Belbecs és külcsín, avagy mit tesz egy fém felületével a kémiai megmunkálás?

Belbecs és külcsín, avagy mit tesz egy fém felületével a kémiai megmunkálás? Péter László MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézet Elektrolitikus Nanoszerkezetek Csoport

ALKÍMIA MA Az ELTE TTK Kémiai Intézetének előadássorozata Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-1-

Fémek a természetben: elemi fémek és ércek Elemi fémek a természetben: a terméselemek ásványtani csoport tagjai Jellemező képviselőik kémiai szempontból: Olyan fémek, amik viszonylag nehezen oxidálódnak, azaz főként az arany- és a platinacsoport fémei, továbbá a higany Gyakorlati szempontból a legjelentősebbek: Au, Ag, Hg, Cu, Pt, Pd Előfordul még: Ru, Rh, Os, Ir Gyakran együtt vagy ötvözetben is megjelennek (amalgámként is).

termésarany

Képek forrása: http://asvanytan.nyf.hu

Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-2-


termésréz



•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-3-


termésezüst



•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-4-

Fémek a természetben: elemi fémek és ércek Ércnek nevezzük azt az ásványt, amelyben fémek vagy fémvegyületek olyan mennyiségben halmozódtak fel, hogy egy adott ipari, technikai színvonalon gazdaságosan kinyerhetők. Az érc definíciója tehát egyrészt részben nem is kémiai jellegű: sokféle vegyület lehet egy adott fém esetén is, másrészt a technika fejlődésével is korról korra változhat. A gyakorlatban fontos fémek leggyakrabban előforduló érctípusai összetételük alapján: Oxidos ércek Vas: hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4) Alumínium: bauxit (Al2O3) Szulfidos ércek: Vas: pirit (FeS) Ólom: galenit (PbS) Cink: szfalerit (ZnS) Réz: kalkopirit (CuFeS2), kalkozin (Cu2S) Egyéb típusok, például: Karbonátos rézércek: malachit, azurit Szilikátos ércek (sokféle fém) Halogenidek (sokféle fém) Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-5-

Fémek előállítása ércekből: kohászat

átalakítás más vegyületté

egyéb ércek

szulfidos érc pörkölés

oxidos érc

fém-oxid

fém-halogenid

halogenid ásvány

egyéb só

redukció szénnel redukció más fémmel elektrolízis

színfém A szükséges elválasztási és tisztítási lépéseket külön nem tüntettük fel. Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-6-

Fémek oxidációja A legtöbb fém oxidációja energetikailag kedvező folyamat. A tiszta fémfelület levegőn rendre valamilyen mértékig oxidálódik (kivéve a nemesfémeknél). A felületi oxidréteg akkor véd a további oxidációtól, ha… - a felülethez jól tapad; - tömör formában képes létrejönni; - a környezeti hatásoknak maga is ellenáll. Példák: - Alumínium: Jól tapadó tömör oxid képződik rajta, ami azonban amfoter jellege miatt csak korlátozott környezeti feltételek mellett ad védelmet. - Vas: gyengén tapadó oxid képződik rajta, ami maga sem inert. - Nikkel, króm és az ezeket tartalmazó rozsdamentes acélok: Jól tapadó és tömör oxid képződik rajtuk, ami sérülés esetén újra képes kialakulni. - Titán, nióbium, cirkónium: Erősen tapadó és csak extrém körülmények között reakcióba lépő oxid keletkezik a felületükön.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-7-

Vasgyártás Kémiai folyamatok:

Nagyolvasztó

C+ O2 = CO2 (oxigénben gazdag zónában; hőforrás és CO2 keletkezés)

C + CO2 = 2 CO (oxigénben szegény zónában)

C + Fe2O3 = 2 Fe + 3 CO (közvetlen szilárd fázisú redukció)

CO + Fe2O3 = 2 Fe + 3 CO2 (további redukció CO gázzal; hasonlóan más vas-oxidokkal)

A nyersvas tipikus szennyezői: C: 3,5-4,0 % Si: 0,3-3,0 %

P: 0,1-2,5 % S: 0,04-0,2 %

Képek forrása: https://www.mozaweb.hu/Lecke-KEM-Kemia_8-A_vascsoport_elemei-100563 http://www.rath-group.com/hu/szakma/folyekony-acel/nagyolvaszto-beles/


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-8-

Acélgyártás Acélgyártás: Az acélgyártás lényege a nyersvas széntartalmának (és az egyéb szennyezők mennyiségének) csökkentése. Ennek útja az oxidáció: a szenet szén-dioxiddá, az egyéb szennyezőket szilárd salakos termékeké oxidálják. Az acél széntartalma 0,5–1,7 tömeg% között változik. Ez lehetővé teszi a képlékeny alakítást. Ötvözési fokozatok: Ötvözetlen acél: szándékoltan adagolt ötvözőt nem tartalmaz (lényegében csak szenet) Mikroötvözött acél: Egy adott tulajdonság megváltoztatás érdekében adagolt igen kis mennyiségű (akár 0,001%) ötvözővel. Alacsony és magas ötvözésű acél: A gyengén és erősen ötvözött acél között a határt rendszerint 5–8% ötvözőfém tartalomnál húzzák meg. Rozsdamentes acélok: Általában 8-20% közötti Ni és Cr (továbbá olykor Mo) tartalommal. Fontos: Az adott fém végső tulajdonságait (pl. szilárdság, mechanikai jellemzők) a kémiai összetevők és a megmunkálási eljárás együttesen alakítják ki. Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

-9-

Acélfajták és azok felülete Az acélokat rendszerint szabványokra hivatkozó megnevezéssel adják meg, ezért az ilyen hivatkozások a kevéssé szakavatott embereknek nemigen érthetők. Ez a számozás nem utal közvetlenül a kémiai összetételre. Ötvözetlen vagy gyengén ötvözött acélok: a felület oxidálódhat, rozsdásodásra hajlamos Rozsdamentes acélok: Általában 8-20% közötti Ni és Cr (továbbá olykor Mo) tartalommal. Jellemző összetételek (tömeg%): Cr Ni Mn C Si P S 316: 16-18 10-14 >2 >0,08 >1 > 0,04 > 0,03 304: 18-20 8-12 >2 >0,08 >1 > 0,045 > 0,03

Mo 2,0-3,0

A rozsdamentes acélokra jellemző, hogy spontán is védő oxidréteg alakul ki a felületükön, így ezeket külön védeni általában nem szokták. A védő oxidréteg kialakulásához szükséges küszöbkoncentráció általában 12 t.% Cr. A felület jellemzően egészen más összetételű, mint a tömbi anyag: króm(III)-oxidra nézve gazdag, vasra nézve szegény a tömbi összetételhez képest.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 10 -

Úton a fémtömbtől a lemezig: hengerlés

A nyers acéltömbök felülete a magas hőmérsékletű megmunkálás miatt erősen oxidált. A magas hőmérsékleten száraz körülmények között képződő oxid, a reve jellegében is előtt a vastag oxidréteget el kell távolítani, mert ennek behengerlése felületi más, mint az alacsony hőmérsékleten nedves közegben képződő „rozsda”. Revekomponensek, reveszerkezet: FeO, Fe3O4, Fe2O3 a fém környezet irányában növekvő oxigéntartalommal, rétegelten. Megfelelően lassú hűtés mellett az FeO elbomlik, de ez egyúttal a réteges szerkezet megszűnéséhez vezet! FeO bomlás: fontos tényezők a reakcióidő és az aktiválási energia, mivel az atomok szilárd fázisban történő diffúzióját igényli, ami lassú folyamat. 4FeO = Fe + Fe3O4 Fontos kérdés a szemléletben: stabil és metastabil fázisok.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 11 -

A reve és annak alkotói

Képek forrása: International Journal of Hydrogen Energy 39 (2014) 15116-15124 Materials Letters 62 (2008) 3500–3502.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 12 -

A felületi oxidréteg problémája

A reve hengerlési hibát okoz a későbbiekben és károsítja a megmunkáló szerszámot. Módszer: revetörés, lefúvatás magas nyomású vízzel. A hengerlés lépései: Hevítés, előnyújtás, meleghengerlés több lépésben, majd ezt követően sokszor hideghengerlés. A hengerlési lépések mindegyikében csak korlátozottan lehet a lemez vastagságát csökkenteni. Fontos: a „meleg” és „hideg” megnevezések itt igencsak viszonylagosak! Meleghengerlést követően a reve a lemez felületén részben újraképződik.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 13 -

A melegen hengerelt lemezek felülete

beágyazó gyanta reve alapfém


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 14 -

Pácolás

Hétköznapi képzeteinkben a pácolás az élelmiszerek ízesítésével kapcsolatos fogalom…

… de még a műszaki jártassággal rendelkezők többsége sem tudja, mi fán terem a fémek pácolása.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 15 -

Pácolás az iparban Pácolt és korrózióvédő emulzióval bevont lemeztekercs

Nyers lemeztekercs

Lemez előrehaladás, 50-200 m/perc

20-30 m Pácolókádak

Mosás

Ellenáramú páclé áramoltatás

Pácolósav regenerálás

Friss páclé: HCl, 20 % (kb . a legtöményebb sósavoldat koncentrációjának a fele) Pácolás hőmérséklete: 80 oC (közel a sav forráspontjához)

Egyéb technológiai jellemzők: Zárt technológia (amennyire csak lehetséges)


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 16 -

Pácolás az laboratóriumban

A laboratóriumi kísérletek célja: Amit temérdek pénzből lehet kipróbálni a valós ipari rendszeren, azt mind tesztelni lehessen kis méretekben

Egy laboratóriumi acéllemez pácoló szimulátorral szemben támasztott elvárások: - A sav hőmérséklete feleljen meg az ipari eljárásban alkalmazott hőmérsékletnek: 80 oC - A rendszer legyen a lehetőségekhez mérten zárt és a savveszteség legyen kicsi - A pácolási lépések (tartályok) száma kövesse az ipari eljárásban alkalmazott protokollt - Az áramlási viszonyok is kövessék az ipari eljárásban alkalmazott körülményeket - A berendezés legyen alkalmas nagyszámú minta sorozatos vizsgálatára - A berendezés kezelése legyen egyszerű és technikusi szinten elsajátítható - A berendezés feleljen meg a biztonsági elvárásoknak


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 17 -

Pácolás az laboratóriumban

Motor

Az első vázlattól a kész tervig

10-20 Hz

Minták

Öblítés

Sav -3 Sav -1 Sav -2


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 18 -

A fémfelületek védelme

Korrózió: A felületről kiinduló kémiai változás, amelynek során az adott tárgy roncsolódik. (Nemcsak fémek képesek korrodálódni, de az elektrokémiai mechanizmuson alapuló korróziós folyamatok csak elektromosan vezető, azaz lényegében fémes anyagok esetén működnek.)

Elvek: A (viszonylag) olcsó és mechanikai szempontból megfelelően kidolgozott, de a környezetnek nem feltétlenül jól ellenálló anyag felületét el kell választani a nem kívánt roncsoló hatásokat okozó környezettől olyan réteggel, ami megvédi az alapanyagot. A bevonattal szembeni követelmények lehetnek: tapadás, keménység, kopásállóság, repedésmentesség, kémiai ellenállás, optikai megjelenés, hőállóság, ellenállás különféle sugárzásoknak stb. Védelmi módozatok: festés, horganyzás, galvanizálás, zománcozás stb.


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 19 -

A fémkorrózió elektrokémiai háttere Az elektrokémiai mechanizmussal létrejövő korrózió jellemzői általában: anódos és katódos részfolyamat Példa: Fe = Fe2+ + 2e anódos részfolyamat, oxidáció 2H+ + 2e = H2 katódos részfolyamat, redukció O2 + 2 H2O + 4e = 4 OH‒ Mivel a fém (azaz a korrodáló tárgy maga) fémes vezető, az elektronok tetszőleges helyen megjelenhetnek mint a reakciók kiindulási anyagai vagy termékei. Azaz: a korróziót okozó folyamatok térben egymástól szétválhatnak! Helyi elem: Különböző elektrokémiai sajátságokkal rendelkező, elektromosan összekapcsolt fémes alkotórészek részvételével létrejövő galvánelem, amely a korróziós folyamatok anódos és katódos részfolyamatainak térbeli szétválásához vezet. A helyi elem által okozott korrózió során a fémben a korróziósebességnek megfelelő áram folyik. (Vigyázat: sok közkeletű forrásban található meghatározások és magyarázatok igen tudománytalanok és félrevezetőek!) Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 20 -

Helyi elem kétféle fémmel Pozitív irányba eltolt elektródpotenciál: Az anódreakció lesz a domináns. A fém elektrokémiai úton oldódni fog.

Negatív irányba eltolt elektródpotenciál: A katódreakció lesz a domináns. A H+ vagy O2 redukció a domináns folyamat.

áram iránya

„kevésbé nemes” fém: Ha önmagában helyeznénk be a korrozív közegbe, az elektródpotenciálja viszonylag negatív érték lenne

„nemesebb” fém: Ha önmagában helyeznénk be a korrozív közegbe, az elektródpotenciálja viszonylag pozitív érték lenne

Az összekötött fémek viszont azonos potenciálon vannak, emiatt a két fémen más lesz a domináns reakció. Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 21 -

Koncentráció-különbség miatt létrejövő helyi elem

A helyi elem létrejöttéhez nem feltétlenül kell két különféle fém, elég egy helyi sérülés vagy a fémben előforduló szennyező is. Ami ebből kialakulhat: lyukkorrózió

jó oxigénellátottságú helyen: O2 + 4e + 4H+  2H2O

tetszőleges távolság

a passzív réteg helyi sérülése passzív réteg

fémoldódás helyén: Me  Mez+ + z e

fém


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 22 -

Koncentráció-különbség miatt létrejövő helyi elem

Anionbeáramlás (töltéskompenzáció): Az üreget kitöltő oldat koncentrációja az oldott sókra nézve jóval nagyobb, mint a körülvevő közegé Az üregből távozó fémionok reakciója a környező kevésbé savas közegben: Me(OH)+ + H2O = Me(OH)2 + H+ Lerakódás képződése: az üregen kívül.

jó oxigénellátottságú helyen: sérülés esetén a jelen lévő oxigén biztosítja a passzív állapot helyreállítását

a képződő üreg oxigénszegény, a passzivitás nem áll helyre

fém

fémoldódás helyén: Me  Mez+ + z e

Hidrolízis: Me2+ + H2O = Me(OH)+ + H+ Az üreget kitöltő oldat savasabb a környezeténél!

További hajlamosító tényezők: nemfémes kiválások a fémben, mikrobiológiai hatás Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 23 -

A lyukkorrózió szélsőséges esetei

Képek forrása: L. R. Hilbert, R. Carpén, P. Moller, F. Fontenay, T. Mathiesen, EUROCORR 2009. http://www.forcetechnology.com


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 24 -


Képek forrása: Engineering Failure Analysis 37 (2014), p. 62 Corrosion 68 (2012), p.847


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 25 -


Erőművi rozsdamentes acél csővezeték belső vizsgálata


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 26 -


Átlyukadási pont belső (fent) és külső képe (lent).


Jellegzetes oldalirányú üregkiszélesedés észlelhető

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 27 -

Korrózióvédelem fémbevonattal

Nemesebb fémbevonat a kevésbé ellenálló fémen: pl. Ni bevonat Fe lemezen

Kevésbé nemes fémbevonat az inkább korróziólló fémen: pl. Zn bevonat Fe lemezen

Sérülés esetén a bevonat inert marad, az alapfém fog oldódni.


Sérülés esetén az alapfém védett marad, a bevonat oldódik.

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 28 -

Galvanizálás: az alapok

Galvánfolyamatban mindig fémion redukció történik elektromos árammal. Például: Ni2+ + 2 e = Ni Ez igen egyszerűnek látszik, de nem az! Ami még számít a bevonat szempontjából: A felület tisztasága A bevonat tapadóképessége A létrejövő új felület érdessége A keletkező bevonat vastagság-eloszlása A bevonat optikai minősége A keletkező bevonat szemcsemérete A bevonat kristálytani jellegzetességei A bevonat korróziós sajátságai Többkomponensű bevonat esetén a komponensek egyenletes eloszlása … és még sokminden más Ami számít a galvánrendszer üzemeltetése szempontjából: Teljes cellaellenállás / cellafeszültség Anód elektrokémiai tulajdonságai Komponensek fogyása, fürdő regenerálás Öblítési veszteségek Károsanyag kibocsátás Munkadarab utókezelés


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 29 -

Galvanizálás: ipari megoldások

Hogyan vonjunk be fémmel egy „nagy” és egy „kis” tárgyat? Példa „nagy” tárgyra: szaniteráruk, fitnesz gép fémrudazata, autó lökhárító Módszer: egyenkénti függesztés a galvánfürdőbe az árambevezetésen keresztül (a munkadarabok nem érintkeznek) Példa „kis” tárgyra: csavar, szög, sarokvas, zsanér Módszer: dobgalvanizálás – nagyszámú mintadarab együttes kezelése, statisztikus átlag érvényesülése a bevonat vastagságánál


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 30 -

Galvanizálás: Részletesen a dobgalvanizálásról

Elv:

kisméretű, bevonatolandó munkadarabok halmaza

A mintadarabokat egyedileg nem tudjuk kezelni, de a munkadarabok lukacsos falú tömegének folytonos átforgatása forgó műanyag során az egyes részeken keletkező henger bevonat vastagság nagyjából azonos lesz.

forgástengely és egyben árambevezetési pont

Áram bevezetés: a forgó tengelynél, ami a folyadékszint felett helyezkedik el (a rajta képződő bevonat vastagsága igen kicsi; az áramot a vezető munkadarabok tömege vezeti el a tengelytől). Anód: gyakran anódzsákban elhelyezve, különösen oldódó anód esetén (oldódással kapcsolatos szerkezeti dezintegráció miatt)


ANÓDOK •

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 31 -

Galvanizálás: Üzemi megvalósítás


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 32 -

Galvanizálás: Üzemi megvalósítás


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 33 -

Fémbevonat létrehozása áramforrás nélkül Kétféle megvalósítási út: 1, A fémiont redukáló anyag maga az alapfém, amin a bevonatnak létre kell jönnie. Más néven: cementálás. Feltétel: a bevonat mindenképpen nemesebb, mint az alapfém. Példák: Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu ;

2 Al + 3 [Zn(OH)4] 2‒ = 3 Zn +2 [Al(OH)4]2‒

A gyakorlatban igen fontos az alumínium cinkátolása: anélkül az alumínium nem galvanizálható! Ok: az amfoter alumínium-oxid viselkedése és az alumínium reakciója vízzel. 2, A fémiont redukáló anyag az oldatban van jele, maga az alapfém (munkadarab) a reakciókban nem vesz részt. Tipikus példák: ezüsttükörptóba, Fehling-reakció, electroless nikkel leválasztás 2[Ag(NH3)2]+ + H2CO + 2OH‒ = 2Ag + HCOOH + H2O A rézleválasztás az elektronikai iparban, a nikkel (valójában Ni-P) leválasztás a korrózióvédelemben és a mikroelektronikában is fontos. Valójában az árammentes leválasztási módoknál is elektrokémiai mechanizmus működik. Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 34 -

Fémbevonat létrehozása nemfémes tárgyakon A nemfémes tárgyakon egyrészt nincs gócképződésre alkalmas hely a fémleválasztáshoz, másrészt nem működhet az elektrokémiai mechanizmus a fém hordozó hiányában (nincs az elektronok forrásaként és elnyelőjeként szolgáló „tartály”). Megoldás: a felület aktiválása és részleges fémezése. Megoldás: a felület aktiválása és részleges fémezése. Műanyag (polimer) tárgy aktiválása: a felületen –COOH csoport kialakítása a láncvégek oxidációjával Az aktiválás első lépése: merítés Sn2+ oldatba → az Sn(II) ionok adszorbeálódnak, megkötődnek a karboxilcsoportokon Az aktiválás második lépése (alapos mosás után): merítés Pd2+ oldatba → a Pd(II) ionok erős redukálószerként oxidálják Sn(II) ionokat Pd2+ + Sn2+ = Pd + Sn4+ az igen apró Pd szemcsék már elegendőek az árammentes leválasztás elindításához


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 35 -

Zománcozás

tűzzománc mint díszítés


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 36 -

Zománcozás

zománc a hétköznapi használati tárgyakon Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 37 -

Zománcozás

Zománc: üvegszerű égetett máz. Üvegszerű vagy amorf: nem kristályos, minden irányban azonos fizikai tulajdonságokkal rendelkező anyag. A zománc fő komponensei megegyeznek ez üvegével (kvarc, szlikátásványok). Átlátszatlan bevonat eléréséhez általában ón-oxidra is szükség van. Különféle fém-oxidok felelősek a színekért vagy a különféle hatásokkal szembeni kiemelt ellenállásért (pl. sav, hősokk stb.). Zománcozás: A zománc komponenseit finomra porítják, majd vízzel iszapszerű elegyet készítenek belőle. Ezzel vonják be a céltárgyat, majd előszárítás után magas hőmérsékleten a bevonatot „ráégetik” a hordozóra. (Igazából a zománc maga nem ég!)


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 38 -

Zománcozás és a hidrogén

Hogy kerül a zománcba hidrogén?? Az előszárítás a zománcozó elegyet alkotó részecskékben erősen kötött vizet nem képes eltávolítani. A kiégetés során a maradék víztartalom reagálhat az alapfémmel: H2O + Fe = FeO + 2H A hidrogén a fémben atomosan oldódik. Hidrogén oldódása fémben: az oldhatóság változása ugyanúgy kapcsolatban van a reakcióhővel, mint más egyensúlyi folyamatoknál. Exoterm reakció: a hőmérséklet növelésével a kiindulási anyagok felé eltolódó egyensúly Endoterm reakció: a hőmérséklet növelésével a termékek felé eltolódó egyensúly A hidrogén oldhatósága vasban a hőmérséklet emelésével nő. (Gondoljunk ennek kapcsán arra: milyen katalizátort is használnak ammóniagyártáshoz? Vajon miért?)


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 39 -


Hidrogén okozta zománckárosodás: Magas hőmérsékleten a hidrogén a munkadarabban felhalmozódik → A lehűtés során a zománcbevonat hidrogénre nézve át nem eresztővé válik → A hűtéssel a fém túltelítődik hidrogénre nézve → A hidrogén a fém–zománc határfelületen felhalmozódik, buborékot képez → A buborék lefeszíti a zománcot a fémről


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 40 -

A hidrogén okozta zománckárosodás képekben


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 41 -


Hidrogén okozta zománckárosodás: Magas hőmérsékleten a hidrogén a munkadarabban felhalmozódik → A lehűtés során a zománcbevonat hidrogénre nézve át nem eresztővé válik → A hűtéssel a fém túltelítődik hidrogénre nézve → A hidrogén a fém–zománc határfelületen felhalmozódik, buborékot képez → A buborék lefeszíti a zománcot a fémről Mi a megoldás? A lemezeket zománcozás előtt tesztelni kell, hogy elegendő hidrogént legyenek képesek elnyelni. A hidrogént megkötő „csapdák” mennyisége megfelelő adalékolással és megmunkálással beállítható. (Emlékezzünk a korábban mondottakra: Az adott fém tulajdonságait a kémiai összetevők és a megmunkálási eljárás együttesen alakítják ki. )


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 42 -

A vegyész szerepe és együttműködése a határos szakmákkal Némi tanulság: Noha a vizsgált témakörök a kohászathoz, gépészethez és különféle más mérnöki tudományokhoz erősen kapcsolódnak, a vegyésznek nem árt „felülről kompatibilisnek” lenni a rokon szakmákkal a jó együttműködés érdekében! Nincs „vegytiszta vegyészet”, „csak fizika” „kohászat önmagában” stb.: A világ nagyobbik fele határterületekből áll, olykor nem is csupán két területéből… Hosszú távú üzenet a szakmai minőségről: A jó szakember nem engedheti meg magának a rokon területektől való elhatárolódást. Aki ma még nem biztos benne, hogy vegyész akar lenni, az is nyugodtan bízhat benne, hogy fog találni az érdeklődési területének megfelelő témakört, esetleg valamilyen határterületen. Péter László (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont): Belbecs és külcsín…

•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 43 -

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ÉS JÓ TANULÁST KÍVÁNOK A VEGYÉSZ SZAKRA VALÓ FELKÉSZÜLÉSHEZ! … és most következik néhány kísérlet


•

Alkímia – ma, ELTE, 2016. 02. 25.

•

- 44 -

Belbecs és külcsín, avagy mit tesz egy fém felületével a kémiai megmunkálás?

Recommend Documents