Upload
willa
View
51
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Vnitřní napětí katodicky vyloučených povlaků kovů. Přednášející:Ing. Xenie Ševčíková, Ph.D. 1. Techniky experimentálního šetření povrchového napět í. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Integrita 1
Vnitřní napětí katodicky vyloučených povlaků kovů
18.02.2013
Přednášející: Ing. Xenie Ševčíková, Ph.D.
Integrita 2
1. Techniky experimentálního šetření povrchového napětí
• Metoda dilatometrická umožňuje provádět hodnocení průměrného vnitřního napětí 1. druhu (makropnutí) galvanicky vyloučených povlaků v celém jeho průřezu.
• Obecně lze tuto metodu charakterizovat jako kvantitativní hodnocení deformace pokovovaného vzorku v průběhu galv. procesu.
• Napětí 1. druhu může dosahovat hodnot přesahujících mez pevnosti vyloučeného kovu, vedoucí v konečném důsledku destrukci povlaku.
18.02.2013
Integrita 3
1. 1 Techniky experimentálního šetření povrchového napětí
18.02.2013
Vliv přísad na vlastnosti a vzhled povlaků
Obr. 1 Vliv vnitřních napětí povlaku Ni-Fe na jeho vzhled při různém obsahu přísady snižující vnitřní
napětí
Integrita 4
1. 2 Techniky experimentálního šetření povrchového napětí
• Vnitřní napětí je důsledkem mřížkových poruch a deformací mřížky, ke kterým dochází během procesu galvanického vylučování kovů.
• Dilatometrickou metodou lze zjišťovat pouze vertikálně orientovaná napětí.
• Průběh napětí ve směru příčném a ve směru růstu vrstvy tímto způsobem měřit nelze.
• Rostoucí napětí může v některých případech snížit kvalitu přilnavosti a korozní odolnosti vyloučené vrstvy.
18.02.2013
Integrita 518.02.2013
2. Vliv přísad na vlastnosti a vzhled povlaků
Obr. 2 Vliv komerční přísady (EL) na vnitřní napětí povlaku Ni-Fe
Integrita 618.02.2013
Obr. 3 Schéma , komponenty dilatometrického měření, IS – metr, měřící pracoviště
3. Příprava a průběh měření
ČSN 03 8162 Elektrolyticky vyloučené kovové povlaky – Metoda stanovení vnitřního napětí. Praha: Český normalizační institut, 1987.
Integrita 718.02.2013
4. Povlaky vyloučeny z elektrolytu na bázi Fe
Obr. 4 Nerovnoměrný povlak. Příčinou může být nižší teplota chloridové lázně s kombinací nízké proudové hustoty. Vzorek byl vyloučen při proudové hustotě 2 A/dm2 a teplotě 80°C. Na zkušebním vzorku bylo provedeno několik měření k získání střední hodnoty tloušťky vyloučené Fe vrstvy. Tato hodnota byla 15,2 µm.
Integrita 818.02.2013
5. Povlaky vyloučeny z elektrolytu na bázi Ni-Fe
Obr. 5. 1 Vodíkový pitting
Ni-Fe povlaku.
Obr. 5 Lamelární struktura Ni-Fe povlaku, lehce vroubkovaná
v důsledku nečistot povlaku (M 200:1)
Obr. 5. 2 Anomální průběh prvotního vyloučení mezivrstvy
Ni charakteru (M 20:1)
Integrita 9
WEIGHT % Si Mn Fe Ni
1 13,24 86,762 8,22 91,783 25,81 74,194 37,22 62,795 15,38 84,62
6-Fe povrch Si 0,70 Mn 0,91 98,40 7-Ni-Fe pov. 26,60 73,40
18.02.2013
Tab.1 Hodnoty obsahu Fe a Ni ve slitinovém povlaku povlaku
Obr. 5. 3 Vlevo: slitinový povlak Ni-Fe, vpravo: galv. povlak Fe
Integrita 10
6. Závislost obsahu Fe v povlaku v návaznosti
na obsahu železa v elektrolytu
18.02.2013
Ob
sah
Fe
v p
ovla
ku [
% ]
Koncentrace Fe v lázni [ mol / l ]
Integrita 11
6. 1 Závislost koncentrace Fe v elektrolytu
na vnitřním napětí
18.02.2013
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Koncentrace Fe v lázni [mol / l ]
Integrita 1218.02.2013
6. 2 Katodická proudová účinnost v závislosti na koncentraci Fe v elektrolytu
Kat
odic
ká
pro
ud
ová
úči
nn
ost
η [
A /
d m
2 ]
Koncentrace Fe v lázni [ mol / l ]
Integrita 13
6. 3 Závislosti vnitřního napětí na proudové hustotě
18.02.2013
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Proudová hustota [A / dm2]
Integrita 14
6. 4 Závislost vnitřního napětí na teplotě
18.02.2013
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Teplota T [°C ]
Integrita 15
6. 5 Závislost vnitřního napětí na obsahu Sacharinu
18.02.2013
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Integrita 16
7. Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu
18.02.2013
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Doba vylučování Fe povlaku [ min ]
Graf 1. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 2A/dm2
Integrita 1718.02.2013
7. 1 Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Doba vylučování Fe povlaku [ min ]
Graf 2. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 5A/dm2
Integrita 1818.02.2013
7. 2 Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu
Vn
itřn
í nap
ětí [
MP
a ]
Doba vylučování Fe povlaku [ min ]
Graf 3. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 10A/dm2
Integrita 19
7. 3 Shrnutí
• Vzorky vyloučené z chloridové lázně o teplotě 50°C dosahovaly nejvyšších hodnot vnitřního napětí ve vyloučeném Fe povlaku. Úprava elektrolytu zvýšením koncentrace FeCl2 na 300 [g/l] se u povlaků projevila zvýšením napětí, doloženo v grafech 1 - 3.
• Snížení pracovní teploty lázně chloridového elektrolytu a navýšení hodnoty proudové hustotu má negativní dopad ve smyslu rostoucí tendence hodnot vnitřního napětí povlaků.
• Nejnižších hodnot napětí, bylo dosaženo u chloridového elektrolytu o teplotě 93°C, tato teplota je velice energeticky náročná
18.02.2013
Integrita 20
8. Degradační procesy
18.02.2013
Obr 8. Degradace Fe povlaku, síťoví trhlin, ztráta přilnavosti, na povrchu jsou soli procesních chemikálií,
koroze
Integrita 21
8. 1 Degradace Ni, Fe povlaku
18.02.2013
Obr 8. 1 Trhliny na povrchu povlaku a příčné, šířka trhlin 1 – 5 mm
Integrita 22
8. 2 Kombinované degradačí faktory – I.
18.02.2013
Integrita 23
8. 3 Kombinované degradačí faktory – II.
18.02.2013
Integrita 24
9. Popis přípravy experimentální Fe lázně
18.02.2013
FeCl2
(g/l)
CaCl2
(g/l)
Proudová
hustota (A/dm2)
Teplota
lázně
°C
pH
250 150 2, 5, 7, 1093, 80,70,
501,5
Tab. 9. 1 Výchozí složení chloridového elektrolytu:
Tab.9. 2 Parametr úpravy chloridového elektrolytu:
FeCl2
(g/l)
CaCl2
(g/l)
Proudová
hustota (A/dm2)
Teplota
lázně
°C
pH
300 200 2, 5, 7, 1093, 80,70,
501,5
Integrita 25
9. 1 Chemické složeni slitinové Ni-Fe lázně
• NiSO4 . 7H2O 0,7 mol/l ~ 200g/l
• FeSO4 . 7H2O 0,05 mol/l ~ 14g/l
• KOH 0,12 mol/l ~ 6,7 g/l • KBr 0,085 mol/l ~ 10 g/l • H3BO3 0,5 mol/l ~ 30 g/l
• Laurylsíran sodný 0,2 g/l• Sacharin 2 g/l• pH lázně bez Sacharinu 2,7• pH lázně s přídavkem Sacharinu 2,5
18.02.2013
Integrita 26
10 Příklad výpočtu pro slitinový povlak Ni-Fe
18.02.2013
1. Hmotnost vyloučeného povlaku : gmmmk 12
2. Výpočty hmotnosti povlaku: gtslm 2
3/68,82,08,78,09,82,08,0 cmgFeNi
3. Tloušťka povlaku t= 8 .10-4cm, šířka pásku 10mm, délka pásku 165mm. Směsná hustota:
4. Výpočet napětí: E = 1,67 . 105 MPa modul pružnosti ocelového pásku, d = 0,05 mm tloušťka pásku: MPa
tl
ldE
2
5. Katodická proudová účinnost: %100.
k
k
IM
mFz
Molární hmotnost, (Ni = 58,71 g/mol, Fe = 55,8 g/mol), Molární hmotnost slitiny Ni-Fe : 0,2 . 55,8 + 0,8. 58,71 = 58,128 g/mol, Faradayova konstanta F = 96 500 C/mol = 1608 A. min/mol, Počet nábojů z: Ni = 2, pro Fe= 2
Integrita 27
10. 1 Příklad výpočtu Ni-Fe
18.02.2013
6. Čas, při kterém je vyloučena tloušťka povlaku 8μm:
mink
k
m
lmT
Hmotnost povlaku o tloušťce t = 8 μm: m = 2 . ρ . l . s . t [ g ], Hmotnost získaného povlaku mk, Doba ukončení experimentu τk
7. Teoretická tloušťka povlaku: IKslF
MItt
22
8. Proudové hustota: i = 1A/dm2
9. Výpočet proudu: I = 1A/dm2 . 0,35 = 0,35A•Vnitřní napětí pomocí IS-metru, odečet nám zkracuje a prodlužuje vzorek. Délkové rozdíly dosadíme do vzorců a získáme vnitřní napětí.•Vizuální makro-mikroskopická kontrola struktury povlaku – (rovnoměrnost vyloučení povlaku, peeting, lesk povlaku, spálení povlaku v důsledku vyšších proudů) .•Obsah Ni a Fe v povlaku – pomocí řádkovacím elektronovým mikroskopie REM a spektrálním analyzátorem (EDS) INCA x-act – jemnost, rovnoměrnost struktury, uspořádání globulární a lamelární, tvorba lamel..
Integrita 28
Děkuji za pozornost
18.02.2013