12 Metal İyonizasyonu Yontemiyle Model Elektroformasyon12 Metal İyonizasyonu Yontemiyle Model ElektroformasyonMetal İyonizasyonu Yontemiyle Model Elektroformasyon12 Metal İyonizasyonu Yontemiyle Model Elektroformasyon

METAL İYONİZASYONU YÖNTEMİYLE MODEL ÜRETME (ELEKTROFORMASYON)

TASARIMA KATKILARI

1.ELEKTROKİMYA

Kimyasal bağlanmanın tüm türlerinde, elektronlar değişik şekillerde rol aldıklarından tüm kimyasal tepkimeler esas itibariyle elektrikseldir. Bununla beraber, elektro kimya, öncelikle yükseltgenme – indirgenme yani redoks olaylarını inceleyen bir bilim dalıdır.

Kimyasal dönüşüm ve elektriksel enerji arasındaki ilişkiler kuramsal olduğu kadar pratik öneme de sahiptir. Kimyasal tepkimeler, elektriksel enerji üretiminde kullanılabileceği gibi (volta veya galvani pillerinde) elektriksel enerji de kimyasal dönüşümlerin gerçekleştirilmesinde kullanılabilir (elektrolitik pillerde). Buna ek olarak elektrokimya çalışmalar, pillerin dışında gerçekleştirilen yükseltgenme – indirgenme olaylarının da anlaşılmasını ve sistemli hale getirilmesini sağlar.

1.1.Metalik İletkenlik:

Elektrik akımı, elektrik yükünün artması sonucu oluşur. Bu yük, metallerde elektronlar tarafından taşındığı için bu tür elektriksel iletime metalik iletkenlik denir. Bir akümülatör (batarya) veya diğer bir elektriksel enerji kaynağından sağlanan elektriksel kuvveti uygulanması sonucu akım oluşur. Akımın oluşması için bir tam devre gereklidir.

Metalik kristaller, oldukça sabit olan pozitif yüklü metal iyonları örgüsünden geçen hareketli elektron bulutları şeklinde düşünülebilir. Bir metal telin bir ucundan tele elektronlar gönderildiğinde giriş noktasındaki bulutun elektronlarının bir kısmı yeni gelen elektronlarla yer değiştirir. Yer değiştiren elektronlar kendileri ile komşu halde bulunan elektronları ileriye doğru iterek yeni konumlar alır, ve bu etki tel boyunca iletilerek elektronlar telin diğer ucundan dışarıya atılıncaya kadar devam eder. Akım kaynağı, elektronları devrenin bir ucundan itip diğer ucundan çektiğinden bir elektron pompası olarak düşünülebilir. Giren ve çıkan elektronların hızlarının eşit olmasından dolayı telin her noktasındaki elektriksel nötrolite korunmaktadır.

Bir devreden elektrik akımının geçmesine neden olan elektriksel potansiyel farkı (gerilim farkı) volt olarak ölçülür. Bir telin iki noktası arasındaki potansiyel farkı ne kadar yüksekse elektrik akımı o ölçüde şiddetli olur.

Metallerin elektrik akımına karşı direnci, metal iyonlarının örgü noktalarında titreşim hareketlerinde bulunmasından kaynaklanmaktadır. Bu titreşimler elektron-ların hareketlerini engellemeye çalışır ve akımı geciktirir.

Sıcaklık arttıkça metal iyonlarının ısısal hareketleri de artar. Böylece metallerin direnci artar ve metaller daha zayıf iletken haline dönüşür.

1.2.Elektrolitik İletkenlik:

Elektrik yükünü iyonlar tarafından taşındığı elektrolitin iyonları serbest şekilde dolaşmadıkça oluşmaz.Bu nedenle elektrolitik iletkenlik ergimiş tuzlar ve elektrolitleri sulu çözeltilerinde görülür. Bir elektrolitik iletkenden elektriğin iletilmesi iyonların hareketini eşlik eden kimyasal bir değişmeyi gerektirir.

Elektrotlara ilişkin kabul edilen düzen

KATOTANOT

Çekilen iyonlarkatyonanyonlar

Elektron hareketinin yönüpil içinepil dışına

Yarım tepkimeindirgenmeyükseltgenme

Elektroliz hücresinin işaretinegatif pozitif

Galvanik hücrenin işaretipozitif negatif

2. TAKIDA ELEKTROLİZ İŞLEMLER

Takı yapımında üç elektroliz işlem yapılabilir. Karmaşık sırasına göre bunlar;

•Elektrolizin pürüzsüz yüzeyler elde etmek amacıyla mikro-çukurlardan değil, öncelikle mikro - tepelerden metal çıkarılması için kullanıldığı elektrolitik parlatma.

•Süsleme ya da koruma amacıyla, daha az soylu bir metal, hatta iletken olmayan bir metal üzerine kaplamayla (çöktürülerek) soylu metalden nispeten ince (genellikle birkaç mikron kalınlığında) bir tabakayla elektro kaplama.

•Kalın bir metal tabakasını, sonradan çıkarılacak ya da kalacak olan önceden formlanmış bir şekil ya da bir mandrel üzerine kaplandığı elektroformlama. Kaplama kendini destekleyecek kadar kalın olmalıdır.

Bu üç işlemde de, elektroliz ilkeleri çoğunlukla aynı şekilde uygulanır.

Elektrokaplama ile elektroforming arasında sadece etkili ekonomik kontrol açısından fark vardır. Bu kontrolde kaplama güzelleştirme amacı taşır ve elektroforming sonucunda genellikle yapı itibariyle güçlü ve daha karmaşık bir şekil elde edilmelidir.

Genellikle, saf metallerin çökertilmesi homojen alaşımların çöktürülmesinden teknik bakımdan daha kolaydır.

Altın takı üretiminde sağlam değerli metallerin dökümünün ya da işlenmesinin aksine, elektroliz işlemleri, elektrik gücünün (voltaj) etkisi hakkında çözeltideki metal iyonlarının bir elektrottan (genellikle anot ya da metal kaynağı) diğer (katot ya da işlenen parça) elektrota aktarılmasına dayanmaktadır.Metal işleme, bir metal ya da alaşım külçesini dekoratif şekilde bir parçaya dönüştürürken elektroliz işlemleri de bu şeklin yüzeyini düzeltir, daha iyi hale getirir. Elektro-kaplama tavlanmadığı takdirde genellikle serttir. Bu yararlı bir özellik olabilir, ancak aynı zamanda özellikle elektroformlar mandrelden çıkarıldıktan sonra çalkamaya ve çarpılmaya yol açabilir.

2.1. Elektrik Gücü:

Elektrik gücünün düşük voltajlı (25 volt açık devre) tamamen sarsıntısız (% 2 dalgacıktan daha az) hale getirilmiş tam dalga rektifiye direkt akım çıkışlı laboratuar güç kaynağından temin edilmesi en uygun yoldur. Küçük ölçekli bir araç için genellikle 15 Amps. gerektirir.Bir altın rafineri tesisinin son işlemi olarak elektroformlama için, çok yüksek bir toplam akım kapasitesi gerekir.

2.2. Faraday Kuralları:

Elektrokaplama işlemlerinin altında yatan temel kurallar Faraday Kurallarıdır (1883). Bu kurallara göre:

1) Elektrottaki ürünün ağırlığı, kullanılan elektrik miktarı ile orantılıdır.

2) Aynı miktarda elektrikle serbest kalan farklı maddelerin ağırlıkları, bu maddelerin kimyasal eşdeğerleriyle orantılıdır.

Elektrik miktarı, Q = akım x süre

= Amp.saniye ya da

coulombs ya da amp.dakika ya da amp.saat (Ah). (96,500 Coulombs = 26.8 amp.saat = 1 Faraday). Q, çökelen ya da çözünen metal ağırlığının hesaplanmasında ve çözeltilere idame kimyasal ilaveler yapılmasında çok yararlı bir ölçümdür.

Aslında, metalin elektro kimyasal eşdeğeri (atomik ağırlık / valans (birleşme değeri)), etkinin mükemmel olduğu varsayıldığında 1 Coulomb ile serbest kalan kütledir (gram olarak). Bakır, gümüş ve altın değerleri ise, 0.329, 1,118 ve 2.042 m olarak belirtilmektedir. Coulomb, ticari ölçekte gerçekleştirilecek hesaplamalar için çok küçük bir birimdir, amp.saat daha uygun bir birimdir.

3. ELEKTRO KAPLAMA

Elektroformlamada olduğu gibi, saf altın ile elektrokaplama yapmak, ayar altın ile kaplama yapmaktan daha kolaydır. Bazı yüksek hız, yük verimlilik banyoları, neredeyse sürekli dikkat ve analiz gereklidir. Bu, kopyalamalarda belirli bir rengin tutarlı bir şekilde korunmasını amaçlayan solüsyonlar içinde geçerlidir.

Bir çok çeşit vardır, ama çoğu alkali, nötr ve asit siyanür solüsyonlarına veya sülfür solüsyonlarına dayanır.Altın kaplamanın ayarı tartışmalıdır. Saf altına, ince bir kat 14-22 ayar kaplama ile rengini orta-sarıdan farklı bir renge hafifçe değiştirmek mümkündür. 9-14 ayar altının rengini de, daha yüksek ayar ince bir kat kaplama ile değiştirmek mümkündür. Saf altının kapladığı bir yerde kaplama 24 ayar olarak tanımlanabilir.

Elektroformlamanın tersine, elektro kaplama ile en düşük maliyetle iyi bir yüzey cilası elde edilmektedir.Elektro kaplama olarak tanımlamak için kalınlık 150x-10-6 mm’ nin üzerinde olmalıdır. Kaplamanın kendi nitelikleri yüzeyin görüntüsünü belirler.

Şekil 3.1 Elektrokaplama devresinin şematik görünüşü.

4. ELEKTRO PARLATMA

Mekanik cilalama sırasında, çıkıntılar aşındırılarak gitgide küçültülür ve aynı zamanda, yüzey katmanları, alttaki katmanları silikleştirirler bu da parlatma etkisini arttırır. Elektrokaplamada kullanılanlara benzer ekipman kullanılır. Kullanılan solüsyon genellikle potasyum siyanürdür. İşlenecek parçalar, beslemenin pozitif kutbuna bağlı olan anoda tutturulur. Katot paslanmaz çelik veya çelik kaplama olabilir. Amaç yüzeyin pürüzlülüğünü en aza indirgemektir.

Şekil 4.1 Çizimde, kabaca bir elektrocilalama sistemini oluşturan ana parçalar görülmektedir.

A: Elektroliti taşıması için paslanmaz çelik (veya uygun ağır-yük atıl plastik konteyner)

B: Bir veya 110 adet daldırma ısıtıcı ve bir adet ısı sondaj / göstergesi.

C: Büyük paslanmaz çelik katot.

D: Anot, cilalanacak numuneleri taşımak için platin kancaların yerleştirildiği paslanmaz çelik bir çerçeve içermelidir.

E: Ayarlanabilir, güçlü bir DC güç kaynağına uzanan kalın elektrik kabloları

F: Otomatik ısı kontrol birimine giden kablolar

G: Yüksek verimli ekstraksiyon sistemli davlumbaz.

Şekil 4.2 Elektrolitik parlatmanın 14 ayar altın döküm üzerindeki etkisi. Cilalamadan sonra. Döküm halinde.

5. ELEKTROFORM

Elektroform sistemi kimyasal yollarla ayarlı takı üretim teknolojisidir. Üretiminde zorluk çekildiği bazı şekilleri ekonomik olarak oluşabilmesini mümkün kılar. "Altın takı” modelleri, bitki, çiçek, mineral ve diğer nesnelerin yüzey dokusu başarıyla kopyalanabilir.

Mandreller: Bazen "kalıp” da denen bu mandreller altın parçasının şeklini yaratmada kullanılan elektroform mandrelleri görevini görmektedirler. Elektroformu yapılmış her parça için bir mandrel gerekmektedir. İyi bir mandrelde bulunan temel özellikler şunlardır :

•Orijinal parçaya mümkün olduğunca benzeyen yüzey görüntüsüne sahiptir.

•Elektrik iletkenidir.

• Dökümle kolayca üretilebilir.

•Parçadan ayrılması kolaydır.

Genel olarak dökümle mandrel üretiminde kullanılabilecek üç malzeme bulunur. Düşük sıcaklıkta eriyen alaşım, Zamak (çinko alaşımı) veya mum.

6. ELEKTROFORMUN YAPIM AŞAMALARI

¬Alloy Modellerin Üretimi: Üretilmek istenen ana model silikon kalıplara yerleştirilerek pişirilir.(Ana model doğadan bulunan herhangi bir madde olabileceği gibi kendi tasarımınızın mum olarak şekillendirilmesi olabilir). Fakat mum olan tasarımın gümüş olarak dökülmesi gerekir. Gümüş olarak dökümü yapılan modelin temizlenme işlemi tamamlandıktan sonra silikon kalıba alınır. Silikon kalıba yerleştirilen parça ne kadar temiz ve kusursuz olursa elektroform olarak elde edilen üründe o kadar kusursuz olur. Ana modeldeki küçük hatalar elektroform ürününde büyüyerek sorun yaratır. Silikonda pişirilen modeller silikondan çıkarılır. Modellerin oluşturduğu kalıplara artık elektroformda ki ilk adıma geçilir.Yani alaşımdan oluşan modeli vakumlu sistemli makinede üretmek istenilen miktar kadar dökülmesi gerekir. Dökülen alloy parçalar temizlenir. (modele göre temizleme işlemi için dolap sistemi kullanılır).

Siyanürlü Bakır Banyosu: Elde tek tek temizlenen alloylar askılara asılırlar. Askılar, yağ alma, ultrasonic yıkama ve saf suyla çalkalama işleminden sonra siyanürlü bakır banyosunda bakır kaplamak üzere daldırılır. Uygun akım ve zamanla üzeri çok az bir miktar siyanürlü bakırla kaplanır.

Asitli Bakır: Siyanürlü bakırdan sonra üzerindeki ürünlerle beraber asitli bakır banyosuna daldırılır. Burada ki uygun akım ve zamanla parçalar bakır kaplanır. Artık parçaların üzerine parlak olan bakırla kaplanmış olur.

Elektroform: Özel kimyasallardan hazırlanmış olan otomatik elektroform makineleri kaplamak istenilen mikron kadar gerekli olan altın kaplama miktarı yazılır. Gerekli olan miktarı belirlemek için parçaların toplam yüzeyini dm2 cinsinden hesaplanır. Bu hesaplamalar makineye girdikten sonra makine bize bunları otomatik olarak gerekli olan volt, zaman ve amperi verir. 6 - 7 saat makinede kalan ürünler daha sonra çıkarılır.

Asitli Bakır: Altın banyosundan çıkan malların üzeri tekrar asitli bakırla kaplanır.

Alloyların Boşaltılması: (Alloy; siyanürlü bakır, asitli bakır, altın; asitli bakır-altın )olarak alloyların şeklini alan ürünün içindeki özel alaşımı fırınlarda özel titreşimli bir sistemle eritilir.

Bakırların Alınması: Alloylardan kurtulan ürünleri bakırlardan kurtarmak için uygun asitlerle çeker ocaklı bir sistemde altının altındaki, üstündeki bakır eritilerek alınır. Böylece altın ortaya çıkar. Bu aşamada çok kırılgandır.

Isıl işlem ( tavlama ): Elektroform alaşımı sert oluşuna rağmen kırılgandır. Sahip olması gereken sünekliği tekrar kazanması için, oksidasyona yol açmayacak bir atmosferde 500 °C ila 15 - 20 dakika ısıl işlem uygulaması şarttır. Bu işlemden sonra ürün alaşımı olağanüstü bir elastikiyete sahip olacaktır. Bu ısıl işlem, difüzyon yoluyla tabakalara "kaynak” yapacak ve tüm altın kaplama kalınlığı bileşimin aynı olmasını sağlayacaktır.

Elektroform yapılmış bir parçaya ısıl işlemin etkisi

a- Isıl işleminden önce

b- Isıl işleminden sonra

Ürüne göre (küpe ise pim takma, kolye ucu vb.) yapımı. Son işlem olarak "top plating” renk banyosu yapılır. Elektroform çalışmalarında yumru ya da çıkıntı-ların ve boş deliklerin oluşmasının önlenmesi şarttır. ( anot bunları göremez ) Sivri köşeli değil geniş açılı düz dirsekler kullanılmalıdır.

Döküm, pres gibi tekniklerle elde edilemeyen modelleri elektroformla üretilme imkanı vardır. Diğer yollarla üretilen ürünler (benzer modeller) kıyaslana-mayacak kadar ağır gelir. Fakat elektroformla çok büyük modelleri çok az metal (altın,gümüş vb.) kullanılarak üretilebilir. Örneğin Uzak Doğu’da Buda heykelleri bu yolla üretilmiştir.

7. ELEKTROFORMDA YENİ EĞİLİMLER

Başlangıçta ve uzun bir süre için, bu teknik ile en sık imal edilen takı küpe idi. Daha az ağırlığa ve fiyata sahip çeşitli şekillerde altın parçaları yapılabilme olanağı küpe imalatçıları ve satıcılarına çekici gelmekteydi. Hacim sürekli artış gösterdi ve elektroform aynı nedenlerden ötürü broşlara ve zincir pandantiflerine uygulandı.Yakın zamanlarda özellikle İtalya’da bilezik ve yüzük imalatı için bir eğilim ortaya çıktı. (Şekil 7.1.)

Şekil 7.1

Son zamanlarda bilezik veya kolye "zincir” tipi mücevher kullanılıyor. Burada da hafifliği, yeni şekil ve tasarımlar yaratılması ve imalat kolaylığı elektro-forma yönelinmesine nedendir.

Piyasa 18 ve 14 ayar mücevher arasında eşit olarak bölünmüştür. K. Amerika piyasalarında (ABD - Kanada) 10 ayarın elektroformu da yapılmaya başlanmıştır. Tasarımda düz ve çok ince cilalı yüzeyler yerlerine karmaşık tasarımlara bırakmak-tadırlar. Bu tip bir parçanın elektroform ile üretiminin kolay olduğu bir gerçektir.

24 ayar altın takıya belirgin bir eğilim vardır. Şuanda piyasa kısıtlıdır,ancak gelecekte büyüyebilir ancak bugüne kadar bu tip bir işlemle, tıbbi uygulamalarda diş veya kulak protezleri yapımında daha çok başarı elde edilmiştir.

8. ELEKTROFORM ALANINDA SON GELİŞMELER

Dökme tekniğiyle ulaşılamayan veya çok yüksek maliyete sebep olan değişken tasarım olanaklarına varabilmektedir. Bu sebepten dolayı elektro formla ilginç ve boyutsal açıdan gelişmiş tasarımlarla çok pahalı olmayan ürünlerle altın takı piyasasındaki boşluklar kapanabilmektedir. (Şekil 3.) Ayrıca bu şekilde üretilmiş altın takı ayar damgası basılabildiği için hakiki sayılmaktadır.

Altın / gümüş alaşımlarının kaplanması için düşük sıcaklıklarda kullanılabilen elektrolitin avantajlı olduğu da rapor edilmiştir. Bunun nedeni ise mum modeller için kullanılan mum enjeksiyon tekniğinin muhafaza edilebilmesidir. Mum enjeksiyonu altın takı üreticilerinin yakından tanıdığı bir tekniktir. 40-45 oC gibi düşük sıcaklıklarda mum model erimediğinden mum, düşük maliyetli mükemmel yüzey kalitesi için kolay üretilen bir temel maddesi oluşturmuştur. Metalleştirme diye bilinen bir işlem sonucu iletkenleştirilen mum elektroform yöntemi ile kaplana-biliyor. Mum esası elektroformalanan ayrı mamül parçalardan özel bir işlemle çıkarı-labilir. (Şekil 4.)

Piyasada içi boş altın takı imalatında elektroform tekniği bir hayli yerleşmiştir. Örneğin 1993’de Las Vegas’da gerçekleştirilen ABD - Amerikan altın takı ekspozisyonu’nda mücevher tasarımı ön planda tutuldu. Her beş fiyat kategori-sinin ilk üçünü oluşturan 15 kişinin 8’i elektroform ile tasarım yapanlardır. (Şekil 5.)

Bu noktada değinilmesi gereken bir hususta gümüş ve platin takılarda elektroform tekniklerinin geliştiriliyor olmasıdır. Gümüş için çalışmalar bitmiştir. Öbürüne kıyasla daha basit bir işlemdir. Fakat platin kaplaması için araştırmalar devam etmektedir.