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

322

22

MeCOOCOMe

MeSSMe

MeOOMe

Önként végbemenő folyamatok (ΔH<0):

• kémiai korrózió (nincs ionokra történő szétesés)

pl.:

• elektrokémiai korrózió: feltétele, hogy a fém (ötvözet) olyan elektrolittal érintkezzen, amelyben a fém oldódik.

32

4332

OAlAl

OFe ,OFe FeO,Fe

Az elektrokémiai korrózió folyamatai:

a felület különböző helyei közötti potenciálkülönbségek (helyi elemek)

egyes részek katódként, mások anódként viselkednek

fémoldódás savban, mint az elektrokémiai korrózió legegyszerűbb esete

2e2HH

2eMeMe

2

2

2eZnZn 2 2eCu 2

2. A korrózió

Emlékeztető: a galvánelem működése

Zn/ZnSo4 oldat / CuSO4 oldat / Cu

térben elválasztva:

Eredmény: áramtermelés kémiai reakcióval

Alapja: az elemek különböző kémiai aktivitása

Cu2eCu

2eZnZn2

2

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

ZF

GμΕ fémTion0

pozitívHnegatív

:nciálnormálpote

2HH :referencia 2

fémekNegatívabb fém nagyobb mértékben korrodál.

2. A korrózió

Tion az oldott ion kémiai potenciálja T

hőmérsékleten,Gfém

fémes állapotra jellemző szabadentalpia,F a Faraday féle szám,Z a vegyértékállapot változása oldódás során.

Néhány elem normálpotenciálja 25°C-on

ElektródfolyamatPotenciál

(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

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 (anyagszerkezeti összefüggések)

Fe 3C

-Fe

Fe 3C

-Fe

-Fe

A korróziósebességet befolyásoló tényezők

sebesség:

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)

évm

g

2

2. A korrózió

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. Ni-ötvözéssel)(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

2000-5000 °C 30-100 m/s

általános probléma: a tapadás

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)

Schematic illustration of the principle

Heating

Substrate

Source

Vacuum system

Source

Chemical Vapour Deposition, (CVD)basic principles

In the original form, the procedure consist of two isothermal reactions:a.) at T1 temperature M +nXMXn (M layer forming metal , X halogen) At T1 a volatile compound is formedb.) at T2 (T2 > T1 ) MXnM + 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