Brott-, och korrosionsmekanismer av metaller, Tal7 Flashcards
T2001, Bilderna visar exempel på typiska brott i metaller.
Ange och beskriv/motivera för vilken typ av brott respektive bild beskriver. Ange namn på karakteristiska strukturer och markera
initiering/propagering av respektive brott.
- bild 1 : sprött brott
Chevron-mönster dvs sprickor på olika höjd
Initiering i mitten övre hörnet med propagering neråt - Bild 2: utmattningsbrott
Beachmarks
Initiering i mitten nedre hörnet med propagering uppåt
T2001, Man kan korrosionsskydda ett stålmaterial genom beläggning med oorganisk film.
Vad kallas skyddsprincipen och metoden
vid beläggning med nickel (övre bild)
och med zink (nedre bild)?
Förklara hur en beläggning med zink
eller nickel kan korrosionsskydda ett
stålmaterial och någon för- respektive nackdel med respektive metod.
- Övre bild: med nickel - anodiskt skydd/förnickling
-Undre bild: med zink - galvanisering/förzinkning
Anodiskt skydd- förnickning:
Nickel är mer ädelt (katodiskt) än stål och skyddar genom beläggning som hindrar den korrosiva miljön att nå stålet
Katodiskt skydd - förzinkning:
Zink är mer oädelt (mer anodiskt) än stål och kommer att offra sig, fungera som en offeranod som korriderar istället för stålet i en korrosiv miljö
T2101, Charpy-V provning mäter metallers brottbeteende vid slag och olika temperatur.
* Ange och motivera pendelns läge (A eller B i figuren) vid ett brott som är duktilt resp. sprött.
A- sprött brott, lågt energiupptag.
Vid låg T hinner inte dislokationerna förflytta sig och det bildas då bara en klyvspricka i materialet och ett sprött brott uppkommer
B - duktilt brott, högt energiupptag
Vid hög T hinner dislokationerna förflytta sig och materialet deformeras plastiskt med ett duktilt brott
T2101, Korrosion uppkommer när material/metaller angrips genom elektrokemiska reaktioner.
* Rita en schematisk korrosionscell (eller använd nedanstående), ange och förklara begreppen
anod/katod, elektron-, och jonledare.
* Ange anod resp. katodreaktionerna för ”NiCd-batteriet” i figuren samt vilken spänning det ger.
Normalpotentialen är för; Ni = -0,250 V, Cd = -0,403 V och H2 = 0 V.
- Jonledare = vätskan
-Elektrod/elektronledare = metallen
1= Anodreaktion, oxidation, ger ifrån sig elektroner, och joner
2= Katodreaktion, reduktion, tar upp elektroner
- Anod: Cd i Cd-jonlösningen går i lösning och avger 2 elektroner som förs över till katodsidan
- Katod Ni-joner i Ni-jonlösningen tar upp två elektroner och bildar Ni som bygger staven
-spänning = katod-anod= -0.25–0.403 = 0.153V
T2101, Bilderna nedan visar exempel på några brottstrukturer.
* Ange och motivera utförligt för vilka typer av brott bilderna representerar.
- Bild 1: sprött brott
Ingen plastisk deformation, jämn hyffsat slät yta - Bild 2: Duktilt brott
Midjebildning, plastisk deformation innan brott
Dimpel-mönster - gropar
T2101, Marek Baczynski (KTH) är bl.a. känd för sina självkörande potatisbilar (övre bild nedan) med
zink och kopparbleck som strömkälla (schematisk battericell nedre bild).
* Rita en schematisk korrosionscell (eller använd
nedanstående). Ange och förklara begreppen
anod/katod, elektron-, och jonledare.
* Ange anod resp. katodreaktionerna för ”Potatis-
batteriet” i figuren samt vilken spänning det ger.
Normalpotentialer: H2/H+ = 0 V, Zn/Zn2+ = -0,763 V
Cu/Cu2+ = +0,340 V
- Anod: avger elektroner och kvar blir joner, oxidation
Katod: tar upp elektroner, reduktion
Elektronledare= ledare för elektroner, metallen
Jonledare = ledare för joner, vätskan - zink är mer oädel - agerar som anod och oxideras, dvs avger två elektroner och zinkjoner ut i vätskan.
- koppar - mer oädel, vätejoner reduceras på kopparen och bildar vätgas. OBS endast elektronledare – väte är katoden för det är den som reducera
spänning = katod - anod = 0–0.763 = 0.763V
T2201, I diagrammet nedan redovisas resultat från en serie slagprov av ett duktilt gjutjärn (BCC).
* Förklara slagseghetskurvans utseende beroende på materialets temperatur.
* Ange vad ”omslagstemperaturen” är för
materialet.
- Låg temperatur
Lågt energiupptag, sprött brott pga BCC har ssvårt med dislokationsrörelser vid låga temperaturer pga avsaknaden av tätpackade atomplan - Hög temperatur
Högt energiupptag, duktilt brott pga dislokationer har stor rörlighet i tätpackade riktiningar vid högre temperatur
-Omslagstemperaturen är vid inflexionspunkten var det sker omslag mellan sprött och duktilt
T2201, En arbetshurts i en bilverkstad (se bilden) kan levereras med tre olika ytbehandlingar på
bordsskivan; (a) målad med täckfärg, (b) elektrolytförzinkad, (c) förkromad samt med skivan
tillverkad i rostfritt stål.
* Förklara hur respektive av dessa fyra val skyddar mot
korrosion/rostning.
* Vilken ytbehandling rekommenderar du? Motivera ditt val!
- a) bryter den elektrokemiska cellen via beläggning på ytan, ingen vötskefilm – ingen korrsion (anod/katodreaktion)
b) Zn är har lägre potential än Fe, dvs är mer oädel/anodisk. Ger ett katodiskt skydd då Zn fungerar som offeranod
c) Cr har högre potential än Fe dvs är med katodisk/ädel. Förvaras i huvudsak av att krom bildar en oxidhinna av kromoxid som fungerar som korrosionsksydd (passivisering)
d) Rostfritt stål innehålller mycket krom som bildar oxidhinna på metallen, kromoxid och bildar då ett passivskikt - tuff miljö – alternativ c och d mer lämpliga är a och b
T2204, Några metaller går till brott på grund av en kombination av material, spänningar och miljö.
* Vad kallas den typen av brott?
* Ange (eller fyll i figuren) samt beskriv kort inverkan av de
parametrar som påverkar uppkomsten av brottet.
* Ange någon metall/legering som är speciellt känslig för
denna typ av brott.
- spänningskorrosionsbrott
- känsligt material som är prone för korrosion, vanligt att passivskiktet skadas i en legering
- korrosivt medium som underlättar sprickbildning, eg saltvatten
- dragspänningar som i en bildad spricka i metallen öppnar sprickan
sprickan kan vara både trans-och interkristallin
eg rostfritt stål
T2204, Metaller rangordnas med avseende på sin s.k. normalpotential.
* Beskriv hur man mäter normalpotentialen av en metall och ange vad en låg respektive hög
normalpotential innebär i korrosionshänseende.
* Placera följande metaller; Fe, Au, Zn, Mg och Cu i korrekt ordning från mest ädel till mest
oädel.
Hög potental - mer oädel, dvs ädel, dvs mindre benägen att gå i lösning –> mindre risk för korrosion
Låg potential - mer oädel, dvs mer prone att gå i lösning, dvs mer risk för korrosion
Man mäter det genom att ha vätgas som nollreferens. Man sänker ner metaller och skjuter in vätgas. Platinatråd är omgiven av en lösning med vätejoner vilket är yta för katodreaktion och har potentialen 0V dvs är referenselektrod
Zn reagerar med väte . Man mäter hur mycket snabbare Zn kan nå jämvikt.
- Au, Cu, Fe, Zn, Mg
