Alüminyum Alaşımlarının Kimyasal Yapısına Göre Sınıflandırılması

Belli bir kesite sahip olan, (bu kesitin şekli düz veya amaca uygun değişik şekilde olabilir) ve kesit/boy oranı küçük olan, başka bir deyişle, boyu eninden çok daha fazla olan şekillendirilmiş malzemeler "profil" olarak tanımlanır. Profil üretimi için birçok metal gibi alüminyum da haddeleme (çekme) veya ekstrüzyon metodu ile işlenir. Ancak, karmaşık şekilli profiller için en çok kullanılan metod "ekstrüzyon"dur. (Bkz: Alüminyum Ekstrüzyon Presi ve Alüminyum ekstrüzyon tesisi )  - Ekstrüzyon ile üretilen aluminyum profillerin kullanma sahaları :  - Nakliye araçları (otomobil, gemi, tren, metro, uçak ve uzay araçları),  - Mimari uygulamalar ve inşaat sektörü (binaların cephe kaplama sistemleri (fasad), pencereler, kapılar, çeşitli konstrüksiyonlar, 
- Elektrik endüstrisi, 
- Makina ve ekipman imali, 
- Kimya ve gıda endüstrisinde

Profil Alüminyum Alaşımlarının Kimyasal Yapısına Göre Sınıflandırılması

Aluminyum'a çeşitli özellikler vermesi için çeşitli metaller karıştırılır. İlave edilen metallere göre sınıflandırma yapılır. Bir alaşım 4 rakamdan oluşan notasyon ile tanımlanır. Birinci rakam, alüminyum ilâve edilen esas metali gösterir. A.B.D normlarına göre ;

Alüminyum Alaşımlarının Isıl İşlem Durumuna Göre Sınıflandırılması

 Alüminyum yarımamul veya mamuller üretildikten sonra belirli fiziksel özelliklere sahip olmaları için bazı işlemlerden geçirilirler. Genel olarak alüminyum alaşımları iki gruba ayrılırlar :

1- Isıl İşlem uygulanabilir alaşımlar

2- Isıl İşlem uygulanamayan alaşımlar

Her iki grup için, tatbik edilen işlemleri tanımlamak amacı ile kullanılan notasyonlar mevcuttur.

Mimari Uygulamalar İçin Üretilen Profiller

 Tüm Dünya'da, mimari amaç için üretilen profiller, genellikle 6XXX alaşımlarından, ekstrüzyon yöntemi ile üretilir ve görünümlerinin bozulmaması, yıllarca korunması için anodik oksidasyon (eloksal) ile renkli veya renksiz olarak kaplanırlar. Bu alaşımlar arasında da en yaygın kullanılanlar, birbirlerine son derece yakın kimyasal bileşime sfiziksel özelliklere sahip olan 6063, 6060 veya AlMgSi0,5 alaşımlarıdır.

6xxx Serisi Alüminyum Alaşımlarının Genel Özellikleri

 AA 6XXX serisi alaşımlar, magnezyum (Mg) ve Silisyum (Si) ihtiva ederler. Bu elementlerin ve içindeki diğer empüritelerin (Fe, Cu, Mn, Zn, gibi) belirli sınırlar içinde farklı değerlerde olmaları, alaşımların kullanılma yerine göre farklı özelliklerde profil üretimini sağlarlar. Demir (Fe) miktarı 0,20 % veya daha düşük olan 6XXX serisi alaşımlarda, profil polisaj yapıldığında parlak yüzey elde edilir. Fe miktarının bu değerden yüksek olması durumunda, profilin rengi grileşmeye başlar, parlaklık donuklaşır. Mat yüzey elde edilmesi için de Fe miktarı en az 0.18 % olmalıdır. Fe miktarı yükseldikçe o ölçüde rahat ve cazibeli mat yüzey elde edilir. Fe miktarının %0.30'dan fazla olması ise eloksal sonrasında donuk bir görünüme neden olacağı gibi, ekstrüzyon prosesini de zorlaştırır. 

Mg ve Si miktarlarının, profilin yapay yaşlandırma ısıl işlemi (termik) sonrası sertliğinde büyük önemi vardır. Ancak, ısıl işlem sonrası maksimum sertlik temini için bu elementlerin üst sınırlarda olması ise, üretimin düşük hız ile yapılmasını gerektirir. Çünkü kullanılan alüminyum kütük (billet) de aynı oranda serttir.

Sonuç olarak, profillerin kullanılma yerine göre, mümkün olduğu ölçüde amaca uygun alaşım ile üretim yapılması faydalıdır. Profilin bir özelliğinin iyi olması istenirken, diğer bir özelliğinden fedakârlık edilmesi gerekmektedir. Alüminyum profil için sertlik ölçme pensesi 

Aşağıda tipik 6XXX alaşımları olan EN-AW 6060 ve EN-AW 6063 alaşımlarının kimyasal bileşim limitleri gösterilmiştir.(EN 573-3 , Tablo:6 dan alınmıştır)

ElementEN AW 6060EN AW 6063

Si : 0,30 - 0,60,20 - 0,60

Mg :0,35 - 0,60,45 - 0,90

Fe :0,10 - 0,300,35 (en fazla)

Cr :0,050,10 (en fazla)

Cu :0,100,10 (en fazla)

Zn :0,150,10 (en fazla)

Mn : 0,100,10 (en fazla)

Ti :0,100,10 /en fazla)

Diğer :0.05 % max. herbiri toplam 0.15 % max.0.05 % max. herbiri toplam 0.15 % max.

6XXX serisi (AlMgSi) alaşımları içinde en çok kullanılanlar 6060, 6063 (EN ve yeni TS notasyonunda) ve AlMgSi0.5 (DIN ve eski TS notasyonunda) alaşımlarıdır. Bunların kimyasal bileşimleri genelde aynı olup, alt ve üst limitlerde nüans farklılıkları gösterirler.

Alüminyum Ekstrüzyon Profilleri Mekanik Özellikleri

Alüminyum Profillerin Ekstrüzyün Yöntemi İle Üretimi

 Alüminyum profillerin ekstrüzyon yöntemi ile üretimi için 3 esas gerekir.

a- Alüminyum Kütük (billet, biyet)

b- Ekstrüzyon Pres

c- Ekstrüzon Kalıbı 

Genel olarak, ekstrüzyon, alüminyum biyetin, presin sağladığı büyük kuvvet ile, kalıp içerisinden geçirilerek, kalıbın şekline sahip olan profilin elde edilmesi; olarak tanımlanabilir. Alüminyum ekstrüzyonu sıcak olarak yapılır ; biyetler 420-470ºC ısıtılır, kalıplar 450ºC ısıtılmış olmalıdır ve pres'ten çıkan profilin sıcaklığı 500ºC nin üzerindedir.

Ekstrüzyon, aynı zamanda, bir kesit düşürme işlemidir. Alüminyum biyetin kesiti, alüminyum profilin kesitine dönüştürülmektedir. Bu nedenle, kullanılan biyetin kesiti, üretilecek profil kesitine yüzey ölçümü olarak ne kadar yakın ise, işlem o kadar kolay olur. Bu gerçek, profil kalıplarının dizaynına, üretim yapılan presin seçimine (kuvvetine, kovan çapına) gibi birçok teknik alternatifi ortaya çıkarır. Sonuç olarak, ince ve küçük kesitli profillerin üretimi için küçük ölçüde biyet ve dolayısı ile ona uygun kuvvette pres gereklidir. Büyük profiller için de büyük ölçülerde kalıp, biyet ve pres gereklidir. Küçük profiller, büyük preslerde, büyük biyetler kullanılarak üretilmek istendiğinde, zaman ve enerji kaybına, verim düşüklüğüne neden olunur. Buna karşılık, büyük kesitli profiller ise küçük preslerde, küçük biyetler ile çoğu zaman hiç üretilemez.

Ekstrüzyon presinden çıkan profil, soğutulur, soğuk germe işlemi yapılır ve istenen boyda kesilir. Daha sonra aşağıda detayları verilen ısıl işlemler (sipariş özelliğine göre) tatbik edilir. (Bu notasyonlardan T işaretli olanlar kullanılır) Alüminyum profil için sertlik ölçme pensesi Alüminyum profilin sıcak halde presten çıktıktan sonra yüzeyinin zarar görmemesi ve eloksal sonrasında siyah/gri soğuma lekelerinin görülmemesi için ekstrüzyon pres konveyörlerinde ahşap malzeme veya grafit yerine özel ısıya dayanıklı tekstil ürünleri kullanılması tavsiye edilir. 

Alüminyum Profillerin Anodik Oksidasyonu (Eloksal)

 Mimari amaçla üretilen alüminyum profillerin görünüş bakımından cazibeli olmaları tercih edilir. Kullanım yerinde uzun yıllar görünümünün ve renginin bozulmaması istenir. Gerçekte, alüminyumun kendi tabiatı icabı varolan tabii oksit tabakası, alüminyumu hiçbir işleme gerek kalmadan yıllarca korozyona karşı korursa da, bu tabakanın (ki 1-2 mikron kalınlıktadır) kalınlığının daha da arttırılarak (10-25 mikron) görünümün korunması garantiye alınır. Bu işlem, ingilizce kökenli "anodik oksidasyon" (anodizing, anodic oxidation) veya Almanca kökenli "eloksal" (eloxal) olarak tanınır. Bu yazımızda, her iki ifade de aynı şekilde kullanılmaktadır. Alüminyum eloksal işlemi için bağlantı elemanları

Anodik oksidasyon yapılması elektrolitik bir işlemdir ve birçok metodları vardır. Prensipte, alüminyum profiller, asitli bir elektrolit içine anot olarak daldırılırlar. Anot ile katot arasına belli bir gerilim (doğru akım) tatbik edilir. Elektrolit çözünmeye uğrar ve profilin yüzeyinde bir oksit tabakası oluşur. Bu tabaka cam gibi saydamdır. Alüminyum, korozyondan koruyan bu tabakadır.

Mevcut olan birçok anodik oksidasyon metodu içinde, yeryüzünde en yaygın olarak kullanılan "Sülfürik Asitli Doğru Akım Metodu" dur. Alüminyum eloksal tesisi (Anodik oksidasyon)

Profilllere Anodik Oksidasyon Öncesi Yapılan İşlemler

 Anodik oksit tabakası saydam olduğundan, profil yüzeyini gösterir. Yüzeyin mat veya parlak olması isteniyor ise anodik oksidasyon öncesi bu işlemler yapılmalıdır.

Parlatma (Polisaj) İşlemi

 Profillerin yüzeyinin parlatılması için özel bezlerden imal edilen fırçalar yüzeye özel cilası ile tatbik edilerek parlatma yapılır. Eğer yüzeyde aşırı çizgi var ise, parlatma fırçaları bunları temizleyemediğinden, parlatma öncesinde özel sisal fırça veya bant zımpara işlemi ile çizgiler giderilir, sonra parlatma yapılır.

Zımparalama İşlemi (Keçeleme)

 Zımparalama işleminin iki amacı olabilir :

- Parlatma öncesi, yüzeyde olan çizgileri gidermek 

- Değişik tip zımparalar kullanılarak, yüzeye özel desenli çizgiler yerleştirmek.

Satinaj İşlemi

Satinaj işlemi; mat görünümü, fiziksel metod ile vermek için, yüzeyi özellikle çok sayıda çizgi ile donatmakta kullanılır. Paslanmaz çelik telli daire fırçalar ile yapıldığı gibi, Scotchbrush olarak tanınan özel daire fırçalar ile de tatbik edilebilir. (Her iki tip fırçanın makinası ayrıdır.) Kullanılan fırçaların özelliklerine göre yüzey görünümü değişik olabilir.

Anodik Oksidasyon İşlemi

 Profiller, anodik oksidasyon elektrolitine daldırılıp cereyan verilmeden önce bir dizi kimyasal işlemlerden geçirilirler. Bu işlemler :

a) Yağ alma : Profillerin yüzey temizliğini temin içindir.

b) Kostikleme : Yağ alma işleminde temizlenemeyen pislik ve yağların temizlenmesi ve gereğinde yüzeye matlık vermek için uygulanır. 

c) Nötralizasyon : Kostik işleminde oluşan reaksiyon çamurunu temizler.

d) Anodik Oksidasyon (Eloksal) : 5.3. maddesinde açıklanan işlem ile koruyucu oksit tabakası yüzeye kaplanır. Oksit tabakasının da uzun ömürlü olmasını temin etmek için "tespit işlemi" yapılır. 

e) Tespit İşlemi (Sealing) : Profiller, PH değeri ayarlanmış kaynar su banyosunda veya özel bir kimyasal bileşim içeren özel bir emprenye banyosunda belirli bir bekletilir. Bu şekilde eloksal tabakasının gözenekleri hacmen büyür ve gerek fiziksel gerekse de kimyasal etkilere karşı dayanıklılığı artar.

Yukarıda özetlenen tüm işlemler arasında, profiller yıkanarak, işlemin kaliteli olması ve kimyasalların birbirlerine karışmaması temin edilir.

Alüminyum Profillerin Renklendirilmesi

 Alüminyum'un gümüşi beyaz renginin yanısıra, çeşitli renklerde hazırlanmış profiller mimari ve dekorasyon sahalarında kullanılmaktadır.

Genel olarak renklendirme birbirine alternatif olan iki metod ile yapılır.

- Boyama 

- Eloksallı aliminyum için renklendirme

Tek-Etaplı Renklendirme

 Bu yöntem, Entegral Anodik Renklendirme (Integral Colour Anodizing) olarak tanınır ve daha çok A.B.D. de kullanılır. Eloksal banyosu aynı zamanda renklendirme banyosu işini görür. Bu banyonun elektroliti, normal eloksal banyosuna göre değişiktir ve ayrıca çok daha yüksek voltajda çalıştırıldığından daha çok enerji sarfeder. Ayrıca, elde edilebilen renk profilin alaşımına bağlı olduğundan kısıtlı şartlar altında çalışılır. Tüm bu nedenler ile A.B.D. firmaları da iki-etaplı renklendirme yöntemine geçiş yapmaktadırlar.

İki -Etaplı Renklendirme

 İsminden anlaşılacağı gibi, anodik oksidasyon ve renklendirme için iki ayrı banyo kullanılır. Profilin önce anodik oksidasyon yapılması şarttır. Daha sonra profil yıkanır ve renklendirme banyosuna girerek, istenen renk tatbik edilir. Bu yöntemle renklendirme ikiye ayrılır :

- Daldırma ile Boyama 

- Elektrolitik Renklendirme