Fosfat Kaplama İşleminde Aktivasyon Parametreleri ve Kaplama Süresinin Kaplama Kalitesine Etkisi

Abstract

Metal sektöründe önemli bir problem olan korozyonun sebep olduğu malzeme ve iş gücü kaybına çözüm olarak yüzyıllardır uygulanan yöntemlerin en bilineni metal kaplama işlemidir. Fosfat kaplama, çok geniş bir kullanım alanına sahip olduğu için sıklıkla tercih edilen bir kaplama türüdür. Demir, çelik, galvaniz çelik ya da alüminyum gibi metal yüzeylere, yüzeyin temizlenmesi ve boyaya hazırlanması, korozyon direncinin artırılması, boyanın yüzeyde daha iyi tutulması, soğuk şekillendirmede sürtünmeyi azaltması ve metalle çalışmalarda aşınmayı önlemesi gibi amaçlar için uygulanan bir kaplama yöntemidir. Yapılan bu çalışmada, fosfat kaplama işlemi sırasındaki aktivasyon basamağı ve kaplama süresinin kaplama kalitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Fosfat kaplama sırasındaki aktivasyon işleminde süreç parametresi olarak ortamın pH değeri, aktivasyon süresi ve fosfat kaplama süresi değiştirilmiştir. Aktivasyon ortamının pH değerinin kaplama kalitesine etkisini belirlemek için, aktivasyon süresi 60 saniye olarak sabit tutulmuş ve pH 8.50, 8.75, 9.00, 9.25, 9.50 ve 10.00 olarak değiştirilmiştir. Aktivasyon süresinin kaplama kalitesine etkisini belirlemek için ise, yapılan çalışmalarda aktivasyon banyosunun pH değeri 9,37 olarak sabit tutulurken aktivasyon süresi 15, 30, 45 ve 60 s olarak değiştirilmiştir. Kaplama süresinin kaplama kalitesine etkisi belirlenirken, aktivasyon ortamının pH’ı 9,00 ve aktivasyon süresi 60 s olarak sabit tutulurken, kaplama süresi 3, 5, 8 ve 10 dk olarak değiştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucu, değiştirilen parametrelerin metal plakaların kaplama kalitesine etkisinin belirlenmesi için, metal plaka yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir, ayrıca kaplama kalınlıkları da endüstriyel kaplama kalınlığı ölçüm cihazı (elkometre) ile ölçülmüştür. Elde edilen SEM görüntülerine göre aktivasyon ortamının pH değeri azaldıkça, fosfat kristal oluşumu kötü yönde etkilenmiş ve fosfat kaplama yüzeyinde lekeli bir görüntü elde edilmiştir. Yüksek pH değerlerinde ise metal yüzeyinde homojen olmayan fosfat tabakası oluştuğu belirlenmiştir. 15 saniye aktivasyon uygulanan parçalarda kristaller arası boşluğun oldukça fazla olduğu, 30 saniye aktive edilmiş yüzeyde homojen yüzey dağılımının olmadığı ve aktive edilemeyen bölgenin lekeli bir görünüme sahip olduğu gözlenmiştir. Aktivasyon süresinin düşük olduğu çalışmalarda parça yüzeyinin yeterince aktive olmadığı ve fosfat kaplama tabakasının güçlü tutunma sağlamayacağı belirlenmiş ve elde edilen SEM görüntülerine göre, aktivasyon maruziyeti için en uygun pH değerinin 9,00 ve aktivasyon süresinin 60 s olduğu belirlenmiştir.

Keywords

• metal
• korozyon
• fosfat kaplama
• otomotiv
• taramalı elektron mikroskobu
• aktivasyon

Effect of activation parameters and coating time on the coating quality in phosphate coating process

Abstract

Metal coating is the most well-known method that has been applied for centuries as a solution to material and labor loss caused by corrosion, which is an important problem in the metal industry. Phosphate coating is a preferred coating process because it has a wide range of uses. It is a coating method applied to metal surfaces such as iron, steel, galvanized steel or aluminum for the purposes such as cleaning and preparing the surface for painting, increasing corrosion resistance, better hold on of the paint on the surface to reduce friction in cold shaping and prevent corrosion in working with metal. In this study, the effect of the activation step and coating time on the coating quality during the phosphate coating process was investigated. During activation process in phosphate coating, pH value of the solution, activation time and phosphate coating time have been changed as process parameters. In order to determine the effect of the pH value of the activation solution on the coating quality, the activation time has been kept constant as 60 s and the pH has been changed to 8.50, 8.75, 9.00, 9.25, 9.50 and 10.00. The activation time was changed to 15, 30, 45 and 60 s while the pH value of the activation bath was kept constant at 9.37 to understand the effect of activation time on coating quality. While determining the effect of the coating time on the coating quality, the pH of the activation solution was kept constant as 9.00 and the activation time was 60 s, while the coating time was changed to 3, 5, 8 and 10 minutes. As a result of the experimental studies, surfaces of metal plates have been investigated by scanning electron microscope (SEM) in order to determine the effect of the changed parameters on the coating quality, and the coating thickness has also been measured with an industrial coating thickness measuring device (elkometer). According to the obtained SEM images, as the pH value of the activation solution decreased, the phosphate crystal formation has been adversely affected and a stained surface has been obtained on the phosphate coating surface. At high pH values, it has been determined that a heterogeneous phosphate layer formed on the metal surface. It has been observed that the vacancy between crystals was quite large in the samples that were activated for 15 s, there has been no homogeneous surface distribution on the surface activated for 30 seconds, and the area that could not be activated had a stained appearance. In studies with low activation time, it has been observed that the surface of the samples has not been activated enough and the phosphate coating layer would not provide strong adhesion, and according to the SEM images obtained, it was determined that the optimum pH value for the activation process was 9.00 and the activation time was 60 s.

Keywords

• metal
• corrosion
• phosphate coating
• automotive
• scanning electron microscopy
• activation

References

1. Ageeva, E., Latipov, R., & Altukhov, A. (2020). Dimensional characteristics of wear-resistant electroerosive titanium-tungsten-cobalt powders for galvanic coatings. Materials Today: Proceedings.
2. Berk, V. (2004) Yüzey işlem teknolojileri 1.
3. Campbell, F. C. (Ed.). (2008). Elements of metallurgy and engineering alloys. ASM International.
4. Cao, X., He, W., Liao, B., He, G., Jiao, Y., Huang, D., & Wang, S. (2020). Effect of TiN/Ti coating combined with laser shock peening pre-treatment on the fatigue strength of Ti-6Al-4V titanium alloy. Surface and Coatings Technology, 403, 126393.
5. Guo, F., Jiang, W., Tang, G., Xie, Z., Dai, H., Wang, E., ... & Liu, L. (2020). Enhancing anti-wear and anti-corrosion performance of cold spraying aluminum coating by high current pulsed electron beam irradiation. Vacuum, 182, 109772.
6. Kollias, K., Mylona, E., Adam, K., Chrysochoou, M., Papassiopi, N., & Xenidis, A. (2019). Characterization of phosphate coating formed on pyrite surface to prevent oxidation. Applied Geochemistry, 110, 104435.
7. Deepak, J. R., Raja, V. B., & Kaliaraj, G. S. (2019). Mechanical and corrosion behavior of Cu, Cr, Ni and Zn electroplating on corten A588 steel for scope for betterment in ambient construction applications. Results in Physics, 14, 102437.
8. Kakani, S., & Kakani, A. (2004). Material Science. sl: New Age International Ltd.

9. Nardeli, J. V., Fugivara, C. S., Taryba, M., Montemor, M. F., & Benedetti, A. V. (2020). Biobased self-healing polyurethane coating with Zn micro-flakes for corrosion protection of AA7475. Chemical Engineering Journal, 404, 126478.
10. Podgornik, B., Massler, O., Kafexhiu, F., & Sedlacek, M. (2018). Crack density and tribological performance of hard-chrome coatings. Tribology International, 121, 333-340.
11. Polyakov, N. A., Botryakova, I. G., Glukhov, V. G., Red'kina, G. V., & Kuznetsov, Y. I. (2020). Formation and anticorrosion properties of superhydrophobic zinc coatings on steel. Chemical Engineering Journal, 127775.
12. Sankara-Narayanan, T.S.N, (2005). Surface pretreatment by phosphate conversion coating a review. Rev Adv Mater Sci, 9, 130-177.
13. Sinha, M., & Tyagi, R. K. (2020). Strength and corrosion analysis in alloy steel and E-glass composite wear ring in automotive engine cooling water pump. Materials Today: Proceedings, 21, 1474-1478.
14. Zimmermann, D., Munoz, A. G., Schultze, J. W. (2003). Microscopic local elements in the phosphating process. Electrochimica acta, 48(20-22), 3267-3277.
15. Vu, T.N. (2012). Selective dissolution from Zn-Al alloy coatings on steel (Doctoral dissertation, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI).
16. Öz, A., Demir, A., Sağıroğlu, S., & Yakut, A. K. (2019). Plazma Sprey Tekniği ile Cr2O3 Kaplanmış Fren Diskinin Frenleme Performansının Deneysel Olarak İncelenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (15), 394-403.
17. Ulubayrak, S. (2021). Metal Parçalar Üzerine Fosfat ve Su Bazlı Lamelli Kaplama Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Anadolu Üniversitesi Ortak Programı, Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı.