Polimerik Substrat Üzerine Alüminyum Hedefli Krom Kaplama ve PVD Kaplama

Plastikler üzerindeki dekoratif elektrolizle krom kaplamalar onlarca yıldır üretilmektedir. Çevresel nedenlerden dolayı, altı değerlikli kromdan (Cr6) üç değerlikli kroma (Cr3) bir değişim olmuştur. Elektroliz kromun alternatiflerine olan ilgi dramatik bir şekilde artmaktadır. Elektro kaplama ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) karşılaştırılırken, k

Plastikler üzerindeki dekoratif elektrolizle krom kaplamalar onlarca yıldır üretilmektedir. Çevresel nedenlerden dolayı, altı değerlikli kromdan (Cr6) üç değerlikli kroma (Cr3) bir değişim olmuştur. Elektroliz kromun alternatiflerine olan ilgi dramatik bir şekilde artmaktadır. Elektro kaplama ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) karşılaştırılırken, krom ve diğer metal kaplamaların plastik malzemeye uygulanma aşamaları çok farklıdır. Elektro kaplamada, çok sayıda kimyasal banyo ve durulama maddesinin, dayanıklı bir krom görünümü elde etmek için 15 ila 30 mikron metal biriktirmesi gerekir. Galvanik işleme aşamaları iyi bilinir bunlar kondisyonlama, nötralize etme, asitle aşındırma, katalizleme, hızlandırma, nikel flaş, bakır kaplama, nikel kaplama, krom kaplama, atık bakımı ve bertarafı gibi aşamalardır. Bu yüzden, gerçek krom görünümünü korumak için elementel krom PVD kaplamalara yönelik yatırımlar artmaktadır. Otomotiv, ev aletleri ve kozmetik pazarları, elektro kaplamanın görünümü ve dayanıklılığına çeşitli alternatifleri aktif olarak arıyor, ancak çevresel yan etkiler, görünüm ve fonksiyonel tasarım sınırlamaları ve bunlarla ilişkili maliyetler olmadan bunu yapabilmek istiyor.  Sonlandırıcılar, görünüm ve performanstan ödün vermeden daha güvenli, daha çevreci, daha uygun maliyetli, daha hızlı bir alternatife odaklanmak istiyorlardı.

Geleneksel krom kaplama, akrilonitril bütadien stiren (ABS) ve polikarbonat / ABS gibi kaplama dereceli substratlarla sınırlıdır. Polyamid / polifenil eter gibi bazı termoplastikler, kimyasal saldırı ya da yüksek sıcaklıktaki banyolarda (11 dakika boyunca 140 ° F’ye kadar) substrat deformasyonuna neden olan süre nedeniyle krom kaplanamaz.

ABS, 1960’lardan beri vakum biriktirme ve elektro kaplama için substrat olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Malzeme nispeten ucuzdur ve kolayca enjeksiyonla kalıplanabilir, ancak parçanın doğrudan maruz kaldığı veya açık bir mercek içinden bakıldığı çoğu uygulama için, vakum biriktirmeden önce allık ve akış hatlarının yüzeyini düzeltmek için bir baz kaplama (boya) gerekli olmuştur. Elektrolize edilecek olan bileşenler için daha pahalı bir kaplama sınıfı ABS kullanılır. PVD işlemi, doğrudan kaplanabilen malzemeleri içerir: Polikarbonat karışımları, poliamid, polieterimit, polibutilen tereftalat, polistiren ve diğerleri.

Bu makalede, PVD teknolojisine, otomotiv ve ev aletleri endüstrilerindeki polimerik malzemelere uygulanmasına özel bir önem verilerek, maliyet düşürme ve parçaların yüzey modifikasyonu etrafında iyileştirilmiş kalitesine vurgu yapılmaktadır.

PVD Kaplama Sürecinin Yüzey Mühendisliği

PVD tekniklerinin uygulanması, dekoratiften yüksek sıcaklıklı süper iletken filmlere kadar çok çeşitli uygulamalar arasında değişmektedir. Çok sayıda inorganik malzeme; metaller, alaşımlar, bileşikler ve karışımların yanı sıra polimerler gibi bazı organik malzemeler, PVD teknolojileri kullanılarak biriktirilebilir. Günümüzde PVD, çok katmanlı kaplamalar, radyan birikintiler veya çok kalın birikintiler oluşturmak için kullanılmaktadır.

PVD, bir metalin fiziksel durumundaki (katıdan gaza gazdan katıya) değişikliklerle bir substrat üzerine çökeltilmesidir. Bir UV kaplama prosesi ile birlikte kullanıldığında, alt tabakaya bir baz kaplama tatbik edilir, çok ince bir tabaka (700-1000 angstrom) metal biriktirilir ve daha sonra bir UV sonkatı ile kapsüllenir böylece alttaki tabakalar mühürlenir ve korunur (Şekil 1). PVD katmanının aslında ne kadar ince olduğunu anlamak için PVD uygulamalarında kullanılan tipik UV kaplama kalınlığının 25 mikron veya 0.98 mil olduğunu düşünün. 1.0 mil 25.400 nanometredir. Bir angstrom, bir metrenin yüz milyonu, 10-10 veya 0.1 nanometre olarak tanımlanır.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-2

Şekil 1. PVD Kaplama İşlemi

PVD ile, alüminyum, krom, titanyum, paslanmaz çelik, nikel krom, kalay, vb. dahil olmak üzere çok çeşitli metaller biriktirilebilir. PVD katmanı, bunlarla sınırlı olmamak üzere, termal buharlaşma gibi çeşitli yöntemlerle biriktirilebilir. Örneğin katodik ark, sıçratma, darbeli lazer biriktirme ve elektron ışını biriktirme gibi. Üzerinde duracağımız ortak yöntem, vakumda yapılan biriktirme işlemidir.

Püskürtme, katı metal bir hedef üzerindeki atomların, yüksek enerjili iyonlar tarafından malzemenin bombardımanına bağlı olarak bir gaz fazına atıldığı çökelme işlemidir. Bombardıman, atomları metal odadan serbest bırakır, bunlar doğrudan vakum odasındaki kısma yerleştirilir. Metal kalınlığı, döngü süresine ve hedefe uygulanan güce bağlı olarak değişecektir.

Test yapmak

PVD kaplama ve elektro kaplama değerlendirilirken, koşulları optimize etmek için farklı aşamalarda ve ABS alt tabakalarının tipleri üzerinde farklı test yöntemleri uygulanmıştır. Test yöntemleri, Tablo l’de açıklanmaktadır.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-3

Tablo 1. Test Yöntemleri

Asitler ve Alkaliler

PVD veya elektrolitik bir numuneyi görsel olarak kontrol ederken, asitler ve alkalilerle yapılan testler konusunda dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır.

  • Alüminyum hedefli bir PVD sistemi ile kaplanmış bir örnek, asitle test edilebilir ve kaplamada herhangi bir kusur olmaz, ancak bu test, çözünebilir alkalilerle gerçekleştirildiğinde, Şekil 2’de görüldüğü gibi, bazı kusurlar ve hasarlar meydana gelir.
  • Geleneksel elektrolizle kaplanmış bir sistemdeki numune asitle karşılaştığında, krom kaplaması yok olur ve sarımsı renkte nikel ortaya çıkar. Bu sonuç Şekil 3’te gösterilmiştir.
polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-4

Şekil 2. Çözünebilir alkalilerle ayrılan PVD kaplama.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-5

Şekil 3. Elektroliz kaplama asitle çıkarılır.

Yapışma ve Sertlik Testi

Çapraz kesim yöntemi (cross-cut), PVD kaplı ABS plastik substratta yapışma ve sertliği test etmek için kullanıldı (Şekil 4a). PVD örneğinin yapışması ve sertliği, Şekil 4b’deki şemaya göre yorumlanabilir.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-6

Şekil 4a. ABS üzerindeki PVD kaplamanın çapraz kesimi

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-7

Şekil 4b. PVD örneğinin yapışma ve sertliği.

ABS substratlar üzerindeki kaplamanın yapışması 5H idi. PVD kaplamasının sertliği HB-1.5N idi ve krom kaplama 2B-0.5N idi.

Yapışma ayrıca 80 ° C ile -30 ° C arasında değişen farklı sıcaklıklarda termal döngülerle de değerlendirildi. Test, standartlara göre, alüminyum hedefli PVD kaplamanın, farklı yapışma testi kategorilerinde pozitif sonuçlara ulaşamadığını gösterdi. Örnek, sıcak ve soğuk odalara, farklı termal döngülerde, 1 saat boyunca 20 ± 3 ° C’de ve 30 dakika boyunca 20 ± 3 ° C’de konuldu. Test sırasında kabarcıklar, çukurlaşma ve deformasyon değerlendirildi. Şekil 5, gökkuşağı renkleri ile krom kaplama bir örneği göstermektedir.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-8

Şekil 5. Termal döngü sırasında gökkuşağı rengi.

Şekil 6,7 ve 8’de görülenler; gerilim çatlaması, kabarma ve siyahımsı kaplama gibi alüminyum kaplı PVD kaplamalarda test sırasında oluşan deformasyonlardır.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-9

Şekil 6. PVD kaplamanın çatlaması.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-10

Şekil 7. PVD kaplamanın kabarması.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-11

Şekil 8. PVD kaplamanın siyah tarafı.

Nem direnci

PVD kaplı numune, 30 gün boyunca 35 ° C’de % 95 -% 100 nem ile bir nem bölmesine yerleştirildi. Sonuçlar Şekil 9’da gösterilmiştir.

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-12

Şekil 9. PVD kaplama yıkılmış, çatlamış ve siyah taraflı kusuru ile.

Tuz Püskürtme Test Yöntemi

Bir kaplamanın korozyona karşı direncini değerlendirmek için tuz püskürtme testi yapılmalıdır. ABS plastik parçaların tamamı 120 saat CASS standart yöntemi ile test edildi (Şekil 10).

polimerik-substrat-uzerine-aluminyum-hedefli-krom-kaplama-ve-pvd-kaplama-gorsel-13

Şekil 10. CASS standart yöntemi ile 120 saat ABS parçaları.

Sonuç

Test sonuçlarına göre, krom kaplama ile karşılaştırıldığında UV kürleme sistemi bulunmayan alüminyum hedefli PVD kaplamanın aşağıda tartışıldığı gibi bazı avantajları ve dezavantajları vardır:

  • PVD kaplama, termal çevrim testi sırasında minimum termal dirence sahiptir;
  • Nemli ortamlar, kaplamanın üzerinde siyah bir yan etkiye neden olur;
  • Yapışma kaybı vardır ve yüzeyi çiziklere karşı duyarlı hale getirmiştir;
  • PVD kaplaması, deterjan materyallerinde bulunan çözünebilir alkalilere karşı negatif bir direnç gösterir. Bu teste dayanarak, kaplama tamamen çıkarılmıştır, ancak krom kaplamanın alkali ortamda yüksek bir direnci vardır.

STM Coatech, SSPC PCI (Uluslararası Kaplama Enspektörlüğü) ve Corrodere (MPI Group England) Türkiye, Romanya, Ukrayna, Gürcistan, Rusya, Azerbaycan, Turkmenistan, Kazakistan, Irak, Katar, Kuveyt, Umman, Sudan ve Cezayir resmi lisansörüdür.
Ayrıca Türkiye başta olmak üzere yukarıda bahsetmiş olduğumuz ülkelerin yetkili sınav merkezidir. Corrodere Enspeksiyon Kursları aşağıda sıralanmıştır.

1.Icorr Level 1
2.Icorr Level 2
3.Icorr Level 3
4.IMO PSPC
5.Corrodere Hot Galvanizing
6.Corrodere Insulation Inspector
7.Practical Workshop Icorr 1,2,3
8.Corrodere Marine & Offshore Inspector
9.Transition to Icorr

Referans:
Paint and Coating Industry, Chrome Plating and PVD Coating with Aluminum Target on Polymeric Substrate, Erişim tarihi: 10 Ekim 2018, https://www.pcimag.com/articles/105086-chrome-plating-and-pvd-coating-with-aluminum-target-on-polymeric-substrate