Felületkezelés kommunikációs dosszié
FELÜLETKEZELÉS ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (TÖRZSANYAG)
TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ
MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR METALLURGIAI ÉS ÖNTÉSZETI INTÉZET
Miskolc, 2012
Felületkezelés kommunikációs dosszié
Tartalomjegyzék
1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Minta zárthelyi 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja 5. Egyéb követelmények
Felületkezelés kommunikációs dosszié 1. TANTÁRGYLEÍRÁS A tantárgy/kurzus címe: FELÜLETKEZELÉS A kurzus típusa ELŐADÁS+gyakorlat
A tantárgy/kurzus száma: Anyagmérnök BSc MAKMÖT255B Óraszám/hét 2+2 K
Félév: 5. Kreditek száma 4
Tárgyjegyző és előadótanár: dr. Török Tamás István egyetemi tanár Intézet/Tanszék:
Műszaki Anyagtudományi Kar Metallurgiai és Öntészeti Intézet A kurzus státusza a tanulmányi programon belül: A BSc anyagmérnök szak valamennyi hallgatója számára kötelező tárgy A kurzus célja: A hallgatóknak a felületkezelési eljárások és minősítő vizsgálatok alapvető elméleti ismereteit és gyakorlati módszereit kell elsajátítaniuk. A kurzus leírása: A felület jellemzése. A felületkezelés és a felületmódosítás célja, módszerei; fejlődésük főbb irányai. Felületi technológiák. Bevonatrendszerek (kiválasztásuk, kialakításuk technológiai lehetőségei, bevonat-tulajdonságok és a bevonatok funkciói). A felület előkészítés komplex rendszere. Fémbevonatok /tűzi és diffúziós bevonatok/. Termodiffúziós felületkezelő eljárások. Elektrokémiai módszerekkel képezhető bevonatok (galvanizálás). Kémiai és elektrokémiai felületsimítás, polírozás. Fémes és nemfémes szerkezeti anyagok korróziója - korrózióvédelem. Környezetvédelem a korrózióvédelmi technológiákban. Korróziós vizsgálatok. Szervetlen nemfémes és konverziós bevonatok. Tűzi zománcbevonatok. Szerves (lakk, festék, műanyag és gumi) bevonatok. Bevonatok, ill. a módosított, nemesített felületek/felületi rétegek vizsgálata, minősítése és javítása. Tribológia (felület - súrlódás - kenőanyagok - kenéstechnika). A felületkezelés újabb módszerei (pl. mesterséges gyémántbevonat, vékony felületi polikristályos és amorf rétegek képzése gázfázisból vákuummetallurgiai módszerekkel; PVD, CVD).
A kreditpontok megszerzésének követelményei: Legfeljebb három félévközi (kis)zárthelyi sikeres (min. 60%) megírása és a záró nagyzárthelyi eredményes megírása után megajánlott vizsgajegy, illetve szóbeli vizsga alapján. Oktatási módszer: Előadások, írás- és diavetítő felhasználásával, egyéni feladat megoldások, konzultáció. Előfeltételek: Fizika, kémia, matematika Oktatási segédeszközök: A témákkal kapcsolatos felkészülési anyagok az előadások során kiosztásra kerülnek, illetve ajánlott a Korszerű fémipari felületkezelési és… c. CD-tananyag (ME, Főszerk: Török T.). Vizsgáztatási módszer: Szóbeli vizsga. Kell-e jelentkezni a kurzusra: Igen, a félév megkezdése előtti héten, számítógépen Értékelés: Az évközi feladatok megoldása, a gyakorlatok eredményes elvégzése és a vizsga alapján.
Felületkezelés kommunikációs dosszié
2. Tantárgytematika Tantárgytematika (ÜTEMTERV) 2012/2013 1. FÉLÉV Felületkezelés Anyagm. BSc. Törzsanyag III. évf. 1. félév 2e+2K Hét Dátum Előadás Gyakorlat Követelményrendszer. 1. 09.11. Felületi technológiák. A felületkezelés és felületFelmérő dolgozat. 09.14. módosítás célja, módszerei; fejlődésük főbb irányai Anyagtípusok és 2. 09.18. SPORTNAP (oktatási szünet) bevonatok jellemző 09.21. Plazma technológiák (vendégelőadás, Károly Zoltán) felületi tulajdonságai Vákuumtechnikai 3. 09.25. Felületkezelési (bevonatképzés és felületmódosítási) technikák rendszerezése. Példák: felületötvözés bevonatképzések; (acélok); vegyi nikkel; különleges hőálló fémes és PVD és rokon bevonó technológiák 09.28. összetett védőbevonatok (’TBC’, kompozitrétegek) (1. kiszh) 4. 10.02. Optikai és egyéb vékonybevonatok és vizsgálatuk CVD bevonatképzés 10.05. GD OES mélységprofil-elemzéssel Szemcseszórás 5. 10.09. Felülettisztítás és mosás (vizes; szerves oldószeres) ABRAZÍV Kft. 10.12. Ipari technológiák bemutatása (vendégelőadás) Tűzihorganyzás 6. 10.16. Termikus szórástechnikák (elvek, berendezések) Tűzi mártó fémbevonás (Pb, Sn, Zn) elmélete. gyakorlata /MTSZ, Antal Árpád/ 10.19. Tűzihorganyzás szakaszos és folyamatos sorokon. Mázazás gyakorlata 7. 10.23. ÜNNEPNAP (oktatási szünet) Égetett agyagáruk (kerámiák) és üvegek (vendégelőadás, Simon Andrea) 10.26. felületkezelése: festés, mázazás; vékonybevonatok Anódos kezelések 8. 10.30. Felületkezelés vizes oldatokkal (pácolás, foszfátozás, vizes oldatokban 11.02. kromátozás, oxidálás, fémszínezés, patinálás) (2. kiszh) 9. 11.06. Felületmódosítás anódos kezeléssel (anodizálás, Esettanulmány. 11.09. eloxálás). Katódos bevonatképzések elmélete. Tűzzománcozás 10. 11.13. Galvanizálás gyakorlata (technológiák, kiegészítő /www.mze.hu/ 11.16. műveletek); fejlődési trendek napjainkban. Vendégelőadás, Barta 11. 11.20. Fémek és acélszerkezetek korrózióvédelme. Szerves bevonatrendszerek (elvek, bevonattípusok, Emil: tűzzománcozás gyakorlata 11.23. bevonat-technológiai megoldások; porfestés) Műanyagbevonatok 12. 11.27. Műanyag bevonatok: (vendégelőadó) 11.30. példák a korszerű ipari bevonatrendszerek köréből (3. kiszh) 13. 12.04. ’Különleges’ anyagok és vizsgálatok a restaurátori Vizsgára felkészülés 12.07. munkában (festményeken, fémöntvényeken) 14. 11.11. Javítás, karbantartás, felújítás a felülettechnikában Elővizsgák Pótlások (pótzárthelyi) 11.14. 15. 11.17Vizsgaidőszak Vizsgaidőszak A tantárgy lezárásának módja: vizsga A gyakorlati jegy, illetve az aláírás megszerzésének módja: A gyakorlatok látogatása 100%-ban /meghívott ipari szakemberek vendégelőadásain/ A 3 db kiszárthelyi elégséges szintű megírása (elégséges szint 60%).
Miskolc, 2012. szeptember 1. Dr. Török Tamás István tárgyjegyző, előadó
Dr. Török Tamás István e.tanár, intézetigazgató
Felületkezelés kommunikációs dosszié
3. Minta kiszárthelyi „Minta” évközi kiszh feladatsor (A feladatsor megoldására rendelkezésre álló idő 50 perc) Név, tk.:…………………………….. Dátum:…………………………… 1. Az alábbi elemek közül melyeket alkalmazzák az acélok felületmódosítására termodiffúziós módszerrel? Ac,
Ar,
Ag,
Au,
Al,
B,
Be,
C,
Ca,
Ce,
Cd,
Cf,
Cl,
Co,
Cr,
Cs,
Cu,
D,
H,
Mo,
N,
Ni,
O,
P,
Pb,
Pm,
Pr,
S,
Sb,
Se,
Si,
Sr,
Sm,
Sn,
Zn,
Zr
2. Nevezze meg a fentebbi harminchat elemet!
3. Acélok ún. „cementálása”, illetve cementáló hőkezelése során milyen elemet és az alábbi közvetítő fázisok közül melyik(ek)ből lehet a felületi rétegbe ezt az elemet bevinni? Gázfázisból,
folyadék/olvadék fázisból,
szilárd fázisból
plazmagázból.
4. Milyen változatait ismeri az acélok inkromálásának és röviden jellemezze is ezeket a módszereket.
5. Lehetségesnek tartja-e vas-cink ötvözetrétegek (Fe-Zn intermetallikus vegyületek) kialakítását ötvözetlen szénacélok felületi rétegében a cink olvadáspontja alatti hőmérsékleten? Válaszát indokolja.
6. Mely ötvöző, illetve szennyező elemek hatását célszerű feltétlenül figyelembe venni az ún. Sandelin-effektus kapcsán és miért?
7. Milyen műveletek előzik meg a folyamatos tűzihorganyzó sorokon (pl. Sendzimir, Cook-Norteman) történő bevonatképzést? Röviden jellemezze is ezeket a műveleteket!
8. Párosítsa az alábbi eljárásneveket és jelöléseket! Terne,
Type2,
Zn-5Al,
aluminizálás,
Galfan,
Galvalume,
Type1,
Pb-Sn,
Zn-55Al,
Superzinc,
Zn
9. Hány tömegszázalékos az alumínium-tartalma az Fe2Al5 vegyületfázisnak? Ar(Al) ≈ 27; Ar(Fe) ≈ 56.
10. A tárgyalt bevonatoló technikákat tekintve, melyikre és mennyiben érvényes az ún. parabolatörvény?
11. Írja fel a porba/porkeverékbe ágyazással és ammónium-kloridos aktiválás mellett végzett aluminizálás (kalorizálás, alitálás) főbb kémiai folyamatait szemléltető reakcióegyenleteket!
12. Mi a szerepe a hagyományos tűziónozásnál a sóolvadék, illetve a pálmaolaj alkalmazásának?
13. Jellemezze (rajz, összetételek) az acél felületén tűzihorganyzás során kialakuló ötvözet (intermetallikus vegyület) rétegeket!
14. Sorolja fel a folyamatos lemez/szalag (tűzi)horganyzó soron végrehajtott főbb műveleti lépéseket!
15. Korrózióállóságuk (pl. ipari környezetben) alapján rendezze csökkenő sorrendbe az alábbi anyagokat, illetve bevonatokat! Fe,
Zn,
55Al-Zn,
Al
16. Mely fémeket és fémötvözeteket szoktak tűzzománcozással felületkezelni?
17. Írjon példákat a tűzzománc bevonatok alábbi típusú összetevőire!
-
hálózatképző ionok:
-
hálózatmódosító ionok:
- átmeneti ionok: 18. Melyek a tűzzománcok legjellemzőbb tulajdonságai?
19. Milyen mechanizmus szerint fejtik ki hatásukat az ún. kötőanyagok (kobalt-oxid, nikkel-oxid, molibdén-trioxid) az alapzománcban?
20. Melyek a zománciszap fő komponensei és mi a szerepük?
21. Hogyan történik az elektroforetikus zománcfelvitel?
22. Az alább vázolt folyamat következtében hogyan és miért változik a tűzzománc környezetállósága? - Si – O – Na
+
H3O+
→
- Si – O – H
23. Milyen források felhasználásával készült fel a mai kiszh-ra?
+
Na +
+
H2O
4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja Számonkérés: A vizsga szóbeli. Mintegy 20 perces felkészülési idő igény szerint adható a hallgatónak. A szóbeli vizsga időtartama 15-30 perc. A vizsgázó két tételt kap a tételsorból, amit a vizsgáztató külön értékel. Esetenként. Pl. jobb érdemjegy érdekében, harmadik tétel is adható. A hallgatók kérésére – a félév első előadási óráján erről megállapodva – a szemeszter utolsó vagy azt megelőző hetén két órás írásbeli „nagyzárthelyi” dolgozat értékelése alapján is megajánlható vizsgajegy, de csak hármas vagy annál jobb érdemjegy.
„Minta” nagyzh feladatsor /megajánlott vizsgajegyért/ 2012. december 14. NEPTUN-kód: …………………..
Név:…………………………….
1. Milyen bevonatképzési feladatra és hogyan használták a foncsort? 2. Réztartalmú lúgos oldatból formaldehides redukcióval rézbevonat képezhető az alábbi, egyszerűsített/elvi folyamat szerint: Cu2+ + 2HCHO + 4OH- → Cu + H2 + 2H2O + 2HCOOA fenti ionegyenlet helyett írjon fel egy azzal analóg teljes kémiai reakcióegyenletet!
3. Írjon példákat kontaktredukciós típusú bevonatképzésre az alábbi ionokat/fémeket szerepeltetve a lehetségesnek vélt ionegyenletekben: Au+, Zn, Sn2+, Cu, Cu+, Cu2+, Fe, Fe2+, Mg, Ag+, Al,
4. Írjon példákat az ún. konverziós bevonatokra.
5. Milyen módszerekkel lehetséges/szokták a felületi vékonyrétegek állapotát vizsgálni?
6. Vázoljon fel egy szalagok, fóliák elektronsugaras vákuum gőzölésére alkalmas berendezést, és jelölje annak legfontosabb szerkezeti elemeit.
7. Mi a katódporlasztás, és alkalmazható-e ez a bevonatképzési elv nemvezető anyagok porlasztására?
8. Melyek a felülettechnikai bevonatképzés területén is alkalmazott ún. keményfémek?
9. Az ún. Hertz-Knudsen-féle összefüggés alapján adjon magyarázatot arra, miért növekszik a hőmérséklettel az olvadt fémek szabad felületéről vákuumba történő kigőzölgésének sebessége a hőmérséklettel?
10. Adott fém egyensúlyi gőznyomása két hőmérsékleten ismert. Hogyan számítaná ki ennek alapján a párolgáshőjét?
11. Környezeti és egészségvédelmi szempontú veszélyességük szerint próbálja rangsorolni (sorszámozni) az alábbi tisztítószereket! koszolvens,
könnyűbenzin,
trifluórtriklóretán,
benzin-szappan, enzimes mosószer, ’ultrás’ víz,
triklóretilén,
széntetraklorid,
bóraxoldat,
terpentinolaj, White Spirit,
triklóretilén,
alkoholos-éteres oldat,
víz,
perklóretilén, szalmiákszesz, szappanos víz,
benzol,
benzin
12. Sorolja fel a vizes lúgos ipari (ún. lefőző) zsírtalanító oldatok/fürdők összetevőit, és adja meg a legfontosabb szerepüket a mosási/tisztítási folyamatban.
13. Írjon fel legalább egy-egy példát az ionos (kationos, ill. anionos), valamint a nemionos tenzidekre.
14. Mi a micella? 15. Melyek a CVD vékonyréteg-képző módszerre jellemző leválási folyamat részlépései? 16. Az alábbiak közül mely kiegészítő műveleteket célszerű/kell alkalmazni a korszerű ipari (pl. gépipari, elektrotechnikai ipari) vizes tisztító/mosó berendezések/sorok üzemeltetésénél? Ultrahang, mikroszűrés, centrifugálás,
mikrohullám, nanoszűrés, dialízis,
lézeres besugárzás, ioncserés sótalanítás, bepárlás, ülepítés, lefölözés, elektrodialízis, fordított ozmózis
17. Milyen fürdők alkalmazása terjedt el az alumíniumnak, illetve ötvözeteinek anódos felületmódosítására?
18. Az alábbi fémek galvántechnikai alkalmazása során melyik esetében nem használnak oldódó anódot és miért? Au(I),
Zn(II),
Cr(VI),
Ni(II),
Cu(I),
Cu(II)
19. A hidrogénleválás egyensúlyi (redox) potenciálja az
E2 H / H 0,000 2
RT ln F
aH O 3
pH 2 / p
o
0,059 pH 0,029 lg( pH 2 / p o )
egyenlettel írható le a hidrogén-aktivitás, illetve a vizes oldat pH-ja függvényében. Írja fel az ezzel analóg összefüggést a Zn2+ + 2e- = Zn (pl. a galvánhorganyzásnál lejátszódó folyamatra.
20. Milyen jelenségekkel indokolná azt a tényt, hogy a hidrogénnél (Eo =0,0 V) jóval negatívabb elektródpotenciálú cinket (Eo = -0,74 V), kedvező katódos áramhatásfokkal vagyunk képesek (pl. bevonatképzési célból) többféle galvánfürdőből is eredményesen leválasztani. 21. Az alábbi fémvegyületeket tartalmazó galvánfürdőkből 30 percig és 2 A/dm2 áramsűrűséggel választunk le fémbevonatokat 1-1 m2-es összfelületű tárgyakra. A várható rétegvastagságok szerint állítsa sorrendbe a különböző fürdőket! ρfém/g cm-3 Ar(fém)
KAu(CN)2 19,32 196,97
CrCl3 7,19 51,996
CrO3 7,19 51,996
[Zn(NH3)4]SO4 Ni(SO3NH2)2 7,14 8,9 65,37 58,71
22. Milyen módszerekkel történik az elektrokémiai (anódos) kezeléssel módosított felületű alumínium tárgyak színezése és milyen utókezelések terjedtek el a gyakorlatban?
23. Jellemezze az acéldarabok cinkfoszfátozása során lejátszódó folyamatokat, és sorolja fel a foszfátozás legfontosabb alkalmazásait.
24. Rajzoljon fel vázlatosan egy ún. plazmaszóró készüléket.
25. Mi az elektroforézis, és lehetségesnek tartja-e ezzel a módszerrel zománciszap felhordását a tűzzománcozandó tárgyak/darabok felületére?
26. Sorolja fel a jó minőségben („könnyen”) tűzzománcozható acéllemezekkel szemben támasztott követelményeket/előírásokat.
27. Az alábbiak közül válassza ki az ún. hálózatképző oxidokat! Milyen egyéb komponensei vannak a zománciszapoknak? SnO2, ZrO2, SiO2, Na2O∙Al2O3, B2O3, Na2B4O7∙10H2O, Na2B4O7, Sb2O3, Sb2O5, P2O5
Vizsgakérdések (tételsor) 2012/2013. tanév I. félév – FELÜLETKEZELÉS (Anyagmérnöki szak, BSc, III. évfolyam) 1. 2.
3. 4.
5. 6. 7.
8.
9. 10. 11.
12.
13.
A felületkezelés célja. A felületmódosítás és a felületi rétegképzés, illetve a bevonatok kialakítása módszereinek rendszerezése és jellemzése. Díszítő bevonatok történeti fejlődése a világban. A hagyományos és a modern (’high tech’) módszerek együttélése napjainkban, például az iparművészetben, a formatervezésben és az egyéb műszaki területeken. Vékonyrétegek (felületi filmek) kialakításának fizikai és kémiai eljárásai gőz/gáz fázisból (vákuumgőzölés, katódporlasztás, az ún. PVD, és CVD módszerek és különböző változataik). Vékonyrétegekkel bevont, ill. módosított felületű alkatrészek, szerszámok és egyéb munkadarabok fémipari és egyéb alkalmazásainak fontosabb területei és e módszerek alkalmazásából származó előnyök. Termikus szórás (elvek, anyagok, berendezések, alkalmazások). A termikus szórással képezhető bevonatok jellemzése. Bevonatképzés fémolvadékba mártással (tűzi ónozás, alumíniumozás, tűzihorganyzás). A rétegkiépülés folyamata. Szakaszos és folyamatos munkamódok Az előkészítő és kiegészítő műveletek jellemzése. A felület-előkészítés fontosabb műveletei és eljárásai (mechanikai előkészítés, szemcseszórás, zsírtalanítás, pácolás, öblítés, szárítás). A meghatározó fizikai és kémiai folyamatok jellemzése a felület-előkészítés különféle műveleteinél. Katódos fémleválasztás – galvanizálás (elv, cellák, tartozékok). Galvanizáló sorok felépítése és működtetése. Kiegészítő műveletek és berendezések. A galvánfürdők ellenőrzése és karbantartása; a hulladékoldatok kezelése és ártalmatlanítása. Fémes, illetve fém bázisú bevonatok (pl. ezüst, réz, nikkel-foszfor, stb.) képzése vizes oldatokból egyenáramforrás nélkül (az oldott redukálószer, illetve a szubsztrátum redukáló hatása által). Konverziós rétegek/filmek (foszfátok, kromátok és helyettesítőik, fémszínezés; eloxálás) kialakításának módszerei és a fontosabb alkalmazások. Acélszerkezetek korrózióvédelme. Korrózióvédő bevonatok rendszerezése a felhasználás helye (talaj, atmoszféra, vizek, kültéri, beltéri, műveletközi, stb.) és a bevonatok/bevonatrendszerek fizikai és kémiai jellemzői/összetétele alapján. Az elektrokémiai korrózió és a katódos védelem elve. Tűzzománcozás (elvek, anyagok, berendezések, eljárások, alkalmazások). Zománciszapok összetevői, előállításuk és felhordásuk lehetséges módozatai. Az elektroforetikus rétegképzés elve. A tűzzománc réteg kialakulásának mechanizmusa. Szerves bevonatok (lakkok, festékek; felületek előkészítése festés/lakkozás előtt, a festék-felhordás módszerei; fejlesztési irányok). A porlakkozás (elvek, anyagok, berendezések, műveletek; a porlakkozás alkalmazási területei és előnyös tulajdonságai).
Források: „Korszerű fémipari felületkezelési és hulladékgazdálkodási módszerek” c. CDtankönyv (Szerk.: Török Tamás) vonatkozó fejezetei, az előadások /ppt/ diasorozatai és az Interneten elérhető és feldolgozásra ajánlott dokumentumok: http://www.mze.hu/zom.html http://www.hik.hu/tankonyvtar/site/books/b10102/ http://www.nagev.hu/tuzihorganyzas/index.htm http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0007_01-Feluleti_kezelesek/index.html
Miskolc, 2012. szeptember 1. Dr. Török Tamás sk. e.tanár, tárgyjegyző
5. Egyéb követelmények
