alüminyum aluminyum aluminium aluminum
Alüminyum Ekstrüzyon Profil Yüzey İşlem

Timur Ulucak 

Giriş

Alüminyum profiller (ekstrüzyon ürünleri), çeşitli alaşımlarda, genellikle ekstrüzyon yöntemi ile üretilen, ölçü ve şekil itibarı ile çeşitli kesitlerde olan uzun ürünlerdir. Kesit şekli, kare veya dikdörtgen gibi basit bir geometriden, karmaşık şekilli içi boş profillere kadar sayısız alternatifte olabilir. Kesit şekli ve ölçülerindeki bu çok çeşitlik sayesindedir ki, alüminyum ekstrüzyon ürünleri, çok çeşitli uygulamalar için dizayn edilebilirler. Üstelik, uygulanabilen çok çeşitli "yüzey işlemleri" sayesinde, kullanım alanları daha da genişler. Yüzey işlemler, ürünün estetik görünümünü iyileştirmek ve/veya korozyon ve aşınmaya karşı direncini arttırmak için yapılır. Ayrıca, alüminyum profilin, ısı emme veya yansıtma ile elektriksel özellikleri de yüzey işlemleri ile değiştirilebilir. Yüzey işlemler, boyama, elektrolizle kaplama, yapıştırma gibi sonraki bir başka proses için hazırlık amacı ile de yapılabilir.

Birçok yüzey işlem prosesi öncesinde, yüzeyi hazırlamak amacıyle, "yüzey önişlemleri (yüzey hazırlama)" uygulanır. "Yüzey önişlemleri" ile, yüzeyin dekoratif görünümü değiştirilebileceği gibi, esas yüzey işlemle oluşturulacak tabakanın iyi tutunması için yüzeyin tutunma kabiliyeti geliştirilebilir.

Alüminyum profillere uygulanan en önemli yüzey işlemlerden birisi olan "eloksal" (anodik oksidasyon / anodizasyon / anodize kaplama) öncesi yüzeyin hazırlanması büyük önem taşır. Bu yazıda, "eloksal önişlemleri"nden söz edilecektir.

Eloksal (Anodizasyon / Anodik Oksidasyon / Anodize Kaplama) Önişlemleri (Yüzey Hazırlama)

Dekoratif Görünüm İçin Önişlemler:

Yüzeyin dekoratif görünümünü değiştirmeye yönelik olan işlemler, mekanik veya kimyasal olabilirler. Yüzeyde oluşturulan mat, parlak, metalik, veya tekstürlü görünüm; üzerine uygulanan eloksal,veya saydam lak tabakaları ile örtülerek korunur.

Mekanik Önişlemler:

Mekanik işlemler arasında polisaj (parlatma), satinaj, çapak alma, veya kumlama gibi işlemler sayılabilir. 

Çapak alma ve kumlama gibi işlemler daha ziyade küçük parçalar için uygulanır. Bunlar, doğrama aksesuarları, kapı/pencere kolları, deniz tekneleri için aksesuarlar ve çeşitli kullanımlar için döküm parçalar gibi ürünlerdir.

Polisaj ve satinaj işlemleri ise genellikle profillere uygulanır. Polisaj işleminde özel tekstilden (bez) yapılan fırçalar, satinaj işleminde ise paslanmaz çelik tellerden yapılan fırçalar kullanılır. Yaplacak işin kapasitesine ve yüzey kalitesine göre imal edilmiş, 2-4-6-8 sıra paslanmaz çelik ve özel plastik fırçalara sahip  satinaj makinaları kullanılarak   profiller, kullanılan makinaya göre tek tek veya birkaçı bir arada olacak şekilde işlemden geçirilir. Alüminyum profil yüzeyine uygulanacak olan tel fırçalama (satinaj) işlemi ile,   kostikleme işleminin daha kısa süreli olması ve eloksal sonrasında yapısal çizgi (structural streaking) ve/veya galvaniz görüntüsü (galvanizing effect) oluşmaması mümkün olmaktadır.  

Ayrıca, tel fırçalama satinaj işlemiyle, kullanılan fırça tellerinin kalınlığına bağlı olarak, istendiğinde alüminyum profil yüzeyinde dekoratif amaçlı 'zımparalama işlemindekine benzer' bir desen oluşturulur.

Alüminyum ekstrüzyon profil polisaj işleminde de, makina tipine bağlı olarak katı veya sıvı bir "cila" kullanılır. Yapılacak işin kapasite ve durumuna göre iki masalı veya tek masalı, 2 veya tek fırça takımlı yarı otomatik polisaj makinaları katı veya sıvı polisaj (parlatma) cilası kullanabilir. Kullanılacak fırça cinsi de yapılacak işe göre seçilir.  Polisaj işlemi sonunda "parlak" bir yüzey elde edilir. 

Gerek küçük parça, gerekse de profillere uygulanan bir başka işlem de "zımparalama"dır. Zımparalama ile, özel zımpara şeritleri kullanılarak, zımpranın gren (tane) büyüklüğüne bağlı olarak, yüzeyde sade veya çeşitli tekstür görüntüleri oluşturulur. Zımpara ile alüminyum temas yüzeyinde sıvı veya katı bir yağlayıcı gerekir.

Alüminyum profil yüzeyinin eloksal sonrasında mat (saten) görünüm kazanması için yapılan kostikle dağlama işleminden önce uygulacak kumlama prosesi ile, daha özel mat bir görünüm elde edilir.

Tüm mekanik işlemlerin sonucunda, yüzeyden kaldırılan metal tabakası ve kullanılan cila/yağlar nedeniyle, yüzeyde bir miktar kalıntı kalabilir. Bu işlem sonrası kalıntılar, "yağalma" banyolarındaki kimyasalarla temizlenebilir.

Kimyasal Önişlemler:

Kimyasal önişlemler, sonuçta istenen yüzey kalitesine (görünümüne) göre seçilir. Sonuçta mat yüzey elde etmek için sodyum-hidroksit içeren eriyiklerde dağlama (kostikleme) yapýlırken, parlak yüzey eldesi için de asit içeren eriyiklerle kimyasal daldırma veya elekrokimyasal parlatma metodları kullanilır. Parlatma için kullanılan eriyiklerde, fosforik, sülfürik, nitrik, kromik asitlerin tamamı veya birkaçı bulunabilir.

Kimyasal önişlemler, birkaç etaptan oluşur. Matlaştırmaya yönelik kostikleme veya parlatma işlemlerinden önce, yüzeye aşındırıcı tesirde bulunmayan bir temizleyici (yağalma) işlem uygulanır. Kostikleme veya parlatma işlemini ise, yüzeyde oluşacak reaksiyon kalıntılarını temizlemeye yönelik bir asitle temizleme işlemi takip eder. Asitle temizleme (desmut) eriyiklerinde nitrik asit ve florürler bulunabilir.

Yağalma:

Genellikle, yağalma eriyikleri, su-esaslı eriyikler olup, karbonat, fosfat, ıslatıcı ajan ve bazen de bir kompleks yapıcı içeren bazik eriyiklerdir. Alternatif olarak, sülfürik veya fosforik asit ve bazı ilave kimysallar içeren asidik bir eriyik de olabilir. Su esaslı yağalma banyoları 70 ila 90 ° C arasında çalışırlar. Oda sıcaklığında çalışan, bazı hidrokarbon eriticiler içeren organik esaslı yağalıcılar, özellikle mekanik yöntemle parlatılmış yüzeylerdeki polisaj cilasını temizlemekte yetersiz kalırlar. Ayrıca, atıksu içinde bulunacak hidrokarbonlar nedeniyle de tercih edilmezler.

Buharla yağalma (vapour degreasing), özellikle küçük parçaların yüzeyinde kalabilecek polisaj cilasının temizliği için kullanılabilir. Bununla beraber, çevre sorunları nedeniyle (çevreye zararlı uçucu hidrokarbonlar içerdiklerinden) yerlerini su-esaslı eriyiklere bırakmaktadırlar.

Mimari uygulamalarda en yaygın kullanılan alüminyum alaşımı olan 6060/6063/AlMgSi0,5 malzemelerin yağalma işleminde dikkat edilecek husus, yağalma sırasında yüzeyin dağlanmamasıdır (matlaşmamasıdır). Bunun için, alkali etkisi olmayan bir yağalma eriyiği veya asit esaslı bir yağalma eriyiği kullanılmalıdir. Yüzeyi aşındırabilecek kadar kuvvetli bir alkali derecesine sahip olan yağalma banyolarında, yüzeyde bulunan alüminyum oksit-magnezyum oksit tabakasının düzensiz çözünmesi nedeniyle, yüzeyde göz hoş gelmeyen lekeler (white-etch bloom) oluşabilir.

Matlaştırma:

Alüminyum yüzeyinin matlaştırılması için genelde sud-kostik içeren eriyikler kullanılır ve bu işleme "kostikleme" denir. Kostik banyosu, 60° C civarında çalışır. Reaksiyon sonucunda, yüzey alanının her metrekaresinden 80-120 gr alüminyum çözünerek eriyiğe geçer. Eriyiğe geçen alüminyum denge konsantrasyonunu aştığında, banyo dibine çökelir. Kostik banyolarında, alüminyum konsantrasyonu önemlidir ve kontrol edilmelidir. Eriyik içindeki serbest sodyum hidroksitin alüminyuma oranı, banyo dibinde çökelti oluşmaması yönünden büyük önem taşır. Yüzeyde, "galvaniz" etkisinin görünmemesi için, matlaştırma banyosunun çinko konsantrasyonu da gözaltında tutulmalıdır.

Kimyasal matlaştırmanın  daha kısa sürede yapılması, eloksal işleminden önce "kumlama prosesi" ile mümkün olmaktadır. Böylece hem kostikle dağlama süresinden, hem de kullanılan kimyasallardan (işlem ve endüstriyel atıksu arıtımı için) tasarruf sağlanmakta ve eloksal sonrasında ortaya çıkabilen yapısal çizgi ve galvaniz görüntüsü engellenmektedir. 

Kostik Rejenerasyonu:

Kostik banyosunda eriyen alüminyumu eriyikten dışarı alan (temizleyen) ve böylece eriyik içindeki sud-kostiği geri kazanan (rejenerasyon) proses ve ekipmanlar mevcuttur. Geri kazanma işlemi, Bayer Prosesi esasına dayanır. Rejenerasyon işleminde, kostik eriyiği; kostik banyosu ile kristalizatör arasında kapalı devre dolaşır. Kristalizatör, bir çeşit depo olup, eriyik içindeki alüminyumun, alumina-tri-hidrat olarak çöktürüldüğü yerdir. Bu çökelti içindeki su giderilerek, %90 oranında katı atık elde edilebilir.

Kostiğin bu şekilde geri kazanımı ile elde edilen faydalar şunlardır: 1) Matlaştırma işleminde kullanılan sud-kostik tasarrufu, 2) Atıksu arıtım giderlerinden tasarruf, 3)Ticari değeri olan bir katı atık.

Bununla beraber, geri kazanılmış kostik ile yapılan matlaştırma işleminde elde edilen matlık derecesi, normal banyolara göre daha azdır. Ayrıca, homojen matlık elde edilmesinde de problem oluşabilir.

Kimyasal Parlatma (Polisaj): (Chemical brightening)

Parlak yüzeyli alüminyum, Avrupa'da, sadece dekorasyon için tercih edilir. Bununla beraber, yarı-parlak yüzeyli levhalar bazı otomobil firmalarının garaj binalarının kaplanmasında kullanılmaktadır. Türkiye ve Ortadoğu ülkelerinde ise, mimari amaçla kullanılan alüminyum profiller, daha çok "parlak" görünümde tercih edilmektedir. Parlatma iki metodla yapılabilir: "Kimyasal parlatma", veya "Elektro-kimyasal parlatma". Kimyasal parlatmada en parlak yüzey alüminyumun önce mekanik polisaj işleminden geçirilmesi, sonra da 100° C civarında çalışan ve fosforik, sülfürik, nitrik asit içeren eriyiklere (banyo), daldırılması ile elde edilir. Yarı-parlak kimyasal parlatma banyoları ise, 80-95° C sıcaklıkta çalışır ve sülfürik-nitrik asit karışımından oluşur.

Elektro-kimyasal parlatma ise, adından da anlaşılacağı gibi, kimyasal parlatma banyosuna elektrik akımı (DC, doğru akım) verilerek yapılır. Bu banyolar; fosforik, kromik, sülfürik ve nitrik asitlerin karışımlarından hazırlanır. Çalışma sıcaklıkları 75-85° C arasında olup, uygulanan akım yoğunluğu 20 A/dm² 'ye ulaşabilir. Elektrokimyasal parlatma prosesi, alüminyum kalitesinde daha seçici olduğundan, kimyasal parlatma sektörde daha çok tercih edilir.

Avrupa'da, 6060/6063/AlMgSi0,5 alaşımından parlak yüzeyli ekstrüzyon ürünleri, en fazla duş kabinlerinin üretimi ve halı profilleri gibi uygulama alanları bulur. Bununla beraber, ekstrüzyon sektöründe en parlak yüzey eldesi için 6463 alaşımı tercih edilmelidir.

Parlatma banyolarının akışkanlıkları düşüktür. Bu nedenle, banyodan çıkan alüminyum üzerine yapışıp taşınmaları nedeniyle sarfiyatı yüksektir. Özellikle kuzey Amerika'da, oto trim malzemeleri üreten firmalarda, fosforik asidi geri kazanmak amacıyle "rejenerasyon" üniteleri kullanılmaktadır.

Temizleme (Desmut):

Kostikle yapılan matlaştırma veya kimyasal parlatma işlemleri sonucunda, alüminyum yüzeyinde bir çamur tabakası (reaksiyon ürünü) oluşur. Bunun temizlenmesi için, asidik bir banyo kullanılır. Bu amaçla en yaygın kullanılan banyo, oda sıcaklığında çalışan ve hacimsel olarak %30-50 konsantrasyonda nitrik asit içeren banyodur.

6063 alaşımının kostikle matlaştırılmasından sonraki yüzey temizliği için, sülfürik asit içeren atık eloksal eriyiği de kullanılabilir. Bu eriyiğe, düşük konsantrasyonda bir oksitleyici asit veya bileşik ilave edilmesi, alüminyum yüzeyinde korozyon oluşmaması için tavsiye edilir.

Boya, Organik Kaplama, Veya Adhesif Uygulamalar İçin Yüzey Hazırlama:

Alüminyum yüzeyine boya tatbikinden önce, yüzeyin temizlenmesi ve boyanın iyi yapışması için hazırlanması gerekir. Bu işlem sırasında, yüzeye korozyonu önleyici bir özellik de kazandırılır. Kromat veye kromat+fosfat karışımı eriyikler, alüminyum profil ve levhaların mimari uygulamalarında tercih edilirken; alüminyum-çelik kompozit malzemelerde çinko-fosfat bileşikleri kullanılır. Kromatlama işleminin bir diğer uygulama alanı da, alüminyumdan yapılan otomobil kaportalarının adhezyonla birleştirilmesi işidir.

Boya öncesi yüzey hazırlama için, anodik oksidasyon (eloksal) da kullanılabilir. Bazı boyama spesifikasyonları, eloksal kaplamayı boya öncesi yüzey hazırlama olarak kabul etmiştir (Örneğin, GSB, Almanya). Avrupa'nın QUALICOAT spesifikasyonları da, eloksalın, boya öncesi yüzey hazırlamada kabul görmesi için onay vermek üzeredir. Fosforik, kromik ve sülfürik asitlerle hazırlanan çeşitli eriyikleri eloksal prosesinde kullanmak mümkündür. Bunlar arasında en önemlilerinden birisi Boeing prosesidir. Eloksal tabakalarının kalınlığı, birkaç Angström'den birkaç mikrona kadar değişebilir.

Mimari amaçla kullanılacak alüminyum ürünlerin boya öncesi yüzey hazırlanmasında eloksal tercih edilecekse, şu parametreler kullanılabilir: Sülfürik asit 160-200 g/l, sıcaklık 25° C, akım yoğunluğu 1,2-1,5 A/dm² , ve 50° C sıcaklıktaki deiyonize su ile son yıkama. Boya öncesi yüzey hazırlama eloksalında, mimari eloksalda uygulanan "tespit işlemi" yapılmaz.

Bununla birlikte, boyama öncesi yüzey hazırlama için en yaygın olarak kullanılan işlem "Kromatlama" işlemidir. Kromatlamadan sonra yüzeyin aldığı renge göre kromatlama iki sınıfa ayrılır: 1)Sarı kromatlama, ve 2) Yeşil kromatlama. Yeşil kromatlamada, kromat-fosfat bileşikleri kullanılır. Filiform korozyonu önlemekte, sarı kromatlamanın daha etkili olduğu iddia edilmektedir. Kromatlama banyosundan sonraki yıkama ve kurutma işlemlerinin, boyanın yapışma kalitesi yönünden çok büyük önemi vardır. Kromatlama sonrasında, de-iyonize su ile yıkama yapılmalı ve kurutma sıcaklığı da 70° C'yi geçmemelidir.

Kromatlama prosesinde kullanılan krom bileşiklerinin çevreye olan olumsuz etkisi nedeniyle, krom içermeyen yüzey hazırlama prosesleri geliştirilmiştir. Bu kimyasallar, titanyum, zirkonyum ve polimerler içerirler. Avrupa'nın QUALICOAT kalite kuruluşu, bu yeni prosesleri denemekte ve onay verdiklerini kromatlama'ya alternatif olarak spesifikasyonlarına dahil etmektedir. Çevre sağlığı yönünden bu ürünlerin kullanılması tavsiye edilir.

Özel Kaplamalar İçin Yüzey Hazırlama:

Alüminyumun çok çeşitli kullanım yerleri vardır. Bu nedenle, özel kaplamalar da geliştirilmiştir.

Alüminyum yüzeyi, "aşınmaya dayanıklı" ve "yapışmaz" özellikler kazanması için, "sert eloksal" ile kaplanabilir. "Sert eloksal", "Mimari eloksal"dan farklı özelliklere sahiptir, adından anlaşılabileceği gibi çok daha sert ve kalınlığı da 100 mikrona kadar çıkabilir. Sert eloksal tabakası, istendiğinde silikon veya PTFE ile emprenye edilebilir.

Alüminyum yüzeyinin "emaye" kaplanması, hem sert ve mekanik aşınmaya dayanıklı hem de dekoratif görünüm için kuzey Amerika Standartları'nda kabul gören bir uygulamadır.

Alüminyum yüzeyinin, başka metallerle kaplanması da mümkündür. Bunun için, yüzeyin özel şekilde hazırlanması gerekir. Bu işlem, alüminyum yüzeyinde mevcut olan doğal oksit tabakasının sıyrılarak, kaplanacak metal için iletken bir tabaka oluşturulmasını sağlar. Daha sonra da, bilinen galvano teknikleriyle, istenen metal kaplama, alüminyum üzerine uygulanır. Bu iletken yüzey hazırlama için üç proses mevcuttur. Bunlardan ikisi firmaların hazır olarak pazara sunduğu prosesler, sonuncusu ise, son derece ince bir tabaka olarak uygulanan "fosforik asit eloksalı"dır.

Alüminyum yüzeyine uygulanan metal kaplamalar arasında, dekoratif uygulamalar için bakır, nikel, krom; elektriksel uygulamalar için de kalay ve gümüş bulunur.

ELOKSAL (ANODİK OKSİDASYON)

Eloksal, alüminyum yüzey işlem dilimize Almanca'dan girmiş bir terimdir. Uluslararası terminolojide "Anodik Oksidasyon" veya "Anodizasyon" olarak tanımlanır. Eloksal, alüminyum için çok özel bir yüzey kaplamadır; elektrokimyasal bir proses ile yapılır. Kullanılan elektrolit, genelde asidik bir çözeltidir. Kaplanacak alüminyum elektroliz işleminin "anot"udur. Belirli ve kontrol edilen bir akım (genellikle doğru akım DA) yoğunluğu, kaplanacak alüminyum (iş parçası) ile uygun bir katot arasında, yine belirli bir süre için geçirilir. Bu süre, oluşacak eloksal tabakasının özellik ve kalınlığına göre belirlenir. Proses sırasında ısı ortaya çıkar ve elektrolitin sıcaklığını sabit tutmak için bu ısının işlem ortamından alınması (elektrolitin soğutulması) gerekir. Kaliteli bir eloksal elde etmek için işparçasının metalurjik yapısının kaliteli olması ve eloksal tesisinin gerekli mühendislik kriterlerine göre dizayn edilmiş olması gerektiği unutulmamalıdır. 

Eloksal işlemi, yetmiş yıldan beri gerek dekoratif, gerekse endüstriyel uygulamalar için kullanılmaktadır.

Mimari uygulamalar için eloksal tabakasının "renk"lendirilmesi amacı ile birçok çalışmalar yapılmış ve prosesler geliştirilmiştir. Bu proseslerin çoğu, eloksal tabakasının gözenekli (poröz) yapısının, renk verici pigmentleri barındırması esasına dayanmaktadır.

1.Eloksal Tabakasının Yapısı:

Eloksal tabakası, alüminyuma entegre bir tabaka olarak oluşur ve metal/oksit arakesitinde oluşan bölümüne özel olarak "baraj tabakası" (barrier layer) adı verilir. Eloksal tabakasının gözenekli yapısı, bu baraj tabakasının üstünde büyür. Şekil 1'de eloksal tabakasının şematik üç boyutlu kesiti görülmektedir.

Genel olarak, gözenek çapı, hücre boyutları ve baraj tabakası; uygulanan voltajla doğru orantılıdır. Uygulanan her volt için gözenek çapı ve baraj tabakası 10 Angström, hücre boyutu ise 30 Angström büyür.

Eloksal tabakasının kalınlığı, amper-dakika miktarına bağlı olarak artar ve 1 ila 100 mikron arasında değişen kalınlıklar elde edilebilir. Tabaka kalınlığı; kullanılan elektrolit, sıcaklık, ve uygulanan akıma göre değişir. Eğer eloksal prosesi oluşan tabakayı eritmeyen bir çözeltide (örneğin Borik asit) yapılıyorsa, tabaka gözeneksiz bir yapı gösterir, ayrıca kalınlığı da uygulanan voltaja bağlı olur. Bu tip eloksala "baraj eloksalı" adı verilir (Barrier Layer Film).

2.Eloksal Tabakasının Genel Özellikleri:

Eloksal tabakasının alüminyuma tutunması, alüminyum ile bütünleşerek oluşmasından dolayı mükemmel sonuç verir. Eloksal tabakası çok sert (Al2O3=Korundum) ve böylece aşınmaya karşı çok dayanıklı olduğundan, alüminyuma üstün özellikler kazandırır. Tespit işlemi tamamlanmış bir eloksal tabakası çeşitli asit ve diğer kimyasallara karşı dayanıklı olduğundan, birçok ortamda alüminyumu korozyona karşı korur. Eloksal tabakasının şeffaf yapısı, alüminyumun metalik görünümünü ortaya çıkarır, ve bu özellik sayesinde alüminyum yüzeyine parlak veya mat görünüm verecek çeşitli mekanik veya kimyasal işlemler uygulanabilir.

Eloksal tabakası, elektrik yalıtkanıdır. Elektrik geçirgenliği için, tabaka kalınlığının her mikronu için 40V gerekir. Bununla birlikte, gerçek değer, alüminyum alaşımına bağlıdır, Al-Si5% alaşımında, eloksal tabakasının geçirgen olması için 25V yeterli olur.

Eloksal tabakası, alkali kimyasallardan olumsuz etkilenir. Bu nedenle, alkali ortamda, eloksallı yüzey üzerine korunma için özel bant veya kendiliğinden soyulabilen lake kaplama ile koruyucu film uygulanır. Bu durum, özellikle, mimari uygulamalarda önem kazanır. İnşaat sahasında, eloksallı alüminyumun kireç, harç veya çimento ile temas etmemesi için gerekli önlem alınmalıdır. İnşaat bittikten sonra, eloksallı alüminyum üzerindeki koruyucu film çıkarılır.

3.Eloksal İşlemleri:

Alüminyum üzerine, istenilen özelliklere göre, çeşitli elektrolitler kullanılarak, çeşitli eloksal (anodik oksidasyon) tabakaları oluşturulur.

Endüstride kullanılan çeşitli eloksal elektrolitleri ile elde edilen tabakaların özellikleri Tablo-1'de gösterilmiştir.

Çeşitli Eloksal İşlemleri

Elektrolit Asidi

Konsantr. g/l

Sıcaklık,C

Akım Y. A/dm²

Voltaj, V

Tabaka Kalınlığı mikron

Sülfürik

150/200

18/20

1,0/2,0

12/22

5/30

Sülfürik

180/400

-5/+5

1,5/3,0

15/70

25/125

Sülfürik/Okzalik

160/180

5/10

10/20

1,2/2,0

12/25

5/35

Kromik

30/100

25/55

0,1/1,0

30/70

2/8

Sulfosali- silik

60/70

18/25

2,0/3,0

35/75

15/35

Fosforik

120/250

20/30

1,0/2,0

30/120

1/30

Borik

40/50

70/100

1,0

50/5000

0,5'e kadar

Tartarik

20/40

70/80

2,0

120/150

0,16'ya kadar

 

3.1.Mimari Ve Parlak Eloksal:

Mimari ve dekoratif eloksal işleminde sülfürik asit elektroliti kullanılır. Tipik bir eloksal banyosunda, 160/170 g/l H2SO4 bulunur ve 18/20 C arasında 1,5 A/dm2 doğru akım uygulanır. Banyonun konsantrasyonuna, sıcaklığına ve alüminyum bileşimine bağlı olarak voltaj 17-19V arasında değişir. Tabak oluşma hızı, dakikada 0,5 mikrondur. Mimari uygulamalarda, istenen eloksal tabakası kalınlığı, bina dışında 20-25 mikron, bina içinde 10-15 mikrondur.

Eloksal tabakası oluşurken, elektrolite alüminyum geçer. Tipik olarak, alüminyumun elektrolitte erime hızı 0,6g/mikron/m2'dir. Eloksal banyosunda bulunan alüminyum miktarı 5-15g/l arasında bulunmalıdır. Daha yüksek konsantrasyonlarda eloksal işlemi için gerekli voltaj yükselerek enerji sarfiyatının artmasına ve banyonun ısınmasına neden olur. Daha düşük değerlerde de elektrolitin iletkenlik değeri azalır. Yüksek Al(+3) değeri, parlak eloksal eldesini de zorlaştırır.

Eloksal banyosundaki Al(+3) miktarının kontrolü, banyodan dışarı elektrolit alınarak temiz elektrolit verilmesi ile yapılabilirse de, bu işlem ekonomik değildir. Çözeltinin boşaltılması, banyo konsantrasyonunu tamamlamak için yeni su ve asit ilavesi hem zaman kaybına neden olur, hem de yeni karışan su ile asitin reaksiyonu, banyo sıcaklığını limitlerin üzerine yükselttiğinden,  çözeltinin soğutulması için ilave zaman kaybı ve soğutma gruplarının  (chiller) aşırı yüklenmesine, dolayısı ile  fazladan elektrik enerjisi sarfetmesine neden olur.  Bu nedenle modern tesislerde, çözeltinin sıcaklık ve Al(+3) konsantrasyon kontrolü için, iyon değiştirici veya ozmoz metodu ile çalışan asit rejenerasyon üniteleri kullanılır. 

Parlak eloksal ise daha yüksek konsantrasyon ve sıcaklıklarda yapılır. Akım yoğunluğu ise daha düşük seçilir. Tipik bir parlak eloksal, 175-185 g/l H2SO4, 22-25 C, 1,0 A/dm2, 15V şartlarında yapılır. Bu sayede daha şeffaf tabaka elde edilir. Bununla beraber, parlak eloksal için alüminyumun kimyasal bileşiminin çok önemli olduğu unutulmamalıdır. Alüminyum içinde bulunan empüriteler, belli limitlerin altında bulunmalıdır. Özellikle, AlMgSi0,5 (AA6063) alaşımında, Fe oranı %0,18'in altında bulunmalıdır. (Tercihen Fe:%0,10-0,15). Eloksal kalınlığı arttıkça, parlak görünüm azalır. Tabaka kalınlığı, kullanma yerine göre seçilmelidir. Bir otomobil farı 3 mikron, otomobil yan çıtaları 7-10 mikron eloksal kaplanır.

Genel olarak eloksal işleminde ürün üzerinde oluşan eloksal tabakasının homojen kalınlıkta olması için iş parçasının eloksal askılarına bağlanmasında özellikle dikkat edilmelidir. Alüminyum işparçaları alüminyum veta titanyum askılara sıkıca irtibatlanması ile işpoarçaları ile askılar arasındaki elektriksel kontağın işlemin başından sonuna kadar mükemmel olması hedeflenir. Böylece eloksal kaplamasının oluşması için gereken elektrik akımı, işparçasının her yanında düzgün dağılarak heryerde düzgün kalınlıkta eloksal tabakası oluşmasını sağlar. İşparçalarının eloksal askılarına sıkca irtibatlanmaları için sıcaklığa ve aside dayanıklı özel penseler ve U-klemp'ler geliştirilmiştir. 

3.2.Sert Eloksal:

Sert eloksal işlemleri, endüstriyel uygulamalar için yapılır. Çeşitli mühendislik uygulamaları için alüminyum üzerinde son derece sert, sürtünmeye dayanıklı bir tabaka istendiğinde, 5-10 g/l H2SO4, 30-80V doğru akım, ve 0 C sıcaklıktaki şartlarda eloksal yapılır. Sert eloksal tabakaları, 25-150 mikron kalınlıkta olabilir.

3.3.Integral Renklendirme Eloksalı:

Integral renklendirme, eloksal ile renklendirme işleminin aynı banyoda aynı anda yapılmasıdır. 1960-70'lerde özellikle Amerika'da yaygın olarak kullanılan ve yüksek enerji sarfı ile çalışan bu metod, yerini daha ekonomik ve verimli "iki-etaplı renklendirme" metodua bırakmıştır. Integral eloksal banyosunda, sülfürik asit ile sülfosalisilik asit gibi organik asitlerin karışımının oluşturduğu bir elektrolit, 20 C sıcaklık, 40-70 V doğru akım, 1,5-3,0 A/dm2 akım yoğunluğu kullanılır. Oluşan eloksal tabakası, "sert eloksal" ile kıyaslanabilecek kadar serttir.

3.4.Kromik Asit Eloksalı:

Kromik asit eloksalı, daha çok uçak sanayinde kullanım yeri bulmuştur. Bu eloksal tabakası ince olmasına rağmen (5-10 mikron), korozyona karşı çok dayanıklıdır. Alüminyum komponentlerin perçin ile birleştirildiği yapılarda kromik asit araya girse bile korozyon problemi görülmez. Ayrıca, kromik asit eloksalı, alüminyum yüzeyinde bulunabilecek çatlak ve hataları gösterdiğinden, uçak imali gibi önemli bir konuda bir bakıma kalite kontrol prosesi görevi görür.

Kromik asit eloksalının bir diğer uygulaması da, AA6063 (AlMgSi0,5) alüminyum alaşımından yapılan yün örgü şişlerinin kaplanmasıdır. (Bengough Stuart metodu). Bu proseste, 40 C'de, %3'lük Kromik Asit elektroliti, 0-50V arasında değişken voltaj, 0,3-0,8 A/dm2, 50 dk süre ile uygulanır ve 4-8 mikron kalınlığında eloksal tabakası elde edilir.

Daha yüksek konsantrasyon (%10), daha yüksek sıcaklık (50 C) ve 40 V sabit akım şartlarında daha kalın ve opak tabaka elde edilir.

3.5.Fosforik Asit Eloksalı:

Fosforik asitle yapılan eloksal işleminde, 150 g/l fosforik asit (H3PO4), 20-25 ° C, 1,0-1,5 A/dm2 akım yoğunluğu kullanılır. Bunun için eloksal banyo şartlarına bağlı olarak, 30-70V gerilimde doğru akım gerekir.

Fosforik asitle elde edilen eloksal tabakası, boyama ve "adhezif bonding" işlemleri için bir yüzey hazırlama görevi gördüğü gibi ayrıca filtrasyon membranlarının üretiminde kullanılır.

3.6.Bariyer Tabaka Eloksalı:

Borik asit ve tartarik asit ile hazırlanan elektrolitlerle yapılan eloksal tabakası gözeneksiz bir yapıya sahip olduğundan, bunlara "bariyer elektroliti" adı verilir. Bu tip eloksal yüksek sıcaklıkta (70-100 ° C) yapılır. Eloksal tabakasının kalınlığı uygulanan voltaja bağlıdır (14-15 Angstrom/V). Tipik olarak, 80 ° C'de, %3'lük tartarik asit elektrolitinde 5 dk.süre ile 120V doğru akım uygulandığında, 1600 Angstrom kalınlığında bir anodik oksidasyon filmi oluşur.

Bariyer eloksalı, elektronik kapasitor ve aluminyum trafo bobinleri gibi elektrik yalıtkanlığı istenen uygulamalarda kullanışır.

4.Renkli Eloksal Yapılması (Eloksal Tabakasının Renklendirilmesi)

Eloksal tabakasının renklendirilebilme özelliği, alüminyum ürünlerin yaygınlaşmasını sağlamıştır. İlk önce, sülfürik asitle yapılan eloksal tabakalarının gözenekli (poröz) yapısına, organik veya inorganik boyalar ile uygulanmıştır (Daldırma boyama). Bu boyaların UV (morötesi) ışınlara dayanımı sınırlı olduğundan, özellikle mimari uygulamalarda renkli eloksallı alüminyum ürünlerin güneş ışınlarına dayanıklı olması için; integral eloksal (renklendirme), iki-etaplı elektrolitik renklendirme gibi prosesler geliştirilmiştir.

Integral eloksal, güneşe dayanıklı uzun ömürlü, gri ve siyah renkler renkler elde edilmiştir. Ancak, eloksal işletme şartlarının hassas kontrolü, yüksek enerji sarfı gibi maliyeti yükseltici faktörler nedeniyle, yerini "iki-etaplı" renklendirme işlemlerine bırakmıştır.

Iki-etaplı elektrolitik renklendirmenin esası, eloksal tabakasının gözeneklerine metal iyonlarının pigment görevi görecek şekilde emdirilmesidir. Bu sayede, açık bonzdan koyu bronz ve siyah renge kadar geniş bir yelpazede çeşitli renkler elde edilir. Iki etaplı renklendirme, Japonya'da Dr.Asada tarafından keşfedilmiş ve Alcan tarafından patenti satın alınarak nikel, kobalt ve bakır esaslı "Anolok" renklendirme geliştirilerek lisansiyer üreticilere sunulmuştur. Daha sonra, kalay esaslı elektrolitlerin geliştirilmesi ile "iki-etaplı" renklendirme, tüm dünyada yaygınlaşmıştır.

Daldırma boyama ile elektrolitik renklendirmenin birlikte kullanılması ile, daha çeşitli renkler elde edilmesi mümkün olmakla birlikte, prosesin hassas kontrolü renk uyumunu zorlaştırmaktadır.

Elektrolitik renklendirmenin günümüzdeki son aşaması "interferans renklendirme" adı; verilen ve mavi-gri renklerin de kapsandığı çeşitli renklerin elde edildiği prosestir. Bu yöntemde de, renk uyumu için eloksal ve renklendirme parametrelerinin çok hassas kontrolü gerekmektedir.

5.Renklendirme Mekanizmaları

Alüminyum sektöründe endüstriyel uygulama alanı bulan eloksal renklendirme metodları şu şekildedir:

5.1.Daldırma Boyama

Özel eloksal boyalarının sulu çözeltilerine daldırılan eloksallı alüminyumun eloksal tabakasının gözenekleri içine organik/inorganik boya pigmentlerinin absorbsiyonu ile sağlanır. Inorganik boyalarda, boya çözeltisi ile eloksal tabakası arasında kimyasal bir reaksiyon da görülebilir (örneğin, sarı renk için kullanılan ferric ammonium oxalate).

Daldırma boyama öncesi ve sonrasında eloksal tabakasının kesit şeması Şekil-2'de görüldüğü gibidir. Pigmentler, eloksal tabakası gözeneklerinin üstten 2-6 mikron derinliğe kadar absorbe edilir. Eloksal tabakasının yansıttığı ışığın %90'ından fazlası, metal/oksit aratabakasından yansıtılır, absorbe edilen boya pigmentleri beyaz ışık içindeki dalga boylarının tutarken, kendi renkleriyle ilgili olan ışık dalga boyunu yansıtırlar.

5.2.Integral Eloksal Renklendirmesi:

Bu metotta, alüminyum alaşımındaki bazı intermetalik pariküller, eloksal gözeneklerinin duvarları içinde veya metal/oksit arayüzeyinde çökelirler. Bu çökelmiş partiküller, eloksal tabakasının yoğunluğu ve kalınlığına bağlı olarak ışığı dağıtırlar. Bronz renk eldesinde, uzun dalga boyları eloksal tabakası tarafından yansıtılırken, siyah renk eldesinde beyaz ışığın tüm dalga boyları dağıtılır veya absorbe edilir. (Bkz.Şekil-3)

5.3.Elekrolitik (İki-Etaplı) Renklendirme:

Bu metotta, renk eldesi, integral renklendirmeye benzer, ancak, ışığın dağıtılması, eloksal tabakası gözeneklerinin dibine yerleşen pigmentler tarafından sağlanır. Bakır, Nikel, Kobalt veya Kalay iyonlarından oluşan pigmentler, eloksal tabakası gözeneklerinin dibine yerleşmiş durumdadır (Bkz. Şekil-3)

Eloksal gözeneklerinin dibinde çökelmiş pigmentlerin kalınlığı arttıkça, daha koyu renkler elde edilir. 7 mikron'dan daha kalın pigment çökeltisinde siyah renk elde edilir.

Bakır tuzları ile yapılan renklendirmenin güneş ışığı karşısında dayanıksız olması (renk solması), Nikel tuzları kullanan elektrolitlerin de proses paramatrelerinin zor kontrol edilmesi nedeniyle bu metotlar günümüzde tercih edilmemektedir. Öte yandan, Kobalt ve Kalay tuzları kullanan elektrolitler, gerek kullanım kolaylığı, gerekse uzun ömürlü renkleri nedeniyle en çok kullanılan metotlardır.

5.4.Interferans Renklendirme:

Bu metot, eloksallı alüminyum renklendirilmesinde geliştirilen en yeni metot olmasına rağmen, ilave ekipman yatırımı gerektirmesi ve proses parametrelerinin kontrolunun zor olmasi, parametrelerdeki sapmalarin renk farklılığına yol açması nedeniyle henüz yaygın bir kullanım alanı bulamamıştır.

Bu renklendirme metodo iki veya üç etaplı olabilmektedir. Renk eldesi, yansıtılan ve dağıtılan ışıktan ziyade, çeşitli dalga boylarının interferansı (girişim) ile temin edilir. Nikel veya Kalay esaslı elektrolit ile pigment özel olarak hazırlanmış eloksal tabakasının gözenekleri dibine çökeltilir. Bu metotta, eloksal tabakasının yapısı, diğer metotlardakinden farklıdır. Eloksal işlemi sırasında özel elektrik ekipmanı kullanılarak veya eloksaldan sonra fosforik asit elektroliti içeren ikinci bir eloksal banyosunda, "modifikasyon" adı verilen bir işlemle, konvansiyonel eloksal gözeneklerinin yapısı değişime uğratılarak, gözenekler metal/oksit arayüzeyinde genişletilir.

Şekil-4' te görüldüğü gibi, Kalay veya Nikel iyonlarından oluşan pigment, genişletilmiş eloksal gözeneklerinin dibine çökelir ve pigment yüzeyi ile metal/oksir arayüzeyinden yansıtılan ışığın interferans etkisi ile eloksal renklendirilmesi sağlanır.

6.Eloksal Tabakası'nın Tespit İşlemi:

Eloksal tabakasının ve gerekiyorsa renklendirilmesinin ardından, gözeneklerin kapatılması amacı ile "tespit" işlemi yapılır. Böylece, eloksal tabakasının kimyasal ve fiziksel etkilere dayanıklı olması, renkli ise pigmentlerin dışarı kusmaması ve gözenekler içine empüritelerin girmemesi sağlanır.

Tespit işlemi iki metotla yapılabilir:

6.1. Sıcak (Hidrotermal) Tespit:

Sıcak tespit, kaynama derecesindeki deiyonize su ile yapılır. Suyun pH değeri 5,5-6,5 arasında bulunmalı (asetik asit/amonyak kullanılarak ayarlanır) ve eloksal kalınlığının her mikronu için 2 dakika beklenmelidir. Bazı katkı maddeleri ile bu süre mikron başına 1 dakikaya kadar indirilebilir. Bu katkı maddeleri genellikle Nikel esaslı bileşiklerdir, bununla birlikte daha çevreci zararsız maddeler de geliştirilmektedir.

Tespit işleminin mekanizması, Şekil-5'de görülmektedir. İyi bir tespit sonrasında, eloksal tabakasının yüzeyinde beyaz bir toz tabakası oluşur. Bu tabakanın silinerek temizlenmesi zahmetli bir işlem olduğundan, tespit banyosuna ilave edilecek bazı katkı maddeleri ile önlenmesi tercih edilmektedir. Ancak, tespit kalitesinin bozulmaması için, bu katkı maddelerinin miktarı ve ilave zamanı son derece dikkatle takip edilmelidir.

Daha ender kullanılan bir sıcak tespit yöntemi de "su buharı" kullanmaktır.

6.2.Soğuk (Emprenye) Tespit:

Bu metotta, deiyonize su ile birlikte nikel sülfat veya nikel florür esaslı kimyasal bileşiklerin oluşturduğu bir çözelti kullanılır. İşlem sıcaklığı 20-30 ° C, süresi mikron başına bir dakikadır. Ancak, yapılan testler ve tecrübeler sonucunda, soğuk tespitin, sıcak tespit kadar iyi sonuç vermediğinin anlaşılması üzerine, soğuk tespitten sonra, 60-70 ° C sıcaklıkta bulunan su banyosunda tutulması ile daha iyi sonuçlar elde edildiği anlaşılmıştır. Soğuk tespitte, banyonun kontrolu, özellikle natürel (beyaz) eloksalda renklenme oluşmaması açısından (yeşil), önem taşır.

Eloksal tespit işleminin sıcak veya soğuk işlemlerden hangisi ile yapılacağı, enerji ve kimyasal madde maliyetlerinin kıyaslanması, kalite faktörü ve tesisin günlük çalışma saati göz önünde tutularak belirlenmelidir.

7. Eloksal notasyonları

Avrupa ülkelerinde eloksallı alüminyumun dekoratif görünümü tarif etmek için kullanılan eloksal kısa gösterilişleri (notasyon) şunlardır:

Notasyon Yapılan İşlem Açıklamalar
E0 Yağalma 

Deoksidasyon 
Sadece kimyasal yağalma ve deoksidasyon işlemleri yapılır. Yüzey üzerinde bulunabilecek fiziksel kusurlar (manipülasyon ve taşımadan kaynaklanan çizgiler vb) giderilmeden görünür şekilde kalır. Yüzeyde zor farkedilen / farkedilmeyen korozyon varsa proses sonrasında görünür hale gelebilir. 
E1 Zımparalama  Yüzeye sadece zımparalama işlemi uygulanır. Yüzey görünümünde fiziksel kusurlar ortadan kalkar, yüzey kısmen parlaklığını kaybedebilirken düzgün bir görünüme sahip olur, ancak uygulanan zımparanın aşındırıcı (kum) numarasına göre aşındırma izleri oluşabilir. 
E2 Fırçalama  Mekanik fırçalama yüzeyde düzgün ve parlak bir yüzey meydana getirirken fırça izleri oluşabilir. Yüzey kusurları kısmen giderilmiş olur.
E3 Mekanik Polisaj  Mekanik polisaj ile yüzeyde parlak görünüm meydana gelir, ancak yüzey kusurları kısmen giderilmiş olur.
E4 Zımparalama + Fırçalama  Yüzeye uygulanacak zımparalama ve fırçalama işlemleri düzgün ve nispeten parlak bir yüzey meydana getirirken fiziksel kusurlar ortadankalkarken aynı zamanda.E0 ve E6 kimyasal işlemleri ile ortaya çıkabilecek korozyon izlerinin de ortaya çıkma ihtimali kalmaz.
E5 Zımparalama + Polisaj Yüzeye uygulanacak zımparalama ve polisaj işlemleri düzgün ve parlak bir yüzey meydana getirirken fiziksel kusurlar ortadankalkarken aynı zamanda.E0 ve E6 kimyasal işlemleri ile ortaya çıkabilecek korozyon izlerinin de ortaya çıkma ihtimali kalmaz
E6 Kimyasal Matlaştırma Kimyasal yağalma işleminin ardından uygulanan kimyasal matlaştırma (dağlama) ile yüzeye mat (saten) bir görünüm verilir. Bu işlem özel alkali (örneğin; NaOH) kimyasal ile hazırlanmış dağlama çözeltileriyle yapılır. Yüzeyde bulunabilecek fiziksel kusurlar kısmen giderilebilir. Yüzeyde farkedilmemiş olarak bulunan korozyon bu işlem sonrasında görünür hale gelebilir. Yüzeyin daha önceden mekanik olarak işlem görmesi (zımparalama veya fırçalama) bu kusurları ortadan kaldırır ancak bu durumda da metalin manipülasyonu ve depolanmasında korozyonu önlemek için dikkat edilmelidir. 
E7 Kimyasal veya Elektrokimyasal Parlatma (polisaj) Yüzeyi dağlamayacak (matlaştırmayacak) şekilde kimyasal buharlı ya da çözeltiler ile yağalma işleminin uygulanmasından sonra, kimyasal ya da elektrokimyasal parlatma (polisaj) işlemi uygulanır. Yüzeyde bulunabilecek fiziksel kusurlar kısmen giderilebilir ancak korozyon izleri görnür hale gelebilir. 
E8 Zımparalama + Mekanik Polisaj 
+ kimyasal veya elektrokimyasal parlatma
Zımparalama ve mekanik polisaj işlemlerinin ardından uygulanacak kimyasal veya elektrokimyasal parlatma ile yüzeye verilebilecek en düzgün ve parlak görünüm verilir. Fiziksel kusurlar kaybolur. 

Not: Parlatma ve polisaj aynı anlamda yüksek parlaklık (gloss) seviyesi verecek işlemler için kullanılmıştır.  

 

Notasyon Tarifi
E0, E1, E2, E3, E4, E5, E6 Yukarıdaki tablo
QUALANOD (EURAS)'a göre  
C0 Naturel eloksal rengi (beyaz /renksiz)
C31 Çok açık bronz (very light bronze)
C32 Açık bronz (light bronze)
C33 Bronz (medium bronze)
C34 Koyu bronz (dark bronze)
C 35 Siyah (black)
Eski Alman notasyonları:  
EV1 Naturel renkli (renksiz, beyaz)
EV2 Alman gümüşü (German silver)
EV3 Sarı (altın) (Gold)
EV6 Siyah (Black)

 8. Mimari Eloksal İşlem Sırası

Yukarıda söz edilen işlemlerin genel bir özeti olarak, alüminyum profil üzerine mimari eloksal kaplama yapan örnek bir tesisteki işlem sırası şu şekildedir:

Yağalma - Yıkama - Kostik - Yıkama - Nötralizasyon (Nitrik asit) - Yıkama - Yıkama - Eloksal (1) - Eloksal (2) - Eloksal (3) - Eloksal (4) - Yıkama - Yıkama - Yıkama - Elektrolitik Renklendirme  - Yıkama - Boyama (daldırma renklendirme) - Yıkama - Yıkama - Tespit (1) - Tespit (2) - Tespit (3) - Tespit (4) - Yıkama - Kurutma.

Eloksal ve tespit banyolarının boyutları ve sayısı, tesisin üretim kapasitesine göre planlanır. Eloksal Tesisi


ALÜMİNYUM'UN MİMARİ AMAÇLAR İÇİN BOYANMASI

Alüminyumun mimari uygulamalar için boyanması, 1960'larda başlamış olan ve günümüzde alüminyum yüzey işlemlerinin %50'sini kapsayan bir yöntemdir. Alüminyum parçalar, gerek korozyona dayanım gerekse de dekoratif amaçla boyanırlar. Mimari uygulamalar, boyanmış alüminyumun en çok kullanıldığı sektördür. Alüminyum doğrama (pencere - kapı), cephe kaplama (fasat) ve kış bahçeleri bu uygulamanın en belli başlı örnekleridir. Kullanılan boya cinsi ve tekniği, bulunulan ülke ve coğrafyaya göre farklılıklar gösterir.

Kuzey Amerika'da, su bazlı akrilik beyaz renkli elektroforetik boyama ve solvent bazlı renkli sprey boyama en popüler metodlar iken, bugün yerini polyester toz boyalara bırakmaktadır. PVDF (polivinildiflorür) boyalar, ilk kez Kuzey Amerika'da geniş şekilde kullanılmıştır. ( Bkz. PVDF Boya )

Avrupa'da ise en yaygın kullanılan boyama, "elektrostatik" toz boyamadır. Dünya toz boya üretiminin yarıdan fazlası Avrupa'da kullanılmaktadır. Su bazlı akrilik boyalarla yapılan elektroforetik boyama sistemleri, elektrostatik toz boyamaya karşı daha kalitesiz görüldüğünden Avrupa'da tutunamamıştır. Elektrostatik boya tesisi

Alüminyum için kullanılan boyalar:

Alüminyum üzerine boya tabaksının uygulanmasından önce yapılan yüzey önişlemleri, boya tabaksının ömrü açısından büyük önem taşır. Alüminyum üzerine kaplanacak boya tabaksı, alüminyumun kullanım yerine çevre şartlarına göre seçilir. Boya tabakasından sadece dekoratif görünüm veya zor çevre şartlarında korozyona dayanım gibi birbirlerinden farklı amaçlar beklenebilir. Boyaların fomülasyonu, esneklik, sertlik, kimyasallara dayanım, boya yüzeyinin aşınmasına dayanım, reçinelere dayanım, renk verici pigmentlerin sıcaklık ve güneş ışınlarının UV etkisine dayanımı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak belirlenir.

Boya cinsi Kullanım yeri ve özellikleri
Amyne-alkyd Genel amaçlar için, fırça veya sprey ile uygulanır, ucuz. 
Vinyl Mimari amaçlar için, iki tabakalı, pahalı
Akrilik Elektroforetik veya sıvı sprey ile uygulanır, mimari ve otomotiv uygulamaları için.
Polyester Mimari uygulamalar, ev eşyaları, hava şartlarına ve güneşe dayanıklı, ortalama maliyetli
Epoksi Alüminyuma iyi yapışma, mükemmel fiziksel ve kimyasal dayanım
Silikon takviyeli akrilik ve polyester Yüksek performans isteyen özel uygulamalar için, pahalı.
PVDF (PVF2) Yüksek performans isteyen mimari uygulamalar için, çok tabakalı, pahalı

Boya sistemleri, Termoplastik (thermoplastic) ve Termoset (thermosetting) olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar. Aşağıda, bu sistemlerin alt sistemleri görülüyor:

Termoplastik ve Termoset boya sistemleri

Termoset boyalar Avrupa'da daha poüler olmakla birlikte, Kuzey Amerika'da, Orta Doğu'da, Uzak Doğu'da ve Avustralya'da prestij binalarda kullanılan alüminyum cephe kaplamaları ve harici doğramalar, termoplastik  PVDF boya ile boyanırlar.

Aşağıdaki tabloda, bazı toz boya reçinelerinin kıyaslanmasını göstermektedir.

Özellik  Polyester Poliüretan Akrilik Florokarbon
Hava şartlarına/güneşe dayanım Çİ Çİ Çİ/M M
Korozyona dayanım Çİ Çİ İ M
Fiziksel etkilere dayanım Çİ Çİ Z/Ort İ
Kaplama düzgünlüğü Çİ Çİ Çİ/M İ/Çİ
Kenar örtme özelliği Çİ Ort Ort Ort/İ
Bozunma Çİ Z Ort Ort/İ
Stabilite Çİ Çİ Z/Ort Ort/İ
Aşırı fırınlamaya dayanım Çİ Ort/İ İ M
Değerlendirme: M: Mükemmel Çİ:Çok iyi İ:İyi Ort:Ortalama Z:Zayıf

 Boya tabakası, alüminyum yüzeyinde bulunan bazı kusurları örterse de bu her zaman doğru değildir. Bazı boyaların bir çok renkte olanı vardır. Çoğu boya tabakası, alkali  ve asidik ortamlara karşı dayanıklıdır. Boya tabakasdında bir zedelenme görüldüğünde, korozyon başlamadan önce hemen müdahale edilerek tamiri mümkündir. Bu tamir sırasında renk uyumu bozulabilir. Tamir hemen yapılmaz ise, korozyon daha geniş boyalı alana zarar verebilir.

Avrupa'nın kuzey ve batı bölgelerinde, bazı binaların boyalı alüminyum yüzeylerinde "filiform korozyon" olayları görülmüştür. Filiform korozyonun nedenleri üzerinde ESTAL (Association of European Surface Treatment For Aluminium) tarafından yapılan araştırmada bulunan sonuçlara göre, filiform korozyonun önlenmesi için kullanılan alüminyum 6060/6063 alaşımının kimyasal bileş,iminde bazı elementlere dikkat etmek ve boyama öncesinde çok iyi bir yüzey işlem yapmak gereklidir. (Detaylar için buraya tıklayınız).

Boya tabakasının sürtünme ve çizilmeye karşı dayanımı göreceli olarak düşük olup, özellikle kapı kolları ve aksesuarları gibi parçalarda yüzey bozunması görülür. Elektroforetik su-esaslı akrilik boyaların, elektrostatik polyester  boyalara kıyasla fiziksel etkilere karşı daha dayanıksız olduğuna dikkat edilmelidir. Boyanmış aluminyum profillerin birbirleriyle çalışması durumunda, problem çıkmaması için boya kalınlığı kontrol altında tutulmalıdır. 

Mimari uygulamalar için polyester toz boyalar:

Elektrostatik polyester toz boyaların mimari uygulamalar için aluminyum ile kullanılması, Avrupa'da ve Kuzey Amerika'da  her yıl artış göstermektedir.  Alüminyuma boya tatbik edilmeden önce alüminyum "yüzey önişlemi"nden geçirilmelidir. Kromat esaslı kimyasal dönüşüm tabakaları (kromatlama), bazı teknik şartnameler (spesifikasyon)  için vazgeçilmez bir uygulamadır. Çevre sağlığı nedeniyle kromat içeren atık suların dejarjına getirilen bazı kısıtlamalar, kromatlama yerine alternatif yüzey hazırlama kimyasallarının gelişmesine yol açmıştır. Avrupa'da boyanmış alüminyum ürünlerin kalite belgelendirme kuruluşu olan QUALICOAT, kromatsız yüzey hazırlama kimyasallarını denedikten sonra kromatlama yerine kullanılması için onay verebilmektedir.  

Bina dışında kullanılan alüminyum üzerine tatbik edilmiş bazı polyester boyalar, belli bir süre sonra, parlaklık kaybına uğrayabilirler. Polyester boyaların uğrayabileceği parlaklık kaybının üst sınırı, QUALICOAT Spesifikasyonları'nda belirtilmiştir. Genel olarak, "çift katlı PVDF sıvı boya sistem"leri, bu açıdan polyester toz boyaya göre daha dayanıklıdır. Ancak, PVDF boyalar kadar dayanıklı bazı "süper dayanıklı" (super-durable) elektrostatik polyester toz boyaların da kullanılmaya başlandığı bilinmektedir.

Merkezi Zürih'te (İsviçre) bulunan QUALICOAT, Avrupa ve coğrafi bölgelerdeki ülkelerde mimari uygulamalar için kullanılan alüminyum ürünlerin üzerine tatbik edilen boya tabakalarının kalitesini belgelendiren bir kuruluştur. Mimari uygulamalar (cephe kaplama, pencere, kapı vb) için kullanılacak boyanmış alüminyum, QUALICOAT kalite belgesine sahip olmalıdır. (Burada dikkat edilecek husus, alüminyumu "boyayan" tesisin kalite belgesine sahip olması gerektiğidir).

Boyama Prosesleri

Genel olarak, boyama proseslerinde üç aşama vardır: Yüzey önişlemi (kromatlama veya eşdeğeri kimyasal dönüşüm kaplaması), boyanın yüzeye uygulanması ve fırınlama (pişirme).

Boyanın yüzeye uygulanması, iş parçasının su-esaslı emülsiyonun içine daldırılarak elektroforetik kaplama ile olabileceği gibi, boya tabancalarıyla boyanın yüzeye püskürtülmesi (sprey) ile de yapılır. Eloksal kaplamada olduğu gibi, iş parçaları amaca uygun şekilde özel askılara bağlanarak proses edilir.

Önişlem:

Boyama öncesinde yüzeye uygulanan önişlemin kalitesi, boya tabakasının ömür ve kalitesini etkileyen en önemli faktörlerden birisidir. Boya tabakası herhangi bir nedenle hasarlansa bile, iyi bir yüzey önişleminden geçmiş olan üründe korozyon tehlikesi diğerlerine göre daha az ve etkisiz olur. Yağalma, kostikleme ve nötralizasyon, işlemleri, aynen eloksal (anodik okisdasyon) kaplama olduğu gibi yapılır. Tek fark, kostik banyosunda dağlamada, daha az süre ile işlem yapılması ve böylece daha az yüzey aşındırması uygulanmasıdır. Boyama önişleminde, tipik aşındırma değeri (alüminyum kaybı) 10 g/m2'dir. Kromatlama banyosunda kullanılan kimyasal genellikle bu konudaki uzman firmalardan alınan hazır bir formülasyon olup, üretici firmanın tavsiyelerine uyulmalıdır. Kromat tabakasının aluminyum yüzeyine tatbiki, daldırma veya sprey yöntemlerinden birisi ile yapılır.

Yüzeyi kromat kimyasal tabakası ile kaplanmış olan alüminyumun son yıkaması deiyonize (demineralize) su ile yapılmalıdır. Kromatlanmış aluminyum kurutma fırınında kurutulduktan sonra, boyanmaya hazırdır.

Askı malzemeleri:

Askı malzemeleri, yüzey önişlemlerinde kullanılan alkali ve asdik kimyasallara ve proses fırın sıcaklıklarına dayanacak şekilde seçilmelidir. Bunlara ilave olarak, elektroforetik ya da elektrostatik prosesler için gerekli elektrik iletkenliğini de sağlamalıdır. Aluminyum, paslanmaz çelik, titanyum veya çelik (bu sonuncusu kimyasal önişlemlerde kullanılmaz) en çok kullanılan askı malzemeleridir. Boyanmış askıların üzerindeki boya tabaksının sökülerek askıların tekrar kullanılması için metil klorür (methylene chkoride) veya yüksek sıcaklıkta yakmak işlemleri uygulanır. Bu işlemlerin, çevre sağlığına zarar vermemesi için gerekli önlemler alınmalıdır. 

Boya sprey tabancaları ve kabinleri:

Gerek solvent içeren yaş (ıslak/sıvı) boyalarda, gerekse de toz boyalarda, elektrostatik tabancalar kullanılmaktdır. Tabancanın içinden geçen ve statik elektrikle yüklenmiş olan boya, elektriksel olarak topraklanmış iş parçasının üzerine püskürtülür. Burada, boyanın statik elektrikle yüklenmesine göre elektrostatik tabancalar iki gruba ayrılır: 

Boya pişirme (fırınlama / kürleme):

Boya kabininden geçen alüminyum, pişirme fırınına alınır ve uygulanan boyanın cinsine göre tavsiye edilen sıcaklıkta belirli bir süre tutulur. Bu esnada, toz boya ergiyerek yüzeyi kaplar. Fırın sıcaklık ve süresinin gereğinden az ya da çok olmaması boyanın ömrü açısından çok büyük önemi vardır.

Boya Tekniği Boya sistemi
Elektroforetik Su-esaslı akrilik veya epoksy 
Elektrostatik yaş (sıvı) boyama Solvent esaslı akrilik veya polyester
Elektrostatik toz (kuru) boyama Polyester toz boya
Aluminyum yüzeyine boya spreylendikten sonra, 220°C'de 6-8 dk veya 200°C'de 12-15 dk veya 180°C'de 20-30 dk süreyle fırınlanır.(Boya üreticisinin tavsiyesine uyulur).  

 Mimari uygulamalarda performans kıyaslaması:

Mimari uygulamalarda, malzemenin yüzeyine uygulanan koruyucu/dekoratif kaplamaların performansı, mimar ve mühendisler için son derece önemlidir. Aşağıdaki tabloda, boya cinslerine göre uygulanan kaplama kalınlıkları ve ömür kıyaslaması gösterilmektedir. 

Özellik Kaplama kalınlığı Ömür (yıl) Maliyet kıyaslaması
Florokarbon (Fluorcarbon) 25 >20 5.0
Plastisol 100-200 20 1.8-2.3
Silikon polyester-silikon akrilik 25 15 1.9
Organosol 10 10-15 1.8
Polyester 25 8-12 1.4
Vinil (Vinyl) 25 7-10 1.0
Akrilik (Acrilic) 25 >25 1.5
Renkli eloksal 20 >30 1.0-1.5
Polyester toz boya 40-75 >20 2.0-2.5
Renkli eloksal 20 >30 1.0-1.5

 Ahşap / Mermer Granit vb. dekoratif 
Desenli Alüminyum Boyama

Alüminyum profil ve levhaların dekoratif görünümünü daha da zenginleştirmek için var olan eloksal ve boyama tekniklerine ilave olarak son yıllarda "Ahşap görünümlü alüminyum" (Wood-effect-decoration) uygulaması yaygınlaşmaya başlamıştır. Genel olarak süblimasyon prosesinin tercih edildiği bu uygulama ile, alüminyum ekstrüzyon profil veya levhalar önce, istenen dekoratif desene uygun bir alt renkte boyandıktan sonra, istenen dekoratif deseni ihtiva eden özel bir film / kağıt  ile kaplanp vakumlu ortamda bir fırın içinde işleme tabi tutulmakta ve böylece söz konusu desen boyanmış alüminyum yüzeyine süblimasyon yöntemiyle geçmektedir. Alüminyum üzerine ahşap desen uygulama tesisi 

Yaygın dekoratif desenler olarak çeşitli ahşap renk ve görünümleri, mermer ve granit gibi doğal taş renk ve görünümleri kullanılmaktadır.  

Çevresel faktörler

Metal yüzey işlem tesislerinden çıkan atıklar sıvı, gaz ve katı şekilde olurlar ve bunların çevre sağlığına zarar vermeyecek şekilde belirli kıstaslara göre arıtılmaları gerekir. Atıksular için belirlenen kirletici limitleri, ükleden ülkeye değişiklik gösterir. Atıksuların artılması, solvent ve gaz atıkların yıkanarak (scrubber) düşük VOC limitlerine çekilmesi, toz boyaların toksik özellikleri varsa buna ve patlama riskine dikkat edilerek manuple edilmesi gerekir.

Eloksal (anodik oksidasyon / anodize alüminyum / anodizasyon) tesislerinde ise, eloksal banyolarının, kostik banyolarının ve elekktrolitik renklendirme banyolarının çözeltilerinin rejenere edilerek daha az kimyasal sarfı mümkündür.Böylece, üretim maliyetinde önemli ekonomi sağladığı gibi, çevre sağlığına da katkıda bulunumaktadır. 

Boya öncesinde yapılması gereken kromatlama işlemininin içerdiği kromun, +6 değerden +3 değere indirgenmesi, çevre sağlığı için son derece önemlidir. Avrupa ülkeleri ve Kuzey Amerika'da, krom kullanmamak için geliştirilen alternatif kromsuz pasivasyon (kimyasal dönüşüm) kaplamaları (Cr-free) bulunmaktadır. QUALICOAT tarafından test edlip onaylanmış kromsuz pasivasyon kimyasalları (Cr-free conversion coatings) QUALICOAT kalite belgeli boyama için güvenle kullanılabilir. 

Ambalaj / Paketleme ve Sevkiyat

Alüminyum profillerin manipülasyon ve nakliye işlemlerinde zedelenmemesi ve yüzeylerinin çizilmeye karşı korunması için, yüzeyleri kendiliğinden yüzeye yapışan ve kullanım yerinde bir iz bırakmadan kolayca soyulabilen özelbir koruyucu bant (film) ile kaplanması tavsiye edilir. 

Alüminyum profiller daha sonra  sarma ambalaj makinasında naylon veya kraft kağıdı ile sarılarak demet haline getirilir. Bu şekilde ahşap veya sert mukavva sandıklara konularak veya nakliye yerinin uaklığına göre kamyona bu şekilde yüklenerek müşteriye gönderilir.

Sonuç

Alüminyum ekstrüzyon ürünleri, son derece geniş ve çeşitli uygulama alanlarına sahiptir. Mimari, mühendislik, ulaşım, elektrik, tıbbi cihazlar, dekorasyon, ev eşyaları, beyaz ve kahverengi eşyalar gibi günlük hayatımızın her anında kullanılan bu ürünlerin, elosal kaplama veya boyama ile hem daha estetik bir görünüme sahip olmaları, hem de fiziksel ve kimyasal etkilere karşı dayanımları yükseltilmektedir. Böylece alüminyum, çağımızın ve geleceğin en önemli metallerinden birisi olmaktadır. Uzun ömürlü ve kaliteli eloksal (anodize / anodik anozisayon) kaplama için QUALANOD, boya kaplaması için ise QUALICOAT  kalite belgeli ürünler tercih edilmelidir.

Kaynak: Ted Short, LMA, August, 1997

Eloksallı / Boyalı Alüminyum Yüzeylerin Temizlenmesi
Alüminyum Eloksal Tesisi

Alüminyum Elektrostatik Boyama Tesisi

Filiform Korozyon

6063 Alüminyum alaşımının metalurjisi

Nokta Metal Alüminyum Eloksal Ekstrüzyon Cam Tekstil

Bobin Boyama (Coil Coating)

Aluminyum Anasayfası