(gazlanma), koyu çizgiler                    olması ya da kaplama olmama-

Soyulma.                                     sı durumunda, banyoda heksavalent krom olarak

                                             krom vardır. (Bu aynı zamanda yapışmaya neden olur)                                        (2) pH çok düşüktür.

                                             (3) metal konsantrasyonu çok düşüktür.

                                             (4) akım yoğunluğu çok yüksektir.

 

Çözüm: (1) çözeltide ne kadar krom olduğunu kontrol edin. Demir kromu hızlandırabilecek kromla yer değiştirmek için doğru olarak ölçülmüş miktarda demir karbonatını karışıma ekleyin. 0,26 gr/lt heksavalent formundaki kromu ortadan kaldırmak için, 5,34 gram kurşun karbonat ekleyin. Bu yolla sunulduğunda 1 gram kromik asidi ortadan kaldırmak için yalnızca miktarın yarısı olan 2,67 gramını kullanın. Daha önceden de belirtildiği gibi demirin sürekli artması elektroliz etme ile ortadan kaldırabilir. Krom yalnızca askıları durularken dikkatsiz olduğunuz ya da çözeltiler birbirine çok yakın olduğu yerlerde nikel çözeltinizin içine dahil olacaktır ve püskürtmede yeterli azaltmaya ve havalandırma sistemine sahip olmanıza engel olacaktır. (2) pH’ı uygun işleme oranına yükseltin. (3) metal içeriğini doğru değere yükseltin. (4) akım yoğunluğunu yükseltin.

Kaplama yanık görünüyor          1) Metal içeriği düşüktür.

2) Çalışma sıcaklığı

   düşüktür.

                                 3) Klorür miktarı düşüktür.

4) Akım yoğunluğu çok

   yüksektir.

                                 5) Fazla peroksit vardır.

Çözüm: Yanık kaplamanın en yaygın sebebi çok yüksek akım yoğunluğuna ulaşmasıdır. Çalışma yüzeyine akımın daha tekdüze dağıtmak için akım yoğunluğunu düşürmeyi deneyin ya da koruma kullanın. (2) ısıyı yükseltin (3) klorür miktarını uygun değere çıkarın. (4) metal miktarını uygun değere çıkarın (5) çökeltiyi ısıtarak peroksit girişini ortadan kaldırın.

Karıncalı kaplama                1) Fazla demir vardır.

                                 2) Borik asit çok düşüktür

                                 3) Yüzey gerilimi çok yüksektir.

     4) Peroksit tedavisi gerektiren kirleticiler mevcuttur.

 

Çözüm: (1) daha önce açıklandığı gibi demiri ortadan kaldırın. (2) Borik asit miktarını arttırın. (3) Çoğu parlak nikel, yüzey gerilimini arttıran nemlendirme mekanizmalarının kullanımındadır (bkz: ders 2). Önlem için firmanın tavsiye ettiği ve yüzey gerilimini uygun noktaya indiren standart metodu kullanın. Çoğu parlak nikel genellikle oranı 35’ten 45 Dyne’e çıkan baş belası yüzey gerilimleri içerir. Duruma göre bir nikel banyo parlak olsun ya da olmasın, sonraki bölümde açıklanacağı gibi, çukurlanmayı ortadan kaldırmak için bir hidrojen peroksit tedavisine gerek duyar.

Pürüzlü kaplama             1) pH çok yüksektir.

                            2) Borik asit düşüktür.

                            3) Akım yoğunluğu çok yüksektir.

                            4) Klorür iyonu düşüktür.

                            5) Anot parçacıkları ya da koyu çamur.

                            6) Bazik formda demir.

                            7) Kaplama tuzlarından çözünemez madde ve toz.

Çözüm: (1) pH’ı kontrol edip normal seviyeye getirin. (2) borik asit miktarını arttırın. (3) akım yoğunluğunu düşürmeyi deneyin ya da yüksek noktada koruyun. (4) klorür iyonunu kontrol edin ve doğrulamak için arttırın. (5) koruyucu anotta materyali doğru gözenek boyutu ve çeşidinde sürdürün. Banyoyu yeterli sıklıkta filtreliyor musunuz? (6) eğer pH oranı çok yükselirse,var olan demir hidroksit gibi çökebilir, bu da kısmen sürecek ve pürüzlü yüzeylere neden olacaktır. pH’ı düşürün ve çözeltiyi filtreleyin. (7) uygun derecede bir filtreleme yardımı kullanarak çözeltiyi filtrele. Kaplama tuzlarınızın özelliklerini belirleyiniz. Sırf ucuza getirmek için şüpheli dereceleri kullanmayın.

Çıkıntılı ve benekli kaplama                 Organik kirleticiler mevcuttur.

 

Çözüm: Bir sonraki bölümde tarif edildiği şekilde çözeltiyi deaktive karbon içinden geçirip filtre edin. Olası tüm giriş kaynaklarını kontrol edin. Organik madde nereden geliyor?

*    *    *    *    *

 

pH’ın kontrol edilmesi zor       (1) Borik asit düşük.

Anormal sıçramalar gösteriyor.   (2) Anotlar polarlanmıştır

                                 (3) Asidik ya da bazik madde ile kirlenme.

Çözüm: (1)Borik asit içeriği banyodan kaldırın. (2) Aşağıdaki az polarlanmış anotlara bakın. (3)  Tüm sıvıları kontrol edin. Yetersiz durulama ya da ayrıştırma, daldırıp çıkarma ya da asitli maddelerden bazik madde oluşumuna sebebiyet verebilir.

 

Anotlar polarize olmuş.             (1) Anotun geçerli yoğunluğu Çözünmüyor.                        çok yüksektir.

                                    (2) pH çok yüksektir.

                                    (3) Anotlar saf değildir.

                                    (4) Klorür iyonları çok düşüktür.

 

Çözüm: (1) Anotlardaki geçerli yoğunluğu azaltın ya da anot ekleyerek anot sahasını çoğaltın. (2) pH’i doğru uca indirgeyiniz.(3) Anotlar üzerindeki belirtileri kontrol edin. Bilinmeyen anotlardan sakının.: (4) Sudaki klorürü test edin. Miktar yetersizse anotlar yenmeyecek ya da çözünmeyecektir.

NİKEL ÇÖZELTİLERİNİN ARITILMASI

Daha önce de belirtildiği gibi, parlak nikel kaplama banyoları kirleticilere karşı çok duyarlıdır; bu tür parlak nikel çözeltileri ile kaplama işinde devamlı iyi sonuçlar alınmak isteniyorsa, banyo uygun bir şekilde ayarlanmalı, çalıştırılmalı ve arıtılmalıdır. Mat nikel çözeltileri söz konusu olduğunda, onları uzun zaman ve fazla bir hatayla karşılaşmadan çalıştırabilirsiniz. Bu bağlamda parlak kaplamadan daha az dikkat gerektirirler. Parlak nikel kaplamaya başlamadan önce çözeltinizi arıtmanız için size bir arıtma prosedürü vereceğim. Mat nikel kaplamanın böyle bir şeye ihtiyacı yoktur, mat nikel kaplamayı, istediğiniz takdirde, hazırlar hazırlamaz çalıştırabilirsiniz

İŞLEM:

1. Nikel ve borik asit tuzlarının hepsi sıcak suda (60–71ºC derece) çözündükten sonra suya nikel karbonat ekleyerek ve

plastik bir çubuk ya da suyu kirletmeyecek başka bir çubuk ile iyice karıştırarak çözeltinin pH’ını yükseltin. pH (elektrometrik) 5,2-5,6 arasında oluncaya kadar nikel karbonat ekleyin ve karıştırın. Dilerseniz nikel karbonat eklemek için aşağıda şekil 9’ da gösterildiği gibi bir metot uygulayabilirsiniz.

 

Şekil 9

pH’IN YÜKSELTİLMESİ

 

2. Şimdi kaplama suyunun beher litresi için 0,53 ml. konsantre hidrojen peroksit (100 hacim ya da %30 luk çözelti) ekleyin.

(DİKKAT: BU MİKTARDA PEROKSİT YANIKLARA YOL AÇABİLİR. PLASTİK ELDİVEN KULLANIN!) Karıştırın ve çözeltinin sıcaklığını 74°C dereceye kadar yükseltip 2,5 – 3 saat boyunca çözeltiyi bu sıcaklıkta tutun.

 

3. Celite filtre yardımcı tabakası koyduğunuz filtrenizle çözeltiyi süzün; nikel çözeltileri için özel Celite filtre yardımcı tabakasını satıcınızdan temin edebilirsiniz. Hazırlama tankındaki çözeltiyi kaplama tankına filtre edin.

 

4. Şimdi pH’ı 2,5 – 3,5 elektrometrik seviyesine kadar düşürün ve aşağıda belirtilen direktiflere göre hazırlanmış olan aktif karbonu filtrenizde ön filtre olarak  kullanarak çözeltiyi bir kez daha filtre edin:

a)  20-40 lt.lik bir çömleğin içinde su ile hazırlayacağınız Celite çamurundan (slurry), filtrenizin tabakaları üzerine yaklaşık 3 mm. kalınlığında Celite filtre yardımcı tabakasını yerleştirin.

b)  Saflaştırılacak nikel çözeltisinin her 379 lt.si için çömleğin içine 2,27 kg. aktif karbon karıştırın ve çamur kıvamına gelmesi için su ilave edin. Filtreyi bu çamur ile kaplayın.

c)  Bir miktar nikel çözeltisini filtre edin ancak başlangıçta bunun kaplama tankına geri gitmesine izin vermeyin. Çözelti temiz olarak gelene kadar önce bir çömleğin içine, tamamıyla temiz gelmeye başladığında tanka akıtın.

(DİKKAT: Kolay akması için karbon çamuru ince olmalıdır.

5. Bir sonraki bölümde belirtildiği gibi saf sülfürik ya da hidroklorik asit ekleyerek pH’ı doğru değere ayarlayın.

6. Kıvrımlı taklit katotlar kullanarak 0,54 amper/dm2 akım yoğunluğunda kaplama çözeltisini elektroliz edin. Çözeltinin galonu başına en az 5 amper-saat elektrik enerjisi kullanın.

 

 

ÖRNEK 5: 379 lt.lik bir çözeltiye 500 amper-saat uygulama yapılmalıdır. Tankta bulunan 185 dm2’ lik taklit katot ile 0,54 A/dm2’de, toplam akım 100 amper (0,54 x 185 = 99,9 A) ve uygulamanın toplam zamanı 500 A-saat/100 A = 5 saat olacaktır.

______________________________________________________________ 

7. Şimdi gerekli parlatıcı ve nemlendiricileri ekleyin, pH’ı doğru değere getirin ve çalıştırmaya hazırlanın.

 

Bu uygulama verildiğinde ve siz de önerilen kontrol metotlarını dikkatle takip ederseniz, kazara herhangi bir kirlenme olmadıkça bu karmaşık yöntemi bir daha uygulamak zorunda kalmazsınız. Kirlenmenin kaçınılmaz olarak oldukça sık oluştuğu şartlarda çalışıyorsanız, parlak nikelde kirlenme riskine karşı bir tür sigorta olarak sürekli filtreleme ve arıtma sistemi kullanmanızı tavsiye ederiz.

SÜREKLİ ARITMA YÖNTEMİ

Büyük otomatik kaplama tesislerinde sürekli arıtma sistemi kullanılması şiddetle tavsiye edilir. Böyle bir sistemde kaplama tankının bir parçası olarak imal edilmiş ya da onun yanına konmuş yardımcı bir tank vardır. Kaplama tankındaki çözelti bir filtreye pompalanarak devamlı olarak atılır. (filtre, yardımcı filtre tabakası ya da alfa selüloz + az bir miktar aktif karbon –her 1.000 lt. çözelti için 120 gr.- içerir.)

Yardımcı tanktaki kaplama çözeltisi bir dizi engelden geçer. Tanktan geçerken 0,54 A/dm2‘de 90° kıvrımlı katotlar ile arıtılır ve nihayet ana kaplama tankına geri pompalanır. Geri dönüş akıntısı bent tipi oluklarla yerçekimi vasıtası ile yapılabilir. Şekil 10’ da bu tür bir şematik düzenek görülmektedir.

Şekil 10

KAPLAMA BANYOSUNDA SÜREKLİ ARITMA

 

Aktif karbon uygulamasının (organik kirleticilere saldırarak) sadece kirleticileri uzaklaştırmakla kalmadığı, aynı zamanda işe yarayan kimyasalları da (parlatıcı, nemlendirici) uzaklaştırdığı unutulmamalıdır! Bu yüzden, dışarı çıkartılanın devamlı olarak ya da belli sürelerle tamamlanmasını sağlamanın belli bir maliyeti olacaktır. Eğer yoğun bir organik kirlenme varsa, biraz masraflı da olsa  yine de iyi bir tedbir olacaktır. Çok az bir kirlenme söz konusu ise ve kirleticilerden çok banyo kimyasalları dışarı alındıysa, genel işletme süresince karbon tabakası kullanılmamalıdır. Ancak uzun bir süre sonra organik kirlilik biriktiğinde karbon uygulaması yapılmalıdır. Karbon tabakası ile bu şekilde sürekli arıtma yapılırken akılda tutulması gereken bir diğer önemli husus da bu tabakanın değiştirilmesi gerektiğidir. Aktif karbon çok fazla kirletici tutabilir. Eğer aşırı kirlenirse daha fazla tutamaz ve artık çözeltiyi arıtamaz.

PRATİK UYGULAMA TAVSİYELERİ

METALİK KİRLETİCİLERİ TEMİZLEME YÖNTEMİ: Metalik kirleticileri uzaklaştırmada faydalı olacak olan aşağıdaki temizleme prosedürünü kullanınız. Mat bir nikel çözeltisi, Şekil 11’de gösterildiği gibi çözeltinin her litresi için 1,32 amper-saat uygulanan kıvrımlı suni katotlar ile elektrolize edilir ve zararlı metal kirleticilerin birçoğu temizlenir.

 

ŞEKİL 11

ARITMA

 

Kıvrımlı katot kullanılmasının sebebi gayet açıktır. Bu katotlarla yüksek noktalarda yüksek akım yoğunluğu, alçak noktalarda alçak akım yoğunluğu elde edilir ve katot alanından ve toplam akımdan da saptanacağı gibi, ortalama akım yoğunluğu, diyelim ki 0,54 A/dm2 olmasına rağmen, 5,4 ile 0,01 A/dm2 arasındaki değerlerde akım yoğunluğu elde edilir. Bu yüzden bu, GENİŞ BİR AKIM YOĞUNLUĞU aralığı verir. Bazı kirleticiler düşük akım yoğunluklarında, bazıları yüksek akım yoğunluklarda kaplanır. Bu da çözeltinin kolay bir işlemle temizlenmesine imkan verir.

pH KONTROLÜ: Bir çözeltinin pH’ını değiştirmek için; pH’ı düşürmek isterseniz sülfürik asit veya hidroklorik asit; pH’ı yükseltmek isterseniz nikel karbonat ya da nikel hidroksit kullanılır. Eğer pH’i değiştirmek zorundaysanız bunu yaparken izlenecek en iyi yöntem; çözeltiyi iyice karıştırın ve çözeltiden alacağınız bir litre numuneyi bir deney şişesine ya da uygun bir kaba alın. Şimdi devamlı karıştırdığınız deney tüpüne 100 mililitrelik ölçekli kaptan birkaç damla asit ekleyin, ekleme yaparken pH’ı şeritli test kağıdı ile kontrol edin. pH doğru dereceye ulaştığında seviyeyi okuyarak, 100 mililitrelik ölçekli kaptan ne kadar asit koyduğunuzu tespit edin. Kullandığınız asit miktarını kaplama tankınızda bulunan çözeltinin hacmi ile (kaç litre ise) çarparsanız, size yaklaşık olarak kullanmanız gereken asit miktarını verecektir. Mesela, tankınızda 1.000 galon ya da 3.785 litre çözelti varsa ve deneyde pH’ı düzenlemek için 0,2 mililitre asit kullanmışsanız, banyonuzun pH’ ını düzeltmek için yaklaşık 0,2 x 3.785 = 757 mililitre aside ihtiyacınız olacaktır. Bu değer yaklaşık bir değer olduğu için hepsini eklemeyin, 700 mililitre civarında ekleyin. Aksi takdirde pH çok fazla düşerse, bu kez de yükseltmek için fazladan uğraşmanız gerekebilir. Bu miktarı ekledikten sonra iyice karıştırın ve banyonun pH değerinin istediğiniz değere yakın olup olmadığını test edin. Şimdi devamlı karıştırmayla, dengeli bir şekilde doğru pH değerini elde etmek için gerekli olan ilaveyi yapın. pH’ı yükseltmek için, daha önce gösterildiği gibi bir çanta içinde bekletilmekte olan nikel karbonat ya da hidroksit kullanımı iyi sonuçlar verecektir.

DEMİRİ GİDERME: Çözeltiniz yüksek miktarda demir ile kirletildiyse, bundan kurtulmanın en iyi yolu arıtma başlığı altında gösterildiği gibi pH’ı yükseltmek ve sonra da her çözeltinin her 100 lt.si için 1,25 ml. hidrojen peroksit eklemektir. Daha küçük miktarlar için yukarıda 0,54 A/dm2 de gösterildiği gibi bir yol izleyebilirsiniz.

KARINCALANMA: Bunu kontrol etmek için yukarıda belirtildiği gibi banyonuza peroksit ilavesi yapın. Mümkünse pH’ı değiştirmeden çözeltiyi ısıtın. Sonra uygun bir anti-pit bileşiği (nemlendirici) kullanın.

ÇÖZELTİ KONTROLÜ VE ANALİZİ

Mat nikel çözeltisinde çalışırken kontrol edilmesi gereken önemli etmenler pH, nikel içerik ve klorürlerdir. Bir parlak nikel çözeltisi ise bu etmenlerin yanında genellikle, borik asit içeriği, parlatıcı ve yüzey gerilimi kontrolünü gerektirir. Parlak bir nikel banyoyu çalıştıracaksanız, hiç şüphesiz tedarikçiden tam kontrol tarifnameleri alacaksınız. Bu tarifnamelere şiddetle uyulmalıdır. Aşağıda mat nikel çözeltilerinin analizi için önerilen metotlar bulunmaktadır- bunlar çoğu parlak nikel çözeltisine de uygulanabilir.

pH: Uygun türden bir pH kâğıdı ya da pH-metre kullanın. (Çoğu tedarikçide satılmaktadır.)

KLORÜR: Şekil 12’de göste-rildiği gibi doldurulmuş bir beherden cam bir tüp yardımı ile 5 ml. numune alın. 5 ml. almak için 5 ml.lik bir pipet ve bir pipet güvenlik ağızlığı kullanın. (Şekil 13’e bakın.)

 

 

5 ml. örneği 250 ml.lik erlene koyun. 50 ml. kadar su doldurun ve üzerine potasyum kromat kristali ekleyip çözülene kadar çalkalayın.

 

2) Şimdi 1/10 N gümüş nitrat çözeltisi ile doldurulmuş olan 50 mililitrelik büretten sürekli salladığınız erlene yavaşça gümüş nitrat çözeltisi ekleyin. (Sol elinizi büretin arkasında ve vananın üzerinde tutun böylece kontrol edebilmeniz kolaylaşır. Sağ elinizle de erleni tutun.)

 

3) Nikel çözeltisi önce sarımsı yeşil bir renge dönüşecektir. Çözeltiye gümüş nitrat eklemek gümüş klorür çökelmesini başlatacak ve hepsi çökelince bir sonraki gümüş nitrat damlası çözeltiyi kırmızıya dönüştürecektir. Kuvvetli nikel çözeltilerinde renk değişiminin gözlemlenmesi biraz daha zor olup, belirgin bir kırmızılık yerine kırmızımsı kahverengi bir renk elde edilir. İlk kalıcı kırmızımsı kahverengi renk TİTRASYON BİTİM NOKTASINDA elde edilir.

KULLANILAN GÜMÜŞ NİTRAT MİKTARI 2,367 İLE ÇARPILIRSA, ÇÖZELTİDE LİTRE BAŞINA NİKEL KLORÜR HEKZAHİDRAT MİKTARI GRAM CİNSİNDEN BULUNUR.

ÖRNEK 6: Titrasyon bitim noktasına ulaşmak için 12,50 mililitre gümüş nitrat gereklidir. Banyoda litre başına ne kadar nikel klorür bulunmaktadır?

12,50 x 2,367 = 29,59 (gram/lt)

EK NOT: pH düşük ise klorür testi doğru sonuç vermeyecektir. Seyreltilmiş çözeltinin pH’ını kontrol edin, eğer düşükse (4,5’ten az ise) , pH 4,5’in üstüne çıkıncaya kadar birkaç damla amonyak (%2 lik çözelti) ekleyin.

NİKEL İÇERİK: 250 mililitrelik erlene pipetle çektiğiniz 2 ml. çözelti örneğini koyun. Buna 90 ml. saf su ve 10 ml. konsantre amonyak hidroksit ekleyin. Şimdi yaklaşık 0,5 gram müreksit indikatör karışımı katın (100 gram kuru sodyum klorür ile karıştırılmış 0,2 gram kuru indikatör tozu). Çözeltiyi rengi yeşilimsiden koyu mavi mora değişene kadar 0,115 M (Molar) standart EDTA (Etilen Diamin Tetraasetik Asidin disodyum tuzu) ile titre edin. Kimyasal satıcınızdan bu güçte bir çözelti satın alabilirsiniz. Ya da yaklaşık olarak bu güçte bir çözeltiyi kendiniz hazırlamak isterseniz, tam olarak 43,0 gram saf EDTA’ yı (dihidrat) bir balon jojede saf suyla 1 litreye seyreltin. Eğer EDTA doğru molariteye sahipse titrasyonla bulunan nikel miktarını veren formül:

Metalik nikel = 3,37 x ... ml. kullanılan 0.115 M EDTA

   (gr/lt)

Kendi EDTA çözeltinizi hazırlıyorsanız, çok isterseniz (sadece daha kesin sonuç istendiğinde gereklidir) 0.1 M standart nikel çözeltisine karşı titre ederek standardize edebilirsiniz.

 

Yukarıda tanımlanan kompleksimetrik titrasyon ile elde edilen değer, nikel sülfat ve nikel klorüre dönüştürmek isteyeceğiniz, banyoda mevcut olan nikel metalinin miktarını ons olarak verecektir. Eğer klorür ayarlamasını da yerine getirdiyseniz kalan her şeyi kolayca çözümleyebilirsiniz. Aşağıda bunu nasıl yapacağınızı gösteren küçük bir kimya dersi bulunmaktadır:

 

Nikel klorür heksahidrat’ın formülü NiCl2.6H2O ve molekül ağırlığı 237’ dir (5. Ders Sayfa 5-37’deki atom ağırlık tablosuna bakın). Bu tuzun 1 onsunda 59/237 veya 0.25 ons metalik nikel vardır. 1 ons nikel sülfat heptahidrat NiSO4.7H2O’da ise 59/280 ya da 0.21 ons nikel bulunmaktadır. Buraya kadar tamam mı? Şimdi bunu nasıl bir araya getireceğimizi gösteren bir örnek üzerinde çalışacağız.

ÖRNEK 7: Klorür titrasyonu her galonda 4.00 ons nikel klorür hexahidrat bulunduğunu gösteriyor. Toplam nikel titrasyonu ise 5 ons metalik nikel gösteriyor. Nikel sülfat heptahidrat miktarı nedir?

 

İlk olarak klorürde ne kadar nikel mevcut olduğunu bulmalısınız. Bu da ; 4 x 0.25 = 1 onsa tekabül eder.

İkinci olarak, ne kadar nikel arttığını belirlemelisiniz, bu durumda 5 – 1 = 4 ons nikel artar.

Üçüncüsü, kalan nikeli, 0.21’ e bölerek sülfat heptahidrata dönüştürmelisiniz. Bu durumda 4 / 0.21 = 19 ons nikel sülfat heptahidrat bulunur.

 

NOT: Banyoda kobalt mevcut ise, nikelin kompleksimetrik metodla titrasyonundan elde edilecek sonuç nikel ile kobaltın toplamını vereceğinden yanlış olacaktır. Genellikle mevcut kobalt miktarı oldukça küçük olduğundan metod pek çok durumda güvenle kullanılabilir. Herhangi bir şüphe varsa tedarikçinize ya da dersin sonundaki referans listesinde bulabileceğiniz daha kapsamlı analiz metodlarına başvurun.

BORİK ASİT:  1. Beherden 5 ml.lik bir örnek alın ve 200 ml.lik bir erlene koyun.

2. 25 mililitrelik saf gliserin ve 1 ml. bromkresol moru indikatörü ekleyin. Çalkalayıp karıştırın, karıştırmaya yardımcı olması için 5 ml. saf su ekleyin.

    3. Bir büreti 0.1 N (normal) sodyum hidroksit çözeltisi ile doldurun ve çözeltinin rengi koyu yeşilden mora değişene kadar büretteki standart çözeltiden behere yavaş yavaş ve dikkatlice ekleyin. Bu TİTRASYONUN BİTİŞ NOKTASIDIR.

ONS/GALON OLARAK BORİK ASİT MİKTARI, ML. OLARAK KULLANILAN STANDART SODYUM HİDROKSİT MİKTARININ 0.166 İLE ÇARPIMINA EŞİTTİR.

Şekil 13

NİKEL ANALİZİ İÇİN UYGUN ALETLER

 

NİKEL KAPLAMA MALZEMELERİ

 

TANKLAR: Ticari açıdan nikel kaplama tankları, nikel çözeltileri ile çalışabilmek için, kauçuk, Koroseal, polietilen ya da teflon astarlı olarak ÇELİKten imal olmalıdır. (Dikkat: Eğer tescilli bir parlak nikel kullanıyorsanız tank astarına ilişkin satıcınızın tavsiyelerini dikkate alın.) Cam astarlı tanklar da kullanmak mümkündür ancak ilk tür daha tavsiye edilebilirdir. Eğer çözelti 110°C fazla ısıtılmayacaksa Lusit (parlak) tanklar küçük skalada işe yarar. Tahta ya da kurşun kenarlı tahta, kurşunun klorür içinde çözünmeye meyilli olmasından ve tahta bileşiminin çözelti tarafından süzülerek kırılganlığa yol açmaya meyilli olmasından ötürü bu iş için tavsiye edilmez.

 

ISITICILAR: Oda sıcaklığındaki bir nikel çözelti ile çalışmadığınız sürece çözeltiyi çalışma sıcaklığına ısıtmak gerekli olacaktır. Bu amaç için elektrik, gaz ya da buhar daldırma ısıtıcıları kullanabilirsiniz. Bu daldırma ısıtıcıları sıradan metallerden  ya da materyallerden yapılamaz aksi takdirde bunlar çözelti içinde çözülüp çözeltiyi bozarlar. Isıtıcı bobinleri için uygun olan materyaller KARBATE, tantal, vikor cam, kuvars ya da çelik kaplı teflondur. Duriron bobinleri belli tür parlak nikel çözeltilerde de kullanılabilir. Isıtıcı bobinleri iki kutuplu etki elde edilebilecek şekilde yerleştirilmemelidir, örneğin aşağıdaki şekil 14’te görüldüğü gibi bu bobine kimyasal olarak zarar verebilir. Çözeltinin devamlı olarak süzgeçten geçirileceği daha geniş tip donanımlar için dış ısıtma sisteminden faydalanılabilinir (ısı takası).

Şekil 14

ISITICI BOBİNLERİNİN YERLEŞTİRİLMESİ

 

 

FİLTRELER: Daha önce de üzerinde durulduğu gibi en iyi nikel kaplamalar temiz çözeltilerden elde edilir; bu ayrıca diğer tip kaplamalar için de geçerlidir. Bu yüzden nikel kaplama çözeltisini mümkün olduğunca sık filtreden geçirmek akıllıca olur. Geniş donanımlarda sürekli filtrasyon olabilir, parlak nikelin daha küçük donanımlarında aralıklı ve kesik kesik olabilir, donuk nikel çözeltilerinde ise ara sıra olabilir. Seçilen süzgeç pompaları ve süzgeçlerle birleşmede kullanılan boru parçaları çözeltinin hareketine dayanıklı materyalden olmalıdır. Sert kauçuk ya da reçine, poliproplien, cam borulama, çelik kenarlı kauçuk, kauçuk diyafram valfları tipik materyalleridir. Pompanın kendisine gelindiğinde kauçuk ya da içi pompa ile kaplı plastik en iyisidir. Bu ayrıca bileşimin süzgeç kısmını da içerir. Kauçuk kaplama tasvip edilen bir türdür.

Eğer nikel kaplama çözeltisi bir defada ve zaman zaman filtre edilecekse, kaplama çözeltinizi uygulama tankının dışına pompalayabileceğiniz ve iki saat ya da daha az bir sürede filtre  edip  tekrar  kaplama tankına  geri basabilecek kapasitede olanını seçmenizde fayda vardır. Bu, banyonun çalışmadığı süreyi en aza indirger. Eğer sürekli filtrasyon yapılacak ise, pompalama kapasitesinin zaman zaman filtreleme yapmak için seçeceğinizden daha büyük olmasına ihtiyacınız vardır! Bu şaşırtıcı bir durum gibi görünse bile aslında değildir. Sebebine gelince, filtrenin her pislik parçasını yakaladığını varsayarsak, kaplama çözeltinizi uygulama tankının dışına ve tamamen temizlenip, bu esnada hiç kirlenmediğini varsayarak tekrar kaplama tankının içine pompalamak için geçecek zamanı düşünün.

Diğer taraftan çözelti devamlı olarak filtre ediliyorsa, filtre edilip temizlenmiş olan çözelti filtre edilecek kirli çözelti ile karışarak tekrar filtreye gönderilir. Bu da kaplama çözeltisini temizleme süresini artırır. Bir örnek bunu daha iyi anlamanıza yardımcı olacaktır.

7200 galonluk bir nikel tankınızın olduğunu ve kirli parçacıkları temizlemek için kısım kısım filtrasyon yapmak istediğinizi varsayalım. Filtre pompanız her saniyede ortalama 1 galon basıyor (gal/sn). Öyleyse tanktaki tüm çözeltiyi kaplama tankına geçerek temizlemek 7200 (gal)/ 1(gal/sn) = 7200 saniye ya da 2 saat alacaktır.

Sürekli filtrasyonda temiz çözelti kirli olanla karıştığından %100 arıtma elde edemeyiz. Burada aradığımız pisliğin %99’unu temizlemenin ne kadar zaman alacağıdır (ki bu tüm pratik uygulamalarda için %100 temizlik ile aynıdır.) Sürekli filtrasyonda aşağıdaki ilişki mevcuttur

I = Ioe–kt

Burada I, t saniye süresi sonunda banyoda kalan kirlilik miktarı, Io çözeltide başlangıçta bulunan kir miktarı, e sayısı doğal logaritmanın tabanı olan 2.718, k ise galon/sn. cinsinden ortalama filtreleme hızının galon cinsinden tank hacmine oranıdır. Buradaki durumda k = 1/7200’ dür. Çözeltideki kir seviyesinin öncekinin %1’ine inmesini istiyoruz. Öyleyse:

I/Io = 0.01 = (2.718)-t/7200

Bu denklemi logaritmaları alarak çözersek (sizden bunu yapmanız istenmiyor!) 9.2 saat sonucuna ulaştığımızı görürüz! Yani sürekli filtrasyonda tam olarak 1 gal/sn. filtrasyon hızında çalışarak 9.2 saatte temizlenen banyonuz, bir defada temizleme yapılsaydı aynı temizliğe 2 saatte ulaşacaktı.

 

Eğer bir defada yapılan temizleme işlemindekiyle aynı sürede (2 saat) filtrasyon yapmanızı sağlayacak daha büyük kapasitede bir filtre satın almak isterseniz, akış hızı 4.6 gal/sn olmalıdır. Tabi ki bu çok fazla şey istemek olurdu. Orta bir yol bulmanız gerekiyor, örneğin maddi durumunuzun izin vereceği en hızlı filtrasyon oranı olan bir tane satın alın!

 

ANOT VE KATOT BARALARI: Bu baralar iyi bir şekilde nikelle kaplanmış bakırdan olmalıdır. Bu, çözeltiden bakır çubuklar üzerine bulaşabilecek pisliği önleyecektir.

 

KARIŞTIRMA: Mat nikel banyoları karıştırma gerektirmez fakat daha hızlı kaplama yapmak istiyorsanız, ya da parlak nikel banyosu kullanıyorsanız en iyi sonuçları alabilmek için karıştırma gerekli olacaktır. Karıştırma ya katot çubuğunu ileri geri hareket ettirerek, ya çözeltiyi pompalayarak ya da çözeltiye hava üfleyerek elde edilir*. En kolayı dakikada 180 ila 300 cm ileri geri hareket eden karıştırıcıdır. En az karışık olanı budur ve çözelti sık sık süzgeçten geçirilmiyorsa tortuyu hareket ettirmediğinden en iyi yöntemdir. Bazı parlak nikeller sadece hava ile üretilebilecek güçlü bir karıştırma gerektirirler. Tedarikçiniz hangisini kullanmanız gerektiğini ve bunu nasıl tedarik edebileceğinizi anlatacaktır.

 

ANOTLAR: Tüm işlerin %99’ u için en iyi nikel anot türü yuvarlak, depolarize edilmiş anottur. En yaygın olan türü oval kesit alanına sahip olanıdır. Titanyum selenin içine konmuş anot külçeleri de kullanılabilir. Dolap kaplama için özel eğri şekilli olan anotlar bulunabilir. Daha az miktarda tortu oluşturması için bu anotları kalın pamuk torbaların içinde kullanın. Standart uygulamada anotların iki ucu delinir ve nikel ya da titanyum çengele tutturulur. Tanktaki çözelti seviyesi anotun üst ucundan 1/2 ila 1 inç yukarda olmalıdır. Anot uzunluğu kullanılan tankın derinliğine bağlıdır. Yaklaşık bir ölçü olarak anot, alt ucu kaplanan malzemenin alt ucunun kabaca 2 inç yukarısında olacak kadar uzun olmalıdır. (Neden?)

NİKEL KAPLAMANIN SÖKÜLMESİ

Bazen kusurlu kaplanmış nikel kaplamayı soyup temizleme ihtiyacı duyarsınız. Burada bazı sökme metotları bulunmaktadır:

 

ÇELİKTEN YA DA DEMİRDEN NİKEL SÖKME

     Reçete

     Sülfürik asit ..........................  5 lt

     Gliserin ............................... 30 ml

     Bakır sülfat ........................... 85 gr

     Su .....................................  3 lt

     Çalışma sıcaklığı ...................... 25,6ºC

 

Ters akımda tanka 6 Volt uygulayın. Oda sıcaklığı. Suyu ve gliserini karıştırın, bakır sülfatı ekleyip çözün ve dikkatlice asidi ilave edin. Taş çömlekte bekletin. Kurşun katotlar kullanın.

İyi bir havalandırma başlığınız bulunuyorsa, aşağıdakilerde de aynı amaç için konsantre edilmiş nitrik asit kullanabilirsiniz:

Reçete

     Konsantre nitrik asit .................. 3,785 lt

     Hidroklorik asit ....................... 3 ml

İyi havalandırma altında korumalı çanağa koyun. (Parlak daldırmanın bulunduğu 4. derse bakın). Bu oda sıcaklığında kullanılan bir daldırmadır. ASİTLİ DALDIRMALAR İLE DAHA ÖNCEDEN BİR TECRÜBENİZ YOKSA KULLANMAYIN.

PİRİNÇ YA DA BAKIRDAN NİKEL SÖKME: Yukarıdaki sülfürik asit akımlı sökmesini kullanın.

ÇİNKO YA DA ALUMİNYUMDAN NİKEL SÖKME: Konsantre sülfürik asit daldırması kullanın (66° Bomeli asit). Ayrıca sadece aluminyum için, daha önce verilmiş olan nitrik asitli daldırmayı kullanabilirsiniz.

YAŞANMIŞ BAZI NİKEL KAPLAMA TECRÜBELERİ

TECRÜBE #1: Parlak nikel kaplanan tampon parçalarında düzensiz bir pürüzlülüğe rastlanmıştı. Banyonun hazırlanmasında ve ikmalinde sıradan çeşme suyu kullanılmıştı. Su ikmalinden sonra kalsiyum tuzlarının çökeleceği kesindir. Belli bir süre sonra pürüzlülük ortadan kalkacaktır. İyon değiştirici önerilmişti ancak kaplama hattında böyle bir düzenleme yapmak çok uzun bir süre alacaktı. Banyo tedarikçisinin bu önerisinin yerine, nikel çözeltisine 7,5 gr/lt nikel fluborat katıldı ve kapasitesi arttırılmış sürekli filtrasyon ünitesi kuruldu. Bu düzenleme son derece yararlı oldu. Eğer su kalsiyum içeriyorsa kalsiyum floborat dibe çöker ve filtrenin yardımcı tabakasında süzülür. Çöp karıştırıcı olarak iş görmesi için zaman zaman banyoya az miktarda (3,75 – 7,5 gr/lt) floborat ilavesi yapıldı. Bu iyi bir çözüm olmakla beraber en başında deiyonize su kullanmak daha iyi olurdu! 19.derste kaplama odasındaki su konusunda verilen notlara bakın. Bu arada, kalsiyumdan kaynaklanan bu ince pürüzlülük korozyonu (aşınma) hızlandırır!

TECRÜBE #2: Banyo teknisyeni bir süredir kullanımda olan bir nikel banyosunda pH’nın düşmekte olduğunu tespit etmişti. Kaplama hattında banyoya asit karıştıracak bir ön asit daldırması yapılmadığından, teknisyen pH’ın neden düştüğünü açıklayamamakta idi. Bu konudaki uzun bir rahatsızlıktan sonra başka hiçbir şey yapmadan nedenlerini DÜŞÜNME kararı almıştı. Sonra birden kafasına dank etti. Anot torbaları! Baktığında çoğunun kötü bir şekilde tıkanmış olduğunu gördü. O andan itibaren anot çantalarının düzenli aylık periyotlarla yıkanmasını ve temizlenmesini sağlayan bir tarife yaptı! Eğer anot sepetleri kullanıyorsanız yeterli anot alanınızın olduğunu sağlama almak için bu sepetlerin ebat ve sayılarını artırmaya dikkat etmelisiniz!

TECRÜBE #3: Bir parlak nikel banyosu teknisyeni alçak akım yoğunluğu alanlarında kaplamanın bulanık olduğunu fark etmişti. Bu bakır benzeri ağır bir metaldi (bu tür bulanıklığa sebep olan en güçlü metallerden biri) ve spektrografik test de bunu doğruladı. Ancak bakır nereden geliyordu? Kaplama tankı üzerinde yapılan titiz incelemeler katot barasının bakır kontak tekerleği üzerine sürtünerek tanka devamlı olarak bakır tozu dökülmesine sebep olduğunu gösterdi. Teknisyen bu sorunu nasıl çözdü? Bu sefer sizin önerinizi bekliyorum — Dersin sonundaki kısa sınav için üzerinde düşünün.

TECRÜBE #4: Yeni bir parlak nikel banyosu henüz kurulmuştu. Bir kaç hafta sorunsuz çalıştıktan sonra hem yüksek akım hem de alçak akım yoğunluklarında yavaş yavaş beyaz bir dumanlanma belirmeye başladı. Banyo içeriği oluşturan tüm malzemeler doğru bir şekilde test edildiği için, tesis şefi duruma hazırlıklıydı. Tüm bu hengamenin ortasında ELEKTROMETAL KAPLAMANIN TEMELLERİ II’ yi henüz bitirmiş ve işe yeni alınmış olan bir işçi çok çok basit bir soru sordu. “Kauçuk kenarlı yeni kaplama tankı, kaplama banyosunda kullanılmaya başlamadan önce yıkanmış mıydı?” HAYIR! İşte sebebi buydu. Banyoya yapılan bir karbon tedavisi tüm günü kurtardı. Buradan alınacak ders şu: Kullanmaya başlamadan önce organik tank kenarlıklarını kontrol etmeyi unutmayın. Kaplama çözeltisini yıkayıcı gibi kullanmak pahalıya mal olabilir!

 

PLATİN AİLESİNDEN METALLERLE KAPLAMA

Platin metaller kimyasal olarak platinle yakından ilişkilidir. Maden ocağından çıkartıldıklarında genellikle bu metalle bir arada bulunurlar. Kolay oksitlenmediklerinden ve başka bir elementle birleşmediklerinden dolayı asil metaldirler. Diğer bir deyişle kimyasal saldırıya direnirler.

Bu aile şu metalleri içerir: İRİDYUM, PALADYUM, PLATİN, OSMİYUM, RODYUM, RUTENYUM. Aileyi oluşturan bu altı metalden sadece PALADYUM, PLATİN ve RODYUM herhangi bir ölçüde ticari amaçlı kaplanabilir. Diğer üç metal üzerinde de deneysel çalışmalar yapılmakta olup, çok özel kullanımlar için bu metallerin kaplanabildiği bazı banyo patentleri vardır. Bu bağlamda oldukça az iş yapıldığı için konuyu sadece ticari amaçla kaplaması yapılan platin metallerle sınırlandıracağız. Yine de ailenin ihmal edilmiş bu üç üyesi, elektrokaplamada kullanım açısından büyüleyici olasılıklar sunmaktadır.

Örneğin, elektrikle kaplanmış osmiyumun sertliği 1500 DPN’ye (elmas piramit sayısı- 14. derse bakın) yakındır. Bu şu anlama geliyor: osmiyum, sert krom ya da nitride edilmiş çelikten daha serttir. Bu,  muazzam bir yüzey dayanma direnci anlamına gelir. Bu size bir fikir verdi mi? Platin ailesinin bu ilginç üç üyesinin kaplaması hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, ders sonundaki referansların bazılarından yola çıkarak derin bir araştırma yapabilirsiniz.

Tüm platin metallerin elektrokaplaması ile ilgili olarak ortak bir fiziksel güçlükle karşılaşılır. Kaplamalar genellikle aşırı gergindir. Nadiren de olsa gerginlik 100.000 psi’ a kadar yükselebilir. Bu kadar yüksek gerginlik aşırı gevrekliğe ve kaplamanın soyulmasına yol açar. Zararlı olan bu gerginliği en aza indirgemek için özel tedbirler alınmalı ve özel  katkı maddeleri kullanılmalıdır.

Bu metallerin elektrokaplamada kullanımının en büyük dezavantajı ekonomik kaynaklıdır yani fiyattır. Normalde altın ölçüt olarak kullanıldığında, 1 ons paladyum altının %30-40’ı, platin %125’i, rodyum %80’i kadardır. Altının ons başına 400 ila 500 $ tuttuğunu göz önüne alırsak ne demek istediğimiz daha iyi anlaşılır! Yine de özel uygulamalarda rodyum ve platin vazgeçilmezdir. Neyse ki çok ince tabakalar çeşitli amaçlar için yeterli ve elverişlidir. Kaplamayı mikron kalınlığında yapmak fiyatı oldukça düşürür.