Çelik Kimyaları | Galvaniz Hakkında

Farklı Çelik Kimyasallarının Sıcak Daldırma Galvaniz Kaplamaya Etkisi

Sıcak daldırma galvaniz kaplamanın kalınlığı, rengi ve yüzey dokusu yalnızca kaplama sürecine değil, kaplanan çeliğin kimyasal bileşimine de büyük ölçüde bağlıdır. Aynı fırında, aynı çinko banyosunda, aynı sürede bekletilen iki farklı çelik parçası — kimyasal içerikleri farklıysa — birbirinden belirgin şekilde farklı görünüme ve kalınlığa sahip kaplamalarla çıkabilir. Bu durum bir üretim hatası değil, çeliğin silisyum ve fosfor içeriğinin çinko-demir reaksiyonu üzerindeki doğrudan etkisinin bir sonucudur.

Bu yazıda, farklı çelik kimyasallarının bir arada kullanılmasının galvaniz kaplamaya etkileri ile silisyum/fosfor içeriğinin kaplama kalınlığı ve görünümü üzerindeki rolü, ilgili standartlar temel alınarak ele alınmıştır.

Silisyum ve Fosforun Kaplamaya Etkisi: Sandelin Etkisi

Çinko-demir reaksiyonunun hızı, çelik içindeki silisyum ve fosfor oranından doğrudan etkilenir. Bu iki elementin birleşik etkisini ifade etmek için "silisyum eşdeğeri" (silicon equivalent) formülü kullanılır:

Silisyum Eşdeğeri (%) = Si (%) + 2,5 × P (%)

Fosforun kaplama reaktivitesi üzerindeki etkisi, ağırlıkça silisyumun yaklaşık 2,5 katıdır; bu nedenle formülde bu katsayıyla hesaba katılır.

Bu davranışın nedeni, silisyum oranı arttıkça çinko kaplamanın mikroyapısının değişmesidir: düşük silisyumlu çelikte üç ayrı intermetalik tabaka (gamma, delta, zeta) üzerinde parlak bir serbest çinko tabakası oluşurken, yüksek silisyumlu çelikte serbest çinko tabakası neredeyse tamamen ortadan kalkar ve kalınlaşmış gamma-delta-zeta tabakaları mat gri görünümü oluşturur.

Fosfor için de benzer bir sınır geçerlidir: %0,04'ü aşan fosfor içeriği, pul pul dökülmeye (delaminasyon) yatkın, kaba ve kalın kaplamalara yol açabilir.

Diğer Etkili Elementler

Mangan (>%1,3): Kahverengimsi renkte ve gevrek kaplamalara neden olabilir.
Bakır içeren çelikler: Daha kalın ve daha koyu renkli kaplama verir.
Hava koşullarına dayanıklı (weathering) çelikler: Genellikle yüksek silisyum içerir (silisyum oranı %0,40'a kadar izin verilebilir) ve karakteristik olarak kalın, mat gri kaplama oluşturur — ancak korozyon koruması bu görünüm farkından etkilenmez.

Önemli Not: Görünüm Farkı Koruma Performansını Etkilemez

Farklı kimyasal içerikli çeliklerin oluşturduğu renk ve doku farklılıkları yalnızca estetik bir konudur; korozyona karşı sağladığı koruma performansı bu farklılıktan etkilenmez. Kaplamalar zamanla hava koşullarına maruz kaldıkça (weathering) genellikle daha homojen bir görünüme yaklaşır.

Nikelli Çinko Banyosu ile Etkinin Azaltılması

Çinko banyosuna nikel ilave edilmesi, özellikle %0,20'nin altındaki silisyum değerlerinde Sandelin etkisini azaltarak daha parlak görünüm ve daha kontrollü kalınlık elde edilmesini sağlayabilir. Ancak bu uygulama çok düşük silisyumlu çeliklerde kaplama kalınlığını azaltabileceğinden, ASTM A123 asgari kalınlık şartlarının sağlanabilmesi için ayrıca kumlama (blast cleaning) gerekebilir.

Farklı Çeliklerin Bir Arada Kullanılmasında Tasarım Önerileri

Bir imalatta birden fazla çelik tipi veya farklı yüzey durumundaki malzemeler bir araya geldiğinde, aşağıdaki uygulamalar önerilir:

Farklı kimyasal içerikteki çelikler ayrı ayrı galvanizlenip, galvanizleme sonrasında birleştirilmelidir. Bu, görünüm tutarsızlığının aynı görünür yüzeyde ortaya çıkmasını önler.
Eski (kullanılmış/paslı) çelik ile yeni çelik aynı imalatta bir araya getirilmemelidir.
Döküm parçalar ile haddelenmiş (rolled) çelik aynı montajda birleştirilmemelidir; bu iki malzeme grubu farklı reaksiyon hızına sahiptir.
Aşırı paslı, çukurlaşmış (pitted) veya dövme (forged) yüzeyli parçaların, yeni veya işlenmiş (machined) yüzeyli parçalarla birlikte kullanılması kaçınılmazsa, işleme öncesinde yüzeylerin kapsamlı bir aşındırıcı kumlama (abrasive blast-cleaning) işleminden geçirilmesi önerilir.

Bu önlemler, farklı yüzey ve kimyasal durumdaki malzemelerin oluşturduğu görünüm ve kalınlık tutarsızlıklarını en aza indirmeye yöneliktir.

Paslanmaz Çelik ile Uyumluluk

Sıcak daldırma galvaniz kaplama, tüm paslanmaz çelik türlerinde aynı şekilde uygulanamaz:

300 serisi paslanmaz çelikler nikel içerdiğinden çelik-çinko metalurjik reaksiyonunu başlatabilir ve başarıyla galvanizlenebilir.
400 serisi paslanmaz çelikler nikel içermediğinden galvanizlenemez.

İlgili Standartlar

Bu konudaki teknik esaslar, aşağıdaki standart ve kılavuzlarda tanımlanmıştır:

ASTM A385 / A385M – Standard Practice for Providing High-Quality Zinc Coatings (Hot-Dip): Silisyum ve fosfor içeriği için önerilen aralıkları (Bölüm 3.2) ve reaktif çelik kategorilerini tanımlar.
ASTM A123 / A123M – Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products: Kaplama için asgari kalınlık şartlarını belirler.
ASTM A153 / A153M – Bağlantı elemanları ve demir/çelik donanım parçaları için galvaniz kaplama şartnamesidir.
ASTM A588 / A588M ve A709 – Hava koşullarına dayanıklı (weathering) yapısal çeliklerin şartnamesidir; yüksek silisyum içeriğiyle galvaniz kaplama davranışı bu standartlarla ilişkilendirilir.
ASTM A143 ve ASTM F2329 – Yüksek mukavemetli/reaktif çeliklerde hidrojen gevrekleşmesi ile ilgili ek protokolleri kapsar.
AGA – The Design of Products to be Hot-Dip Galvanized After Fabrication: Farklı çelik kimyasallarının bir arada kullanılmasına ilişkin tasarım tavsiyelerinin temel kaynağıdır.

Özet

Farklı kimyasal bileşime sahip çeliklerin sıcak daldırma galvaniz kaplamadaki davranışı, esasen silisyum ve fosfor içeriğine (silisyum eşdeğerine) bağlıdır. %0,04–%0,15 aralığındaki "Sandelin" çelikleri ile %0,22'nin üzerindeki yüksek silisyumlu çelikler, standart kalınlığın belirgin şekilde üzerinde, mat gri ve daha kalın kaplamalar üretme eğilimindedir. Bu durum estetik bir farklılık yaratsa da korozyon koruma performansını etkilemez. Farklı kimyasal veya yüzey durumundaki çeliklerin aynı görünür imalatta bir araya getirilmesinden kaçınmak, mümkün olduğunda ayrı galvanizleme uygulamak ve zorunlu hallerde uygun yüzey hazırlığı (kumlama) yapmak, tutarlı bir kaplama görünümü elde etmenin temel yoludur.

Projelerinizde birden fazla çelik kalitesi veya kaynak (yeni/eski, döküm/haddelenmiş) kullanılacaksa, malzeme seçimi ve imalat planlaması aşamasında galvanizciniz ile önceden görüşmeniz, hem görünüm beklentilerinizin hem de kaplama sürecinin sorunsuz ilerlemesi açısından faydalı olacaktır.