Tln Lasnamäe MehaanikakoolMaterjaliõpetus
Konspekt autotehnikutele Koostaja Mati Urve 2009Teemad1.
Materjalide omadused,2.
Terased, 3.
Malmid ,4.
Magnetmaterjalid , 5.
Metallide termiline töötlemine 6.
Vask ja vasesulamid ,7.
Alumiinium ja alumiiniumisulamid ,8.
Magneesiumisulamid , 9.
Titaan ja selle sulamid , 10.
Laagriliuasulamid , 11.
Kermised , 12.
Metallide korrosioon , 13.
Plastid , 14.
Klaas, 15.
Värvid,16.
Värvide liigitus, 17.
Värvimisviisid, 18.
Pindade ettevalmistamine,19.
Metallide konversioonkatted,20.
Metallkatted, 21.
Kütuste koostis, 22.
Kütuste koostis, 23.
Nafta koostis ja kasutamine,24.
Nafta töötlemise viisid,25.
Kütuse põlemine ,26.
Vedelkütuste üldised omadused ja nende kontrollimine,27.
Bensiinid,28.
Petrooleum ,29.
Diislikütused,30.
Gaasikütused,31.
Hõõrdumine ja kulumine , 32.
Määrdeainete liigitus,33.
Õlid,34.
Õlide omadused,35.
Mootoriõlid,36.
Õli vananemine ja vahetamine,37.
Jõuülekandeõlid,38.
Tööstusõlid, 39.
Muud õlid,40.
Plastsed määrded,41.
Kaitsemäärded,42.
Kõvad määrded,43.
Jahutusvedelikud ,44.
Jahutusvedelikud,45.
Pidurivedelikud,46.
Konserveerimisvedelikud,47.
Lõike- ja jahutusvedelikud,48.
Abrasiivmaterjalid , 49.
Tuleohutuse alusedMaterjalide omadused
Materjali tihedus.
Tiheduseks nim antud materjali massi ruumalaühiku kohta.
ρ = m / V (kG/m³) ;
•
raud ρ = 7870 kG/m³, •
vask ρ = 8960 kG/m³, •
alumiinium ρ = 2700 kG/m³, •
plii ρ = 11340 kG/m³, •
elavhõbe = 13520 kG/m³ •
titaan ρ = 4500 kG/m³ ; •
tina ρ = 7300 kG/m³ ; •
volfram ρ = 19300 kG/m³.Materjali sulamistemperatuur . Sulamis temperatuuriks nim niisugust temperatuuri, mille juures
materjal muutub tahkest olekust vedelaks.
•
volfram = 3410ºC, •
raud = 1539ºC; •
vask = 1083ºC; •
alumiinium = 660ºC; •
titaan = 1665ºC ; •
tina = 220ºC; •
plii = 327ºC; •
plastid = 60….200ºC ; •
alumiiniumoksiid = 2050ºC; •
elavhõbe = - 40ºC. Elektrijuhtivus . Elektrijuhtivuseks nim omadust elektrit juhtida. Selleks, et määrata materjali
elektrijuhtivust peab teadma eritakistust. Materjali eritakistust määratakse 1m pikkuse ja 1mm²
ristlõikepindalaga materjali varval oomides.
Soojusjuhtivus . Soojusjuhtivuseks nim materjali omadust soojust üle anda kõrgema temperatuuriga
piirkonnast madalama temperatuuriga piirkonnale.
Soojusjuhtivuse ühik on
vatti meetri ja Kelvini
kohta [ W / (m K) ].
Soojusväsimus. On omadus, mis seisneb materjalide purunemises korduvate temperatuuripingete
toimel. Seda nähtust tuleb arvestada
vahelduva soojusrežiimi tingimustes töötavate seadmete
detailide juures.
Värvus.
Metalle jaotatakse mustadeks(rauaühendid) ja värvilisteks metallideks.
Kõvadus. Nimetatakse materjali omadust vastupanna teistele temasse tungivatele materjalidele.
Brinelli meetod, mis kasutab kõvaduse määramiseks kolme karastatud teraskuuli läbimõõduga 10,
5, 2,5 mm. Kõvaduse määramiseks surutakse kuul pressi abil materjalisse, seejärel arvutatakse
tekkinud jälje pindala ja kõvadus.
Rocwelli kõvaduse katse. Siin kasutatakse kõvaduse määramiseks teemantkoonust tipunurgaga
120 kraadi. Ning karastatud teraskuuli läbimõõduga 1,50mm.Survepressi varustas
Rockwell indikaatoriga millel oli kaks skaalat. Must C skaala ja punane B skaala. Kui mõõdetakse karastatud
detaile siis kasutatakse
teemant koonust survejõud on 150kg ning kõvadust loetakse indikaatori
mustalt skaalalt. Ja tähistatakse HRC 62.Kui katsetatakse karastamata materjali siis kasutatakse
teraskuuli ja survejõud on 100kg. Kõvaduse arv loetakse indikaatori punaselt skaalalt ja tähistatakse
HRB 54 (H – kõvadus, R – Rockwell, B ja C
skaalad ).Kui katsetatakse õhukese karastusega
pinnakihti siis kasutatakse teemantkoonust aga survejõud on 60kg. Kõvaduse arv loetakse
indikaatori mustalt skaalalt kuid tähistatakse HRA7.
Vikersi kõvaduse määramise meetod. Selle meetodi juures kasutatakse otsikuna 4 tahkset teemant
püramiidi. Survejõud kõigub 5 - 100kg`ni. Materjali kõvadus leitakse Vikersi meetodil järgmiselt.
Mõõdetakse püramiidi jälje
diagonaalid . Arvutatakse nende abil
rombi pindala, kõvadus leitakse
(HV = P/S [kg/mm²][N/mm²])
Tugevus. Selleks nim materjali omadust vastupanna pidevalt mõjutavale jõule. Olenevalt
deformeeriva jõu
suunast võime liigitada järgmisi tugevusi: tõmbe-, surve-, pained-, väände- ja
nihketugevus .
Tõmbekatse tehakse selleks, et määrata materjali tõmbetugevust. Kaasaegsed tõmbemasinad
joonistavad välja tõmbe
diagrammi , mis iseloomustab jõu ja pikenemise suhet.
Proportsionaalsuspiir on kuni selle jõuni, kus toimub mõjuva jõu ja pikenemise vahel
proportsionaalne ehk võrdeline suhe. Tähis P pe
Elastsuspiir on selle jõuni, kus venitatud katsekeha taastab oma
esialgse pikkuse, kui jõud maha
võtta. Tähis Pe
Voolavuspiir on jõuni, kus toimub materjali intensiivne
pikenemine ,
kusjuures jõu juurdekasv on
suhteliselt väike. Tähis PT
Tugevuspiir on selle jõuni, kus venitatud katsekehal tekib mingis kohas
ahenemine (kaelakoht),
millest toimub edasine pikenemine kuni katkemiseni jõud seejuures ei suurene.Erinevate ja suurte
süsiniku sisaldusega teraste tõmbediagrammis on erinevus selles, et neis ei esine voolavuspiiri.
Voolavuspiiriks loetakse seda jõudu mis on tekitanud katsekehas jääva deformatsiooni suurusega
0,2% seda piiri tähistatakse Po2. Tõmbekatse abil on võimalik määrata materjali
plastsust . Plastsust
iseloomustatakse kahe teguriga:
Suhteline pikenemine d = (l – lo)/l 100 [
E100 %] l - pikkus peale
katsetust, lo – katse keha pikkus enne katset.
Ristlõikepinna suhteline ahenemine y = (S o -S)/S100[%] tõmbetugevus d = P o /S = kg/mm² =
N/mm² voolavustugevus Gt = P t /S kg/mm².
Materjali sitkuse määramine – seda määratakes löögikatsega pendelvasara abil selleks
valmistatakse
proovikeha . Pendelvasar tõstetakse teatud kõrgusele, katsekeha asetatakse tugedele
nii, et lõike soon ühtiks
vasara liikumise suunaga. Vasar päästetakse lahti, mis liikudes purustab
katsekeha ja tõuseb veel ülejäänud energia
varal teatud kõrgusele – h.
Purustamiseks tehtud töö A
leitakse valemiga
A = G * l (H - h)[J] g – vasara kaal; l – pendli pikkus.
Terased
Teraseks nim raua ja süsiniku sulamit milles on süsiniku 2,14%,
mangaani 1%, räni 0,4%. (Raua
sulamistemperatuur on 1535oC ja tihedus 7860 kg/m3, süsiniku sulamistemperatuur on 3400oC)
Keemilise koostise järgi võib teraseid liigitada süsinikterasteks ja legeerterasteks. Kasutusotstarbe
järgi võib teraseid liigitada tööriista ja konstruktsiooniterasteks. Teraseid iseloomustatakse
mehaanikas oluliste näitajatega ja need oleksid: karastuvus, töödeldavus, keevitatavus, tugevus,
kõvadus, sitkus,
elastsus ,
plastilisus jne.
Süsinik konstruktsiooniteras. Süsinik terased jagunevad süsinik konstruktsiooni-terasteks ja
tööriistaterasteks. Konstruktsiooniterased jagunevad tavaterased, kvaliteetterased ja
kõrgekvaliteetterased. Taandamisastme järgi
toodetaks tavakonstruktsiooniteraste
grupis nii
keevaid, poolrahulike ja rahulike teraseid. Tavateraseid kasutatakse laialt mitte vastutusrikaste
detailide valmistamiseks näi raudbetoondetailides tugevduseks.
Nendest terastest ei saa valmistada
detaile, mis vajavad termilist töötlust. Tähistatakse C45, kus C näitab süsinikku ja 45 näitab süsiku
sisaldust sajandik %-tes. Seega süsiniku sisalduson selles terases 0,045%. Kui lisatakse E, siis
näitab see
lisandite sisaldust. Näit
C45E . Väikese fosfori ja väävli sisaldusega vääristeras.
Kvaliteetsed süsinik konstruktsiooni terased. Kuna terased sisaldavad süsinikku jäätakse
kvaliteetterastel C täht ära. Teras 15-25 on tsementeeritavad terased (terase pinnakihti töödeldakse
süsinikuga). Teras 30-35 valmistatakse keermetatud detaile. Teras 40,45,50 valmistatakse võlle.
Teras 55-60 valmistatakse kulumiskindlaid detaile. Number näitab süsinikusisaldust sajandik %- tes
Automaaditeras . Automaaditeraseks nimetatakse teraseid, mida töödeldakse
automaatmetallilõikepinkidega. Automaaditerases on suurendatud fosfori ja väävli sisaldust. Nende
ainete sisaldus võimaldab töötlemisel saada murdelastu.
Seleen ja
fosfor parandavad ka
pinnakvaliteeti. Automaaditerastest valmistatakse vähem vastutusrikkaid detaile näiteks kruvid,
poldid , tihvtid jne. Neid teraseid toodetakse külmalt kalibreerimise teel. Toodetaks järgmisi
marke A12,A20,A30,A40,A40C.Arv näitab süsiniku sisaldus sajandik % - tes .
Valuteras . Sellele terasele lisatakse räni, et parandata terase vedelvoolavust. Niisugused terased
täidavad hästi
valuvorme .
Süsinik tööriistateras. Toodetakse kvaliteetseid ja kõrgekvaliteetseid süsinik tööriistateraseid.
Erinevus nende vahel seisneb selles, et kõrgekvaliteedilistes terastes on vähendatud väävli ja fosfori
sisaldust. Väävel soodustab punarabedust, fosfor aga sinirabedust. Kvaliteetseid tähistatakse
C7,C,C9,C10,C11,C12,C13.kõrgekvaliteetseid C7A ,A – tuleb lõppu. Arv materjali märgis näitab
süsiniku sisaldust kümnendik protsentides. Süsinik tööriistateraste
kuumuskindlus on 250 – 350ºC.
C7,C8,C7A, C8A – neist tehakse
meislid vasarad kärnid tornid. C9,C10,C11,C9A,C10A,C11A –
puidutööriistad höövli
terad , freesid,
saelehed , sirkel.C12,C12A,C13,C13A – viilid ,kaabitsad,
žiletiterad ,tõmbesilmad.
Legeeritud terased. Legeeritud terasteks nim niisugust teraseid, milledesse on lisatud peale
süsiniku, räni, väävli ja fosfori lisatud veel teatav % legeerivaid elemente nagu
kroomi ,
niklit ,
mangaani jne. Eristatakse madalalt legeeritud (lisandeid kuni 3%) , keskmiselt legeeritud (lisandeid
3…5%) ja kõrgelt legeeritud (lisandeid üle 5,5%) teraseid.
Legeerivate elementide tähtsus nende teraste omadustele:•
Cr –
kroom – suurendab terase tugevust läbikarastatavust ja korrosioonikindlust.
•
Ni –
nikkel – suurendab terase sitkust tugevust ja korrosioonikindlust.
•
Co –
koobalt – suurendab materjali magnetilisi omadusi terase tugevust ning muudab terase
peenestruktuurilisust
•
Mo – molübdeen – suurendab terase kõvadust ja kulumiskindlust, soodustab peenema
struktuuri tekkimist
•
Mn – mangaan – suurendab
elastsust kulumiskindlust ja kõvadust
•
Si – räni - parandab terase voolavust ,suurendab vastupanu keemilistele reaktiividele,
suurendab elastsust
•
W – volfram – suurendab terase kuumuskindlust ja kõvadust
•
Ti – titaan – suurendab tugevust ja kuumuskindlust
•
Al – alumiinium - suurendab kuumuskindlust vähendab tagiteket ja suurendab
korrosioonikindlust.
Legeeritud vedruterased . Nendele terastele lisatakse mangaani, kroomi ja
vanaadiumi . Vedrude
juures on oluline elastsus ja tugevus.
Legeeritud tööriistaterased. Nendele terastele lisatakse kroomi,
volframi , vanaadiumi,
molübdeeni, räni, mangaani. Legeeritud tööriistaterased ei ole
keevitatavad .
Kiirlõiketeras on kõrgelt legeeritud tööriistateras. Põhiliseks legeerivaks
elemendiks on volfram.
Suurendab kiirlõiketerase kuumustugevust 500 …600ºC juures. Volfram moodustab süsinikuga
karbiide, mis on väga kõvad.
Korrosioonikindlad terased on vastupidavad keemilisele ja elektrokeemilisele korrosioonile. Need
terased sisaldavad vähe süsinikku. Korrosioonikindlate terastes põhiliseks legeerivaks elemendiks
on kroom. Veel lisatakse korrosioonikindluse tõstmiseks terastesse niklit, titaani, mangaani. Näiteks
turbokompressorite labades on kroomi ja niklit. Toiduainete tööstuses kasutatakse teraseid , mis
sisaldavad kroomi, niklit, titaani ja mangaani.
Kuumustugevad ja kuumuskindlad terased. Kuumustugevus on vastupidavus koormustele
kõrgel temperatuuril. Kuumustugevad terased, mis töötavad temperatuuril kuni 350ºC on
süsinikterased. DIN EN 1008 järgi P265GH, 10CrMo9-10. 350ºC …500ºC juures kasutatakse
kroomi, molübdeeni, volframi, alumiiniumi ja titaani sisaldusega teraseid. Katelde valmistamisel
kasutatakse madala süsiniku ning koobalti ja titaani sisaldusega teraseid. Kuumuspüsivad terased on
need, millede struktuur ja koostis kõrge temperatuuri juures ei muutu. Sisepõlemismootorite hülsid,
vedrud , puksid, tõukurid, pihustite nõelad ja teised
keeruka kujuga kuumust taluvad detailid
valmistatakse terastes, mis sisaldavad kroomi, molübdeeni, alumiiniumi, vanaadiumi.
Külmakindlad terased X7Ni8 , P275NL1; Roostevaba terased X5CrNi18-10; X6CrNiTi18-10
Malmid
Malm on raua ja süsiniku(2,14…6,7%)
sulam . Süsinik on
malmis keemilise ühendina moodustades
rauaga tsementiite või vabas olekus grafiidina.
Sõltuvalt süsiniku olekust jaotatakse malmid järgmiselt:
Valgemalm – selles malmis on kogu süsinik rauaga seotud tsementiidi kujul. Valgemalm on väga
habras ja kõva ega ole lõiketöödeldav. Sellest
malmist toodetakse tempermalmi. Diiselmootorite
hülssside
sisepind muudetakse valgemalmiks, et suurendada nende kulumiskindlust.
Hallmalm – selles malmis esineb süsinik grafiidina lehe või lille kujuliselt.
Hallmalmi markeeritakse Cy4,Cy20,Cy45 kus arv malmi margis iseloomustab tõmbetugevust.
Hallist malmist
valmistatakse detaile valamise teel. Hallmalmi ei saa sepistada. Keevitada saab aga halvasti.
Lõiketöötlemisel tekib palju metallitolmu.
Kõrgtugevmalm – Kui hallmalmile lisada alumiiniumi või magneesiumi, siis tekivad
kristalliseerumise tsentrid ning
grafiit omab keeruka kuju. Niisugusel malmil on suur tugevus.
Kõrgtugevast malmist võib valada väntvõlle, nukkvõlle, hammasrattaid jne.
Tempermalm – kui
valgest malmist valandeid kuumutada, siis valges malmis olev süsinik muutub
perajaks grafiidiks. Kui
kuumutamine toimub liiva sees, siis tempermalmi
murdepind on valge. Kui
aga pannakse musta rauaoksiidipurusse, siis saadakse must murdepind. Tempermalmist
valmistatakse sanitaartehnikas kasutatavaid ühendusdetaile ja masinate keresid.
Magnetmaterjalid
Peaaegu kõik magnetmaterjalid sisaldavad rauda (Fe). Magnetmaterjale liigitatakse pehmeteks ja
kõvadeks.
Pehmed magnetmaterjalid on suure
magnetilise läbitavusega aga nendest ei saa
valmistada püsimagneteid. Pehmed magnetmaterjalid sisaldavad põhiliselt rauda, räni, mangaani.
Elektrotehniline teras sisaldab 4% räni, permalloi sisaldab 50% või isegi rohkem niklit.
Pehmetest magnetmaterjalidest valmistatakse trafode südamikke, elektrimootorite staatoreid- rootoreid,
alalisvoolumasinate ankruid jne. Kõvad magnetmaterjalid magneetuvad tugevasti ja säilitavad
püsimagneti omadused. Tugevad püsimagnetid valmistatakse sulamitest, mis peale raua sisaldavad
8…15% alumiiniumi, 15…30% niklit, 8…12% vaske, 1…24% koobaltit. Kasutatakse ka materjale
mis rauda ei sisalda näiteks koosnevad Mn, Cu ja Si või Cr ja Pt.
Metallide termiline töötlemine
Lõõmutamine. Lõõmutamiseks nim niisugust termilist töötlust kus materjali kuumutatakse
vastavalt süsiniku sisaldusest teatud temperatuurini. Hoitakse sellel temperatuuril kuni materjal on
kogu ristlõike ulatuses kuumenenud ja jahutatakse seejärel koos ahjuga maha. Madalalt legeeritud
terastel jahtumiskiirus 30…50ºC/h. See aitab parandada materjali lõike töödeldavust, ühtlustada
struktuuri, vähendada
sisepingeid ja valmistada materjal ette järgmisteks termilisteks töötlusteks.
Normaliseerimine . Normaliseerimisel kuumutatakse materjal sõltuvalt süsiniku sisaldusest.
Jahutamine toimub kiiremini – seisvas õhus. Normaliseerimisel jääb materjal kõvemaks kui
lõõmutamisel. Teised omadused on analoogsed lõõmutatud detailidele.
Karastamine . Karastamiseks nim niisugust
termilise töötluse operatsiooni, kus materjali
kuumutatakse vastavalt süsiniku sisaldusest kuni austeniitse struktuuri tekkimiseni. Materjali
hoitakse kõrgel temperatuuril ja jahutatakse kiiresti kuni 240ºC Sellisel temperatuuril tekib austeniit
- martensiitne struktuur. Martensiitse struktuuri saamine on karastamise põhieesmärk. Eriti kiire
peab jahutus olema 600ºC- 500ºC kraadi vahel. Terased karastuvad, kui süsinikku on üle 0,32%.
Jahutuskeskkonnana kasutatakse vette, mille jahutus võime on kõige intensiivsem 18ºC ja 20ºC
vahel.
Kiirema jahutuskeskkonna annavad 10% soolalahused, aeglasema aga õli, õhk ja
sulametallid. Karastamine ühes jahutuskeskkonnas -
niimoodi karastatakse lihtsa ristlõikepinnaga
süsinikterastest valmistatud detaile.
Karastamine kahes jahutuskeskkonnas .
Karastus temperatuurini
kuumutatud detail jahutatakse
kiiresti kuni 400ºC-ni ja asetatakse seejärel aeglasemasse jahutuskeskkonda. Niimoodi karastatakse
keeruka ristlõikepinnaga süsinik- ja legeeritud terastest valmistatud detaile.
Karastamine kõrgsagedusvooluga. Karastamiseks kasutatakse tavaliselt kõrgsagedusvoolu mille
sagedus on vahemikus 8000…16000 Hz. Kõrgsagedusvoolul on omadus kulgeda pindamööda.
Seega kuumeneb ainult pinnakihti. Kui seda kiirelt jahutada, siis saadakse nn pindkarastus.
Niimoodi karastatud pind on väga kulumiskindel ja detail töötab hästi painel ja väändel.
Noolutamine . Noolutamine järgneb karastamisele, selleks et anda karastatud detailile tugevus.
Detail kuumutatakse sobiva temperatuurini ja jahutatakse õhu käes. Sõltuvalt kuumutus
temperatuurist jagatakse
noolutus järgmiselt.
Madalnoolutus, kuumutustemperatuur on 250ºC. Niimoodi noolutatakse tööriistu, mis ei tööta
löögile (viilid, kaabitsad, hõõritsad).
Keskmine noolutus temp on 300 ...350ºC ja niimoodi noolutatakse tööriistu, mis töötavad
löögilistele koormustele ja detaile, mis töötavad kulumisele.
Kõrgenoolutus temp on 450ºC. Niimoodi noolutatakse detaile, mis töötavad liitpingete olukorras.
Vanandamine . See on protsess, mille juures metastabiilne struktuur läheb üle stabiilseks. Seda võib
teha kahel viisil: loomulikul viisil lasta materjalil seista 1,5…2.a, või kunstlikul viisil, kus peale
karastamist kuumutatakse detaili 150…200ºC ja hoitakse selle temperatuuri juures 8…10 tundi ning
lastakse siis aeglaselt jahtuda, seda protsessi korratakse 2…3 korda.
Tsementeerimine . See on metalli pinnakihi rikastamist süsinikuga. Selleks paigutatakse detailid
teraskasti tsementeerimispulbrisse. Tsementeerimispulber koosneb söest ja kondijahust millesse on
lisatud Na ja Ba karbonaati. Kast suletakse
hermeetiliselt . Need pinnad, mis ei vaja tsementeerimist
kaetakse savi või aspestiga. Kast asetatakse ahju mille temperatuur on 870…930ºC.Hoitakse sellisel
temperatuuril 6…8 tundi. Selle aja jooksul tungib süsinik 1,8…2 mm sügavusele pinnakihti ning
süsiniku sisaldus
pinnakihis tõuseb 0,8… 1,2%- ni . Tsementeeritud detailid kuuluvad
karastamisele ja noolutusele. Tsementeeritud detailid on hästi kulumiskindlad.
Nitreerimine. Nitreerimiseks nim pindkihi rikastamist lämmastikuga. Nitreeritavad detailid
asetatakse ahju mille temperatuur on 500…600ºC, ahju juhitakse ammoniaaki mis laguneb seal
vesinikuks ja lämmastikuks. Lämmastik difundeerub pinnakihti kiirusega 0,1 mm 10 tunni jooksul.
Vesinik tuleb ahjust kõrvaldada. Nitreerimise põhipuuduseks on see, et hoideaeg ahjus on väga
pikk. Nitreeritud detailid ei vaja termotöötlust säilitavad oma mõõtmed ja on puhtad. Võrreldes
tsementeeritud detailidega on nitreeritud detailid kulumis- ja korrosioonikindlamad. Nitreeritud
detailidel suureneb väsimustugevus.
Tsüaneerimine. See on materjali pinnakihi
rikastamine nii süsiniku kui ka lämmastikuga. Selleks
kasutatakse naatriumi ja
kaaliumi tsüaanisoolasi. Tsüaanisoolad on väga mürgised sellepärast peab
protsess toimuma hästi ventileeritud ruumides. Tsüaneeritakse madalal 500…600ºC või kõrgel
temperatuuril 830… 850ºC. Madalal temperatuuril tsüaneerimisel rikastub pinnakiht peamiselt
lämmastikuga kõrgel aga süsinikuga. Tsüaneeritud detailid vajavad karastamist ja madalat
noolutamist . Võrreldes tsementeeritud pinnaga on tsüaneeritud pind on kulumiskindlam ja talub
paremini tsüklilist koormust. Tsüaneerimise aeg on 1,5…6 tundi.
Malmi termiline töötlemine. Malmi töötlemise eesmärgiks võib olla sisepingete kaotamine,
süsiniku väljapõletamine, omaduste stabiliseerimine ja
parendamine . Valatud detailide jahtumisel
tekkivad neisse sisepinged. Valupingeid saab kaotada vanandamise või lõõmutamisega.
Vanandamine võib kesta 3…24 kuud. Lõõmutatakse 500ºC 3…4 tundi. Malmi kulumiskindlust saab
suurendada karastamisega. Detailid kuumutatakse 800…880ºC ja jahutataks õlis. Seejärel
noolutatakse 300…400ºC. Detailidel peale sellist töötlust säilib kõvaduse kuid kaovad sisepinged.
Vask ja vasesulamid
Vaske toodetakse vaskpüriidist. Toorvasest eraldatakse vask
leek - või elektrolüütilise rafineerimise
teel. Elektrolüütilise rafineerimise teel saadav vask on puhas (99,99%). Puhast vaske tähistatakse
keemiliselt Cu . Vase sulamistemperatuur on 1083oC ja tihedus 8900 kg/m3. Masinaehituses
kasutatakse vase
sulameid . Tähtsamad vase sulamid on pronks ja
messing . Elektrotehnikas on
kasutuses puhas vask. Kui vasele lisada Al või Sb väheneb sulami
juhtivus kolm korda.
Pronks on vase sulam tina, plii, alumiiniumi ja teiste elementidega.
Pronksid jagunevad
tinapronksideks ja tinavabadeks pronksideks. Pronksid töötlemisviisi järgi jaotatakse
survega töödeldavateks ja valupronksideks. Valupronks sisaldab 77% vaske, 11% alumiiniumi, 6% rauda ja
6% niklit. Pronks on laialdaselt kasutatav laevaehituses, sest ta ei korrodeeru
merevees .
Tinapronksid jagunevad kahte rühma: deformeeritavad (tina kuni 5%) ja valatavad (tina üle 5%).
Tinapronksist valmistatakse vee- ja gaasitorustike detaile ning laagriliudasid.
Alumiiniumpronks sulam, milles kuni 10% (Al) alumiiniumi. Heade mehaaniliste omadustega deformeeritav ja valatav.
Peale valmistamist vajab vanandamist.
Ränipronks sisaldab kuni 5% (Si) räni. Väga elastne materjal ja sobib vedrude valmistamiseks.
Berülliumpronks sulam, mis sisaldab 2…3% (Be) berülliumi. Töötlemise käigus vajab karastamist
ja noolutamist. Sobiv kõvadus, tugevus ja elastsus membraanide ja vedrude
valmistamiseks. Sama
elastne, kui teras aga korrosioonikindel.
Kroompronks sisaldab kuni 1% (Cr) kroomi. Hea elektrit juhtiv ja
kuumakindel materjal.
Kroompronksist valmistatakse elektrimootorite kollektoreid, generaatorite kontaktrõngaid,
keevituselektroode jne, kus vaja kuumakindlust.
Kaadmiumpronks sisaldab 1% (Cd) kaadmiumi ja on pronksidest parim
elektrijuht . Kasutatakse
juhtmete valmistamisel.
Messinguks e valgevaseks nim vase ja tsingi(kuni 45%) sulamit. Messing, mis sisaldab vähem kui
10%
tsinki kannab
nimetust tombak. Mida suurem on messingis tsingi sisaldus seda hapram ta on.
Messingid jaotatakse survega töödeldavaks ja valu messinguks. Valumessing sisaldab näiteks 66%
vaske, 23% tsinki, 6% alumiiniumi, 3% rauda. Alumiiniumi, mangaani,
nikli , räni vähene( kuni 1%)
lisamine parendab messingite omandusi.
Vase- nikli sulamid jagunevad konstruktiivseks ja
elektrotehniliseks . Kuniaal sisaldab kuni 13% niklit ja kuni 3% alumiiniumit. Temast saab
valmistada suure
tugevusega detaile ja elektrotehnilisi tooteid. Tugevuse
suurendamiseks tuleb
kuniaali karastada ja vanandada, kusjuures tugevuse annab just vanandamine.
Uushõbe. See sisaldab kuni 30% (Ni) niklit ja 35% (Zn) tsinki ja on heleda värvusega. Uushõbe ei
korrodeeru õhus. Sellest valmistatakse mehaanilise kella detaile, metallraha, söögiriistu.
Melhior .See on vase ja nikli (30%) sulam, mis sisaldab 1% (Mn) piires mangaani ja 0,8% rauda.
Sellel materjalil on suur
korrosioonikindlus . Sellest valmistatakse
soojusvahetus aparaatide detaile,
nõusid, münte, arstiriistu jne
Konstantaan. See materjal sisaldab kuni 40% niklit ja 2 % piires mangaani. Sellest valmistatakse
küttekehade traati.
Nikeliin. See materjal sisaldab kuni 35% niklit. Sobib takistite valmistamiseks.
Kopell. See sulam sisaldab 43% niklit ja umbes 0,5% mangaani. Sellest valmistatakse termopaare.
Manganiin. See on vase sulam, mis sisaldab 2… 3% niklit ja 11… 13% mangaani. See materjal on
suure elektrilise takistusega, mis vähe sõltub temperatuurist.. Sulamist valmistatakse
elektriseadmete kütteelemente ja elektriseadmete täpisdetaile.
Alumiinium ja alumiiniumisulamid
Alumiiniumi saadakse boksiidist elektrilise rafineerimise teel. Alumiiniumit tähistatakse A999
kõige puhtam, A98, A97 jne. Alumiiniumi sulamistemperatuur on 660oC ja tihedus 2700 kg/m3
Puhas alumiinium on
plastne ja mitte eriti kõva elektrit ning soojust hästi juhtiv. Masinaehituses
kasutatakse peamiselt alumiiniumisulameid. Sulamite saamiseks lisatakse alumiiniumile kas vaske,
magneesiumi, räni, tsinki, niklit võimangaani.
Aldrei on sulam, mis sisaldab kuni 1% magneesiumi, rauda ja räni. Sobib juhtmete valmistamiseks
sest on
puhtast alumiiniumist tugevam ja vasest kergem.
Alumiiniumisulamid jagunevad survega töödeldavateks ja valusulamiteks. Survega töödeldavad
sulamid jagunevad kahte rühma termiliselt mittetöödeldavad ja termiliselt töödeldavad. Esimesse
rühma kuuluvad sulamid mangaaniga(1…1,6%) ja magneesiumiga(2…2,8%). Vase ja alumiiniumi
sulamit nimetatakse duralumiiniumiks.
Duralumiinium on tugev ja sitke materjal. Sisaldab kuni 7% vaske ja kuni 1% magneesiumi,
mangaani ja räni. Omaduste parandamiseks duralumiiniumit karastatakse ja vanandatakse.
Vanandamine võib olla kas loomulik või kunstlik . Vanandamisprotsessis toimub tugevuse ja sitkuse
suurenemine. Väga tugev on sulam, mille koostises on 1,7% vaske, 2,3% magneesiumi ja 0,5%
räni. Seda sulamit karastatakse 465…475ºC juures ja vanandatakse 24 tundi 120…140ºC juures.
Heade mehaaniliste omadustega on sulam, mis koosneb vasest 4,3%, magneesiumist 1,5%,
mangaanist 0,6% ja ränist 0,75%. Valusulamitest on kõige levinumad silumiinid.
Silumiinideks nimetatakse alumiiniumi ja räni (8…14%) sulameid.
Sulamitel , milles räni(10…
13%) ja vaske 0,8% või räni(8…10%) magneesiumi 0,3% ja mangaani 0,5%, on head
valuomadused, need sulamid on ka sitked ja korrosioonikindlad.
Magnaalium sisaldab kuni 12% magneesiumi ja kuni 1% mangaani. Magnaalium on on kerge ja
tugev materjal. Hästi
keevitatav .
Alumell on nikli ja alumiiniumi sulam milles 2% alumiiniumi, mangaani ja räni. Suure
kuumuskindluse ja elektritakistusega materjal.
Alumiiniumi kasutatakse ka pulbermetallurgias. Alumiiniumpulbri ja Al2O3 ( kuni 22% ) segu
paagutamisel suure rõhu all temperatuuril kuni 500oC saadakse kerge, tugev, hästi töödeldav ja
kõrge temperatuurikindlusega (kasutatav temperatuuride vahemikus 350…500oC). Kõik
alumiiniumisulamid
kaotavad 300oC juures oma tugevuse.
Magneesiumisulamid
Magneesiumisulamid on kasutatavatest metallidest kõige kergemad. Magneesiumi tihedus on 1740
kg/m³ ja sulamistemperatuur 650ºC. Magneesiumit keemilise aktiivsuse tõttu masinaehituses puhtal
kujul ei kasutata.
Magneesium süttib sulamistemperatuuri juures kergesti ja põleb heleda
silmipimestava
leegiga . Magneesiumisulamite peamised legeerivad elemendid on Al, Mn ja Zn.
Magneesiumisulamid on korrosioonikindlamad kuipuhas magneesium.Alumiinium suurendab
sulami kõvadust,
tsink suurendab sulami plastsust ning valatavust ja mangaan suurendab sulami
korrosioonikindlust. Valusulamite omadusi saab parandada karastamise ja vanandamisega.
Magneesiumisulamist detailid võivad töötlemisel kergesti süttida ja süttimisohu vähendamiseks
lisatakse sulamitele berülliumi kuni 0,001%.
Titaan ja selle sulamid
Titaan ei ole
haruldane metall, kuid seda leidub maakoores väga hajutatult. Kivimites ja savides
leidub titaaniühendeid kuni 1%. Puhtal kuijul titaani looduses ei esine. Puhas titaan on hõbevalge
metall, mille sulamistemperatuur on 1665oC ja tihedus on 4500 kg/m3 . Puhas titaan on tugev
võrdlemisi
rabe . Treida ja puurida on raske kuid keevitatav. Hõõguvpunasena on sepistatav. Titaan
ja
titaanisulamid on korrosioonikindlad, titaanisulamid on kergemini töödeldavad, sitkemad,
lõõmutatavad, karastatavad ja noolutatavad. Titaani ja sulamite pinnale tekib õhu käes
TiO2 mis
tugev ja tihe ning kaitseb metalli. Titaani legeeritakse alumiiniumi, vanaadiumi, kroomi,
molübdeeni ja mangaaniga, millede sisaldus sulamis on 2…5%. Titaani ja alumiiniumi sulam, mis
sisaldab 50% alumiiniumi on kerge tugev ja temperatuurile 800oC vastupidav. Titaani ja nikli
sulamist, milles 50% niklit, saab valmistada vastupidavaid vedrusid. Kuna titaan ei ole mürgine
valmistatakse titaanist ja sulamitest arstiriistu, söömisriistu, toiduainetetööstusele seadmeid jne.
Laagriliuasulamid
Need sulamid peavad hästi vastu hõõrdekulumisele. Laagriliua materjal peab koosnema pehmetest
ja kõvadest mikroosakestest. Kõvad osakesed toetavad võlli ja pehmed osakesed moodustavad õlile
mikrokanalid. Laagriliua
materjaliks sobivad
babiidid , pronksid,
paagutatud raua ja grafiidipulbri
segu ning mittemetallid (
tekstoliit ,
plast ,
vilk , pressitud puit).
Babiit on materjal, millest valmistatakse liugelaagrite liugpindasid. Selles
materjalis on
põhikomponendiks tina ja sinna lisatakse veel
pliid , antimoni, vaske, niklit,
telluuri . Parimad
babiidid on tinababiidid( 83…89% tina) milles antimoni ja pliid. Babiit laagriliuad on kasutusel
ottomootorites. Raudteevagunite liugelaagri liudade materjal koosneb pliist, kaltsiumist ja
naatriumist. Tina asendatakse liudades telluuri või nikliga ja saadakse häid
laagreid . Pliibabiit
sisaldab 78% pliid, 16% tina ja 6% vaske.
Alumiiniumlaagrisulamid. Liugelaagrite liudasid valmistatakse alumiiniumi sulamitest.
Alumiiniumsulamisse lisatakse tina, pliid, vaske, antimoni ja niklit. Võrreldes babiidiga (tina ja plii
sulam) on alumiiniumlaagrisulamil suurem tugevus ja korrosioonikindlus. Puuduseks
alumiiniumlaagrisulamil suur joonpaisumistegur. Alumiiniumlaagrisulam sisaldab 18% tina ja 3%
vaske. Tihti moodustab laagri liua alumiiniumist
kere ava, mis tehakse keresse valamise käigus ja
pärast töödeldakse mõõtu.
Tinapronks ja pliipronks. Diiselmootorites kasutatakse laagrimaterjalina põhiliselt tina- ja
pliipronkse. Laagriliuana on levinud on ka fosfori sisaldusega sulamid .
Plii on sinakashall pehme materjal mille tihedus 11340 kG/m³ ja sulamistemperatuur 327˚C. Suur
osa pliid kasutatakse maailmas pliiakud valmistamiseks. Kuna plii on väävelhappekindel
kasutatakse seda väävelhappetööstuses. Plii kaitseb inimest hästi radioaktiivse kiirguse eest, seetõttu
valmistatakse pliist aatomielektrijaamade reaktorite kaitsekiht. Plii ühenditest valmistatakse
värvipigmente n pliivalge, pliimennik jne.
Pliisulfiid on hea
pooljuhtmaterjal . Plii ja tinaga sulamit
kasutatakse jootmisel. Pliisulameid kasutatakse hea korrosioonikindluse tõttu teraste kaitseks. Pliid
kasutatakse trükitööstuses tähtede materjalina ja jahimehed valavad pliisulamitest
kuule ning
haavleid.
Kermised
Kermiseks nimetatakse suure kõvadusega ühendite osakestest pulbermetallurgilisel teel valmistatud
tööriistamaterjale. Kermiste sideainena kasutatakse kõrge
sulamistemperatuuriga metalle koobaltit,
niklit, molübdeeni.
Sideaine kogus on suurim volframkarbiidis. Oksiid- ja nitriidkermistes metalne
sideaine puudub. Kermised on suure kõvaduse ja kulumiskindlusega.
Volframkarbiid kerimised.
Selles on kuni 25% koobaltit ülejäänud volframkarbiidid. Kasutatakse värviliste metallide ja
malmide töötlemisel.
Titaankarbiid kerimised. Titaankarbiid kermises on 20% niklit, 80%
titaankarbiid.
Tantaal kerimised – Selles on 12% koobaltit, ülejäänud on volframkarbiid. Kuna
metallkarbiidid on kallid kuna volframi varud on ammendatud, siis on viimasel ajal hakatud
kasutama
mineraalkermiseid. Nendes kerimistes on põhiliseks komponendiks alumiiniumoksiid.
Alumiiniumoksiidi baasil valmistatud mineraalkeermiste kuumuskindlus on kuni 1200ºC
.Mineraalkermiseid on raske kinnitada. Nende põhiline kinnitamise viis on
mehaaniline .
Metallide korrosioon
Korrosiooniks nim metallide ja nende sulamite hävimist ümbritseva keskkonna keemilise,
elektrokeemilise või biokeemilise toime tõttu. Korrosiooni tulemusena metallid purunevad kas
osaliselt või täielikult
muutudes kasutamiskõlbmatuteks. Korrosioonile
alluvad kõik metallid ja
sulamid ning muutuvad tagasi esialgseteks ühenditeks millest neid saadi.
Keemiline korrosioon esineb siis, kui metallid puutuvad kokku keemiliselt agressiivsete ainetega. Keemiline korrosioon
tekib sisepõlemismootorite detailidel, elektrisoojendite kütteelementidel, summutites, heitgaaside
torustikes jm mitmesugused gaasid. Keemiliselt aktiivsed vedelikud on kõik
naftasaadused ,
kemikaalide
vesilahused , mineraalväetiste
lahused ,
vasksulfaat , propaniidid jms. Samuti
tahked mineraalväetised põhjustavad teraste keemilist korrosiooni. Kaitseks korrosiooni eest kasutatakse
metalseid ja mittemetalseid
katteid . Metalsed
katted on näiteks tsink, kroom, raud jt , mittemetalsed
katted on värvid, plastid,
fosfaadid jt.
Elektrokeemiline korrosioon tekib metallidel nende
kokkupuutel voolu juhtivate vedelikega (elektrolüütidega). See korrosioon sarnaneb oma
olemuselt galvaanielemendi protsessiga. Terase pinnal moodustub elektrolüüdiga kokkupuutel
galvaanielement , mille
anoodiks on
ferriit ja katoodiks süsinik. Anoodi- ja katoodireaktsioonide
tulemusena ferriit lahustub ning moodustab elektrolüüdi ainetega korrosiooniprodukti
rooste. Elektrokeemiline korrosioon tekib õhus,
vedelikes ja pinnases.
Mullad sisaldavad orgaanilisi
happeid, mis kahjustavad terast, vaske, tsinki, pliid. Väga agressiivsed on leetemullad ja soomullad.
Biokorrosioon tekib bakterite, seente ja vetikate poolt eritatavate ainete toimel. Bakterite
elutegevusest tekkivad orgaanilised
happed ja sulfolipiidid kahjustavad isegi roostevabu teraseid.
Bakterid ja seened kahjustavad ka maa sees olevaid torustikke. Kõige parem elukeskkond on
bakteritele ja seentele
pinnaveed , muld,
turvasmuld , reoveed. Hallitusseened tekitavad metalli
pinnale sidrunhapet ja oblikhapet. Happed põhjustavad omakorda elektrokeemilist ja keemilist
korrosiooni. Biokorrosioon kahjustab põllumajanduses kasutatavat
tehnikat ja eriti elektriseadmeid.
Biokorrosioon kahjustab ka ehitiste metallkonstruktsioone, mille tõttu need tehakse tsingitud
konstruktsiooniterastest.
Plastid
Plastideks nimetatakse looduslikke ja sünteetilisi mittemetalseid kõrgmolekulaarseid ühendeid.
Neid suure molekulmassiga keemilisi ühendeid nimetatakse polümeerideks (vaikained).
Polümeeride molekulid koosnevad suurest arvust ühte või mitut tüüpi korduvatest lülidest. Plastidel
on väike tihedus suur korrosioonikindlus, enamikel plastidel on ka suur hõõrdetegur. Plastid on
head dielektrikud,
isolaatorid ja heli summutavad omadustega.
Plastikud on ka dekoratiivsed
materjalid. Plastidel on väike kuumuspüsivus, soojusjuhtivus ja hügroskoopsus. Plastid vananevad
ja
vananedes kaotavad oma omadused. Plastid jaotatakse kas termoreaktiivseteks (reaktoplastid) ja
termoplastseiks. Termoplastidel ei muutu korduval kuumutamisel kuju ega koostis. See on tingitud
sellest, et nendes plastides on molekulivahelised jõud suured. Reaktoplastidel aga muutub
temperatuuri mõjul kuju ja koostis ning kaob
plastsus . See on tingitud sellest, et
molekulidevahelised sidemed on nõrgad. Selleks , et saada teatavate omadustega plaste lisatakse
neile
lisaaineid so täiteaineid, kõvendeid,
plastifikaatoreid , värvaineid, stabilisaatoreid ja
katalüsaatoreid. Täiteained suurendavad plastide tugevust ja muudavad nad odavamaks.
Täiteainetena kasutatakse kas orgaanilisi või anorgaanilisi aineid. Orgaanilistest ainetest on levinud
puidujahu, tselluloos,
puuvilla jäätmed, puuvillriie, paber jne. Anorgaanilistest aga grafiit,
talk ,
kvarts , klaaskiud,
klaasriie , vilgupuru. Täiteainete maht plastides on umbes 70% ja enam.
Plastifikaatorid muudavad materjali elastsemaks, parandavad töödeldavust, vähendavad haprust ja
suurendavad valu omadusi. Plastifikaatoritena kasutatakse mitmesuguseid estreid (küllastamata
süsivesikuid), kastoorõli ja veel dilbutüülftalaati. Plastidele lisatakse veel stabilisaatoreid, need
väldivad
plasti vananemist. Lisatakse veel katalüsaatoreid, mis kiirendavad plastide
tootmisprotsessi (lubi ja magneesium). Plaste üldiselt ei värvita (värvid nakkuvad
plastidega halvasti) vaid neisse lisatakse värvaineid (roheaine – kroomoksiid, valge - tinaoksiid). Kõvendid
kiirendavad vaigu kõvaks muutumist.
Polüetüleen ( termoplast
) on polümeer, mis koosneb ainult vaigust ning on niiskuskinde ja
gaasitihe. See polümeer on poolläbipaistev värvuseta aine, mille sulamistemp. on saamisviisist
olenevalt 105…130ºC. On heade dielektriliste omadustega ning happe ja leelisekindel. Laguneb
kloori ja
fluori mõjul. Toodetakse nii kõrg - kui ka madalrõhu polüetüleeni. Nad erinevad üksteisest
tootmistehnoloogia, füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest. Madalrõhu polüetüleenil on
suurem mehaaniline tugevus ja jäikus kui kõrgsurvesurve polüetüleenil. Madalrõhu polüetüleenist
valmistatakse mitmesuguseid
torusid ja voolikuid, kaablite isolatsiooni kuid ka
raadiote detaile.
Valmistatakse ka mahuteid ja väikestele koormustele töötavaid hammasrattaid. Kõrgrõhu
polüetüleenist valmistatakse pakkematerjale. Füsioloogiliselt
kahjutu .
Polüetüleenteraftalaat (polüester) on valge või helebeež läbipaistmatu heade füüsikaliste
omadustega plast, mille sulamistemp 265ºC. Vastupidav benseenide ja hapete suhtes, kuid lahustub
fenoolides . Üle 100ºC temperatuuril laguneb ammoniaagi ja leeliste lahustes. Sellest
plastist toodetakse mikroobide ja koide kindlat
kilet , plastdetaile ja keemiatööstuse masinate osi.
Polüformaldehüüd tugev suure kulumiskindlusega valge läbipaistmatu põlev plast.
Sulamistemperatuur 160…180ºC toatemperatuuril vastupidav
paljudele lahustitele kuid laguneb
orgaaniliste hapete toimel. Peale vanandamist omandused ei muutu peaaegu üldse. Sellest plastist
toodetakse masinaosi ja kiudaineid.
Polüvinüülkloriid (termoplast) on valge tahke aine. Kui sellest toodetakse torusid, siis nimetatakse
teda lihtsalt plastiks. Kui aga kõva lehena, siis nim vinüülplast. Polüvinüülkloriidil on head
dielektrilised ja plastilised omadused. Samas on PVC väike
temperatuurikindlus laguneb üle 100ºC
juures. Polüvinüülkloriid ei ole vastupidav nitrobenseenile, dikloroetaanile, tsükloheksanoonile.
Püsiv on vee, hapete, leeliste, soolade vesilahuste ja naftasüsivesinike suhtes. Plastifikaatorite abil
saab polüvinüülkloriidist valmistada mitmesuguste omadustega materjale. Vinüülplast, mis sisaldab
10% plastifikaatorit on kõva, heade füüsikalismehhaaniliste omadustega materjal. 40%
plastifikaatorit sisaldav materjal on elastne ja külmakindel. Polüvinüülkloriid ei põle.
Polüvinüülkloriidist valmistatakse happeaku anumaid ja separaatoreid. Dielektrolüüsi anumate
seinad kaetakse vinüülplastiga. Plasti kasutatakse veel kaablijuhtmete isoleermaterjalina ja
metalltorude kaitseks korrosiooni eest. Tehisnahka, põrandakatteid, painduvaid torusid, säärikuid
toodetakse plastisoolidest. Orgaanilistes
lahustites lahustatud plastisoolidest toodetakse kilet ja
kiudaineid.
Kapron , nailon , perlon , dederon , aniid , niplon . Polüamiidi, millele on lisatud 3…5% grafiiti
kannab eelpoolseid nimetusi . Kapron on mitu korda kulumiskindlam kui teras ja mõned värviliste
metallide sulamid. Kapron on antifriktsioonne materjal. Kapronil on väike soojusjuhtivus. Detailide
valmistatakse survevalu teel. Kapron annab hästi lõiketöödeldav. Kapronist detaile saab liimida ja
keevitada. Kapron ei ole väävelhappekindel ja lahustub fenoolides ning trikloroetaanis.
Polüamiidkiudainest valmistatakse rehvikoorti, filtrimaterjali, kalavõrku, köit, tekstiile.
Aromaatsetel polüamiidkiudainete temperatuurikindlus on 350…600ºC.
Polüester. See on sünteetiline kiudaine, millel suur temperatuurikindlus. Sellest valmistatakse riiet,
mis kulumis- ja valguskindel kuid vähevastupidav kuumale leelisele. Seda riiet nimetatakse
lavsaaniks, dakroniks, elaaniks, terüleeniks. Polüesterniidist valmistatakse trikotaažitooteid,
krimpleeni ja melaani. Tehnilise polüestri kiust valmistatakse nööri, veorihmu, konveierilinte, köisi,
filtreid jne.
Polüakrülaat. See sünteetiline polümeer on tahke läbipaistev termoplastne materjal, mis lahustub
orgaanilistes lahustites. Sellest toodetakse polümetüülmetakrülaati.
Pleksiklaas e polümetüülmetakrülaadist valmistatakse valguskindlat orgaanilist klaasi, kilet,
läätsesid. Sellel materjalil on väga hea läbipaistvus. Püsiv vees, leelistes, hapete vesilahustes,
bensiinis ning õlides. Kahjustub kontsentreeritud väävel-, lämmastik- ja kroomhappes. Lahustub
benseenis, dikloroetaanis, propanoonis. Lahuste abil saab tekitada materjalide pinnale läbipaistvat
lõhnatut värvkatet. Termoplastne polükrülaat
Uretaankautšuk e sünteetiline kautšuk. See on
eetrite ja estrite reaktsioonisaadus. Tihedus
1210 …
1250 kg/m³ . Sünteetilisel kautšukil on suur kulumiskindlus, elastsus ja tõmbetugevus. Väike
kuumuskindlus kuni 130ºC, külmakindlus - 35ºC, veekindlus, happe- ja leelisekindlus. Sellest
kautšukist valmistatakse jalatseid, taldu, kaablikatet, tihendeid, kiirguskaitseriietust.
Fenoplastid . Need plastid koosnevad täiteainest ja sideainest, milleks fenoolformaldehüüdvaigud.
Täiteainena on kasutusel pulbrit või kiudmaterjali. Puitkihtplast koosneb vaigust ja puiduspoonist.
Puuvillriidest ja vaigust
koosnevat lehtmaterjali nimetatakse tekstoliidiks ning paberikihtidest ja
vaigust koosnevat materjali nimetatakse getinaksiks. Veel valmistatakse klaasriidest ja vaigust
klaastekstoliiti. Osa vaikaineid kõvenevad kõvendi toimel osa õhu käes seistes. Suure
hõõrdeteguriga plaste saadakse aspesti ja vaigu segudest. Pidurilintidele lisatakse tugevduseks ka
messingtraati. Fenoplastid võivad olla veekindlad, kuumuskindlad, happekindlad, suure
löögisitkusega ning elektrit mittejuhtivad materjalid.
Klaas
Klaaside liigitus •
Pudeli ja aknaklaas – klaas mis sisaldab 70% räni , kuni 10 % - CaO; kuni 2% - MgO;
kuni 2 % alumiiniumoksiidi; kuni 15% -
Na2O . Pudeliklaasil tumepruun värvus on tingitud
Fe(III) ühenditest ja rohekas värvus Fe(II)ühenditest. Kui lisada manaanioksiidi siis
saadakse
klaasile teisi värve.
•
Kuumuskindel klaas – klaasimassile lisatakse
booraksit - Na2B4O7.
Klaasil suureneb
soojusjuhtivus ja väheneb paisumistegur. Sellest klaasist saab valmistada suure paksusega
esemeid. Suure soojusjuhtivuse tõttu ühtlustub eseme temperatuur kiiresti ja klaasese ei
purune .
•
Keemiliselt vastupidav klaas – keemiliselt vastupidavasse klaasi lisatakse booraksit,
alumiiniumoksiidi Al2O3, tsinkoksiidi ZnO. Selles klaasismassis ei tohi olla Na2O ja K2O.
•
Optilised klaasid – klaasid milledel valguskiire murdumisnäitaja on suurem. Liigitatakse
kroonklaasid (murdumisnäitaja alla 1,6) ja flintklaasid (murdumisnäitaja üle 1,6).
Kroonklaasile lisatakse BaO ja flintklaasile PbO ( kuni 80%).
•
Kristallklaas – kristallklaasil on suurem murdumisnäitaja. Klaasis sees on palju väikesi
prismasid, mis panevad klaasi särama. Klaasimassile lisatakse kuni 30% PbO või BaO.
Karastatud klaas – tavalise klaasi purunemisel tekkivad
teravad ja pikad
killud . Karastatud
klaasi purunemisel tekikivad väikesed peaaegu ruudukujulised nuri servaga tükid.
Karastadud klaasil on suurem vastupidavus löökidele ja paindele. Karastatud klaasi saadakse
karastamise teel st klaasi kuumutatakse ja jahutatakse kiiresti õhuvoolus või õlis.
Kuumutamisel kaovad sisepinged.
•
Tripleksklaas – on
kolmekihiline klaas, kus kahe karastatud klaasikihi vahele paigutatakse
kõrgelastne plastmassikiht, mis nakkub klaasikihtide külge. Selle klaasi purunemisel ei
lenda killud laiali vaid jäävad plastikihi külge. Väga tugev ja kuumuskindel klaas saadakse
siis kui klaasi pinda töödelda vesinikfluoriidhappega.
•
Sitall (silikaat +
kristall ) – klaas, mis talub kõrgeid
temperatuure kuni 1000oC. Klaasi sisse
viiakse peeneks jahvatatud ained.
Kristallid moodustataks Cu, Ag, Au või mõnede soolade ja
oksiidide abil. Kristallid tekkivad klaasi siise pikaajalise ja keeruka termilise töötluse
käigus. Kui kristallilisus on saavutatud jahutatakse klaas. Protsess võib kesta 10 tunde. Kui
kristalle on üle 40% kogumassist on klaas läbipaistmatu. Kui sitlallis tekkivad mikropraod
siis need ei lähe kuumutamisel-jahutamisel edasi.
•
Kvartklaas – see klaas neelab UV kiirguse pea täielikult. Selle klaasi tootmiseks sobib
kvarts SiO2. Kvartsiliivast valmistatud klaas ei ole läbipaistev. Kui klaasis on on alla 95%
kvartsi , siis on klaas läbipaistev. Mäekristallist valmistatud klaas on aga hästi läbipasistev.
Kvartklaas on temperatuurikindel (1400oC). Kvartklaasi on raske töödelda. Kui seda klaasi
puudutada sõrmega jääb klaasile sõrmejälg. 1000oC juures selline klaas praguneb ja
puruneb.
Värvid
Värvid on peeneks jahvatatud pigmendist ja sideainest koosnevad kattematerjalid, milledega
kaitstakse metalle korrosiooni eest. Värvid sisaldavad peale
pigmendi ja sideaine veel täiteaineid,
lahusteid, plastifikaatoreid, sikatiive, tahkesteid jt lisandeid.
Pigmendid on peeneksjahvatatud värvilised
pulbrid , mis segunevad hästi värvi koostisse kuuluvate
vedelikega ja annavad värvile tooni, kuid ei lahustu neis. Tuntumad pigmendid on ooker,
rauamennik , grafiit,
tsinkoksiid , tsinkfosfaat, kaltsiumkromaat, baariumkromaat jne. Pigmentidena
kasutatakse ka metallide vase, tsingi, pronksi, alumiiniumi pulbreid.
Sideained ühendavad pigmendiosakesi ja täitematerjaliosakesi aluspinnaga tugevasti nakkuvaks
kelmeks. Sideaineteks kasutatakse värnitsaid, looduslikke ja tehisvaike, emulsioone, liime ja muid
kelmet moodustavaid aineid.
Täiteained parendavad värvi ilmastikukindlust, veepidavust, tugevust, voolavusomadusi ja
adhesioonivõimet. Täiteaineid kasutatakse ka
pahtlite koostises. Täiteainetena kasutatakse
pulbrilisel kujul kriiti, talki, kaltsiiti, dolomiiti, vilku.
Lahustid , vedeldid ei kuulu värvi põhikooseisu. Lahusteid lisatakse värvidele enne värvi
kasutamist. Lahustiga pannakse paika värvi õige
viskoossus . Vedelditega vedeldatakse värvi pastad
ja pulbrid. Vedeldid sisaldavad kelmet moodustavaid aineid.
Plastifikaatorid suurendavad värvkatte elastsust. Taimseid õlisid sisaldavates värvides
plastifikaatoreid ei kasutata. Tuntumad plastifikaatorid on dibutüülftalaat, kamper ja riitsinusõli.
Looduslikke ja sünteetilisi
vaike kasutatakse lakkide valmistamisel ja et värvitud pinnad ei
praguneks lisatakse lakkidele plastifikaatoreid.
Tahkestid on ained, mis parendavad mitmete vedelpolümeeride kõvenemist.
Antioksüdante lisatakse värvidele selleks et vähendada õhuhapniku
kahjulikku mõju värvkattele.
Hapnik muudab värvkatte hapraks ja põhjustab tuhmumist.
Pindaktiivsed ained suurendavad värvide koostisainete nakkumist aluspinnaga. Tuntumad
pindaktiivsed ained on silikoonõli,
rasvhapped , rasvhapete
soolad , trietüülamiin.
Värvide liigitus
Veevabad värvid – õlivärvid , lakkvärvid, pulbervärvid
Vesivärvid – liimvärvid, lubivärvid, silikaatvärvid
Emulsioonvärvid – polüvinüülatsetaatvärvid, akrüülvärvid, glüftaalvärvid, stüroolbutadieenvärvid
Õlivärvid Need värvid on pigmentide ja täiteainete suspensioonid. Sideainena kasutatakse
värnitsaid(taimeõlid), segavärnitsaid ja tehisvärnitsaid. Tehisvärnitsatest on
enamkasutatavad pentaftaal - ja glüftaalvärnitsad. Värvikelme kvaliteedi parandamise eesmärgil lisatakse õlivärvidele
vaikaineid. Õlivärvid on hea nakkuvusega ilmastikukindlad ega nõua alusvärve. Kuivavad 48 tundi
toatemperatuuril. Õlivärvid ei läigi ega ole vigastustekindlad.
Lakkvärvid e emailvärvidNeed värvid on pigmente sisaldavad
lakid .
Kuivades moodustavad lakkvärvid kõva läikiva kelme.
Kasutatakse õlilakkvärve, alküüdlakkvärve, epoksüüdlakkvärve, nitrolakkvärve jne. Osa emaile
kuivatatakse 80…100˚C( melamiinlakkvärv) juures 2…4 tundi osa kuivavad toatemperatuuril
1…2 tundi(nitrotsellulooslakkvärv).
Pulbervärvidena kasutatakse termoreaktiivseid vaike ja termoplastseid polümeere. Pulbervärvid
nakkuvad hästi metallidega ja moodustavad ilmastikukindla, läikiva katte. Epoksüvaikkatted on
kasutuses tööstuses vee ja toiduainetega (happeliste)kokkupuutuvate pindade kaitseks.
Emulsioonvärvide sideaineks on polümeeri ja vee
emulsioon . Kuivades vesi
aurustub ja polümeer
moodustab hästi nakkuva kelme. Tuntumad värvid on polüvinüülatsetaat- , akrüül- ,
glüftaalemulsioonvärvid. Emulsioonvärvid ei sisalda tuleohtlikke orgaanilisi lahusteid.
Kruntvärve kasutatakse värvitavate pindade ettevalmistamisel värvimiseks. Kruntvärv nakkub
hästi pinnaga ja seob värvikihi paremini alusmaterjali külge. Nakke suurendamiseks lisatakse
kruntvärvidele taimseid õlisid. Kruntvärv peab sisaldama samu side- ja täiteaineid mis värvid..
Pahtlid on pigmentide, täiteainete ja
sideainete pastataolised
segud . Pahtliga tasandatakse pind
enne värvimist. Pahtlitele võib lisada lakki või värvi ja peeneksjahvatatud talki.
Värvimisviisid
Värvimisviisi valik sõltub värvist, eseme
kujust , nõutavast kvaliteedist ja olemasolevatest
seadmetest. Värvimisviisist sõltub otseselt värvikulu ja tööjõudlus. Masinate ja seadmete värvimisel
kasutatakse järgmisi värvimisviise:
pintsliga värvimine, õhuvoolus
pihustamine ,
survepihustamine ,
elektriväljas pihustamine, elektriväljas sissekastmine, ülevalamine. Enne värvimist tuleb värvitav
pind ja värv tööks ette valmistada. Kõik värvid enne kasutamist tuleb hoolikalt segada. Segamise
käigus lisatakse lahustid ja vedeldid, et saavutada värvile vajalik viskoossus. Värvi viskoossus
määratakse värvi viskosimeetriga.
Õhuvoolus pihustamise seade koosneb värvipihustist, kompressorist, ressiiverist ja õhupuhastist.
Õhuvoolus pihustamise värvipihusteid on kahte tüüpi: madalrõhu (0,25…0,3 MPa) ja
keskrõhu (0,3…0,6 MPa). Selle värvimisviisi puudusteks on suur värvikadu, lahustite vajadus,
tuleohtlikus (lahustitest), ventilatsiooni vajadus, vesikardinate vajadus ja töötajal respiraatori
kasutamine.
Survepihustamine on üks paremaid värvimisviise, sest selle viisiga on võimalik peale kanda kõiki
värve. Värvimisseade koosneb kõrgrõhukompressorist rõhupaagist, kõrgrõhupihustist,
kõrgrõhuvoolikutest ja värvipaagist.
Survepihustamisel on värvikadu väiksem kui õhuvoolus
pihustamisel. Värv võib olla suurema viskoossusega. Osa
lahustist lendub pihustamise käigus ja
värv kuivab kiiremini. Kui siia lisada elektriväli väheneb värvi kadu veelgi. Elektriväljas värvimisel
on ese miinusega ja
pihusti plussiga ühenduses. Pinge on 10000…15000 V. Elektrivälja mõjul
liiguvad värviosakesed värvitavale pinnale ühtlase kihina. Pihusti töörõhk on 12…20 MPa.
Pihustuse parandamiseks lisatakse värvile glükoolestreid või alkohole. Halvasti pihustuvad
elektriväljas tärpentin, lakibensiin,
tolueen , solvent. Survepihustamist kasutatakse nii
masinvärvimisel kui käsitsivärvimisel.
Sissekastmise ja ülevalamisega värvimine on põhiliselt
kasutamisel auto- ja muude masinate
koostamise
tehastes . Selle värvimisviisi juures on vaja suuri vanne. Värvitav seade või masin
kastetakse värvi sisse. Hoitakse selles ja tõstetakse siis nõrguma. Peale nõrutamist toimub
kuivatamine . Liigne värv valgub pinnalt maha. Selle värvimisviisi juures ei saa kasutada kiiresti
kuivavaid värve. Vajaduse kasutatakse selle värvimisviisi juures ka elektrivälja. Detail on miinus ja
vann on pluss. Elektriväljas kinnitub värviosake paremini pinnale.
Kuivatamine. Eristatakse loomulikku ja kunstlikku kuivatamist. Loomulikul kuivatamisel peab
temperatuur olema vähemalt +15°C ja suhteline õhuniiskus kuni 65%. Ruum peab olema
tolmuvaba. Kunstlik kuivatamine jaguneb konvektsioon- ja kiirguskuivatamiseks.
Konvektsioonkuivatamisel on ruumi temperatuur 60…200°C. Ruumi temperatuur hoitakse vajalikul
tasemel ettekuumutatud õhu või põlemisgaasi juhtimisega kuivatusruumi. Kiirguskuivatamise
juures kasutatakse põhiliselt infrapunast kiirgust. Infrapunase kiirguse kasutamisel hakkab värv
kuivama materjali pinnalt. Kuivamisel ei tekki värvikelmesse poore. Infrapunase kiirguse
keskkonnas kuivavad hästi
melamiin -, epoksüüd-, alküüd- ja karbamiidvärvid.
Pindade ettevalmistamine
Värvitav pind tuleb
puhastada vanast värvist, korrosioonist, tagist, aluste, hapete ja muude
kemikaalide jääkidest. Vana värvkate eemaldatakse mehaaniliselt või keemiliste lahuste abil. Kõige
paremini eemaldab vana värvi naatriumhüdroksiidi kuum vesilahus.
Rasv eemaldatakse pindadelt
leeliseliste või orgaaniliste
lahustega . Väga hästi eemaldab pinnalt rasva 150°C kuum aurujuga.
Peale rasva eemaldamist paljud metallid hakkavad kohe korrodeeruma. Roostet ja korrosiooni
eemaldatakse pindadelt mehaaniliselt smirgelpaberi või smirgelkäiaga. Efektiivne on rooste ja
korrosiooni eemaldamine liivajoaga. Kasutatakse 0,8…1,5 mm
tera läbimõõduga kvartsliiva.
Suurema läbimõõduga liivaosake riku pinnasileduse. Paljud ettevõtted kasutavad pindade
puhastamisel haavlijuga. Haavlite läbimõõt 0,3…1,5 mm, õhurõhk 0,5…0,6 MPa. Haavliteks
sobivad sõelutud metallipuru või valmistatud terashaavlid. Haavlid kogutakse kokku ja kasutatakse
korduvalt. Haavlijoa düüs valmistatakse metallkeraamilisest sulamist.
Puhastatud pindade passiveerimine on vajalik teha peale pindade puhastamist kui ei ole võimalik
kohe kruntida. Passiveerimise lahus valmistatakse naatriumnitritist või trinaatriumfosfaadist. Need
lahused
kaitsevad puhast metalli pinda korrosiooni eest 2…3 päeva. Neil juhtudel, kui ei ole
võimalik pinnalt roostet eemaldada töödeldakse pinda
roostemuunduriga. Roostemuundur
kantakse pinnale, kus ei ole lahtist roostet ja lastakse seal mõjuda. Enamikul juhtudel kestab
muundumine 24 tundi. Peale rooste muundamist võib pindasid kohe kruntida. Kasutatakse ka
kruntroostemuundureid, mis peale kuivamist tugevasti nakkuvad metallipinnaga.
Metallide konversioonkatted
Konversioonkatted saadakse metalli pinnale selle pindmise kihi keemilisel või elektrokeemilisel
ümberkujundamisel. Paljude metallide pindasid oksüdeeritakse ja teraseid veel fosfaaditakse.
Teraseid oksüdeeritakse 500…600°C aurujoaga. Keemiliselt oksüdeeritakse teraseid leeliste ja
nitraatide lahustega. Musta värvi terasesemeid oksüdeeritakse värnitsaga temperatuuril 200…400°C
nii, et värnits söestub. Elektrokeemiliselt oksüdeeritakse terast naatriumhüdroksiidi lahuses, kus
detail on
anood ja
katood on terasplaat. 40 min jooksul moodustub terasdetaili pinnale vastupidav
musta värvi
oksiidikiht . Metallidest oksüdeeritakse veel alumiiniumi, vaske. Väga levinud on
teraspindade fosfaatimine. Enne fosfaatimist tuleb pind hästi puhastada. Eristatakse külm-ja
elektrokeemilist fosfaatimist. Terase pinnale tekib õhuke fosfaatkate. Kõige parem tulemus
saavutatakse elektrokeemilisel fosfaatimisel. Fosfaadi kiht on hallikat värvi ja kaitseb metalli
värvikihi all.
Metallkatted
Metalsed kaitsekatted mitte ainult ei kaitse alusmetalli korrosiooni eest, vaid suurendavad detaili
pinna kõvadust, kulumiskindlust, peegeldusvõimet, dekoratiivsust. Sõltuvalt kaitsetoimest
jaotatakse metallkatted anoodseteks ja katoodseteks. Anoodseteks nimetatakse metallkatteid millel
on alusmetalliga võrreldes negatiivne potentsiaal st kaitsev metall on kaitstavast metallist aktiivsem.
Kui teras on kaetud tsingiga, siis kaitsev metall on anoodiks. Väliskeskkonnas anoodne kate hävib.
Kaitstav metall teras on katoodiks ega hakka enne korrodeeruma, kui pole kogu tsingi kiht pinnalt
kadunud. Terasele anoodiks on veel alumiinium ja
kaadmium . Katoodse katte puhul on kaitsev
metall kaitstavast vähem aktiivne. Kui teras on kaetud nikliga, siis nikkel on katoodiks. Nikkel
kaitseb terast seni, kuni kaitsekiht on terve. Kui nikeldatud pinda mehaaniliselt vigastada
korrodeerub teras kiiremini kui tavaliselt. Metallide metallkattega
katmise moodused on järgmised:
galvaaniline menetlus,
termomehaaniline menetlus, sulametalli pinnale pihustamine ja sulametalli
sisse kastmine.
Galvaaniline katmine toimub elektrivälja keskkonnas. Detail paigutatakse elektrolüüdi vanni.
Detail on katood ja vann või lisa
elektrood on anood. Elektrolüüdiks on sadestatava metalli soolad.
Elektrolüüti lisatakse elektrijuhtivust tõstvaid aineid, happesust reguleerivaid aineid katoodi
polariseerivaid aineid ja pindaktiivseid aineid. Katte paksus sõltub elektrolüüti läbivast
elektrihulgast, kattematerjali tihedusest, voolutihedusest
katoodil ja elektrolüüsi kestvusest.
Keeruka kujuga esemeid ei ole võimalik ühtlaselt
katta . Katte ühtlus sõltub elektrolüüdi
elektrijuhtivusest. Enne katte
pealekandmist puhastatakse esemed mehaaniliselt, keemiliselt ja
elektrokeemiliselt. Kaetavad pinnad peavad olema siledad ilma kriimudeta. Rasvasele pinnale
metallkate ei tekki. Elektrokeemilisel töötlemisel eralduvad pinnalt
rasvad ja õlid kõige paremini.
Keemilisel töötlemisel kasutatakse peamiselt leeliselisi või orgaanilisi lahuseid. Kui metalli pind on
kaetud roostega kasutatakse pinna
puhastamiseks söövitamist.
Musti metalle söövitatakse väävel-
või soolhappe vesilahustega.
Oksiidid lahustuvad soolhappes paremini.
Alumiiniumisulamite söövitamisel kasutatakse 5…10% soolhappevesilahust. Vahetult enne elektrolüüsiprotsessi metalli
pind dekapteeritakse e täiendavalt söövitatakse, et pind parema nakkumise saavutamiseks
aktiveerida.
Tsinkimine võib toimuda elektrokeemiliselt või sula tsingi pealekandmisega. Elektrolüüsil
kasutatakse aluselisi või happelisi elektrolüüte. Kuna aluseline elektrolüüt sisaldab tsüaniidi on
protsess mürgine. Happeline elektrolüüt ei ole mürgine kuid ei taga ühtlast pinnakatet. Elektrolüüs
toimub 20…40°C juures
voolutihedus 100…600 A/m². Peale vajaliku paksusega katte saamist
tsingi pind passiveeritakse kroomhappe või selle soolade lahusega. Enne passiveerimist tsingitud
pind helestatakse lämmastikhappe, väävelhappe või kroomtrioksiidi vesilahustes. Kui soovitakse
tsingitud pinnalt suurt
vastupidavust siis pind kaetakse värvi või lakiga või fosfaaditakse.
Kadmeerimine e kaadmiumiga katmine. Kaadmium on tsingist keemiliselt püsivam, kuid
lahustub orgaanilistes hapetes kiiresti. Kaadmium on
rauale anoodseks kaitsekatteks ning kaitseb
rauda teatud tingimustes paremini kui tsink. Kaadmiumi helestatakse nii samuti kui tsinki ja pärast
kaetakse värvitu laki
kihiga .
Tinatamine. Väävelvesinik ja väävelhappe vesilahus tina ei kahjusta. Õhu käes tina kattub
tinaoksiidiga ja õhuga edasi ei reageeri.
Leelised kahjustavad tina pinda ja reaktsiooni tulemusena
eraldub keskkonda vesinik. Tina kiht ei kaitse terast korrosiooni eest, kuna on terasele katoodiks.
Tinaga kaitstakse vaske väävli kahjuliku mõju eest. Galvaanisel teel metalli pinnale
kantud kiht ei
ole eriti vastupidav ja seetõttu on
soovitav tina pind üle kuumutada. Tina pinna parendamiseks
tuleb galvaaniliselt kaetud pind või ese üle kuumutada glütseriinis 250…270°C. Heade omadustega
on tina- vismuti sulamist kaitsekate. Veel võib tina või tina-plii sulami metalli pinnale kanda
kuumalt sulas olekus. Tinatatav pind tuleb kõigepealt puhastada räbustiga. Seejärel kuumutada
jootelambiga. Kuumale pinnale võib puistata tina puru või valada sulatatud tina. Mõõtmetelt väikesi
detaile saab tinaga katta sula tina vannis sissekastmise teel.
Pliiga katmist kasutatakse
mustade ja värviliste metallide kaitseks, kus tegemist agressiivsete
gaasidega, lahustega või väävliühenditega. Terasele on plii katoodiks. Pliid kantakse pinnale
kuumalt või elektrokeemilisel teel. Eelektrolüüdi koostis võib olla järgmine: pliiinitraat,
ammooniumsulfaat ja polüetüleenpolüamiin. Sellise vesilahusega
voolutiheduse juures 100 A/m
saadakse tihe poolläikiv pliikate.
Vasetamine on kasutusel seal, kus soovitakse terast katta nikli või kroomi kihiga. Vask ei kaitse
terast korrosiooni eest, kuna on rauale katoodiks. Enne kroomimist või nikeldamist vasetamine on
väga levinud, kuna siis saadakse püsivam kate. See vasetamisprotsess on väga mürgine, kuna
elektrolüüsil kasutatakse tsüaniide. Vaske on väga kerge poleerida ja saada väga ilus läikiv kate ja
seda kasutatakse näiteks vaskpillide ilusamaks tegemisel. Vase ja pronksi vasetamisel kasutatakse
vasksulfaati ja väävelhapet elektrolüüdi koostises voolutihedusel 100…500 A/m .
Nikeldamine on kasutusel seal, kus soovitakse saada
ilusat läikivat
katet . Nikkel on terasele
katoodiks ja
poorse katte korral ei kaitse pinda korrosiooni eest. Kui nikeldatud pind saab
mehaaniliselt kahjustatud hävineb teraspind kiiremini
tavalisest . Hästi aitab olukorrast välja vask,
mis kantakse enne nikeldamist terasele. Elektrokeemilisel teel sadestatud nikkel on suure
kõvadusega. Kui nikeldamisel kasutatakse elektrolüüdis lisandeid
fosforit ja
boori saadakse
korrosioonikindel ja ühtlase paksusega niklikiht. Alumiiniumi tuleb enne nikeldamist söövitada
kroomhappe ja väävelhappe
seguga . Vase ja vasesulamite nikeldamisel peab detailide ühendamisel
vooluringi kasutama nikkeltraati.
Kroomimine on levinud terase katmise viis, kuid ilma aluskihita ei kaitse kroom terast korrosiooni
eest. Kroomiga kaetakse terastetaile, et vähendada neis sisepingeid. Veel võib kroomiga katta terast
mitmekihiliselt, selle menetluse abil viiakse mõõtu näiteks laagripindasid ja kulunud liugelaagreid.
Kui kroomitakse terast ilu pärast kasutatakse aluskihiks vaske või niklit. Kroom sobib hästi
vasesulamite, alumiiniumisulamite ja tsingi katteks. Kroomimisel on elektrolüüdid keeruka
koostisega ja kroomimise puuduseks on suur voolutihedus. Voolutihedus on vahemikus 500…
30000 A/m. Veel on elektrolüüsil puuduseks see, et
vannid peavad olema jahutusega sest töötemperatuur
on 18…20°C, suurte voolude kasutusel voolu juhtiv elektrolüüt kuumeneb. Kuumas keskonnas
elektrolüüsi protsess aeglustub või ei toimu üldse.
Kütuste koostis
Kütus e kütteaine on süsivesinikke sisaldav põlevaine, mida kasutatakse
soojusenergia saamiseks
või keemiatööstuse toorainena. Agregaatoleku järgi jagunevad kütused:
•
tahked kütused, •
vedelkütused, •
gaasikütusedPäritolu järgi jagunevad kütused:
•
looduslikud kütused, •
tehiskütused Looduslikud kütused on: maasüsi (kivisüsi, pruunsüsi) maagaas, põlevkivi, nafta,
turvas , küttepuit,
puidu ja taimede jäätmed (teravilja põhk,, päevalille ja rapsi varred).
Tehiskütused on: puidu- ja kivisöekoks, turba- ja puidubrikett, mootorikütused,
vedelgaas ,
generaatorigaas ,
biogaas , biovedelkütus, sõmerdatud kivi- ja puidusüsi. Kütuse põlemisel täpsemalt
oksüdeerumisel vaba või seotud hapnikuga vabaneb soojusenergia. Soojusenergia mõõtühikuks on
J(džaul). Energeetikas kasutatakse ühikuid kJ, MJ, GJ, Ws, kWh, MWh, GWh . Kütuste tähtsaim
iseloomustussuurus on kütteväärtus.
Kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub ühe massi- või mahuühiku kütuse täielikul põlemisel. Mõõtühikuks on sobilik MJ/kg või kWh/kg.
Kütuste kütteväärtused •
Kivisüsi = 5,8…9,1 kWh/kg
• Pruunsüsi = 2,3…6,4 kWh/kg
• Turbabrikett (10% niiskust) = 4,7…5,5 kWh/kg
• Küttepuit (18% niiskust) = 2,9…5,0 kWh/kg
• Puidukoks = 7,5…9,1 kWh/kg
• Põlevkivi = 1,7…5,0 kWh/kg
•
Bensiin = 12,2 kWh/kg
• Diislikütus = 11,8 kWh/kg
• Petrooleum = 12,0 kWh/kg
•
Masuut = 11,1…11,5 kWh/kg
• Põlevkiviõli = 10,6 kWh/kg
•
Etanool = 7,3 kWh/kg
• Taimeõli = 10,6 kWh/kg
• Vedelgaas = 12,6 kWh/kg
• Vesinik (H2)= 33,6 kWh/kg
• Süsinik (C) = 9,1 kWh/kg
Tuha- ja tahmavaba põlemise tõttu ning käsitsemismugavuse tõttu eelistatakse vedelaid ja gaasilisi
kütuseid. Vedelkütuste kallinemine on sundinud katlamajades kasutusele võtma ka mitmeid
tahkeid tehiskütuseid (
puiduhakke , tükkturba, kivisöesõmera, põhu- ja puidubriketi). Masinate ja autode
mootorites kasutatakse kütusteks põhiliselt vedelkütuseid, paiksetes mootorites ka maagaasi.
Vedelkütustes kasutatakse järgmisi kütuseid: a) bensiinid,
b)diislikütused, c) etanool, d) vedelgaas, e)biodiislikütus, f)petrooleum(lennukimootorid). Põhiline
kogus vedelkütuseid toodetakse naftast, etanooli saadakse taimede seemnete või suhkrutööstuse
jäätmete kääritamisel, biodiislikütust toodetakse taimeõlidest.
Kütuste koostis
Kütused koosnevad orgaanilisest osast, mineraalosast ja veest. Orgaanilise osa moodustavad
vesinikku, süsinikku, väävlit, lämmastikku ja hapnikku sisaldavad ühendid. Vesinikku, süsinikku ja
väävlit sisaldavad ained on kütuste põlev osa. Hapnikuühendid ei põle, kuid nad soodustavad
põlemist.
• Küttepuidus on süsinikku 50%; vesiniku 6...7%; hapniku 44%; väävlit 0%;
lämmastiku 1...1,3%
•
Turbas on süsinikku 50...60%; vesiniku 5...6%, väävlit 0,1...1,5%; hapniku30...40%;
lämmastiku 0,5...4,0%
• Bensiinis on süsiniku 85...89%;vesiniku 12...15%; väävlit 0,01...0,03%
• Diislikütuses on (86...89; 11...14; 0,02...0,05; 0,1; 0,1)
• Põlevkiviõlis on (82...84; 9...10; 0,1...1,0; 5...7; 0,2...0,4)
Kütuste mineraalosa moodustavad savimineraalid,
karbonaadid , kvarts, püriidid (väävliühendid),
sulfaadid, fosfaadid jms. Vesi jaguneb väliseks (eraldub kütuste kuivatamisel), sisemiseks (eraldub
kuumutamisel üle 100˚C) ja keemiliselt seotuks (eraldub ainult 500…550˚C juures). Kütuse välise
ja sisemise vee sisaldus mõjutab suuresti näiteks küttepuidu ja turba kütteväärtust. Küttepuidu
veesisaldus võib olla sõltuvalt kuivamisest 20….40% ja tuhasisaldus 0,3 …1,0%. Kütteturba
veesisaldus võib olla 10…50% ja tuhasisaldus 1…20%. Põlevkivil on veesisaldus 10…20%
ja tuhasisaldus 40…80%. Kivisöel on veesisaldus 5…10% ja tuhasisaldus 2…30%. Diislikütuses on
veesisaldus 0…1% ja tuhasisaldus 0,01…0,08%.
Bensiinil vee- ja tuhasisaldus puudub.
Nafta koostis ja kasutamine
Nafta on maapõues
leiduv õlitaoline põlev vedelik, mis esineb koos põlevate maagaasidega.
Olenevalt leiukohast on nafta värvuselt helekollane kuni must. Tihedus naftal võib olla vahemikus
750…1030 kg/m³ ja kütteväärtus 43,7…46,2 MJ/kg. Nafta oma olekult võib olla väga erineva
viskoossusega ja osades leiukohtades isegi tahke. Mida suurem on nafta viskoossus, seda
keerulisem on kaevandamine. Tahket naftat tuleb enne kuumutada ülekuumendatud auruga ja alles
seejärel saab seda maapõuest välja
pumbata . Toornaftas võib olla kuni 4% lahustunud
gaase , 0,5…
10% vett ja kuni 0,5% mineraalsooli
Nafta elementaarkoostis sõltub leiukohast ning ümbritsevatest
kivimitest ja on järgmine:
• süsinikku – 82…87%,
• vesinikku – 11…14%,
• väävlit – 0,01…5,5%,
• hapnikku 0,1…1,3%
• lämmastikku – 0,03…1,7%.
Nafta keemiline koostis sõltub samuti leiukohast ja on järgmine: küllastunud süsivesinikud
(
areenid , tsüklaanid, areenid), orgaanilised väävliühendid (
tioolid ,
sulfiidid , tiofeenid jm),
orgaanilised hapnikuühendid (
fenoolid , tõrvained, nafteenhapped), orgaanilised lämmastikühendid
( püridiini, piperdiini ja kinoliini
derivaadid ). Mõnes naftas on ka palju
aromaatseid süsivesinikke.
Süsivesinike molekulid on keeruka ehitusega. Süsiniku
aatomid võivad neis moodustada pikki
ahelaid või rõngaid (tsükleid) ja nende kombinatsioone.
Alkaanid (parafiinid
Nafta sisaldab
alkaane tavaliselt 50…60%. Alkaanide molekulid on ahelstruktuuriga.
Gaasilised alkaanid on
metaan , etaan,
propaan , butaan. Alkaanid, millede molekulis on 5…16 süsiniku aatomit
on vedelikud ning millede molekulides on üle 16 süsinikuaatomi on tahked. Tahkeid alkaane
nimetatakse parafiinideks. Nii gaasilised kui ka tahked alkaanid võivad olla vedelais lahustunud.
Alkaane, millede molekulides on süsinikuaatomid sirgahelais nimetatakse normaalalkaanideks ja
milledel ahel hargneb –
alkaani isomeerideks. Erineva struktuuriga alkaanidel on tihedus, keemis-
süttimis- ja hangumistemperatuurid ning muud omadused märgatavalt erinevad. Normaalalkaanidel
on
keemistemperatuur kõrgem ja isesüttimistemperatuur madalam, kui vastavatel isomeeridel ning
nad on eelistatud diislikütuse koostises. Alkaanide isomeere seevastu eelistatakse aga bensiinide
koostises.
Tsüklaanid (nafteenid)
Nafta sisaldab tsüklaane keskmiselt 20…30%. Tsüklaanide molekulides moodustavad
süsinikuaatomid suletud ringe nn tsükkleid. Kui ringahelas on kuni 4 süsinikuaatomit on tsüklaanid
gaasid, kui 5…7 süsinikuaatomit siis vedelikud ja suurema süsinikuaatomite arvu korral tahked.
Kui ringahelale lisanduvad külgahelad nimetatakse tsüklaane samuti isomeerideks. Tsüklaanide
oksüdeerumine on väga aeglane, isesüttimistemperatuur kõrge ja hangumistemperatuur madal,
mistõttu sobivad nad bensiinide koostisesse. Tsüklaanide
isomeerid on
sobilikud oma omadustelt
jälle õlide koostisesse.
Areenid Areenid on aromaatsed süsivesinikud ja neid leidub naftas kuni 10%. Lihtsaimad areenid on
benseen , tolneen, ksüleen jt. Kõrge isesüttimisetemperatuuri tõttu on areenid sobilikud bensiini
detonatsioonikindluse tõstmiseks. Suure molekulmassiga areenid on suure viskoossusega või tahked
ja halvasti põlevad, mistõttu ebasobivad komponendid nii kütuste kui õlide koostisesse. Tahked
areenid eralduvad koos tsüklaanidega ja seda segu nimetatakse tseresiiniks.
Alkeenid Alkeenid on küllastamata süsivesinikud, mis tekivad nafta termilisel töötlemisel. Looduses alkeene
ei leidu. Alkeenidel on iseloomulik ahelstruktuur ja kaksikside süsiniku aatomite vahel. Gaasid on
eteen,
propeen ja
buteen ,
penteen ja hekseen on vedelikud, suurema molekulmassiga alkeenid on
tahked. Kaksiksideme tõttu on nad väga ebapüsivad ained ja oksüdeeruvad ning polümeriseeruvad
kergesti. Areenid ei sobi ei kütuste ega õlide koostisesse.
VäävliühendidVäävliühendid ja vaba väävel reageerivad aktiivselt metallidega ja on seetõttu kahjulikud
komponendid kütustes ja õlides. Osa väävliühendeid on küll neutraalsed, kuid nende
põlemissaadused on metallide suhtes aktiivsed. Väga aktiivsed ained metallide suhtes on
väävelvesinik ja tioolid. Tioolid on väävelvesiniku ja süsivesinike reaktsioonisaadused. Etüültiool
on väga ebameeldiva lõhnaga vedelik. Neutraalsetest väävliühenditest on sulfiidid oma omadustelt
sobilikud õlide koostisesse. Seega vaba väävel ja enamus väävliühendeid eemaldatakse naftast
täielikult.
Hapnikuühendid Hapnikuühendeist esineb naftas orgaanilisi happeid ja asfaltvaikaineid. Orgaanilised happed
reageerivad aktiivselt värviliste metallidega ja seetõttu tuleb nad kütustest ja õlidest eemaldada.
Asfaltvaikained on väga keeruka struktuuri ning suure molekulmassiga süsivesinike, vesiniku ja
hapniku ühendid. Oma olekult on asfaltvaikained poolvedelad või tahked ained ning tekkinud
süsivesinike oksüdeerumisel ja polümeriseerumisel. Asfalt-vaikaineid eraldatakse kütustest ja
õlidest töötluse käigus.
Nafta kasutamine Nafta on põhiline kütuse- ja keemiatööstuse tooraine. Suur osa naftast töödeldakse ümber ka
õlideks. Nafta töötlemisest jääb järgi
bituumen e
pigi , mida kasutatakse teede ehituses.
Keemiatööstuses toodetakse naftast plaste, kilet, sünteetilist kautšukit,
kiudu tekstiilitööstusele,
pesemisvahendeid, lahusteid, värvaineid, ravimeid jm. Kütusetööstuses toodetakse naftast bensiine,
diislikütuseid, vedelgaasi, kerget kütteõli, õlisid ja määrdeid.
Nafta töötlemise viisid
Destilleerimine . Nafta destilleerimisega hakati tegelema 19 saj lõpus ja praegusele tehnoloogiale
pandi alus 1920 a-il USA-s. Destilleerimine on esmane nafta töötlemise protsess, mille tulemusena
nafta jaotatakse fraktsioonidesse. Destilleerimiseks kuumutatakse naftat erilistes toruahjudes
temperatuuril 360˚C. Sel temperatuuril aurustuvad kõik mootorikütuste komponendid. Aur juhitakse
normaalrõhul kondenseerimiseks erilisse torni. Destilleerimise põhifraktsioonid on järgmised:
•
Gaasbensiin keemispiirkond30…..90˚C;
•
Bensiin keemispiirkond40…200˚C;
•
Ligroiin keemispiirkond 110…230˚C;
•
Petrooleum keemispiirkond 140…300˚C;
•
Gaasiõli (gasool) keemispiirkond 230…330˚C;
•
Solaarõli keemispiirkond 280…380˚C .
Kui kütuste komponendid on eraldatud jääb järgi masuut. Masuuti kuumutatakse temperatuurini
420˚C ja veeldatakse
vaakumis . Vaakumis eralduvad kerged masinaõlid, mootoriõlid, rasked
masinaõlid. Masuudist jääb järgi
gudroon . Gudroonist eraldatakse veel jõuülekandeõlid,
silindriõlid, lennukiõlid ja järgi jääb bituumen e pigi.
Krakkimine Destilleerimisel
saadavad kütused ei vasta enam tänapäeva nõuetele. Samuti saadakse
destilleerimise teel naftast bensiini ainult 15…20%.
Krakkimise teel saadakse naftast erinevaid
vedelkütuseid koguseliselt tunduvalt rohkem. Krakkimine jaguneb veel termiliseks ja katalüütiliseks
krakkimiseks. Katalüütilise krakkimise teel saadakse põhiliselt bensiine.
Termilise krakkimise korral kuumutatakse masuuti temperatuuril 490˚C ning rõhul 2 M P a . Neis
tingimustes toimub peamiselt molekulide lõhustumine ja tulemusena saadakse bensiini. Kahjuks on
see bensiin alkeenide rikas ja mittesobilik otsekasutamiseks.
Katalüütilise krakkimise korral kuumutatakse gasooli, ligroiini, ja petrooleumi 510…540˚C juures
rõhul 0,3 MPa katalüsaatorite juuresolekul. Sellise menetluse käigus toimub süsivesinike
molekulide lõhustumine ning alkaanide ja tsüklaanide muundumine areenideks.
Katalüütiline reformimineDestilleerimisel või termilisel krakkimisel saadud bensiine kuumutatakse temperatuuril üle 500˚C
juures rõhul 5…7 MPa katalüsaatorite juuresolekul. Molekulide struktuur muutub. Bensiinis tõuseb
oluliselt
areenide hulk. Katalüsaatorite Ni ja Pt mõjul tekib suures koguses väävelvesinikku,
mistõttu väheneb oluliselt kütuse väävlisisaldus.
AlküülimineAlküülimine toimub temperatuuril 10…20˚C rõhul 1,5 MPa, katalüsaatorite väävelhappe ja
fluoorvesiniku juuresolekul. Selle protsessi käigus toimub väikese molekulmassiga süsivesinike
(peamiselt gaaside) alkaanide ja alkeenide molekulide liitumine. Tulemuseks on bensiinide
väärtuslikud komponendid, millede abil tõstetakse detonatsioonikindlust.
HüdrogeniseerimineKütust kuumutatakse 400…420˚C juures rõhul kuni 2 MPa vesiniku keskkonnas katalüsaatorite
juuresolekul. Väävliühendid lagunevad ja vaba väävel ühineb vesinikuga. Toimub kütuse puhastus.
Küllastumata süsivesinikud küllastuvad ja muutuvad alkaanideks. Seda protsessi kasutatakse
bensiini ja diislikütuse tootmisel. Veel võimaldab hüdrogeniseerimine toota kivi- ja pruunsöest
bensiini. Peenestatud söepuru segatakse nafta krakkimisjääkidega ja kuumutatakse samadel
tingimustel vesiniku keskkonnas. Söepurus saadakse alkaane ja areene.
Vedelkütuste puhastamineNaftast saadud kütused ei sobi kohe kasutamiseks kuna sisaldavad väävliühendeid,
hapnikuühendeid, vaikaineid ja küllastamata süsivesinikke.
Happepuhastus seisneb selles, et vedelkütus juhitakse läbi väävelhappe kihi. Vaikained reageerivad
väävelhappega ja moodustavad sette nn happegudrooni. Happegudroon eraldatakse kütusest
tsentrifuugi abil.
Adsorptsioonpuhastuse korral juhitakse bensiiniaurud läbi 3…6 m paksuse aktiivmulla kihi.
Aktiivmullas leiduvad alumiiniumiühendid
toimivad katalüsaatorina. Nafteenhapped,
polümerisatsiooniproduktid ning vaikained adsorbeeruvad mullabooride pinnale. Sellele
puhastusele järgneb leelispuhastus.
Leelispuhastus toimub
NaOH lahusega. Selle protsessi käigus eraldatakse kütusest fenoolid,
nafteenhapped, väävelvesinik, väävelhappe jäägid, tioolid jm väävliühendid. Väheneb kütuse
happesus ja väävlisisaldus. Reaktsioonisaadused settivad. Pärast leelispuhastust segatakse kütus
veega. Kütusest eralduvad leelisjäägid. Veega puhastus teostatakse kütuste puhastamise käigus
mitu korda.
Kütuse põlemine
Kütuse põlemine on süsiniku ja vesiniku ühinemine õhuhapnikuga e oksüdeerumine. Küllaldase
hapnikukoguse puhul on põlemisaadused neutraalsed. Süsiniku rektsiooni-produktiks on
süsihappegaas ja vesinikul veeaur. Nende reaktsioonide käigus vabaneb hulk soojust. Hapniku
puudujäägi korral on põlemine mittetäielik, tekib vingugaas ja soojust vabaneb märgatavalt vähem.
Need süsinikuaatomid, mis ei
puutu kokku õhuhapnikuga eralduvad keskkonda tahmana.
Diiselkütustes leidub mõningal määral ka väävliühendeid. Väävel oksüdeerub samuti ja tekib
vääveldioksiid. Vääveldioksiid on ebapüsiv aine ja
astub reaktsiooni õhuhapnikuga ning tekib
vääveltrioksiid. Vääveltrioksiid,
sattudes keskkonda, reageerib veeauruga ning moodustab
väävelhappe. Väävelhape lahustub pilvede
veeaurus ja sajab sealt alla happevihmana.
KütteseguKüttesegu on vedelkütuse auru või gaasi ja õhu segu. Kütuse täielikuks põlemiseks peavad kõik
süsiniku ja vesiniku aatomid kokku
puutuma hapnikuga. Arvutused näitavad, et 1 kg kütuse
põletamiseks on vaja ~15 kg õhku. Tegelik õhu vajadus sõltub suurel määral veel mootori tüübist ja
koormusest. Küttesegu tekib ottomootoris segukanalis või nagu diiselmootoris
silindris sees.
Küttesegu teket mõjutab ka kütuse keemistemperatuur. Mida kõrgem on kütuse keemistemperatuur
seda kõrgemal temperatuuril ta aurustub. Mida
homogeensem on küttesegu seda paremini ta süttib
ja täielikumalt põleb. Küttesegu koostise iseloomustamiseks kasutatakse mõistet liigõhutegur ja
seda tähistatakse α. Liigõhutegur on tegeliku (Lteg) ja
teoreetilise (Lo) õhuhulga jagatis.
α =
Lteg/
Lo
Kui õhku on segus vajalikust rohkem nimetatakse segu lahjaks (α > 1). Kui aga segus on õhku
vajalikust vähem nimetatakse segu rikkaks (α
Kõik kommentaarid