Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

A fémek feldolgozásának kémiai alapjai

A fémek feldolgozásának kémiai alapjai

A fémek redukáló sora

http://hu.wikipedia.org/wiki/Fémek

K, Ca, Na, Mg, Cr, Al, Zn, Fe, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Az alumínium előállítás kémiája:

5.13. ábra - Alumínium előállítás kémiai folyamatai

Alumínium előállítás kémiai folyamatai

5.14. ábra - Alumínium előállítás kémiai folyamatai

Alumínium előállítás kémiai folyamatai

Az oxidáció ellen való védelem

  1. elektronleadó készséget befolyásolja

  2. korrózió: a fém felületéről meginduló átalakulás, amelynek hatására végül a fémtárgy teljesen átalakul, tönkremegy

    1. a legreakcióképesebb fémeket petróleum alatt, másokat zárt edényben tárolják

    2. egyes fémeken védő oxidréteg alakul ki (pl. alumínium, króm, nikkel, cink)

    3. vasat zománccal, festékkel, vagy más fémekkel vonják be a rozsdásodás ellen

A képlékeny alakítás. A képlékenyalakítás feltételezi az adott fém képlékenységét. A képlékenység a fémeknek az a tulajdonsága, hogy alakjuk megfelelő nagyságú külső terhelés hatására maradandóan megváltoztatható anélkül, hogy az anyag atomjai közötti kötés megszakadna.

5.15. ábra - Képlékeny alakítás fizikai leírása

Képlékeny alakítás fizikai leírása

A fémek képlékenyalakítása – általában – rugalmas deformációval kezdődik. A képlékeny alakváltozás akkor következik be, amikor a ható feszültség meghaladja a rugalmassági határt vagy folyáshatárt (σf). Ez a folyamat látható a 15. ábrán, ami egy szakítódiagram általános jellegét mutatja be. A görbe végpontja a szakadás (törés), eddig a képlékenyalakító folyamatok természetesen nem mennek el. A képlékeny alakváltozás úgy tud végbemenni, hogy a fém atomsíkjai egymáson elcsúsznak, ezt a jelenséget hívjuk csúszásnak. A képlékeny alakváltozás másik lehetséges módja az ikerképződés. Az elcsúszás meglehetősen nagy külső erőt igényel. Kisebb erőre (feszültségre) van szükség akkor, ha az atomok nem egyszerre, hanem egyenként mozdulnak el, például egy rácshiba („vakancia”) segítségével. A képlékeny alakváltozás mindig diszlokációk közvetítésével megy végbe.

A fémek képlékenyalakítása történhet melegen, hidegen vagy félmelegen. A felmelegített darabok kisebb erőhatással alakíthatók, mert ilyenkor kisebb az alakítási szilárdság (kf) értéke. Egy régebbi felfogás szerint melegalakításnak azt a műveletet nevezték, amikor alakítás előtt felmelegítik a darabot. Ettől helyesebb az a meghatározás, amely szerint a meleg- és a hidegalakítás között az adott fémre jellemző újrakristályosodási hőmérséklet a választóvonal, nem pedig a darab tényleges hőmérséklete. Ebben az értelemben például az ólom szobahőmérsékleten végzett alakítása melegalakításnak minősül, míg a volfrámot 1000 °C-on még „hidegen” alakítjuk. Az újrakristályosodási hőmérséklet fölött az egymást követő alakítási műveletek között a fém újrakristályosodik, azaz nem lép fel keményedés. Ezzel szemben a hidegalakítás során a darab keményedik, ami egy idő után akár lehetetlenné is teheti a további alakítást. Ilyenkor – ha további képlékenyalakításra van szükség – a fémet lágyítással ismét alakítható állapotba kell hozni.

A forrasztás alapjai

(http://hu.wikipedia.org/wiki/Forrasztás)

A forrasztás egy termikus eljárás fémek összekötésére, „kötőanyag” felhasználásával. Szakszerű lágy- és keményforrasztással több évtizedre létre lehet hozni biztonságos kötést. A forrasztás hőátadás mellett véglegesen összeköt kettő vagy több munkadarabot, forraszanyag és a folyasztószer felhasználásával. A folyasztószer a fémoxidok oldószere. Eltávolítja az oxidokat a forrasztandó felületről, így a felület a forrasztás alatt oxidmentes marad. A folyasztószert lágy, vagy keményforrasztásnál a munkadarabok anyaga és a forraszanyag forrasztási hőmérséklete alapján választjuk ki. A forraszanyag csak tiszta fémes felületen tud hálót képezni, szétfutni és megkötni. Helyes munkamódszer esetén a felhevített forraszanyag hálót képez a forrasztandó felületen, szétfut, és összeköti a két munkadarabot. Fontos tény az is, hogy egy szakszerűen elkészített forrasztási pont extrém magas igénybevételnek, mint pl. vibráció során fellépő dinamikai terhelésnek is ellenáll.

Lágyforrasztásnál a forraszanyag olvadáspontja 450 °C alatt van. Pontosabban: az épületgépészetben lágyforrasztásnál a forraszanyag hőmérséklete nagyjából 250 °C, keményforrasztásnál 670 °C és 730 °C között van. A lágyforraszok közé tartozik az ón (Sn, olvadáspontja 231,9 °C) a bizmut (Bi, 271,3 °C), a kadmium (Cd, 320,9 °C), az ólom (Pb, 327,4 °C, 2006. július 1-jétől tilos az alkalmazása) és a cink (Zn, 419,4 °C), valamint ezek ötvözetei. A keményforraszok az ezüst (Ag, 960 °C), az arany (Au, 1063 °C) és a réz (Cu, 1083 °C), valamint ötvözeteik. Az alumínium (Al) és a magnézium (Mg) gyorsan oxidálódnak, ezért forraszanyagként való alkalmazásuk csak kivételes esetben jöhet szóba.

Réz csövek forrasztásánál az egyes csődarabokat fittingekkel kötik össze. Ezt a technikát hívjuk kapillárisforrasztásnak. A fitting és a cső közötti keskeny résbe folyékony forraszanyag kerül. A forrasztási résnek egyenletesnek kell lennie a teljes átfedési hosszon.

A forrasztáshoz hőforrás is kell. Az épületgépészetben általában nyílt lángú gázégőt vagy egy elektromos ellenállású forrasztógépet használnak. A gázégő gázpalackkal vagy gázpatronnal működik. Például: propánégő (levegőből veszi az oxigént), propán-oxigénégő, acetilén-oxigénégő. Az égőt és a gázt úgy kell kiválasztani, hogy a forrasztandó felület teljes hosszában, a lehető legrövidebb idő alatt felmelegedjen munkahőmérsékletre. A kíméletes melegítés lágy, redukáló lángot eredményez. Az elektromos ellenállású forrasztógép a hőt a munkadarabbal közvetlenül érintkező elektródával adja át. Ezt elsősorban lágyforrasztásnál használják.