Comparison of Coating Conditions for Improving Performance Properties of Hot-Forged Casting Materials

Abstract

This study aims to produce cast parts with high corrosion performance at low micron by applying two types of economical coatings (zinc + cataphoresis) on two hot-forged cast materials widely used in the automotive industry. Within the scope of the study, 12-15 µ zinc coating in alkaline zinc, alkaline zinc-iron, alkaline zinc-nickel, acidic zinc, and acidic zinc-nickel was applied on F899 and F990 hot-forged cast materials, followed by 20-25 µ cataphoresis coating. In order to characterize hot-forged cast parts, ink, hogabom, shock, pull-off adhesion, water resistance, salt fog, stone impact, cyclic corrosion, and scab corrosion performance tests were applied before, during, and after the coating process. Besides, zinc coating thickness was measured in the x-ray diffraction device, and phosphate crystal images were obtained in the scanning electron microscope. The samples that were degreased for 20 minutes passed the ink test, the samples that were sandblasted for 10 minutes passed the hogabom test, and the samples that were subjected to 10 minutes of ultrasonic degreasing passed the shock test. In the pull-off adhesion test, it was determined that the materials had a tensile strength ranging from 263-493 psi. By using an x-ray diffraction device, coating thicknesses of zinc-coated samples in alkaline and acidic environments were measured in the range of 12.53-14.23 µ and 12.09-14.17 µ, respectively. Different results were obtained in other analyzes depending on the acidity of the medium. When the acidic-zinc coating was applied, salt fog, cyclic corrosion, and scab corrosion performance test results were considered appropriate, while measurement results for materials with alkaline-zinc coating were insufficient. According to the characterization results of hot-forged cast materials; it was determined that cataphoresis coating on the alkaline-zinc, alkaline zinc-iron, alkaline zinc-nickel coatings did not provide the desired performance and corrosion resistance, but materials coated with cataphoresis on the acidic-zinc and acidic zinc-nickel coatings provided appropriate corrosion performance. As a result, it has been proven that low-cost coating can be achieved with desired properties by changing the coating conditions.

Keywords

• Alkaline/acidic zinc coating
• Cataphoresis coating
• Corrosion performance
• Hot-forged cast materials

Sıcak-Dövme Döküm Malzemelerin Performans Özelliklerini İyileştirmeye Yönelik Kaplama Koşullarının Karşılaştırılması

Öz

Bu çalışmanın amacı, otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan iki adet sıcak-dövme döküm malzeme üzerine ekonomik olan iki tür kaplamanın (çinko + kataforez) birlikte uygulanması ile düşük mikronlarda, korozyon performansı yüksek döküm parçalar üretilmesidir. Çalışma kapsamında, F899 ve F990 sıcak-dövme döküm malzemeler üzerine öncelikle alkali çinko, alkali çinko-demir, alkali çinko-nikel, asitli çinko ve asitli çinko-nikel ortamda 12-15 µ çinko kaplama, ardından 20-25 µ kataforez kaplama yapılmıştır. Sıcak-dövme döküm parçaların karakterize edilmesi amacıyla kaplama işlemi öncesinde, sırasında ve sonrasında mürekkep, hogabom, şok, pull-off adhezyon, su direnci, tuz sisi, taş çarpma, çevrimsel korozyon ve scab korozyon performansı testleri uygulanmıştır. Ayrıca, x-ışını kırınım cihazında çinko kaplama kalınlık ölçümü yapılmış ve taramalı elektron mikroskobunda da fosfat kristal görünümü alınmıştır. 20 dakika yağ alma işlemi uygulanan numunler mürekkep testini, 10 dakika kumlama işlemi uygulanan numuneler hogabom testini, 10 dakika ultrasonik yağ alma işlemi uygulanan numuneler ise şok testini geçmiştir. Pull-off adhezyon testinde, malzemelerin 263-493 psi aralığında değişen kopma mukavemetine sahip oldukları belirlenmiştir. X-ışını kırınım cihazı kullanılarak, alkali ve asitli ortamlarda çinko kaplanan numunelerin kaplama kalınlıkları sırasıyla 12,53-14,23 µ ve 12,09-14.17 µ aralıklarında ölçülmüştür. Ortamın asitlik derecesine bağlı olarak diğer analizlerde farklı sonuçlar elde edilmiştir. Asitli-çinko kaplama yapıldığında tuz sisi, çevrimsel korozyon ve scab korozyon performansı test sonuçları uygun kabul edilirken, alkali-çinko kaplama yapılan malzemelerde ölçüm sonuçlarının yetersiz olduğu belirlenmiştir. Sıcak-dövme döküm malzemelerin karakterizasyon sonuçlarına göre; alkali çinko, alkali çinko-demir, alkali çinko-nikel kaplamalar üzerine kataforez kaplamanın istenilen performas ve korozyon danayanımı sağlamadığı; ancak asitli çinko ve asitli çinko-nikel kaplamalar üzerine kataforez kaplanan malzemelerin uygun korozyon performansı sağladığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, kaplama şartları değiştirilerek istenilen özelliklerde düşük maliyetli kaplama işleminin gerçekleştirilebileceği ispatlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Alkali/asitli çinko kaplama
• Kataforez kaplama
• Korozyon performansı
• Sıcak-dövme döküm malzemeler

Kaynakça

1. Lawrance, J. D. (1963). Electroplating Engineering Handbook, 4th ed., New York.
2. Ganesan, S., Prabhu, G., & Popov, B. N. (2014). Electrodeposition and characterization of Zn‐Mn coatings for corrosion protection. Surface and Coatings Technology, 238, 143-151.
3. Zaki N., Frederick Gumm Chemical Company, Inc.; Zinc Alloy Plating, Surface Engineering (Introduction) Volume 5; ASTM.
4. Kılınç, M. (2019). Kataforez kaplama üzerine solvent bazlı ve su bazlı lamelli kaplama uygulamaları ile oluşacak dubleks kaplamanın korozyon ve ömür testine etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
5. Uzman Kaplama San. ve Tic. Ltd. Şti. (2019), Çinko ve katarofez kaplama prosedürleri raporları.
6. International Standard ISO 8296 (2003), Plastics – Film and sheeting – Determination of wetting tension. Geneva.
7. NOF Metal Coatings Group. (2017). GEOMET 321/500 Technical manuel (EN).
8. Adhesion Test 50765 (1990). Metallic Material Surface Treatments Electrolytic Plating and Chemical Coating Heat Shock Adhesion Test.

9. International Standard ISO 3497. (2001). Metallic coatings - Measurement of coating thickness - X-ray spectrometric methods.
10. Volvo car corporation test standart VCS 5740,1049. (2011). Phosphating.
11. ASTM D4541 Standart test method. (2017). Pull-Off Strength of Coating Using Portable Adhesion Testers.
12. Fiat Auto Normazione Material Standart 50470 (2005). Water Resistance Test for Decorations and Paints.
13. ASTM B117 Standart Method (1939). Salt Spray (Fog) Testing.
14. International Standard DIN EN ISO 9227. (2006). Corrosion tests in artificial atmospheres – Salt spray tests.
15. International Standard SAE J400. (2012). Surface vehicle recommended practice.
16. Test standart PV1200. (2004). Testing of resistance to environmental cycle test (+80/-40) ℃.
17. Fiat Auto Normazione Material Standart 50493/04. Determination of the resistance of organic coatings to the propagation of bubble under skin corrosion (scab in door).