Transcript anyagismeret_12_ea_ban - BME

1. Keménységvizsgálatok
Vickers: prizma (gyémánt)
Brinell: golyó (acél)
Rockwell: kúp (gyémánt)
Melyik mit mér?
Előnyök-hátrányok
Mikrovickers mérések
(gyémánt prizma optikára ültetve)
Vékony lemezek, fóliák keménységmérése
2. A korrózió
A természet visszahódító hatása
Me  O 2  MeO2
Me  S  MeS
Me  CO 2  O 2  MeCO3
Önként végbemenő folyamatok (ΔH<0):
• kémiai korrózió (nincs ionokra történő szétesés)
pl.:
Fe  FeO, Fe2O3 , Fe3O4
Al  Al2O3
• elektrokémiai korrózió: feltétele, hogy a fém (ötvözet) olyan
elektrolittal érintkezzen, amelyben a fém oldódik.
2. A korrózió
Az elektrokémiai korrózió folyamatai:
a felület különböző helyei közötti potenciálkülönbségek (helyi elemek)
egyes részek katódként, mások anódként viselkednek
2

Zn  Zn  2e
2

Cu  2e
Me  Me 2  2e 

H 2  2H  2e

fémoldódás savban, mint az elektrokémiai korrózió legegyszerűbb esete
2. A korrózió
Emlékeztető: a galvánelem működése
Zn/ZnSo4 oldat / CuSO4 oldat / Cu
térben elválasztva:
Zn  Zn2  2e
Cu 2  2e  Cu
Eredmény: áramtermelés kémiai reakcióval
Alapja: az elemek különböző kémiai aktivitása
2. A korrózió
Oldódási potenciál: Az elektrolit és az elektrolitba merülő fém közötti
potenciálkülönbség (a fémek oldódási hajlamának kifejezője).
A normálpotenciál és a fémek elektrokémiai feszültségi sora:
az elektrokémiai standardpotenciálok a hidrogénelektródra vonatkoztatva
Ε 
0
μTion  G fém
ZF
referencia : H 2  2H
Tion az oldott ion kémiai potenciálja T
hőmérsékleten,
Gfém fémes állapotra jellemző
szabadentalpia,
F a Faraday féle szám,
Z a vegyértékállapot változása oldódás
során.
normálpotenciál:
negatív H  pozitív
fémek
Negatívabb fém nagyobb mértékben korrodál.
2. A korrózió
Néhány elem normálpotenciálja 25°C-on
Elektródfolyamat
Potenciál
(Volt)
Elektródfolyamat
Potenciál
(Volt)
Li  Li+
-3,02
Co  Co++
-0,277
K  K+
-2,92
Ni  Ni++
-0,24
Ca  Ca++
-2,87
Sn  Sn++
-0,14
Mg  Mg++
-2,34
Pb  Pb++
-0,126
Ti  Ti++
-1,75
H2  2H+
0,000
Be  Be++
-1,70
Cu  Cu++
+0,347
Al  Al+++
-1,67
Cu  Cu+
+0,522
Mn  Mn++
-1,05
Hg  Hg++
+0,799
Zn  Zn++
-0,762
Ag  Ag+
+0,800
Cr  Cr+++
-0,710
Pt  Pt++
+1,20
Fe  Fe++
-0,44
Au  Au+++
+1,42
Cd  Cd++
-0,402
Au  Au+
+1,68
2. A korrózió (anyagszerkezeti összefüggések)
Kémiai heterogenitás és az elektrokémiai korrózió
perlit: heterogén szövetelem →
koncentrációkülönbség, helyi elem
képződése, elektrokémiai korrózió forrása
A korrózió megjelenési formái:
• egyenletes korrózió
• helyi korrózió (egyes pontokra korlátozódik)
• interkrisztallin (kristályközi) korrózió (mechanikai
feszültség szuperpozíciója ! nagyon veszélyes)
• szelektív korrózió
2. A korrózió
A korróziósebességet befolyásoló tényezők
sebesség:
g
m 2  év
A korrózió jellegét meghatározó tényezők:
• kémiai vagy elektrokémiai
• a reakciótermék tömörsége, tapadása, felületi állapota
• adott környezet: reakciótípus szerinti passziválás
• anyagszerkezeti tényező (tisztaság, szövetszerkezet homogenitása,
heterogenitása, szennyezések szerepe és eloszlása: helyi elem
képződés)
2. A korrózió (védelem)
Aktív vagy passzív védelem
2. A korrózió (védelem)
Homogén szövetszerkezet létrehozása: pl. acéloknál
• C-tartalom csökkentése → tisztán ferrites szövetszerkezet
• ausztenites mező stabilizálása szobahőmérsékleten (pl. Niötvözéssel)(előnye még, hogy nagyobb C-tartalom is oldva marad az
ausztenitben)
Forrás: Verő, Káldor: Fémtan
2. A korrózió (védelem)
Jól tapadó, zárt reakciótermék a felületen:
• légköri korróziónak ellenálló acélok: Cr ötvözés → Cr2O3
• Al-ötvözetek: Al2O3, eloxálás
• horganyzott acélok → ZnO
Bevonatok:
• pl. acélon Sn, mint pozitívabb normálpotenciálú fém,
műanyagbevonatok
• festés, plazmaszórás, elektrokémiai bevonatok…
2. A korrózió (vizsgálati módszerek)
3. Felületmódosítás
Cél: a felületi tulajdonságok módosítása az összetétel és/vagy a
szerkezet megváltoztatása révén, pl.:
•
•
•
különleges összetételek kialakítása félvezetőkön
kemény, kopásálló, kis súrlódású, korrózióálló felületek létrehozása
(szerszám illetve alkatrészgyártás)
optikai, dekoratív bevonatok készítése, stb.
Módszerek
1. Bevonatok készítése kémiai és elektrokémiai úton
• kemény króm réteg (3-500 μm, HV 900-1100)
• Ni-P amprf réteg (3-30 μm, HV 1300)
2. Nem-fémes elemek koncentrációjának növelése heterogén
reakciókkal
pl. vas/acél izzítása gázelegyekben (karbonizálás, nitridálás)
CH4  [C]Fe + 2H2
CH4/H2
2NH3  [N]Fe + 3H2
NH3/H2
T = 500 – 700 °C
3. Termikus szórás (thermal spraying)
huzal vagy por alakú anyag – magas hőmérsékleten – nagy
sebességgel
ütközik a
targetbe
fémek,
ötvözetek,
oxidok, boridok,
nitridek
általános probléma: a tapadás
2000-5000 °C
30-100 m/s
Shematic drawing of plasma spraying and the
SEM photograph of the sprayed coating
PVD (physical vapor deposition)
The original, traditional technologies: chemical reactions are not included ( i.e. mirror production)
Heating
Substrate
Source
Source
Vacuum system
Schematic illustration of the
principle
Chemical Vapour Deposition, (CVD)
basic principles
In the original form, the procedure consist of two isothermal reactions:
a.)
at T1 temperature
M +nXMXn
(M layer forming metal , X halogen) At T1
a volatile compound is
formed
b.)
at T2 (T2 > T1 )
MXnM + nX
Thermal decomposition of MXn occur on the substrate surface
Subsequently the decomposition process, the halogen molecule is
circuated (in order to form new volatile molecules)
Typical chemical reactions in the CVD procedure:
Metal-halogenides are often used as precursor materials in these
techniques.
The reason: volatile compounds (high tension even at low temperatures!)
(see tables)
Besides the metal-layer depositions, the method also used for compound
depositions (refractory carbides, silicides, borides)
Some another exmples
Source: Platit