A.26 ELEKTROKİMYASAL İŞLEME (ECM)
Elektrokimyasal işleme, bir iş parçasının yüzeyinden atomların kaldırılmasına dayanan gelişmiş bir işleme yöntemidir. Bu işleme yönteminde elektroliz
teknikleri kullanılır. ECM yönteminde yüksek akım şiddetli ve düşük voltajlı bir doğru akım iş parçası (anot) ile şekillendirilmiş takım (katot) arasından
geçirilir. Anodik iş parçası yüzeyindeki metal iyonlarına ayrışır ve böylece takımın şekli iş parçasına kopyalanır. Elektrotlar arasındaki boşluktan akan elektrolit, metal iyonlarını ve oluşan ısıyı kaldırır. Takım iş parçası içine doğru ilerletilerek anot ile katot arasındaki boşluk korunur. Anot metali elektrokimyasal olarak çözündüğünden, çözünme hızı Faraday Kanunu’na göre sadece atomik ağırlığına,
birleşme değerine, geçen akıma ve akımın geçtiği süreye bağlıdır. Çözünme hızı metalin sertliğinden ya da diğer özelliklerinden bağımsızdır. Katotta sadece
hidrojen gazı oluştuğundan, bu elektrotun şekli elektroliz boyunca değişmez. Bu özellik ECM’in metal işleme yöntemi olarak kullanılmasındaki en
önemli etkendir.
1. Temel Prensipler
Şekil 1’de görüldüğü gibi iş parçası ve takım bir elektrolit bataryanın anot ve katodunu oluşturur.
Genelde 10-30 V civarlarında sabitlenmiş bir potansiyel fark tatbik edilir. Uygun bir elektrolit seçilir. Böylece elektroliz boyunca katodun şekli değişmez. İşleme ürünlerini temizlemek, katodik gaz oluşumu ve elektriksel ısınma ile yükselen istenmeyen etkilerin azaltılması amacıyla elektrotların arasındaki boşluktan iletkenliği yaklaşık 0.2 W/cm olan elektrolit yaklaşık 3-60 m/s hızla pompalanır. Anottan metal kaldırma hızı yaklaşık olarak elektrotlar arasındaki mesafenin tersiyle orantılıdır. Katodun anoda doğru yaklaşık 0.02-0.03 mm/s’lik bir besleme
hızıyla işleme devam etmesi ile elektrotlar arasındaki açıklık sabit bir değere ulaşır. Bu şartlar altında katot şeklinin kabaca simetriği (tamamlayıcısı) anot üzerinde oluşur. Tipik elektrot aralığı 0.025-1.3 mm, ortalama akım şiddeti de 20-300 A/cm2’dir.
Katot olarak kullanılacak metal elektriksel ve ısıl iletkenliğe sahip olmalı, elektrolite karşı kimyasal dirence sahip olmalı ve ECM için gerekli sertliğe ve
işlenebilme özelliğine sahip olmalıdır. Bakır, pirinç, bronz, paslanmaz çelik ve titanyum ECM takımları olarak en çok kullanılan malzemelerdir. Elektriği
geçiren neredeyse tüm malzemelerden yapılmış iş parçaları elektrokimyasal olarak işlenebilir. ECM; titanyum, Rene 95, Rene 88 ve IN100 gibi en sert yüksek sıcaklık alaşımlarında bile etkin bir şekilde kullanılabilir. Elektrolit anot ile katot arasında devreyi tamamlayan iletken bir sıvıdır. Elektrolitler temelde inorganik
bileşiklerin sıvı solüsyonlarıdır ve anotta iş parçasını çözündürme yeteneğine sahip olmalıdır. Yüksek elektriksel iletkenlik, özgül ısı, ısıl iletkenlik ve kaynama noktası elektrolitlerin temel özellikleridir. Fakat bunlara ilaveten metal alaşımları, 1818
paslanmaz çelik veya titanyumdan yapılan pompa ve ilgili ekipmanda korozyona neden olmamalıdır. Çelik veya nikel alaşımlarını işlemek için içine bir miktar
sülfürik ya da hidroklorik asit katılmış %24’lük bir sodyum klorür solüsyonu bir elektrolit için baz oluşturabilir. Gaz türbinli motorların pale (blade) ve kanatçıklarına (vane) uygulanan ECM işlemlerinde genelde sodyum nitrat kullanılır.
2. ECM’in Avantaj ve Dezavantajları
Elektrokimyasal işleme ile kazanılan başlıca avantajlar şu şekilde sıralanabilir:
1. Metal işleme hızı metalin sertliğine bağlı değildir.
2. Sert metaller üzerine karmaşık şekiller işlenebilir.
3. Takım aşınması yoktur.
4. Diğer işleme yöntemlerine göre daha hassastır (0.127 mm bazı durumlarda 0.013
mm’ye düşebilir).
5. Sert ya da yumuşak herhangi bir iletken malzemede kullanılabilir.
6. Takım iş parçasına asla temas etmediğinden iş parçasına zarar verme tehlikesi yoktur.
7. Takımda ve iş parçasında kalıntı gerilme ve termal yorulma yoktur.
8. İş parçasında çapak oluşmaz.
Bu avantajların yanında ECM’in birtakım dezavantajları da vardır. Bunlar şu şekilde özetlenebilir:
1. ECM makineleri, kurulması, bakımı ve takımların üretimi çok pahalıdır.
2. Elektrolitin iyi bir şekilde depolanması gerekir. Örneğin sodyum klorür (en çok
kullanılan elektrolit) ekipmanda, takımda ve iş parçasında korozyona neden olabilir. Ayrıca asit ve alkali içeren solüsyon atıkları çevreye zarar vermeyecek şekilde depolanmalıdır.
3. ECM’in Uygulama Alanları
Elektrokimyasal işleme, uçak motor endüstrisinde genelde imalatta kullanılır. Bunlara örnek olarak türbin paleleri, pale diskleri gibi geleneksel yöntemlerle işlenmesi güç motor parçaların şekillendirilmesi verilebilir. Onarım işlemlerinde ise
en yaygın kullanım alanı çapak alma (pürüzlü yüzeylerin düzeltilmesi) ve delik delme işlemleridir.
3.1. Çapak alma
ECM’in en basit ve en yaygın uygulaması çapak almadır. Elektrokimyasal çapak alma hızlı bir işlemdir. İmal edilmiş veya onarım işlemi görmüş (kaynak vb.) komponent yüzeylerinin düzeltilmesi için tipik işlem süresi 5-30 sn’dir. Hızı ve kullanım kolaylığından dolayı elektrokimyasal çapak alma, sabit bir katot takımı ile gerçekleştirilebilir. İşlem bir çok uygulamada kullanılır ve enine delinmiş deliklerin
ara kesit bölgesinin çapaktan arındırılması için özellikle uygundur. Yüzeydeki pürüzlerin giderilmesi için geliştirilen elektrokimyasal parlatma işlemi ile
yüzey pürüzlülüğü 0.05 µm’den daha küçüktür.
3.2. Delik Delme
Delik delme ECM’in kullanıldığı bir diğer yaygın işlemdir. ECM ile çok değişik boyutlarda delikler delmek mümkündür. 0.05 mm’den 20 mm çapa kadar delikler rapor edilmiştir. Elektrokimyasal delme işlemi ile elde edilen yaygın sonuçlar 0.001 mm konik, 0.5 mm aşırı kazılmış (iş parçasının yan çeperi ile katot
takımının merkez ekseni arasındaki radyal uzunluk ile katodun dış çapı arasındaki yerel fark “aşırı kazıma” (overcut) olarak bilinir) ve 2.5 mm köşe yarıçapına
sahip deliklerdir. ECM ile iç çapı 0.8 mm’den ve dış çapı da 0.5 mm’den küçük parçaları işlemek zordur.
