Sıcak Daldırma Galvaniz nedir?
Mikro Yapı, Kaplama Kalınlığı ve Yüzey Karakteristiği
Galvanizleme işlemi sonucunda elde edilen kaplama, çelik yüzeyle metalürjik bir bağ kurarak adeta malzemenin ayrılmaz bir bütünü formuna ulaşır. Galvaniz ocağındaki daldırma reaksiyonu esnasında sıvı çinko, çeliğin bünyesindeki demirle etkileşime girerek çok katmanlı bir çinko-demir alaşım yapısı meydana getirir. Tipik bir galvanizli çeliğin kesit mikro yapısı incelendiğinde; üç farklı alaşım fazı ve en dışta yer alan saf metalik çinko tabakası görülür:
-
Gama (Gamma) Tabakası: %75 çinko ve %25 demir ihtiva eden ince iç katmandır.
-
Delta Tabakası: %90 çinko ve %10 demir alaşımından oluşur.
-
Zeta Tabakası: %94 çinko ve %6 demir içerir.
-
Eta Tabakası: Saf çinkodan meydana gelen en dış yüzeydir.
Bu katmanların sertlik değerleri, malzemenin sertliğini artan bir ölçekle ifade eden Elmas Piramit Numarası (DPN) ile ölçülmektedir. DPN değeri büyüdükçe sertlik seviyesi de artar. Çoğu durumda Gama, Delta ve Zeta alaşım katmanları, altlarındaki ana çelik malzemeden çok daha yüksek bir sertliğe sahiptir. İç katmanların sahip olduğu bu yüksek sertlik, kaplamayı sürtünme ve aşınma kaynaklı tahribatlara karşı mükemmel bir şekilde korur. En dıştaki Eta tabakası ise oldukça sünek bir yapıya sahip olup, kaplamaya darbe emici bir esneklik kazandırır. Galvaniz kaplamanın çeliğe tutunma gücü inç kare başına birkaç bin pound (psi) seviyelerindedir; oysa diğer kaplama türlerinin yapışma mukavemeti genellikle birkaç yüz psi ile sınırlıdır. Sertlik, süneklik ve yüksek yapışma kabiliyetinin bu kombinasyonu; nakliye, şantiye montajı ve kullanım ömrü boyunca karşılaşılabilecek mekanik hasarlara karşı benzersiz bir kalkan oluşturur. Bariyer korumasının sürekliliği kaplama bütünlüğüne bağlı olduğundan, bu dayanıklılık seviyesi son derece kritiktir.
Kaplama Kalınlığını Belirleyen Faktörler
Galvaniz kaplama kalınlıklarına dair asgari standartlar ASTM, CSA ve AASHTO gibi kurumlar tarafından farklı ürün grupları için belirlenmiştir. Prosesin kendi doğası gereği, elde edilen nihai kalınlıklar genellikle bu asgari standartların üzerine çıkmaktadır.
Kaplamanın kalınlığını ve görsel sonucunu belirleyen ana değişkenler; çeliğin kimyasal bileşimi, yüzeyin fiziksel durumu, galvaniz öncesi uygulanan soğuk işlemler, çinko banyosunun sıcaklığı, ocakta kalma süresi, malzemenin banyodan çekilme hızı ve soğutulma hızıdır.
Çelik Kimyasının Etkisi:
İşleme girecek çeliğin kimyasal analizi çok önemlidir. Çeliğin bünyesindeki silisyum ve fosfor elementleri, kaplamanın kalınlığını ve yüzey estetiğini doğrudan ve güçlü bir şekilde etkiler. Bu iki elementin belirli oranları veya kombinasyonları, kaplamanın çok kalın ve kırılgan olmasına yol açabilir. Karbon, kükürt ve mangan içerikleri ise kaplama kalınlığı üzerinde daha minör etkilere sahiptir.
Sektörde "reaktif çelik" olarak adlandırılan element kombinasyonları, çinko-demir alaşım fazlarının büyüme hızını tetikler. Bu reaksiyon sonucunda, dışta saf çinko tabakası oluşmadan kaplamanın tamamı alaşım katmanlarından meydana gelebilir. Bu durum, malzemenin parlak yerine mat ve koyu gri bir renge bürünmesine yol açar. Ancak unutulmamalıdır ki; bu mat koyu gri yapı, korozyon koruması açısından parlak yüzeyli bir galvaniz ile tamamen aynı performansı sergiler.
Çelik Seçim Kriterleri:
Piyasadaki tüm çelik türleri için tek bir formül vermek zor olsa da, optimum galvaniz kaplaması elde etmek için genellikle aşağıdaki kimyasal değerlerin kılavuz alınması önerilir:
Karbon (C): %0,25'ten az olmalıdır.
Fosfor (P): %0,04'ten az olmalıdır.
Mangan (Mn): %1,35'ten az olmalıdır.
Silisyum (Si): %0,04'ten az veya %0,15 ile %0,25 aralığında olmalıdır.
Silisyum, çelik üretimindeki deoksidasyon aşamasının ve sürekli döküm proseslerinin bir sonucu olarak birçok çelikte yaygın olarak bulunur.
Fosfor oranının ise galvanizlenecek ürünlerde asla %0,04'ü aşmaması gerekir; zira fosfor bir katalizör işlevi görerek çinko-demir alaşım katmanlarının ocak içerisinde aşırı hızlı ve kontrolsüz büyümesine sebep olur.
Proses Parametreleri:
Galvanizleme, temelinde bir difüzyon işlemidir. Daha yüksek banyo sıcaklıkları ve uzatılmış daldırma süreleri genellikle alaşım katmanlarının bir miktar daha kalınlaşmasıyla sonuçlanır. Difüzyon reaksaiyonu ilk etapta çok hızlı ilerlerken, katmanlar kalınlaştıkça yavaşlar. Belirli bir süreden sonra malzemenin ocakta bekletilmesi, kalınlık artışına neredeyse hiç etki etmez. Ancak reaktif çeliklerde difüzyon süreci sürekli hızlı seyrederek daha kalın kaplamalar oluşturur.
Dış saf çinko tabakasının nihai kalınlığı büyük ölçüde malzemenin çekilme hızına bağlıdır. Çekim hızının yüksek olması, parçanın üzerinde daha fazla sıvı çinko kalmasına ve genel kaplamanın kalınlaşmasına neden olur.ASTM, CSA ve AASHTO spesifikasyonları, kaplama bileşiminde ve kalınlığında doğal varyasyonlar olabileceğini öngörür ve standartları "ortalama değerler" üzerinden tanımlar.
Yapısal çeliklerde (ASTM A123/A123M), bağlantı elemanlarında (ASTM A153/A153M) veya donatı çeliklerinde (ASTM A767) standarda uygunluğu teyit etmek için, malzemenin farklı noktalarından çoklu kalınlık ölçümleri gerçekleştirilmelidir.
Görünüm ve Yüzey Karakteristiği ;
Galvanizli ürünler başlangıçta genellikle parlak ve ışıltılı bir yüzeye sahiptir; ancak çevresel maruziyetle birlikte bir yıl içerisinde homojen, mat gri bir görünüme bürünürler. Galvaniz yüzeyi için aranan temel şart; nispeten pürüzsüz, kesintisiz ve büyük kusurlardan arındırılmış olmasıdır.
Pürüzsüzlük kavramı değişkendir ve tolere edilebilir seviye malzemenin nihai kullanım alanına göre belirlenmelidir. Kesintisiz bir kaplama, optimum korozyon direnci anlamına gelir.
Parça üzerinde uygun kaldırma noktaları yoksa; malzemeyi ocağa indirmek için zincir, sapan, tel veya özel askı aparatlarının kullanılması gerekebilir.
Bu ekipmanlar galvanizli yüzeyde temas izleri bırakabilir. Söz konusu izler kaplamanın yapısına zarar vermez ve kesinlikle bir ret sebebi oluşturmaz.
Gerekli görülmesi halinde veya malzemenin çıplak çeliğe kadar maruz kalması durumunda, ASTM A780 standardında açıklanan yönergeler izlenerek bu alanlara kolaylıkla rötuş yapılabilir.
Parlak ve Mat Yüzey Farklılıkları:
Malzemenin parlak veya mat olması, sunduğu korozyon korumasında hiçbir fark yaratmaz; çelik her iki durumda da aynı süre boyunca paslanmaya karşı korunur.
Yüzeydeki parlaklık veya renk dalgalanmalarının, keza pulcuklu (çiçekli) görünümün varlığının veya yokluğunun kaplama performansı üzerinde etkisi yoktur.
Galvanizli ürünlerde görülen karakteristik pulcuklu yapı; banyo kimyası, çelik analizi, soğutma hızı, temizleme prosesi ve kaplama kalınlığına bağlı olan doğal bir kristalleşme sürecinin sonucudur.
Kısacası mat, benekli veya parlak kaplamalar tamamen aynı kullanım ömrüne sahiptir.
Yüzey dokusundaki görsel farklılıklar, yalnızca ürünün mimari kullanım amacı gibi estetiğin kritik olduğu durumlarda önem kazanır. Galvaniz kaplamanın asıl ve birincil misyonu korozyonu durdurmaktır.İlk görünümü ne olursa olsun (parlak, mat gri veya karmaşık dokulu), dış ortamla temas eden tüm galvanizli çelikler zamanla tek tip, mat gri bir renge evrilir.
Kaplama doğal hava koşullarıyla yaşlandıkça yüzeyinde koruyucu çinko patinası oluşur ve bu yumuşak gri doku, başlangıçtaki tüm görsel farklılıkları ortadan kaldırır.
Yüzey Yansıtıcılığı
Yeni galvanizlenmiş malzemenin yüksek yansıtıcılığa sahip parlak görünümü, uygulamanın yapılacağı yere bağlı olarak bazen tercih edilmeyebilir.
Kimi devlet kurumları veya projeler, çelik ürünlerin yüzey yansıtma değerlerinin belirli limitleri aşmamasını şart koşar. Örneğin; 1970'lerin başlarında dört farklı enerji kuruluşu, güvenlik gerekçesiyle saha montajı öncesinde galvanizli malzemelerin yansıtma değerlerinin %12 ila %18 aralığına düşürülmesini talep etmiştir.
Bilinmelidir ki, matlaştırılmış bir parça parlak bir parçayla tamamen aynı korozyon direncini gösterir. Yeni kaplanmış, dışında saf çinko (Eta) barındıran bir malzemenin görünür ışık yansıtma oranı %70'in üzerindedir.
Eğer malzemenin dış yüzeyi saf çinko yerine intermetalik bir fazdan oluşuyorsa, bu yansıtıcılık seviyesi çok daha düşüktür. Yansıtıcılık aynı zamanda, malzeme zamanla aşınıp yüzeyde doğal çinko oksit ve karbonat filmleri oluştukça da kendiliğinden azalır.
Ancak projeniz kurulum öncesi anında bir matlık gerektiriyorsa, geçmişte başarısı kanıtlanmış kimyasal matlaştırma prosesleri mevcuttur.
Yüzey yansıtıcılığı ile ilgili özel şartnameleriniz söz konusu ise, hedeflenen görünümü elde edecek doğru yöntemleri belirlemek adına yerel galvaniz üreticinizle koordinasyon sağlamanız en uygun adım olacaktır.