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Kartei Details
| Karten | 278 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Allgemeinbildung |
| Stufe | Andere |
| Erstellt / Aktualisiert | 02.02.2016 / 02.02.2016 |
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Welche vier Zeitgesetzte gibt es, wie werden sie beschrieben und wann treten sie auf?
Parabolische Massenzunahme
es bildet sich eine porenfreie und fest haftende Oxidschicht -> kein direkter Kontakt mehr zwischen Gas und Metall
Damit Schicht wachsen kann müssen Ionen da durchdiffundieren, was mit zunehmender Schicktdicke immer länger dauert --> abnehmende Wachstumsgeschwindigkeit
\({\Delta m \over A} = \sqrt{k_p *t}\)
Welche vier Zeitgesetzte gibt es, wie werden sie beschrieben und wann treten sie auf?
Durchbruchoxidation (Breakaway-Oxidation)
Schützende Oxidschicht kann u.U. nach einer Zeit aufbrechen (z.B. Eigenspannungen) -> Metall und Sauerstoff haben Kontakt und Metall oxidiert
Geschwindigkeit verlangsamt sich mit Bindung der Oxidschicht, bis sie wieder abplatzt z.B. Tantal und Niob
Welche vier Zeitgesetzte gibt es, wie werden sie beschrieben und wann treten sie auf?
Linearer Massenverlust (katastrophale Oxidation)
Deckschichtabplatzung durch Drucksappnungen, die duch das Wachstum der Oxidschichten entstehen
Verflüssigung der Oxidschicht (z.B. V2O5 bei 658° oder MoO3 bei 795°)
Verdampfung der Oxidschicht (WO3 ab 700° Cr2O3 bei über 900°)
Wie wird der PBW (Pilling-Bedworth-Wert) berechnet?
Verhältnis zwischen Oxid- und Metallvolumen
Kann helfen die Schutzwirkung von Oxidschichten abzuschätzen
In welchen Kategorien lassen sich Oxidschichten nach PBW einteilen?
PBW< 1 : keine Schutzwirkung; Schicht porös durch Rissbildung verursacht duch Zugspannung (z.B.MgO)
PBW > 1: Bildung schützender Schichten möglich (z.B. Al2O3, Cr3O3)
PBW >>2: Versagen durch Druckeigenspannungen bei zusätzlicher Sauersoffionendiffusion, d.h. Wachstum am Interface Metall/Oxidschicht (z.B. Fe2O3, V2O5)
Wie läuft die Aufkohlung ab?
C diffundiert in den Werkstoff
Bei Überschreitung der Löslichkeit -> Karbidbildung im Inneren bevorzugt entlang der Korn- und Zwillingsgrenzen
Diffusionsstopp wenn der gesamte Karbidbildner (meist Cr) aufgebraucht ist
Welches Problem ist mit der Aufkohlung verbunden?
Cr wird durch Karbidbildung gebunden -> Versprödung durch hohen Karbidanteil und keine Bindung einer schützenden Deckschicht mehr möglich, da Chrom fehlt
Welche Probleme sind mit der Aufstickung verbunden?
Reduktion der Oxidationsbeständigkeit durch Binden der Oxidschichtbildner
Hohe Eigenspannung durch Nitridbildung -> Rissbildung und Abplatzen der Schicht
Welche Probleme sind mit der Aufschwefelung verbunden?
Deutlich höhere Reaktionsgeschwindigkeit wegen höhere Fehlordnung der Sulfide im Vergleich zu den Oxiden
PBW < 1 kommt nicht vor; PBW >>1 und damit Abplatzen der Schicht bei vielen Sulfieden wahrscheinlich
Reduzierte Oxidationsbeständigkeit, da Oxidbildner als Sulfide gebunden sind. Die Sulfide können selektiv oxidiert werden, wobei der frei werdende Schwefel weiter in den Werkstoff eindringt und ihn schädigt.
Was charakterisiert die Heißgaskorrosion?
Ist eine Form der HA-Korrosion in Gegenwart von Salzschmelzen
Im Vergleich zur reinen Oxidation finder der Angriff deuthlich schneller statt --> auf dem Werkstoff bildet sich eine poröse und nicht schützende Mischoxidschicht
Im Inneren bilden sich meist Silfide, seltener Karbide
Woher stammen die Salzschmelzen?
Prozessstoffe
Produkte der Verbrennung von Luft und Brennstoff --> Kondensation an Bauteil
Welche Elemente sind ausschlaggebend für die Heißgaskorrosion und woher stammen sie?
Sauerstoff, Schwefel und Natrium
Die Salze, vor allem Na2SO4, bilden sich durch Verunreinigungen der Brennstoffe und die Schadstoffe aus der Luft während der Verbrennung
Heißgaskorrosion abhängig vom Brenstoff und Standort
Welche zwei Arten von Heißgaskorrosion werden unterschieden?
Typ 1: HAT-Heißgaskorrosion zwischen 800 und 1000°C Kennzeichen: basische Aufschlussreaktion
Typ 2: NT-Heißgaskorrosion unter 800°C Kennzeichen: saure Aufschlussreaktion
Wie verläuft der Angriff durch NT/HT Heißgaskorrosion und Oxidation? (Bild)
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Wie läuft die NT-Heißgaskorrosion ab?
Nachdem durch einen sauren Aufschluss (Säure: Verbindung, die Elektrone aufnimmt) Metalloxide der Legierungselemte zu Sulfaten reagiert sind, können diese mit Na2SO4 niedrig schmelzende Eutektika bilden. Der Angriff erfolgt erst nur lokal und zeigt sich als grübchenförmige Auflösung
Teilreaktionen des sauren Aufschlusses: Oxid -> Me-Ionen + O2
O^2- + SO3 -> SO4 ^2-
SO4^2- + Me-Ionen -> Sulfat
Wlechen Einfluss haben Legierungselemte bzw. Brennstoffbestandteile?
Legierungselemte: Al, Co: ungüsntig; Cr, Si: günstig
Brennstoffbestandteile: Na,So3, Cl: ungünstig
Wie läuft die HT-Heißgaskorrosion ab?
Bei geringerem SO3-Partialdruck aber einer höheren O^2- konzentration ragieren metalloxide basisch zu MO2-. Nach dem fächigen Auflösen der Oxidschicht entstehen durch den Schwefel aus der Salzschmelze Sulfide im Metall
Teilreaktion des basischen Afuschlusses: M-Oxid + O^2- --> MO^2-
Wehclen Einfluss haben Legierungselemte bzw. Brennstoffbestandteile?
Legierungselemte: Cr, Co, Hf, Ta (Al,Si): günstig
Brennstoff: Mg: günstig;
V, Na, K, SO3, Cl: ungünstig
Was sind Charakteristika der Grundwerkstoffoptimierung?
Meist Optimierung der strukturellen Eigenschaften, um maximale Lasttragfähigkeit zu erhöhen
Teils Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Bildung einer langsam wachsenden, fest haftenden Schutzschicht durch geeignete Legierungselemente
Was sind die Charakteristika der Beschichtungen gegen Hochtemp.korrosion
Schutz durch chemische inerte oder aktive Beschichtungen
Optimierung der Beschichtung für max Korrosionsschutz durch Legierungsentwicklung
Beschichtung muss physikalisch und chemisch mit dem Grundwerkstoff kompatibel sein sowie ausreichend auf dem Substrat haften
Welche 2 Hauptgruppen und jeweiligen Untergruppen von Beschichtungen können für den Hochtemp.korrosionsschutz verwendet werden? Welche Arten von Schichten werden jeweils abgeschieden?
Auflageschichten: Thermisches Spritzen, PVD-Verfahren; Schichtverfahren: M-Cr bzw. M-Cr-Al-(Y)-Schichten mit M:Ni,Co,NiCo
Diffusionsschichten: CVD-Verfahren, Diffusionsverfahren; Schichtverfahren: (In(Chromier- bzw. Alitierschichten
Welche gängigen Prüfverfahren der Hochtemp.korrosion gibt es?
Ofentest
Tiegeltest
Bruner-Rig-Test
Wie läuft der Ofentest ab?
Ofen wird auf gewünschte Temp. Vorgeheizt, Proben werden auf Probenhalter platziert (innen von Wasser gekühlt) --> Proben werden in den Ofen gefahren und gehalten
Bei terhmozyklischer Belastung werden sie z.B. nach 30 min aus dem Ofen gefahren, mit Druckluft gekühlt und wieder in den Ofen gefahren
Welche Einflussgrößen gibt es bei der zykloischen Oxidation?
Temperaturdifferenz und Tempänderung
Haltezeit
Thermischer Ausdehnungskoeffizient von Grundwerkstoff und Oxid
Oxidschichtdicke
Verformungsvermögen des Oxids, da Abplatzen durch plast. Verformung verhindet wird
Haftung des Oxids kann durch Legierungselemte verbessert werden
Proben und Bauteilgeometrie kann durch scharfe Kanten Abplatzen verursachen
Bruner-Rig-Test
Probe wird durch Flamme von vorne erhitzt (zw. 370 und 1370°)
Sowohl isotherm, als auch zyklisch möglich
Oxidation und Heißgaskorrosion mit NaCl kann untersucht werden
Was ist das Verfahrensprinzip der eöeltrochemischen Metallabscheidung?
Werkstoff wird in Elektrolyten getaucht, der Kationen des Schichtwerkstoffs enthält
Metallionen werden am zu beschichteten Werkstück (Kathode) reduziert und Schicht entsteht auf der Oberfläche
Quasi umgekehrte Korrosion
Stromlose Abscheidung: Welche drei Verfharen der stromlosen Abscheidung gibt es und wie Funktionieren sie?
Ionentuasch- oder Tauchverfahren
Schichtwerkstoff muss deutlich edler sein als der Grundwerkstoff
Triebkraft ist die Potentialdifferenz zwischen Grundwerkstoff und Elektrolyt
Schichtdicke ist begrenzt
Stromlose Abscheidung: Welche drei Verfharen der stromlosen Abscheidung gibt es und wie Funktionieren sie?
Kontaktverfahren:
Wird eingesetzt wenn der Grundwerkstoff im Vergleich zum Schichtwerkstoff nicht unedel genug ist, um eine anodische Reaktion einzuleiten
In den Elektrolyten wird ein unedleres konaktmetall gehängt (Anode), leitend mit edm Grundwerkstoff verbunden und liefert diesem Elektronen
Auf dem Werkstück werden deutlich höhere Schichtdicken erreicht
Stromlose Abscheidung: Welche drei Verfharen der stromlosen Abscheidung gibt es und wie Funktionieren sie?
Reduktionsverfahren:
Reduktionsmittel liefert Elektronen (Voraussetzung: Reduktionsmottel ist unelder, als das abzuscheidene Metall)
Red-mittel \(R^{z+}\) gibt n Elekroenn an Substratoberfläche ab
\(R^{z+}\) -> \(R^{(z+n)+}\)+n*e-
Ankommende Metallkationen (aus Elektrolyt) werden reduziert und Schicht bildet sich an Oberfläche
Wenn Nichtleiter beschictet werden sollen, dann Bekeimung mit Pb, damit Elektronen an der Oberfläche entlang können
Woraus bestehen die Elektroylten?
Metallsalze -> Lieferung von Metallionen
Reduktionsmittel -> Lieferung von Elekronen
Komplexbildner -> Biden der Metallionen -> Verhinderung einer Metallabscheidung im Elektrolyten
Beschleuniger, Stabilisatoren und weitere Puffersubstanzen wie pH-Wert Regulatoren
Wie verändern sich Bäder und was ist die Folge davon?
Metallionen werden bei der Beschichtung verbraucht -> Elektrolyt reichert sich mit Salzresten, Reduktionsmittel und Koplexbildnern an
Weitere Produkte können entstehen
Folge pH-Wert Änderung -> Abscheidungsgeschwindigkeit und Schichtqualität werden beeinflusst; ungewollte Elemente können in die Schicht eingebaut werden
Verbraucht Chemikalien werden ergänzt, aber nach einiger Zeit wird Bad komplett erneuert
Wofür werden diese Schichten (chemisch Nickel) eingesetzt?
Korrosionsschutz: porenfreie Schichten mit viel Phosphor
Verschleißschutz: geringer Phosphoranteil mit anschließender Wärmebehandlung (Härte bis 1000HV und verbessrte Haftung)
Wie sind Dispersionsschichten aufgebaut?
In einer metallischen Matrix werden Feststoffpartikel, je nach Anwendungsgebiet Hartstoffe oder Trockenschmierstoffe, eingebettet
Welche Hartstoffe werden für Dispersionsschichten verwendet und wie wirken sie?
Carbide: WC, SiC, Cr2C3
Nitride: kubische Bornitrid
Oxide: Al2O3; SiO2, ZrO2
Diamant
Hartstoffe behindern Versetzungsbewegung, insbesondere wenn sie klein sind
Härte und Widerstand gegen abrasiven Verschleiß steigen, aber SChichten werden spröder
Welche Trockenschmierstoffe werden verwendet und wie wirken sie?
Graphit, Teflon, MoS2, hexagonales BN
Liegen im Gegensatz zu eckigen Hartstoffen eher kugelförmig vor
Lösen sich bei Beanspruchung auf und bilden einen Schmierfilm auf dem Reibpartner
Galvanische Abscheidung:
Was kann durch den Außenstrom beeinflusst werden?
Richtung der Reaktion und damit welches Metall abgeschieden wird
Schichtwachstum (Geschwindigkeit, Morphologie, Zusammensetzung)
Welches weitere Verfahren neben dem Gleichstromverfahren kommt zum Einsatz und welche Auswirkung hat es auf die Schichten?
Richtung der Reaktion und damit welches Metall abgeschieden wird
Schichtwachstum (Geschwindigkeit, Morphologie, Zusammensetzung)
Wie sieht das Verfahrensprinzip der galvanischen Metallabscheidung aus?
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Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein?
Bauteil muss elektisch leitfähig sein bzw. durch LEitlacke oder chm. abgeschiedene Schichten gemacht werden
Bauteil muss galvanisierergerecht konstruiert werden, da sonst die Beschichtungsdicke zu ungleichmäßig wird bzw. manche Stellen gar nicht beschichtet
Auf Spitzen, Ecken, Winkel und Innenkanten verzichten oder Hilfsanoden einsetzen
Welche Prozesschritte laufen bei der galvanischen Metallabscheidung ab?
Reinigung
Entfettung
Beizen/Ätzen/chemisch aktivieren
Vorbeschichten
Beschichten
Spülen
Trocknen
Nachbehandlung
