Powłoki.pdf
(
337 KB
)
Pobierz
POLITECHNIKA GDA
İ
SKA
KATEDRA IN
ņ
YNIERII MATERIAŁOWEJ
WYTWARZANIE POWŁOK METOD
ġ
ELEKTROLITYCZN
ġ
I ZANURZENIOW
ġ
INSTRUKCJA DO
Ę
WICZE
İ
LABORATORYJNYCH
Opracowanie:
Dr in
Ň
. Beata
ĺ
wieczko-
ņ
urek
GDA
İ
SK 2009
IN
ņ
YNIERIA POWIERZCHNI – WPROWADZENIE
In
Ň
ynieria powierzchni
metali obejmuje w zasadzie wszystkie naukowe i techniczne
aspekty wytwarzania warstw wierzchnich i nanoszenia powłok spełniaj
Ģ
cych funkcje
ochronne w stosunku do metali podło
Ň
a (rys.1) [1].
Rys.1 In
Ň
ynieria powierzchni metali [1]
Podczas eksploatacji maszyn i urz
Ģ
dze
ı
, materiały z których zostały one wytworzone
ulegaj
Ģ
zu
Ň
yciu.
Proces zu
Ň
ycia
jest spowodowany współdziałaniem ró
Ň
nych czynników, z
dominacj
Ģ
czynnika, którego ujawnienie pozwala zastosowa
ę
wła
Ļ
ciwe sposoby
przeciwdziałania niszczeniu. Procesy zu
Ň
ycia przebiegaj
Ģ
od powierzchni ciała stałego w
gł
Ģ
b, prowadz
Ģ
c do zmian wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci i uszkodze
ı
, a zasi
ħ
g oddziaływania wymusze
ı
zewn
ħ
trznych, stanowi
Ģ
cych przyczyny zu
Ň
ycia eksploatacyjnego wyznacza tzw.
eksploatacyjn
Ģ
warstw
ħ
wierzchni
Ģ
.
Pod tym poj
ħ
ciem rozumie si
ħ
stref
ħ
materiału zawart
Ģ
mi
ħ
dzy powierzchni
Ģ
zewn
ħ
trzn
Ģ
a umown
Ģ
powierzchni
Ģ
wewn
Ģ
trz ciała stałego,
ograniczaj
Ģ
c
Ģ
zasi
ħ
g oddziaływania wymusze
ı
zewn
ħ
trznych. Poj
ħ
cie to jest analogiczne do
poj
ħ
cia warstwy wierzchniej zawartej w polskiej normie.
Warstwa wierzchnia
to cz
ħĻę
materiału, z jednej strony ograniczona rzeczywist
Ģ
powierzchni
Ģ
ciała stałego, a z drugiej
materiałem rdzenia, składaj
Ģ
ca si
ħ
z kilku stref przechodz
Ģ
cych płynnie jedna w drug
Ģ
, o
zró
Ň
nicowanych rozmiarach, odmiennych cechach fizycznych i niekiedy chemicznych, w
stosunku do cech materiału rdzenia [1].
Najpowszechniej wyst
ħ
puj
Ģ
cymi procesami powierzchniowego niszczenia materiałów
s
Ģ
: korozja i zu
Ň
ycie przez tarcie.
Przeciwdziałanie zu
Ň
yciu rozpoczyna si
ħ
w procesie projektowania konstrukcji, lub maszyny i
musi by
ę
kontynuowane w procesie wytwarzania i eksploatacji. Jednym z podstawowych
problemów jest dobór materiałów do danych warunków eksploatacji zabezpieczaj
Ģ
cy trwało
Ļę
w przewidywanym czasie projektowym u
Ň
ytkowania konstrukcji, w fazie projektowania m.in.
kształtów geometrycznych elementów konstrukcji, minimalizuj
Ģ
cych podatno
Ļę
na niszczenie
powierzchniowe, zastosowanie wła
Ļ
ciwych metod technologicznych podczas wytwarzania,
które nie wywołuj
Ģ
obni
Ň
enia tej podatno
Ļ
ci. Na wszystkich tych etapach ci
Ģ
gle poszukuje si
ħ
sposobów zmniejszenia zu
Ň
ycia [1].
Kształtuj
Ģ
c za pomoc
Ģ
odpowiedniej technologii warstw
ħ
wierzchni
Ģ
elementów
maszyn i urz
Ģ
dze
ı
, mo
Ň
na wydatnie zwi
ħ
kszy
ę
jej trwało
Ļę
. Zmiany wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci warstwy
wierzchniej materiałów metalowych mog
Ģ
by
ę
wywołane przez pojedyncze lub ł
Ģ
czne
oddziaływanie sił mechanicznych i elektrycznych, ciepła, czynników chemicznych, a ich
przebieg jest płynny od powierzchni w kierunku rdzenia. Zmiany wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci mo
Ň
na
dokona
ę
równie
Ň
przez trwałe naniesienie na chronion
Ģ
powierzchni
ħ
warstwy materiału
stanowi
Ģ
cej powłok
ħ
, charakter zmian wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci jest wówczas skokowy. Przez okre
Ļ
lenie –
powłoka ochronna
– przyjmuje si
ħ
warstw
ħ
metalu, stopu, materiału ceramicznego,
tworzywa sztucznego i in. naniesion
Ģ
trwale na powierzchni
ħ
metalu chronionego, który
zasadniczo pozostaje w tym samym stanie w jakim był przed nało
Ň
eniem powłoki. Warstwy
wierzchnie i powłoki ochronne przyj
ħ
to umownie nazywa
ę
warstwami powierzchniowymi
.
Podstawow
Ģ
funkcj
Ģ
warstw powierzchniowych jest odizolowanie chronionego metalu od
Ļ
rodowiska oraz zastosowanie pokrycia z materiału, który posiada wi
ħ
ksz
Ģ
odporno
Ļę
np. na
korozj
ħ
, zu
Ň
ycie
Ļ
cierne, czy własno
Ļ
ci adhezyjne, b
Ģ
d
Ņ
nadanie lepszych własno
Ļ
ci warstwie
wierzchniej chronionego metalu przez wprowadzenie zmiany składu chemicznego, a tak
Ň
e
struktury.
W przypadku ochrony metali przed korozj
Ģ
przy pomocy powłok metalowych
wyst
ħ
puje jeszcze poza funkcj
Ģ
izolacji od
Ļ
rodowiska bardzo wa
Ň
ny mechanizm ochrony –
ochrona elektrochemiczna. Polega ona na pokrywaniu metalu powłok
Ģ
metalu o bardziej
elektroujemnym potencjale, który sam ulegaj
Ģ
c korozji tworzy bardziej szczelne produkty
korozji, które tak
Ň
e wypełniaj
Ģ
uszkodzenia powłoki nie dopuszczaj
Ģ
c do korozji chronionego
podło
Ň
a. Taki rodzaj powłok nazywa si
ħ
powłokami anodowymi
, przykładem ich s
Ģ
powłoki
cynku i aluminium na stali. Je
Ň
eli za
Ļ
metal powłoki posiada potencjał elektrochemiczny
wy
Ň
szy ni
Ň
posiada metal podło
Ň
a, to ten rodzaj powłoki nazywa si
ħ
powłok
Ģ
katodow
Ģ
, a jej
ochrona sprowadza si
ħ
do odizolowania chronionego podło
Ň
a od
Ļ
rodowiska korozyjnego.
Przykładem tych powłok s
Ģ
powłoki niklowe, chromowe, miedziane, złote itp. na stali. Ten
rodzaj zabezpieczenia wymaga całkowitej szczelno
Ļ
ci powłok, w przeciwnym razie podło
Ň
e
ulega silnej korozji w
Ň
erowej [1].
Zale
Ň
nie od rodzaju materiału osadzanego na podło
Ň
u metalowym, powłoki ochronne
dzieli si
ħ
na dwie grupy:
powłoki metalowe i powłoki niemetalowe
.
Powłoki metalowe wytwarza si
ħ
najcz
ħĻ
ciej z: cynku, chromu, miedzi, niklu, aluminium,
kadmu, cyny, stali nierdzewnej, metod
Ģ
: galwaniczn
Ģ
, zanurzeniow
Ģ
, natryskow
Ģ
, przez
platerowanie.
Poza
wymienionymi
metodami
klasycznymi
stosuje
si
ħ
te
Ň
warstwy
powierzchniowe nowej generacji, jak implantacja jonów, techniki laserowe.
Drug
Ģ
główn
Ģ
grup
ħ
powłok ochronnych stanowi
Ģ
powłoki niemetalowe. Zalicza si
ħ
do nich
powłoki nieorganiczne i organiczne
. Do powłok nieorganicznych nale
ŇĢ
pokrycia
ceramiczne, emalierskie i konwersyjne, a do organicznych – powłoki malarskie, z tworzyw
sztucznych oraz gumowe.
Wszystkie powłoki ochronne powinny odpowiada
ę
nast
ħ
puj
Ģ
cym podstawowym
wymaganiom. Musz
Ģ
by
ę
szczelne, nieprzepuszczalne, powinny posiada
ę
dobr
Ģ
przyczepno
Ļę
do podło
Ň
a i zdolno
Ļę
krycia powierzchni.
W zale
Ň
no
Ļ
ci od rodzaju zjawisk wykorzystywanych do wytwarzania warstw
powierzchniowych, metody ich wytwarzania mo
Ň
na ogólnie podzieli
ę
na 6 grup (rys.2).
Rys.2 Metody wytwarzania warstw powierzchniowych [1]
Ka
Ň
da z danej grupy przynale
Ň
nej do okre
Ļ
lonej metody wytwarzania warstwy
powierzchniowej pozwala na uzyskanie okre
Ļ
lonego rodzaju warstwy powierzchniowej, o
okre
Ļ
lonej grubo
Ļ
ci i przeznaczeniu, i dzieli si
ħ
na szereg sposobów, przy czym te same
sposoby mog
Ģ
by
ę
zrealizowane przy wykorzystaniu ró
Ň
nych procesów [1].
POWŁOKI ELEKTROLITYCZNE (GALWANICZNE)
Powłoki elektrolityczne nakłada si
ħ
w procesach elektrolizy na podło
Ň
e przewodz
Ģ
ce
pr
Ģ
d elektryczny. Odpowiednio oczyszczone, odtłuszczone i pozbawione warstwy tlenków
wyroby metalowe przeznaczone do nakładania powłok zanurzane s
Ģ
w roztworze elektrolitu
zawieraj
Ģ
cego jony metalu powłokowego. W czasie przepływu pr
Ģ
du stałego przez elektrolit
jony metalu przemieszczaj
Ģ
si
ħ
w kierunku pokrywanego podło
Ň
a (katody) i wydzielaj
Ģ
na
nim tworz
Ģ
c powłok
ħ
.
Proces elektrolizy mo
Ň
na prowadzi
ę
w roztworach elektrolitów zawieraj
Ģ
cych proste
jony osadzanych metali, jak i w roztworach zawieraj
Ģ
cych zwi
Ģ
zki kompleksowe
( zespolone), przy czym wydzielanie powłok z k
Ģ
pieli jonów kompleksowych zachodzi przy
znacznie obni
Ň
onych potencjałach katod.
Podczas elektrolizy mo
Ň
liwe jest jednoczesne wydzielanie na katodzie dwóch lub wi
ħ
cej
metali, które tworz
Ģ
powłoki stopowe, np. przez jednoczesne osadzanie miedzi i cynku
wytwarza si
ħ
powłok
ħ
mosi
ħŇ
n
Ģ
.
Na elektrodach poza procesami podstawowymi wydzielania i rozpuszczania metalu mog
Ģ
zachodzi
ę
niepo
ŇĢ
dane procesy uboczne, na katodzie np. wydzielanie gazowego wodoru, co
nie tylko powoduje zu
Ň
ycie cz
ħĻ
ci pr
Ģ
du i zmniejszenie wydajno
Ļ
ci procesu, ale inne
szkodliwe skutki, jak np. krucho
Ļę
wodorow
Ģ
pokrywanego metalu.
W elektrolicie, który jest zazwyczaj roztworem wodnym, ka
Ň
dy kation metalu otoczony jest
okre
Ļ
lon
Ģ
liczb
Ģ
cz
Ģ
steczek (dipoli) wody. W pobli
Ň
u katody w tzw. warstwie dyfuzyjnej
elektrolitu rozmieszczenie cz
Ģ
steczek wody wokół kationów ulega deformacji. Przy samej
powierzchni metalu istnieje tzw. warstwa podwójna, gdzie jony metalu uwalniaj
Ģ
si
ħ
od
otaczaj
Ģ
cych je cz
Ģ
steczek wody, a nast
ħ
pnie adsorbuj
Ģ
si
ħ
na katodzie i zoboj
ħ
tniaj
Ģ
swe
ładunki elektronami pobieranymi z katody. Powstaj
Ģ
ce atomy metalu dyfunduj
Ģ
po
powierzchni katody do miejsca pozwalaj
Ģ
cego na wbudowanie ich do sieci krystalicznej.
Proces elektrokrystalizacji przebiega w dwóch etapach [2]:
- tworzenie zarodków krystalizacji;
- rozrost zarodków i formowanie powłoki;
Szybko
Ļę
tworzenia zarodków i szybko
Ļę
wzrostu kryształów decyduj
Ģ
o budowie powłoki
galwanicznej. Po
ŇĢ
dane powłoki drobnoziarniste otrzymuje si
ħ
przy wzgl
ħ
dnie wi
ħ
kszej
szybko
Ļ
ci tworzenia zarodków ni
Ň
szybko
Ļę
wzrostu kryształów. Wielko
Ļę
kryształów
osadzanego metalu, ich orientacja i kształt wpływaj
Ģ
na niektóre własno
Ļ
ci powłok. Wyró
Ň
nia
si
ħ
trzy zasadnicze typy struktur elektrolitycznie osadzanych powłok metalowych:
a)
struktura zorientowana podło
Ň
em, tzn. reprodukuj
Ģ
ca struktur
ħ
metalu podło
Ň
a.
Tworzy si
ħ
ona przy stosowaniu niskich g
ħ
sto
Ļ
ci pr
Ģ
du osadzania metalu i niewielkim
udziale substancji inhibituj
Ģ
cych, posiada wprawdzie zwart
Ģ
, ale grubokrystaliczn
Ģ
budow
ħ
;
b)
struktura uwarunkowana polem elektrycznym. Tworzy si
ħ
przy wy
Ň
szych g
ħ
sto
Ļ
ciach
pr
Ģ
du i zwi
ħ
kszeniu roli inhibitorów;
struktura anizotropowa. Tworzy si
ħ
przy bardzo silnym inhibitowaniu procesów
osadzania metali. Struktura powłoki ma posta
ę
dyspersyjn
Ģ
bez uprzywilejowanej
orientacji;
Pomi
ħ
dzy wymienionymi typami struktur istniej
Ģ
ró
Ň
ne formy przej
Ļ
ciowe, a tak
Ň
e
inne uzyskane w wyniku specyficznych warunków elektrolizy.
W zale
Ň
no
Ļ
ci od przeznaczenia wyró
Ň
nia si
ħ
powłoki:
- ochronne, zabezpieczaj
Ģ
ce metal przed korozj
Ģ
, np. Zn na stali;
- dekoracyjne lub ochronno – dekoracyjne, poprawiaj
Ģ
ce wygl
Ģ
d przedmiotu, b
Ģ
d
Ņ
jednocze
Ļ
nie chroni
Ģ
ce przed korozj
Ģ
, np. Ni na stali, czy wielowarstwowe Cu-Ni-Cr
na stali;
- techniczne, wytwarzane w celu nadania powierzchni metalu okre
Ļ
lonych własno
Ļ
ci
fizycznych lub technologicznych, zwi
ħ
kszonej odporno
Ļ
ci na
Ļ
cieranie, zmniejszonego
współczynnika tarcia, podwy
Ň
szonego przewodnictwa elektrycznego;
Do wa
Ň
niejszych wymaga
ı
stawianych powłokom galwanicznym nale
ŇĢ
:
•
dobra przyczepno
Ļę
(adhezja) powłoki do podło
Ň
a;
•
szczelno
Ļę
, czyli jak najmniejsza porowato
Ļę
, co ma szczególne znaczenie dla powłok
katodowych;
•
drobnokrystaliczna struktura;
•
odpowiednia, minimalna grubo
Ļę
dla danych warunków u
Ň
ytkowania;
•
wygl
Ģ
d zewn
ħ
trzny, barwa, gładko
Ļę
;
Technologia nakładania powłok galwanicznych obejmuje:
- przygotowanie powierzchni podło
Ň
a;
- elektrolityczne nakładanie powłoki;
- obróbk
ħ
wyka
ı
czaj
Ģ
c
Ģ
;
Powłoki galwaniczne wymagaj
Ģ
bardzo starannego przygotowania powierzchni metalu
podło
Ň
a do elektrolizy, tj. oczyszczenia mechanicznego, odtłuszczenia, trawienia oraz
dotrawiania, przeprowadzonego bezpo
Ļ
rednio przed nało
Ň
eniem powłoki w celu usuni
ħ
cia
warstwy tlenków. Pomi
ħ
dzy kolejnymi operacjami przygotowania przedmiotu nale
Ň
y
stosowa
ę
płukanie, aby unikn
Ģę
przenoszenia składników poszczególnych k
Ģ
pieli. Przedmioty
do pokrywania galwanicznego powinny by
ę
całkowicie wyko
ı
czone pod wzgl
ħ
dem obróbki
mechanicznej posiada
ę
odpowiednie wymiary i wymagany stopie
ı
gładko
Ļ
ci powierzchni i
kraw
ħ
dzi.
c)
Powłoki cynkowe [2]
Cynk jako metal bardziej elektroujemny ni
Ň
Ň
elazo, tworzy na stali i
Ň
eliwie
powłoki
anodowe.
W wilgotnym powietrzu powstaj
Ģ
ce na powierzchni produkty korozji tworz
Ģ
do
Ļę
szczeln
Ģ
warstw
ħ
izoluj
Ģ
c
Ģ
podło
Ň
e od
Ļ
rodowiska.
Istotn
Ģ
zalet
Ģ
galwanicznych powłok cynkowych jest ich dobra przyczepno
Ļę
do podło
Ň
a, a
jednocze
Ļ
nie wi
ħ
ksza plastyczno
Ļę
ni
Ň
otrzymywanych innymi metodami. Bardzo dobr
Ģ
odporno
Ļę
korozyjn
Ģ
galwanicznych powłok cynkowych mo
Ň
na uzyska
ę
przez wprowadzenie
do k
Ģ
pieli galwanicznej np. soli chromu i kobaltu, które wbudowuj
Ģ
metaliczny kobalt i
tlenek chromu do powłoki, podczas jej osadzania. Szczególnie du
Ň
e ilo
Ļ
ci cynku stosuje si
ħ
w
przemy
Ļ
le maszynowym i samochodowym do pokrywania ta
Ļ
m, blach, drutów stalowych i
drobnych elementów. Cynkowane s
Ģ
te
Ň
elementy wyposa
Ň
enia samochodów, rowerów,
urz
Ģ
dze
ı
domowych, sprz
ħ
tu elektrycznego. Blachy cynkowane galwanicznie u
Ň
ywane s
Ģ
do
wytwarzania wytłoczek nadwozi samochodowych i zbiorników paliwa. Przemysł
samochodowy stosuje głównie blachy cynkowane jednostronnie, bowiem powlekane
dwustronnie sprawiaj
Ģ
trudno
Ļ
ci przy zgrzewaniu. Blachy powlekane jednostronnie s
Ģ
dobrze
Plik z chomika:
radzik10001
Inne pliki z tego folderu:
Ashampoo.Home.Design.5.0.0_YasDL.com.part1.rar
(1048576 KB)
Nie Jesteśmy Puszczalskie.avi
(357742 KB)
Naprawa układów elektrycznych i elektronicznych poj sam(1).pdf
(203591 KB)
Ashampoo.Home.Design.5.0.0_YasDL.com.part2.rar
(34057 KB)
20.Beautiful.Kitchens.rar
(8174 KB)
Inne foldery tego chomika:
Pliki dostępne do 08.07.2024
Pliki dostępne do 27.02.2021
101 napraw
audiobooki
bajki dla dzieci
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin