Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών

Transcript

1 Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών Εργαστηριακή Άσκηση 04 Επιμετάλλωση Διδάσκοντες: Δρ Γεώργιος Ι. Γιαννόπουλος Δρ Θεώνη Ασημακοπούλου Δρ Θεόδωρος Λούτας Τμήμα Μηχανολογίας ΑΤΕΙ Πατρών Πάτρα 2011

2 Διάβρωση Διάβρωση είναι η καταστροφική δομική αλλοίωση και φθορά των υλικών Υλικό άριστων μηχανικών ιδιοτήτων είναι μικρής χρησιμότητας αν η διάρκεια της ζωής του σε συγκεκριμένες συνθήκες χρήσης δεν είναι ικανοποιητική 2

3 Χημική Διάβρωση Η χημική διάβρωση είναι αυθόρμητο φαινόμενο χημικής διεργασίας (οξείδωση) Κατά τη διάβρωση το μεταλλικό υλικό υπό την επίδραση του περιβάλλοντος χάνει ηλεκτρόνια, τα οποία δεσμεύονται (συνήθως) από το οξυγόνο του περιβάλλοντος Εκφράζεται από την ηλεκτροχημική αντίδραση: Me Me n+ +ne - Το μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο και παράγεται οξείδιο του μετάλλου Το φαινόμενο είναι τις περισσότερες φορές επιφανειακό 3

4 Παράγοντες Επιρροής Ταχύτητας Διάβρωσης Η διάβρωση επιταχύνεται όταν έχουμε: Μεγάλη θερμοκρασίας Μη ουδέτερο (ph) περιβάλλοντος Υψηλή συγκέντρωση διαβρωτικού συστατικού Μεγάλη ταχύτητα κίνησης διαβρωτικού περιβάλλοντος Επαφή ανόμοιων μετάλλων Μεγάλη ανομοιογένεια της επιφάνειας Μεγάλες πλαστικές παραμορφώσεις Υψηλές εσωτερικές ή εξωτερικές μηχανικές ελαστικές τάσεις Ύπαρξη ραδιενέργειας και γενικά ακτινοβολιών (ακτινοβολία αταξία στη μικροδομή) Υψηλή ηχητική ενέργεια: Συχνότητα και ένταση (μικρή επιρροή) 4

5 Μέθοδοι Προστασίας από Διάβρωση 1. Προληπτική επέμβαση στη δομή του υλικού (π.χ. Κατασκευή ανοξείδωτων νικελιούχων και χρωμιούχων χαλύβων) 2. Ενεργή επέμβαση στο σύστημα (π.χ. επιβολή ηλεκτρικής τάσης για αποτροπή αποβολής ηλεκτρονίων) 3. Επέμβαση στο διαβρωτικό περιβάλλον (π.χ. ψύξη, προσθήκη ουσιών απομάκρυνσης οξυγόνου) 4. Παθητική επέμβαση στην επιφάνεια του υλικού (π.χ. χρώματα, επιμεταλλώσεις) 5

6 Επιμεταλλώσεις 1. Ηλεκτροχημικές ή γαλβανικές επιμεταλλώσεις: Η απόθεση μετάλλου μέσω ηλεκτρισμού και ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων τα οποία περιέχουν το προς απόθεση μέταλλο (ηλετρόλυση). 6

7 ...Επιμεταλλώσεις 2. Επιμεταλλώσεις χωρίς ρεύμα: Επιτυγχάνονται με κατάλληλες αντιδράσεις αναγωγής μεταλλοϊόντων με τη βοήθεια χημικών διαλυμάτων. Οι σημαντικότερες είναι η επινικέλωση και η επιχάλκωση. 7

8 ...Επιμεταλλώσεις 3. Επιμεταλλώσεις τήγματος: Γίνεται με εμβάπτιση του μετάλλου σε τήγματα. Η σημαντικότερη επιμετάλλωση του είδους αυτού είναι η επιψευδαργύρωση του χάλυβα (γαλβανιζέ λαμαρίνα). 8

9 ...Επιμεταλλώσεις 4. Επιμεταλλώσεις με Ψεκασμό: Τήγμα μετάλλου διασκορπίζεται σε μικρά σωματίδια με τη βοήθεια πεπιεσμένου αέρα και μέσω ακροφύσιου εκτοξεύεται στη προκατεργασμένη προς επιμετάλλωση επιφάνεια. 9

10 ...Επιμεταλλώσεις 5. Επιμεταλλώσεις με διάχυση (π.χ. Χρωμίωση): Πρόκειται για επιφανειακές κατεργασίες. Επειδή μέσω της διάχυσης επηρεάζονται μόνον οριακές ζώνες της επιφάνειας, ο σχηματισμός επιμετάλλωσης εξελίσσεται σε πολύ μικρά βάθη. 10

11 ...Επιμεταλλώσεις 6. Επιμεταλλώσεις με θερμομηχανική συναρμογή: Η συναρμογή ενός μετάλλου με άλλο μέταλλο μέσω μηχανικής συμπίεσης ή συγκόλησης για την αντιδιαβρωτική του προστασία. 11

12 Επιθυμητές Ιδιότητες Επιμετάλλωσης Ικανοποιητικό πάχος Καλή πρόσφυση-συνάφεια με το προστατευόμενο μέταλλο Ικανοποιητική σκληρότητα για αποφυγή αποφλοίωσης Όχι πορώδης 12

13 Ηλεκτροθετικότητα Μετάλλων Ηλεκτροθετικότητα = τάση αποβολής ηλεκτρονίων = τάση για οξείδωση Στον διπλανό πίνακα τα άνω μέταλλα χαρακτηρίζονται «ανοδικά» σε σχέση με τα κάτω 13

14 Ανοδική Προστασία Όταν το προς προστασία μέταλλο επιμεταλλώνεται με ανοδικό μέταλλο (π.χ. προστασία Fe με Zn) Πλεονεκτήματα: Σε περίπτωση που η ανοδική επιμετάλλωση υποστεί ρήξη συνεχίζει να απορροφά τη διάβρωση αφήνοντας ανέπαφο το προστατευόμενο μέταλλο Έχει μικρό κόστος Μειονέκτημα: Η επιμετάλλωση διαβρώνεται σχετικά γρήγορα 14

15 Καθοδική Προστασία Όταν το προς προστασία μέταλλο επιμεταλλώνεται με καθοδικό μέταλλο (π.χ. Προστασία Fe με Au) Πλεονέκτημα: Η επιμετάλλωση διαβρώνεται σχετικά αργά Μειονεκτήματα: Σε περίπτωση που η καθοδική επιμετάλλωση υποστεί ρήξη η διάβρωση απορροφάται ταχέως από το προστατευόμενο μέταλλο Έχει μεγάλο κόστος 15

16 Πειραματικό μέρος Σκοπός του πειράματος είναι επιμετάλλωση πλάκας χαλκού (Cu) από ράβδο ψευδάργυρου (Ζn) μέσω ηλεκτρόλυσης (γαλβανική επιμετάλλωση). 1. Καθαρισμός πλάκας χαλκού: Την πλένουμε με πετρέλαιο, κατόπιν με οινόπνευμα, τη βυθίζουμε σε διάλυμα H 2 SO 4 6-8% και τέλος την ξεπλένουμε με άφθονο νερό. Ακολουθεί εμβάπτιση σε διάλυμα HCl 6-20% θερμοκρασίας o C. 16

17 2. Δημιουργούμε τη διπλανή ηλεκτρολυτική διάταξη: Κλείνουμε το κύκλωμα, ρυθμίζουμε την ένταση του ρεύματος....πειραματικό μέρος 3. Μετράμε το χρόνο ηλεκτρόλυσης και το πάχος εναπόθεσης με ένα παχύμετρο. 17

18 Θεωρητικός Υπολογισμός Μάζας Επιμετάλλωσης Νόμος Faraday: 18

19 Θεωρητικός Υπολογισμός Πάχους Επιμετάλλωσης 19