1. Definicja inżynierii powierzchni.

Inżynieria powierzchni jest działem nauki i techniki zajmującym się konstruowaniem,

wytwarzaniem, badaniem i stosowaniem warstw powierzchniowych, a więc warstw

wierzchnich i powłok o innych lepszych niż rdzeń właściwościach antyzmęczeniowych i

dekoracyjnych, ale również optycznych, elektrycznych, magnetycznych, odlewniczych,

katalitycznych i dyfuzyjnych.

2. Schemat warstw powierzchniowych.

1-warstwa wierzchnia, 2-powłoka, 3-rdzeń, 4-powierzchnia pierwotna przedmiotu, 5-powierzchnia po obróbce (końcowa przedmiotu)

3. Podział materiałów powłokowych względem twardości

-bardzo miękkie- np. cyna, ołów,

-twarde - np. borki, węgliki, azotki,

-diamentopodobne o twardości zbliżonej do diamentu,

6. Metody wytwarzania warstw powierzchniowych

-mechaniczne: nagniatanie, napawanie,

-cieplno-mechaniczne:

-cieplne,

-cieplno-mechaniczne,

-elektrochemiczne,

-chemiczne,

-fizyczne,

9. Klasyfikacja powłok według metody ich wytwarzania

Powłoki:

- malarskie (ochronne i dekoracyjne),

- ogniowe (z metali nietopliwych),

- galwaniczne (metalowe i konwersyjne),

- platerowane,

- natryskiwane cieplnie,

- powłoki nanoszone dekoracyjne,

- powłoki wytwarzane poprzez wypalanie warstw żelu lub zawiesin naniesionych z fazy

ciekłej (metoda sol-żel),

- powłoki nanoszone metodami chemicznymi CVD lub z dodatkowym wspomaganiem

procesu plazmą (PA CVD),

- powłoki nanoszone metodami fizycznymi PVD.

10. Metody malowania stosowane w produkcji wielkoseryjnej

Metody malowania:

- proste malowanie zanurzeniowe

- jonoforezowe malowanie powierzchniowe

- autoforezowe malowanie powierzchni

- natryskowe strumieniem rozpylonych pneumatycznie drobnych części farby

- elektrostatyczne malowanie natryskowe

11. Podstawowe badania powłok lakierowych

Badania powłok lakierowych

A) Pełne-przeprowadza producent lub wytypowany ośrodek badawczy, polegają na sprawdzeniu:

Wymagań ogólnych

Wyglądu zewnętrznego

Połysku

Grubości

Przyczepności

Elastyczności

Tłoczności

Twardości

Odporności na uderzenie

B) Niepełne(odbiorcze) przeprowadzone przy odbiorze każdej partii wyrobu pokrytego lakierem. Zawierają:

Sprawdzenie wymogów ogólnych

Sprawdzenie wyglądu zewnętrznego

Sprawdzenie grubości

Sprawdzenie przyczepności

Sprawdzenie szczelności

12. Wady powłok lakierowych

Pękanie powłoki

Porowatość

Zapylanie

Utrata połysku

Zacieki

rdza

13. Charakterystyka powłok ogniowych

Powłoki ogniowe nalezą do grupy metod zanurzeniowych. W ten sposób pokrywa się półwyroby hutnicze, blachy, taśmy, kształtowniki lub wyroby finalne (zbiorniki tłoczone lub spawane elementy konstrukcji) warstw metalu o niskiej temperaturze topnienia ( najczęściej cynkiem, cyna, aluminium). Najbardziej rozpowszechnionym procesem metalizacji zanurzeniowej jest cynkowanie. Szacuje się że około 10% światowej produkcji stali podlega procesowi cynkowania e celu ochrony przed korozją. Metalizację ogniową podzielić można na niskotemperaturową (cynowanie) oraz wysokotemperaturową (cynkowanie, aluminiowanie oraz pokrywanie stopami w kąpielach na bazie Zn i Al). Więź powłoki z podłożem posiada głównie charakter adhezyjny. Efekt powlekania ogniowego w dużym stopniu zależy od stanu przygotowania powierzchni przed

zanurzeniem.

14. Charakterystyka powłok galwanicznych

Powłoki galwaniczne to powłoki nakładane na przedmioty wykonane z metali lub stopów metali w kąpieli galwanicznej z zastosowaniem lub bez zewnętrznego źródła prądu.

15. Powłoki katodowe i anodowe

Powłoki katodowe stanowią osłonę podłoża przed oddziaływaniem. Powinny być grube szczelne wolne od pęknięć i innych uszkodzeń mechanicznych. W przypadku utraty szczelności powłoka katodowa traci właściwości ochronne. Powłoki anodowe- (wykonane z materiału o potencjale elektrochemicznym z metalu mniej szlachetnego od podłoża), chronią materiał rodzimy aktywnie poprzez mechanizm elektrochemiczny. W przypadku rozstrzelnienia rozwarstwieniu ulega powłoka, a nie podłoże, zaś produkty korozji zasklepiają uszkodzenie.

16. Zastosowanie powłok galwanicznych

Przeznaczenie - cel naniesienia - metal powłoki - grubość

- ochronne - ochrona przed korozja, głównie - stali-Zn,Cd,Pb,Sb - grubośc powłoki 5-30µm,

- dekoracyjno ochronne- ochrona przed korozją stali, Ni-Cr,Cu-Ni-Cr,

ochrona przed korozja miedzi, Ni-Cr,

ochrona przed korozją cynku, Cu-Ni-Cr,

grubość powłoki>25-30µm,

- dekoracyjne-nadawanie połysku, barwy, odpornośc na pokrywanie nalotem, Cu, Au, Rh, Pd, Pt, Ag, Ni - grubość powł. 0,25-3 µm,

- poprawa właściwości tribologicznych -

zmniejszenie zużycia tribologicznego, Cr, Fe,

zmniejszenie współczynnika tarcia, Ag, Pb, In, Cr (porowate) -

gr.war. 500-1000µm

- zwiększenie wymiarów - regeneracja zużytych części - Fe,Ni, Cr, Cu, - d 0 1000µm

- międzyoperacyjne zabezpieczenie powierzchni przed dyfuzją -

zabezpieczenie przed nawęglaniem Cu

zabezpieczanie przed azotowaniem Sn

zabezpieczenie przed węgloz\azotowaniem - Stop Cu-Sn - gr. powł 10-40µm

17. Metody pomiaru grubości powłok

Metody badania grubości powłok:

• niszczące

o mikroskopowa

o wagowa

o kroplowa

• nieniszczące

o magnetyczne

o elektromagnetyczne

o prądów wirowych

o elektryczne

18. Metody badania szczelności powłok

Obecność w powłokach porów w postaci wąskich kanalików sięgających od powierzchni do podłoża powoduje nieszczelność tych powłok. Wadami zaliczanymi o nieszczelności są pęknięcia i rysy. Nieszczelności w powłokach wpływają na ich właściwości ochronne. Głównymi przyczynami powstawania porów w powłokach są wady powierzchni metalu podłoża oraz obecność na powierzchni zanieczyszczeń w postaci tłuszczu, oleju, piasku, soli, pozostałości środków powierzchni. Metody badania szczelności dzielimy na:

• Chemiczne-polegają na wywołaniu reakcji chemicznych w wyniku których w

miejscach porów lub w otoczeniu powstają barwne produkty korozji. Metody

umożliwiają bezpośredni odczyt na badanej powierzchni lub na bibule.

• Elektrochemiczne- znajdują zastosowanie w badaniu szczelności powłok na drobnych przedmiotach o prostych kształtach. Próbkę odtłuszczoną i wysuszoną o znanej powierzchni zanurza się jako anodę w elektrolicie. Elektrolizę prowadzi się przy odpowiednim napięciu i w stałej temperaturze.

19. Metody badania przyczepności powłok

Badanie braku przyczepności czyli występowania odspojeń metodami ultradźwiękowymi

Przyczepność to siła związania powłoki z podłożem. Przyczepność określa się siłą potrzebną do oderwania badanej powłoki od podłoża. Odbicie i przenikanie fali ultradźwiękowej na granicy powłoki z otoczeniem.

Metody oceny:

o Metoda echa (pomiar od strony powłoki i pomiar od strony podłoża)

o Metoda przepuszczania

o Metoda pogłosu

Metody badania przyczepności:

o Gięcia

o Nawijania

o Nawodorowania

o Piłowania

o Tworzenia rys

o Szlifowania

o Odrywania pręta

20. Metody badania odporności na korozje

Polegają na podawaniu specjalnie przygotowanych próbek działaniu środowiska korozyjnego (naturalnego lub sztucznego). Składniki środowiska oddziaływają chemicznie, elektrochemicznie lub mechanicznie na badany element lub próbkę z powłoką.

Metody badań korozyjnych

• Badania laboratoryjne przyspieszone

o w atmosferach kontrolowanych

-- klimatyczne w stałej wilgotności i temp., w zmiennej wilgotności i temperaturze,

-- w wilgotnej atmosferze zawierającej dwutlenek siarki i siarkowodór

o w mgłach roztworu

-- w obojętnej mgle solnej

-- w kwaśnej mgle solnej

-- w kwaśnej mgle solnej z dodatkiem chlorku miedziowego

o w ciekłych roztworach

-- zanurzenie ciągłe

-- zanurzenie przemienne

-- NH4Cl

-- NaCl

o elektrochemiczne

• Badania w naturalnym środowisku

o w warunkach całkowitego odsłonięcia

o w warunkach częściowego odsłonięcia

o w warunkach całkowitego osłonięcia

• Badania w warunkach magazynowania

o bez opakowań

o w opakowaniach

• Badania eksploatacyjne

21. Definicja warstwy wierzchniej

Warstwa wierzchnia elementu maszyny to zbiór punktów materialnych, zawartych między jego powierzchnią zewnętrzną, a powierzchnią umowna, będącą granicą zmian wartości cech stref podpowierzchniowych powstałych w wyniku wymuszeń zewnętrznych.

23. Elementy podstawowej charakterystyki warstwy wierzchniej

Podstawowa charakterystyka warstwy wierzchniej:

• Profilogram prędkości

• Powierzchnia szlifowana

• Skośny zgład

• Nierówność powierzchni

• Kierunkowe odkształcenie ziaren metalu warstwy wierzchniej

• Rozkład naprężeń w warstwie wierzchniej

• Rozkład mikrotwardości wgłąb warstwy wierzchniej

24. Metody wyznaczanie krzywych nośności liniowe i powierzchniowej

Metoda wyznaczania krzywych nośności:

a) liniowej b ) powierzchniowej a—wartość zbliżenia, l1,l2,,,,li szerokość nierówności dla danej wartości zbliżenia, Rmax — największa wysokość chropowatości

25. Podstawowe metody pomiaru rzeczywistej powierzchni styku

- optyczne

- adhezyjne (metoda tuszowania)

- geometryczne

- przewodności styku

26. Metoda Vickersa pomiaru mikrotwardości.

W wyniku działania na metal obciążeń zewnętrznych położenie stomów w sieci krystalicznej wykracza poza minimalny poziom energii kinetycznej, zakłucając normalną budowę sieci przez to powoduje pewien stan naprężenia materiału. Po usunięciu obciążenia tylko część atomów zajmuje położenie wyjściowe, a reszta atomów przesuwa się powodując naprężenia własne materiału

27. Pomiar mikrotwardości metodą Hanemanna.

Przekrój mikrotwardościomierza Hanemanna: l - wgłębnik, 2 - so­czewka obiektywu, 3 - sprężyny, 4 - ska­la wewnętrzna, 5 - pryzmat, 6 - korpus, 7 - próbka

29. Naprężenia własne i ich rodzaje

Rodzaje naprężeń własnych

Naprężenia własne I rodzaju- nazywane także makronaprężeniami, równoważą się w granicach obszarów o wymiarach porównywalnych z obszarami ciała naprężonego. W warstwach płaskorównoległych naprężenia pierwszego rodzaju są stałe , ale zmieniają się w kierunku prostopadłym do powierzchni

Naprężenia własne II rodzaju- nazywane także mikronaprężeniami, zajmują obszary porównywalne z objętością poszczególnych krystalitów lub grup krystalitów. Istnieją one w pasmach poślizgu i wśród bloków struktury mozaikowej

Naprężenia własne III rodzaju-są zmienne w obszarach submikroskopowych.

Równoważą się one w obszarach niewielkich grup atomów lezących na granicach

bloków struktury mozaikowej w płaszczyznach poślizgu itp.

30. Eksperymentalne metody identyfikacji naprężeń własnych

Metody analizy naprężeń własnych

• Badanie stanów naprężeń o charakterze trwałym

o Badanie napr. wł. w elementach maszyn o typowych kształtach geometr.

-- Rury i prety kołowe,

-- Belki pryzmatyczne

Dla dwóch grup:

- Metody usuwania kolejnych warstw materiału

- Uproszczone metody przecięć

- Metody usuwania warstw

-- Płyty i powłoki

- Metody usówania warstw

- Metody nawiercania

-- Tarcze

- Metody półtrepanacyjne

o Badanie napr. wł. w elementach maszyn o dowolnych kształtach geometr.

- Metody półtrepanacyjne

- Metody lokalnego odciążenia

- Metody rentgenograficzne

- Metody oparte na penetracji wgłębnika

• Badanie stanów naprężeń zmiennych w czasie

o Metody badań na obiektach rzeczywistych (tensometria, metoda mory)

o Metody modelowe (elastooptyka, metoda mory)

Metody odciążania związanego z usuwaniem warstw:

1.Sachsa1.Andersona1.Waisamana

2.Dawidienkowa 2.Fohlmana2.Philipsa

3.Kalakucki

4.Martensa

5.Heyna

6.Espaya

7.Deniana

8.Alaksandra

31. Istota metody rentgenowskiej pomiaru naprężeń własnych

Metoda rentgenowska jest metodą podstawową. Oparta jest na dyfrakcji promieni rentgenowskich. Metoda nieniszczejąca oparta na podstawowych zjawiskach pozwalająca na wyznaczenie naprężeń.

Wzór Bragga 2d = sinβ = nλ
32. Wykorzystanie zjawiska Barkhausena do pomiaru naprężeń własnych

Materiały ferromagnetyczne posiadają struktury domenowe i elementarne momenty magnetyczne atomów uporządkowują się w kierunku łatwego magnesowania. W każdym ziarnie ferromagnetyka występują domeny. Krzywa histerezy nie jest linią ciągłą tylko zmienia się skokowo. Są to zmiany domen magnetycznych ścian Bloha. Możemy zaobserwować i usłyszeć zmianę indukcji magnetycznej (drobne skoki w niewielkich kawałkach). Wielkość tych skoków (szumów Barkhausena) jest zależna od tego czy dany materiał jest rozciągany czy ściskany. Szumy Barkhausena można wykorzystać do pomiaru naprężeń własnych. Szumy Barkhausena są nie-niszczejąca metodą . Bada w niewielkim obszarze naprężeń.

34. Wartości naprężeń własnych w zależności od technologii ytwarzania warstw powierzchniowych

Warstwa - technologia - materiał - naprężenia maks. ścisk, minimalne rozciąg.

Powłoka - powlekanie elektrolityczne

Ni-mo -20,+5

Co-W,25,+140

Fe,+56,+560

Warstwa wierzchnia

-hartowanie indukcyjne-stal 45,-600,+150

-kulowanie -aluminium

-ulepszanie + toczenie

-ulepszanie + kulowanie

-naweglanie + kulowanie

-azotowanie próżniowe

-borowanie

-chromowanie

-tytanowanie

35. Analiza składu chemicznego metodą spektroskopii elektronów Augera

Jeśli uda nam się wybić elektron to układ jest niestabilny .Elektron jest ściągany na swoje miejsce. Następuje nadwyżka energii, która zostaje usunięta poprzez promienie Rentgena. Wiemy jaki elektron jest wtedy wybity i możemy go zidentyfikować. Energia elektronu jest wizytówka pierwiastka z którego pochodzi. Możemy identyfikować pierwiastki występujące w warstwie wierzchniej. Ilość pierwiastków określamy poprzez pomiar ilości pierwiastków. Zjawisko elektronów Augera jest czułe dla pierwiastków lekkich.

---