Anodize, metal yüzeyinde kararlı bir oksit tabakası üreten elektrolitik bir işlemdir. En yaygın uygulamaları alüminyum ve magnezyumda görülse de, çinko, titanyum ve diğer daha az yaygın metallerde de uygulanır. Anodize kaplamalar, çoğunlukla dekoratif amaçlarla kullanılırken aynı zamanda korozyon koruması da sağlar. Anodizing ile elektrokaplama karşılaştırıldığında iki önemli fark dikkat çeker. (1) Elektrokimyasal kaplamada, kaplanacak iş parçası reaksiyonda katot olarak bulunur. Buna karşılık, anodize işleminde iş parçası anot olurken, işleme tankı katotiktir. (2) Elektrokaplamada kaplama, ikinci bir metalin iyonlarının baz metal yüzeyine tutunması ile büyütülür. Anodize işleminde ise yüzey kaplaması, taban metalin kimyasal reaksiyonu ile bir oksit tabakası oluşturur. Anodize kaplamalar genellikle 25 µm ile 0,075 µm (0,0001 – 0,003 inç) kalınlıkta olur. Bu kalınlık değerleri anodize türüne göre değişir ve bu türler metnin devamında açıklanmıştır. Anodize işlemi sırasında boyalar kullanılarak geniş bir renk yelpazesi elde edilebilir, bu özellikle alüminyum anodize yaygındır. Alüminyum üzerinde, özel bir işlem olan sert anodize ile 0,25 mm’ye (0,010 inç) kadar çok kalın kaplamalar da oluşturulabilir; bu kaplamalar yüksek aşınma ve korozyon direnci ile bilinir. [1]

ANODİZE PROSESİ NEDEN ÖNEMLİDİR?

  Korozyon direncini artırır: Anodize edilmiş alüminyum oksit kaplamaları korozyona dayanıklıdır ve atmosferik ve tuzlu su saldırılarına karşı yüksek dayanıklılık gösterir. Anodik kaplama, olası korozif ajanlara karşı bariyer görevi görerek alttaki metali korur. Optimum korozyon direncine ulaşmak için, anodizing işlemiyle üretilen amorf alüminyum oksit, hafif asitli sıcak suda, kaynatılmış deiyonize suda, sıcak dikromat çözeltisinde veya nikel asetat çözeltisinde işlenerek mühürlenir.

  Dekoratif görünümü iyileştirir: Tüm anodize kaplamalar parlak bir görünüme sahiptir ve nispeten iyi aşınma direncine sahiptir. Bu nedenle, doğal alüminyum görünümünün korunması gerektiğinde veya mekanik olarak desen verilmiş bir yüzey istenildiğinde son işlem olarak kullanılır. Kaplamaların parlaklık derecesi anodizing öncesi baz metalin durumuna bağlıdır..

Şekil 1 Anodize sırasında oluşturulan basit elektrik devresinin şematik gösterimi. Anodize işleminde , alüminyum iyonlarının anottan elektrolite elektrotransportunu sağlamak için bir güç kaynağı kullanılarak elektronik yol (akım veya voltaj eğimi) ayarlanır. Elektrolit, katoda doğru iyonik yolu sağlar ve devreyi tamamlar. Anodik oksit, alüminyum iyonlarının elektrolitten gelen oksijen iyonları ile reaksiyona girmesi sonucu anodun yüzeyinde oluşur.[2]

ÜRETİMDE ANODİZE ÖRNEKLERİ

Araba farları – Atmosferik etki dayanıklılığı
Jant pistonları – Aşınma ve korozyon direnci
Bilgisayar yonga kapağı – Yüksek dielektrik, termal iletkenlik
İsim levhaları – Atmosferik etki dayanıklılığı
İniş takımları – Korozyon direnci
Kanopi rayı – Aşınma direnci, deniz havasına dayanıklılık 

ÜÇ TEMEL ANODİZE PROSESİ

  Anodize işleminin üç ana türü, elektrolitin kromik asit olduğu kromik işlemler, elektrolitin sülfürik asit olduğu sülfürik işlemler ve sülfürik asit ile ya da katkı maddeleri ile yapılan sert anodize işlemleridir. Daha nadiren veya özel amaçlar için kullanılan diğer işlemler, sülfürik asidin yanında oksalik asit, fosforik asit, borik asit, sulfosalisilik asit, sulfotalik asit veya tartarik asit kullanır. Sert anodize işlemleriyle üretilen daha kalın kaplamalar dışında, çoğu anodize kaplama 5 ila 18 µm kalınlığındadır.

Kromik Asit İşlemi: Bu işlemde kullanılan işlemler dizisi, anodize edilecek parçanın türüne, alaşıma ve işlemin ana amacına bağlıdır. Sülfürik asidin aşındırıcı yapısı nedeniyle, bağlantı elemanları veya kaynaklı montajlar gibi tüm anodize çözeltisini çıkarmanın zor ya da imkansız olduğu bileşenlerde kromik asit anodize işlemi tercih edilir. Kromik asit anodize çözeltileri %3 ila %10 oranında CrO₃ içerir. Çözeltinin hazırlanması için tank yarısına kadar su ile doldurulur, asit suda çözülür ve ardından istenen seviyeye ulaşmak için su eklenir.

Sülfürik Asit İşlemi: Sülfürik asit işlemi için temel işlemler kromik asit işlemi ile aynıdır. Elektroliti hapsedebilecek bağlantılar veya girintiler içeren parça veya montajlar sülfürik asit banyosunda anodize edilmemelidir.

Sert Anodize İşlemi: Sülfürik asit ve sert anodize işlemleri arasındaki temel farklar, işlem sıcaklığı, kullanılan katkı maddeleri ile anodize işleminin yapıldığı voltaj ve akım yoğunluğudur. Sert anodize işlemi, hardcoat veya tip III anodize olarak da adlandırılır ve belirli bir süre içinde geleneksel sülfürik asit anodize işlemine göre çok daha kalın bir kaplama üretir.

  Alaşımların bileşimi, anodize işlemini başarılı bir şekilde uygulamak için oldukça önemlidir. Kromik asit işlemi, %5’ten fazla bakır (Cu) veya %7,5’ten fazla toplam alaşım elementi içeren alüminyum döküm alaşımlarında kullanılmamalıdır; aksi takdirde, yanma olarak da bilinen aşırı oyulma meydana gelebilir. Sülfürik asit işlemi ticari olarak mevcut tüm alaşımlar için kullanılabilirken, sert anodize işlemi genellikle %5’ten az Cu ve %7’den az Si içeren alaşımlarla sınırlıdır. Maksimum korozyon ve/veya aşınma direnci gerektiğinde alaşım seçimi önemlidir. 6061 gibi alaşımlar, bakır ve bakır-magnezyum alaşımlarına göre sert, korozyona dayanıklı bir kaplama üretme yeteneklerinde üstündür.

  Alüminyumun endüstriyel anodize işlemi, Ohm Yasası’na uygun bir elektrik devresi işlemi olarak basitçe görülebilir.

V = i.R (eq.1)

  Bu denklemde, V volt cinsinden ölçülen devre voltajını ve R devre direncini temsil eder. Geleneksel bir elektrik devresinde, akım (i) genellikle amper cinsinden ölçülür; ancak bu, telin çapının ihmal edilebilir kabul edilmesinden kaynaklanır. Herhangi bir elektrokimyasal devrede ise, akım taşıyan tüm yükün yüzey alanı, reaksiyon için gerekli olan potansiyeli hesaplarken dikkate alınmalıdır; ister yüzeyde bir kaplama oluşturmak için bir katotun çözünmesi (elektro kaplama işlemi gibi), ister bir oksit oluşturmak için bir anotun çözünmesi durumunda olsun (anodize işleminde olduğu gibi).

  Al ve alaşımlarının anodize işlemi sırasında, elektrolit ortamında anot olarak Al kullanılırken, banyodaki sıvı ortam katot görevi görür; örneğin H₂SO₄. Anot ve katot tarafında voltaj etkisiyle iyonlar hareket etmeye başlar ve yüzeyde Alüminyum oksit oluşur. Bu alüminyum oksit (Al₂O₃) yüksek korozyon ve aşınma direncine sahiptir. Bu durum, işlemi havacılık ve otomotiv sektörleri için çok önemli kılar. Diğer benzer işlemlerden farkı, bu işlemde yüzeyde yalnızca oksit tabakasının oluşmasıdır; yüzeyde farklı bir malzeme görülmez ve bu da işlemi çok benzersiz kılar. En basit ifadeyle, bu işlemi kullanarak malzemelerimizi aşınma ve korozyon direncine sahip bir faza getirmiş oluruz.

  Kristal yapısı açısından, Al₂O₃, saf Al ve alaşımlarına göre daha düzenli bir yapıya sahiptir; bu da Al₂O₃’ü daha inert ve korozyona dayanıklı hale getirir.

Şekil 2  Oksit tabakası hem yüzeyde hem de yüzeyinde  iç kısmındada büyür. Bu şekil oksit büyüme mekanizmasını göstermektedir. [2]
  Alüminyum ve alaşımlarından üretilen tüm bileşenlerin, kullanım ortamı ve uygulamaya bağlı olarak değişen performans gereksinimlerine sahip yüzeyleri vardır. Bu gereksinim ister korozyon ve/veya aşınma direnci, isterse yalnızca estetik bir görünüm olsun, birçok uygulamada alüminyum veya alüminyum alaşımı bileşenin yüzeyi gerekli performans gereksinimlerini karşılamak üzere anodize işlemine tabi tutulabilir. Anodize kaplama, daha doğru bir ifadeyle anodik oksit, alüminyum yüzeyinden kaynaklanır ve büyür; bu da her biri bireysel hücrelerden oluşan, üniform, sürekli ve yüksek derecede düzenli bir ağ yapısı oluşturur. Bu tabakanın kalınlığı, hücre boyutları ve nihayetinde mühendislik özellikleri, anodize işleminin elektrokimyasal parametrelerine bağlı olarak şekillenir.[2]

ANODİZE İŞLEMİNİN AŞAMALARI

Şekil 3 Anodize işlemi uygulanmış alüminyum numunenin ışık mikroskobu altındaki görüntüsü.

Şekil 4 Anodize işlemi görmüş numune (Al 6061-T6)

ANODİZE PROSESİNİN KRİTİK ADIM VE PARAMETRELERİ

  İşlem parametreleri, kaplamanın kalınlığını ve düzgünlüğünü belirlemede kritik bir rol oynar. Bu nedenle, bu parametreler dikkatlice izlenmeli ve optimize edilmelidir, böylece son materyalde istenen özellikler elde edilebilir. Anodize işlemindeki değişikliklerle etkilenen ana yanıt parametreleri arasında anodize tabakasının kalınlığı, gözenekliliği ve ortalama yüzey pürüzlülüğü yer alır; bunlar aşağıda detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Bu parametreleri sistematik bir şekilde değiştirerek ve kontrol ederek, yüksek kaliteli ve dayanıklı bir kaplama elde etmek için anodize işlemine ince ayar yapılabilir. [4]

Son özellikleri etkileyen parametreler şunlardır:
⦁ Orta madde konsantrasyonu,
⦁ Orta madde sıcaklığı,
⦁ Gerilim,
⦁ Anodize süresi.
Bu parametreler son malzemeyi şu şekilde etkiler:
⦁ Pürüzlülük,
⦁ Gözeneklilik,
⦁ Oksit kaplamanın kalınlığı.

  Anodize tabakasının kalınlığı, konsantrasyonun artmasıyla ve gerilim ve sıcaklığın düşmesiyle azalır. Konsantrasyon arttıkça, oksidin gözenek tabanlarında alan yardımlı çözünme için eşik potansiyelinin azalması nedeniyle gözeneklilik de azalır ve anodize oksit oluşumunun hızı artar. Elektrolit sıcaklığı arttıkça, yapı daha açık hale gelir, daha büyük gözenek çapları ve gözenekler arasında bağlantılar oluşur. Genel olarak, gerilim ve sıcaklık arttıkça gözeneklilik de artar. Ancak, bu eğilim her zaman tutarlı olmayabilir. Bazı durumlarda, konsantrasyon sabit tutulsa bile, gerilim ve sıcaklık arttığında gözeneklilik azalabilir. Bu sonuç, alaşım ve ana element değişikliğiyle değişebilir. [3]
Yüzey pürüzlülüğü, esas olarak taşlama partikül boyutunun bir sonucudur, bu nedenle taşlama boyutu, yeterli bağlanma için gerekli pürüzlülükle belirlenir ve kaplama kalınlığıyla sınırlı olabilir. Bu faktör, her taşlama boyutu, türü ve alt malzeme kombinasyonu için bireysel olarak dikkate alınmalıdır. Taşlama hava basıncı 210 ila 620 kPa (30 ila 90 psi) arasında değişir, çalışma mesafesi ise 50 ila 150 mm (2 ila 6 inç) arasında olabilir. Taşlama nozulu açıklıkları genellikle 6 ila 10 mm (0,25 ila 0,375 inç) çapında olur. Taşlama açısı, alt malzemeye yaklaşık 90° olmalıdır. Yüzeye taşlama partiküllerinin girmesini en aza indirmek için aşırı taşlamadan kaçınılmalıdır. [6]

REFERANSLAR

[1] FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING Materials,Processes,andSystems Fourth Edition Mikell P. Groover
[2] Jude Mary Runge The Metallurgy of Anodizing Aluminum Connecting Science to Practice
[3] Chand, Sudhanshu, et al. “Effect of process parameters on anodization of AA7075.” Materials Science Forum. Vol. 830. Trans Tech Publications Ltd, 2015.
[4] RATTANASATITKUL, Aunyanat; PROMBANPONG, Suksan; TUENGSOOK, Pongsak. An effect of process parameters to anodic thickness in hard anodizing process. In: Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2016. p. 168-172.
[5] Runge, J. M. “Anodizing for design and function.” Journal of Materials Science and Nanotechnology 1.1 (2014): S108
[6] Surface Engineering was published in 1994 as Volume 5 of the ASM Handbook.