Felületnemesítés fémbevonatokkal

Tartalom

Bevezetés..........................15
1. Fémbevonatok készítése termikus eljárásokkal..........................17
1.1. Termodiffúziós fémbevonás ..................................................17
1.1.1. A tisztafémek és a fémötvözetek szerkezeti tulajdonságai ..........................18
1.1.1.1. A fémek kristályszerkezete ..............................................................18
1.1.1.2. Szerkezeti deformációk a fémkristályrácsban; diszlokációk .... 22
1.1.1.3. Tisztafémek, többalkotós fémrendszerek, ötvözetek ....................24
1.1.1.4. Többalkotós fémrendszerek egyensúlyi állapota, fázisdiagramok 25
1.1.2. Diffúziós folyamatok a fémekben....................................................................26
1.1.2.1. A fématomok helyváltoztatása a fémrácsokban ............................26
1.1.2.2. Interszticiós és szubsztitúciós diffúzió ............................................27
1.1.2.3. A fémdiffúzió irányai ........................................................................30
1.1.2.4. A harmadik ötvözetalkotó hatása a diffúzióra ..............................32
1.1.2.5. Az aktív és a reaktív diffúzió szerepe a rétegszerkezet kialakulásában ..........................34
1.1.2.6. Az alapfém szerkezeti tulajdonságainak szerepe a diffúziós réteg
kialakulásában ..........................35
1.1.3. A termodiffúziós együttható ..........................36
1.1.3.1. A termodiffúzió sebessége ..........................36
1.1.3.2. A diffundáló fém koncentrációjának hatása a diffúziós együtthatóra ................... 37
1.1.3.3. A hőmérséklet hatása a diffúziós réteg kialakulására ..................38
1.1.4. A diffúziós rétegek tulajdonságainak vizsgálata ..........................................51
1.1.5. A termodiffúziós fémbevonás technológiája....................................................51
1.1.5.1. Termodiffúziós fémbevonás fémporba ágyazással ........................51
a) Termodiffúziós horgonyzás fémporba ágyazással ....................53
b) Termodiffúziós aluminiumozás fémporba ágyazással ..............54
c) Termodiffúziós krómozás fémporba ágyazással ......................58
d) Termodiffúziós sziliciumozás (szilicirozás vagy szilikálás)
fémporba ágyazással ..................................................................61
1.1.5.2. Termodiffúziós fémbevonás fémolvadékba mártással ....................62
a) Tűzi-mártó horgonyzás................................................................53
b) Tüzi-mártó alumíniumozás..........................................................53
c) Tüzi-mártó ónozás ....................................................................71
d) Tűzi-mártó ólmozás ..................................................................72
1.1.5.3. Termodiffúziós fémbevonás folyékony közegben ráolvasztással 73
a) Rozsdaálló acélbevonat készítése ráolvasztással......................73
b) Vastag ólombevonat készítése ráolvasztással (homogén ólmozás) ..............................................................................................73
c) Ónozás ráolvasztással (dörzsónozás)........................................74
d) Rezezés ráolvasztással................................................................74
e) Cink-, alumínium- és más fémbevonatok készítése szerves
kötőanyagban szuszpendált fémpigmentek ráolvasztásával .. 75
1.1.5.4. Termodiffúziós fémbevonás gázközegben ......................................75
a) Krómozás gázközegben (inkromálás) ......................................76
b) Szilicírozás gázközegben ............................................................76
1.1.5.5. Fémbevonás gázközegben termoredukciós kezeléssel ....................76
a) Nikkelezés gázközegben............................... 77
b) Cirkóniumbevonat készítése gázközegben ................ 77
1.2. Termomechanikai fémbevonás .......................................... 77
1.2.1. A fémszórás folyamatai.......................................... 78
1.2.1.1. A fémek olvasztása és porlasztása ..................................................78
1.2.1.2. A szórt fémszemcsék hőmérséklete..................................................82
1.2.1.3. A szórt fémszemcsék nagysága ......................................................83
1.2.1.4. Szemcseeloszlás a szóráskúpban ....................................................84
1.2.1.5. A szórt fémszemcse sebessége és gyorsulása ................................85
1.2.1.6. A rétegképződés folyamata ..............................................................87
1.2.2. A szórt fémbevonatok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata ..................88
1.2.3. A szórt fémek mechanikai megmunkálhatósága............................................92
1.2.4. A termomechanikai fémbevonó eljárások technológiái ................................93
1.2.4.1. Fémszóró eszközök és műhelyberendezések.................. 93
a) Fémszóró pisztolyok....................................................................93
b) A levegőellátás berendezései ......................................................96
c) A gázellátás berendezései ..........................................................97
d) Szellőzőberendezések ..................................................................97
1.2.4.2. Fémbevonás hagyományos fémszórással ........................................97
a) Felületelőkészítés fémszórás előtt ............................................98
b) A fémszórás technológiai követelményei ..................................101
c) Szórt cinkbevonatok....................................................................102
d) Szórt alumíniumbevonatok ........................................................104
e) Egyéb szórt fémbevonatok ........................................................105
1.2.4.3. Szórt fémrétegek utókezelése ..........................................................106
1.2.4.4. Szórt fémbevonatok alkalmazásának irányelvei ............................107
1.2.5. Fémbevonás különleges eljárásokkal ..............................................................109
1.2.5.1. A szóróhegesztés technológiája ........................... 109
1.2.5.2. Nagy olvadáspontú anyagok szórása ....................... 109
a) Szórás robbantópisztollyal............................. 119
b) Plazmaszórás........................................ 120
1.2.5.3. Fémbevonás plattírozással ............................... 123
1.3. Vákuumtechnikai fémbevonás ....................................................................................124
1.3.1. Bevonatkészités vákuumgőzöléssel ................................................................125
1.3.1.1. Berendezések, eszközök....................................................................125
1.3.1.2. A fémgőzölés technológiája ............................................................128
1.3.2. Bevonatkészítés katódporlasztással ................................................................130
1.3.2.1. A katódporlasztás alapelve és eszközei ..........................................130
1.3.2.2. A katódporlasztás technológiája ....................................................131
1.3.3. Keményfémbevonat-készítés szikrakisüléssel ................................................133
1.3.4. A vákuumtechnikai eljárással készült fémbevonatok vizsgálata ................133
2. Fémbevonatok készítése kémiai eljárásokkal ..........................135
2.1. A kémiai redukciós fémbevonás elmélete ..........................135
2.1.1. A kémiai redukció folyamata és a rétegképződés mechanizmusa................135
2.1.2. A redukciós fémbevonó oldatok általános jellemzői......................................138
2.2. A kémiai redukciós fémbevonó eljárások technológiája..........................139
2.2.1. Felületelőkészítés a redukciós fémleválasztáshoz ........................................143
2.2.1.1. Felülettisztítás....................................................................................143
2.2.1.2. Aktiválás és szenzibilizálás ..............................................................143
a) Aktiválás és szenzibilizálás savas pácoló kezeléssel................144
b) Szenzibilizálás adszorpciós fémfilmréteg-készitéssel ..............144
c) Szenzibilizálás kontakt-elektrokémiai eljárással......................144
d) Speciális felületkezelési eljárások ............................................145
2.2.2. Kémiai redukciós fémbevonási eljárások ......................................................146
2.2.2.1. Rézbevonat készítése ........................................................................146
2.2.2.2. Nemesfémbevonatok készítése..........................................................146
2.2.2.3. Vasfémbevonatok készítése ..............................................................149
a) Nikkelezés Kanigen-eljárással ..................................................150
b) Nikkelezés Nibodur-eljárással ..................................................155
c) Kobaltozás, vasazás és krómozás ..............................................159
2.2.2.4. Egyéb fémbevonatok készítése ........................................................159
2.2.3. A kémiai redukcióval készített bevonatok utókezelése ................................161
2.3. A kémiai redukcióval készített fémbevonatok alkalmazásának irányelvei .... 161
3. Fémbevonatok készítése elektrokémiai eljárásokkal ..........................163
3.1. Az elektrokémiai fémbevonás elmélete ..........................163
3.1.1. Az elektrolitoldatok tulajdonságai ................................................................164
3.1.1.1. Az elektrolitos disszociáció jelenségei ............................................164
3.1.1.2. Az elektrolitos disszociáció mennyiségi jellemzői; disszociációs
egyensúly ..........................................................................................165
3.1.1.3. A víz disszociációja, hidrogén ion-koncentráció, pH-érték............166
3.1.1.4. Az elektrolitoldatok szerkezete........................................................167
3.1.2. Az elektrolitoldatok és a fémek közötti kölcsönhatás ................................170
3.1.2.1. Fémek elektrolitos oldáselmélete ....................................................170
3.1.2.2. Ionkicserélődési folyamatok ............................................................171
3.1.3. Az elektromosság vezetése az elektrolitoldatokban ......................................174
3.1.3.1. Az elektrolízis jelenségei ..................................................................174
a) Elsődleges és másodlagos folyamatok........................................174
b) Az elektrolitoldatok áramvezető képessége ............................177
3.1.4. Az elektrolízis mennyiségi törvényei és alkalmazásuk a galvántechnikában................................................................................179
3.1.4.1. A Faraday-törvények ........................................179
3.1.4.2. A kísérleti jellemzők kiszámítása a Faraday-törvények alapján 180
3.1.5. Az áramvezetés heterogén eloszlása az oldattérben, az áramszórás jelenségei .......................................................... 181
3.1.5.1. Az ionmozgás pályái .................................... 182
3.1.5.2. Az áramszóró képesség jellemzői .......................... 133
a) Primer áramszóró képesség............................ xg3
b) Szekunder áramszóró képesség ........................ 184
c) Az áramszóró képesség mérése ........................ 185
3.1.5.3. Influenciajelenségek az elektrolizáló áramtérben, bipoláris áramvezetés ................................................ 186
3.1.6. A galvanikus fémleválás morfológiai és szerkezeti jellemzői, elektrokrisztallizációs folyamatok .......................................... 192
3.1.6.1. Az alapfém felületi minőségének hatása a fémbevonatra...... 193
3.1.6.2. A technológiai körülmények hatása a fémbevonat minőségére 195
3.1.6.3. A fémmel együtt leváló idegen anyagok hatása a fémbevonatra 197
a) A hidrogén hatása.................................... 197
b) Nemfémes mechanikai szennyeződések hatása ............ 198
c) Anionszennyeződések hatása .......................... 200
d) A bevonófémmel együtt leváló idegen fémek hatása........ 200
3.1.6.4. Az inhibitorok hatása a fémbevonatokra ................... 201
3.1.7. Az elektrolízisnél keletkezett hő, a galvánfürdő villamos terhelhetősége 203
3.2. Az elektrokémiai fémbevonó eljárások technológiája ....................... 205
3.2.1. Berendezések, eszközök ......................................... 205
3.2.1.1. Felületkezelő kádak, tartályok és tartozékaik ............... 205
3.2.1.2. A kádak fűtése és hűtése ................................ 208
3.2.1.3. Szellőző-és elszívóberendezések .......................... 210
3.2.1.4. A felületkezelő berendezések csoportosítása működtetésük alapján ........................ 212
a) Egyszerű kádberendezések............................. 213
b) Automata berendezések ............................... 214
c) Berendezések kisméretű, nagy darabszámú gyártmányok felületkezeléséhez ............................. 217
d) Automatikus berendezések huzalok és szalagok felületkezeléséhez; áthúzóberendezések .................. 221
3.2.1.5. Áramszolgáltató berendezések, áramvezető szerelvények....... 221
3.2.2. Az elektrokémiai fémbevonás üzemi eljárásai ....................... 226
3.2.2.1. A fémleválasztó eljárás kiválasztásának irányelvei............ 226
3.2.2.2. A fémleválasztás technológiai műveletei, típustechnológiák .... 231
3.2.3. Felülettisztítás és -simítás az elektrokémiai fémbevonás előtt .......... 237
3.2.3.1. Rozsdátlanítás és simítás mechanikai eljárással .............. 237
a) Köszörülés, csiszolás és polírozás ............................................237
b) Homok- és sörétfúvatás ............................................................238
c) Koptatás forgó dobban és harangban ......................................238
d) Folyadéksugaras polírozás..........................................................238
3.2.3.2. Rozsdátlanítás és simítás kémiai eljárással ..................................239
a) Kémiai oxidmentesítés, pácolás..................................................239
b) Fémek felületsimitása kémiai polirozással................................242
3.2.3.3. Rozsdátlanítás és simítás elektrokémiai eljárással ........................242
a) Elektrokémiai oxidmentesités ....................................................242
b) Fémfelületek elektrokémiai polírozása......................................243
3.2.3.4. Zsírtalanítás ......................................................................................243
a) Zsírtalanítás kémiai eljárással ..................................................245
b) Zsírtalanítás elektrokémiai eljárással ......................................246
c) Zsírtalanítás ultrahanggal..........................................................247
d) Egyéb szennyeződések eltávolítása kémiai eljárással ..............247
3.2.4. A felületkezelés segédműveletei ..........................249
3.2.4.1. Mosás ..........................249
3.2.4.2. Dekapirozás ..........................249
3.2.4.3. Közömbösítés ..........................250
3.2.4.4. Passziválás ..........................250
3.2.4.5. Szárítás ..........................251
3.3. Fémbevonatok készítése külső áramforrás nélkül, cementálás ............... 251
3.3.1. Rezezés ....................................................... 255
3.3.2. Ezüstözés és aranyozás .......................................... 255
3.3.3. Nikkelezés .................................................... 255
3.3.4. Ónozás ....................................................... 256
3.3.5. Horganyzás.................................................... 256
3.3.6. Kadmiumozás ................................................. 256
3.3.7. Platina fémbevonatok ........................................... 256
3.3.8. Egyéb fémbevonatok készítése cementálással ....................... 256
3.4. Fémbevonatok készítése külső áramforrással, galvanizálás .................. 257
3.4.1. A galvanizálást befolyásoló tényezők .............................. 257
3.4.1.1. A bevonandó fém minősége ..............................................................257
3.4.1.2. A galvánfürdő minősége....................................................................257
3.4.1.3. A galvanizálás technológiai jellemzői ............................................258
3.4.2. Galvanizálási eljárások ..........................260
3.4.2.1. Rézbevonatok készítése .................................. 260
a) Rezezés komplextartalmú lúgos fürdőkben ............... 260
b) Rezezés savas fürdőkben .............................. 263
3.4.2.2. Nikkelbevonatok készítése................................ 267
a) Hagyományos nikkelezőfürdők..................................................270
b) Nagy teljesítményű és különleges nikkelezőfürdők ................275
c) A nikkelezés alkalmazástechnikai irányelvei............................275
3.4.2.3. Krómbevonatok készítése..........................279
a) A krómréteg képződésének jellemzői........................................279
b) A krómréteg főbb jellemzői ......................................................284
c) Az alapfém minőségének hatása ..............................................290
d) A krómozási technológia műveletei ..........................................291
e) Krómtalanítás ..............................................................................299
3.4.2.4. A krómleválasztási folyamatok elektrokémiai jellemzői..............299
a) Krómozás hagyományos kénsavas krómfürdőkben ................299
b) Krómozás új típusú krómozófürdőkben .................. 303
c) Új módszerek a Cu-Ni-Cr bevonatrendszerek korrózióállóságának növelésére ............................... 307
d) Eljárások feketekróm-bevonatok készítéséhez............. 308
3.4.2.5. Cinkbevonatok készítése ................................. 311
a) Horganyzás cianidós-lúgos fürdőkben ................. 313
b) Horganyzás savas fürdőkben .......................... 316
c) Cinkbevonatok kémiai utókezelése ..................... 317
3.4.2.6. Kadmiumbevonatok készítése ............................. 318
3.4.2.7. Ónbevonatok készítése................................... 320
a) Ónozás lúgos fürdőkben .............................. 321
b) Ónozás savas fürdőkben .............................. 322
3.4.2.8. Ólombevonatok készítése ................................ 324
3.4.2.9. Alumíniumbevonat-készítés eljárásai ....................... 327
a) Aluminiumbevonatok készítése sóolvadékba galvanizálással.. 327
b) Aluminiumbevonatok készítése szerves oldószeres alumíniumsó-oldatban .............................. 328
3.4.3. Nemesfémbevonatok készítése .................................... 329
3.4.3.1. Ezüstözés cianidos fürdőkben ............................. 329
3.4.3.2. Aranyozás cianidos fürdőben.............................. 332
3.4.3.3. Platinázás, ródiumozás, palládiumozás ..................... 332
3.4.4. Galvanikus ötvözetbevonatok készítése ............................ 333
3.4.4.1. A galvanikus ötvözetbevonat-készítés technológiai feltételei.. 334
3.4.4.2. Vascsoportba tartozó ötvözetbevonatok készítése ........................336
3.4.4.3. Rézötvözet-bevonatok készítése ......................................................338
3.4.4.4. ónötvözet-bevonatok készítése ........................................................341
3.4.4.5. Nemesfémötvözet-bevonatok készítése ..........................................342
3.5. Diszperziós fémbevonatok készítése...................................... 344
3.5.1. Diszperziós réz-és nikkelbevonatok készítése ....................... 346
3.5.1.1. Cu-C- és Cu-MoS2-, továbbá Ni-C- és Ni-MoS2-bevonatok ................................................... 346
3.5.1.2. Nikkel-cermet diszperziós bevonatok...................... 348
3.5.1.3. Króm-cermet diszperziós bevonatok....................... 352
3.5.1.4. Egyéb diszperziós fémbevonatok........................... 355
3.6. Galvanoplasztika, elektroformázás ...................................... 356
3.6.1. A galvanoplasztika és az elektroformázás alapműveletei .............. 356
3.6.1.1. Mintakészítés .......................................... 357
a) Mintakészítés öntéssel................................................................357
b) Mintakészítés sajtolással ..........................................................358
c) Mintakészítés forgácsolással ....................................................359
3.6.1.2. A minta áramvezetővé tétele ..........................................................359
3.6.1.3. Választóréteg kialakítása..................................................................359
3.6.1.4. Galvanoplasztikai, ill. elektroformázási technológia ....................360
3.6.1.5. A galvanoplasztikával, ill. az elektroformázással készült munkadarabok utólagos megmunkálása ....................................................363
3.6.2. Félkésztermékgyártás elektroformázással........................... 364
3.6.3. Fém munkadarabok felületkialakítása ecsetelő galvanizálással ......... 367
3.7. Műanyagok galvanikus fémbevonása..........................369
3.7.1. A műanyaggalvanizálás elmélete ..........................369
3.7.2. A műanyaggalvanizálás technológiája ..........................372
3.8. A kémiai redukciós és galvanikus fémbevonatok eltávolítása a munkadarabról .. 377
3.9. Fémbevonatok minőségének vizsgálata ...................................377
3.9.1. A bevonat minőségének azonosítása ..........................378
3.9.2. A díszítőhatás vizsgálata..........................380
3.9.3. Rétegvastagság-mérés ..........................380
3.9.4. Mechanikai tulajdonságok vizsgálata ..........................382
3.9.4.1. Fémbevonatok tapadási vizsgálata ..........................382
3.9.4.2. Keménységmérés..........................383
3.9.4.3. Kopásállóság-mérés ..........................383
3.9.5. A korrózióállóság vizsgálata..........................385
3.9.5.1. A korrózióállóság vizsgálata gyorsított eljárással..........................385
3.9.5.2. A korrózióállóság vizsgálata természetes körülmények között... 387
3.9.6. Különleges vizsgálatok ..........................388
Irodalom ..........................389
Tárgymutató..........................393

Témakörök