close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Копия КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

код для вставкиСкачать
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ
УПРАВЛЕНИЯ И ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Научное направление "Естественно - научное"
"Исследование коррозионной устойчивости различных металлов и защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике"
Выполнил:
Иващенко Александр,
студент "ОГКУ и ПТ", профессия "Радиомеханик", группа РМ-26
Руководитель:
Щербакова Юлия Геннадьевна, преподаватель химии ОГКУ и ПТ Омск 2012
С О Д Е Р Ж А Н И Е.
Введение.............................................................................................
1. Характеристика коррозионных процессов...........................................
1.1. Механизм возникновения коррозии.............................................
1.2. Электрохимическая коррозия в различных средах..............................
2. Исследование коррозионной устойчивости различных металлов, применяемых в радиоэлектронике................................................................................
3. Методы защиты металлов от коррозии...............................................
3.1. Металлические и неметаллические покрытия....................................... 3.2. Лакокрасочные покрытия............................................................. 3.3. Использование сплавов....................................................................
4. Исследование коррозионной устойчивости различных защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике для борьбы с коррозией.......................................................................................
Заключение.......................................................................................
Литература...........................................................................................
Приложение 1......................................................................................
Приложение 2......................................................................................
Приложение 3......................................................................................
Приложение 4......................................................................................
Приложение 5.......................................................................................
.
ВВЕДЕНИЕ
Изучая предмет: "Химия" и специальные дисциплины по своей профессии: "Радиомеханк", я выяснил много точек соприкосновения. Поэтому я решил рассмотреть некоторые процессы, характерные для моей профессии с точки зрения химии. Высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры и приборов. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации аппаратуры и приборов отводится надежной защите их от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.
Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. Разрушающее действие коррозии сказывается не только на внешнем виде изделия, но и на его механических качествах. Так, например, коррозия может привести к нарушению электрического контакта. Наличие оксидной пленки на пластинах воздушного конденсатора приводит к изменению емкости конденсатора. Оксиды металла, появляющиеся под влиянием влаги, могут распространяться по поверхности изоляционных материалов и тем самым создать утечки или замыкания в схеме. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и др.
Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.
Тема моей работы: "Исследование коррозионной устойчивости различных металлов
и защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике" Цель работы: исследование коррозионной устойчивости некоторых металлов, применяемых в радиоэлектронике, а также защитных покрытий, применяемых для борьбы с коррозией; выявление высококачественных химически стойких материалов. Задачи: 1. Дать характеристику коррозионных процессов.
2. Исследовать коррозионную устойчивость различных металлов, применяемых в радиоэлектронике.
3. Определить методы защиты металлов от коррозии.
4. Исследовать коррозионную устойчивость различных защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике для борьбы с коррозией.
5. Сделать вывод о высококачественных химически стойких материалах при производстве различных деталей радиоаппаратуры. Гипотеза:
Коррозии подвержены в разной степени почти все применяемые в технике металлы. Поэтому для предотвращения ухудшений механических качеств изделий, их внешнего вида в радиоэлектронике применяют различные покрытия, сплавы, учитывают свойства металлов и сплавов при производстве различных деталей радиоаппаратуры. Для достижения поставленной цели была проделана следующая работа:
1. Изучена специальная литература.
2. Проведено исследование коррозионной устойчивости различных металлов, применяемых в радиоэлектронике (железо, цинк, медь, алюминий, олово, серебро, золото) в различных средах (кислой, щелочной, нейтральной, в физиологическом растворе). 3. Проведено исследование коррозионной устойчивости металлов с различным защитным покрытием (кусочек изделия из нихрома, медная проволока, слоем лака ВЛ-7, алюминий, покрытый слоем лака СБ-1с, олово в виде припоя ПОС - 40, кусочек стального изделия, покрытого цинком).
4. Данные были обработаны, результаты проанализированы, сделаны соответствующие выводы
1. Характеристика коррозионных процессов
1.1 Механизм возникновения коррозии
Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при этом металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства. По механизму коррозионного процесса различают два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных) процессов на границе фаз. Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и др. газообразными активными средами (H2S, SO2 , галогены, водяные пары, CO и др.). Подобные процессы химической коррозии металлов при повышенных температурах носят также название газовой коррозии. Многие ответственные детали радиоаппаратуры, применяемые для управления технологическими процессами в промышленности сильно разрушаются от газовой коррозии. Под электрохимической коррозией подразумевают процессы взаимодействия металлов с электролитами (в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах). Электрохимическая коррозия в различных средах
Различают следующие типы электрохимической коррозии, имеющие наиболее важное практическое значение:
1. Коррозия в электролитах. К этому типу относятся коррозия в природных водах (морской и пресной), а также различные виды коррозии в жидких средах. В зависимости от характера среды различают:
а) кислотную; б) щелочную; в) солевую; г) морскую коррозию.
По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие свои характерные особенности.
Корабельная аппаратура подвергается действию дождя, тумана, солей морской воды. Это вызывает необходимость в специальной защите радиоаппаратуры от коррозии.
2. Почвенная (грунтовая, подземная) коррозия - воздействие на металл грунта, который в коррозионном отношении должен рассматриваться как своеобразный электролит. 3. Атмосферная коррозия - коррозия металлов в условиях атмосферы, а также любого влажного газа; наблюдается под конденсационными видимыми слоями влаги на поверхности металла (мокрая атмосферная коррозия) или под тончайшими невидимыми адсорбционными слоями влаги (влажная атмосферная коррозия). Например, авиационная, корабельная и космическая аппаратура работает в условиях резких изменений температуры, влажности и давления Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.
4. Коррозия в условиях механического воздействия. Этому типу разрушения подвергается аппаратура, устанавливаемая на транспортных средствах (в основном приемные и передающие устройства), подвержена динамическим нагрузкам, влиянию метеорологических условий, воздействию пыли, собственных электрических помех от работы двигателей также нуждается в специальной защите.
Наиболее типичными видами подобного разрушения являются:
а) Коррозионное растрескивание; при этом характерно образование трещин, которые могут распространяться не только межкристаллитно, но также и транскристально. Примером подобного разрушения является щелочная хрупкость деталей аппаратуры, сезонное растрескивание латуней, а также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов.
б) Коррозионная усталость, вызываемая воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характерен образованием меж- и транскристаллитных трещин. Разрушения металлов от коррозионной усталости встречаются при эксплуатации
переносной радиоаппаратуры - это средства связи, используемые в войсках, при сельскохозяйственных работах и в отрядах научных экспедиций в) Коррозионная кавитация, являющаяся обычно следствием энергичного механического воздействия коррозионной среды на поверхность металла. Подобное коррозионно-механическое воздействие может приводить к весьма сильным местным разрушениям металлических конструкций (например для аппаратуры морских судов). Механизм разрушения от коррозионной кавитации близок к разрушению от поверхностной коррозионной усталости.
г) Коррозионная эрозия, вызываемая механическим истирающим воздействием другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственным истирающим действием самой коррозионной среды. Это явление иногда называют также коррозионным истиранием или фреттинг-коррозией. 2. Исследование коррозионной устойчивости различных металлов, применяемых в радиоэлектронике
Экспериментальная часть
Для исследования были взяты 7 металлов:
* Fe (железная стружка)
* Cu (очищенная медная проволочка)
* Al (гранулы алюминия) * Sn (гранулы олова)
* Zn (гранулы цинка
* Ag (звено серебряной цепочки)
* Au (звено золотой цепочки)
Металлы были помещены в различные среды - щелочную (раствор NaОН 5%), кислую (раствор HCl 5%), нейтральную (вода +воздух), физиологический раствор 0,95%.
Через 15 дней результаты наблюдения проанализированы, сфотографированы.
1 этап - все металлы (Fe, Cu, Al, Sn, Zn, Ag, Au) поместили в среду щелочную (раствор NaОН 5%):
Fe - не произошло изменений, кроме появления пузырьков.
Cu - раствор поменял цвет на светло-зеленый, поверхность металла - потемнела Al - раствор стал белым и мутным. Sn - не произошло изменений. Zn - раствор стал белым и мутным, металл частично растворился.
Ag - не произошло изменений. Au - не произошло изменений. (Приложение 1)
2 этап - все металлы (Fe, Cu, Al, Sn, Zn, Ag, Au) поместили в среду кислую (раствор HCl 5%):
Fe - раствор поменял цвет на мутно-желтый, металл частично растворился, на поверхности - ржавчина. Cu - раствор поменял цвет на зеленый, появился осадок, медная проволочка окислилась, изменила цвет, уменьшилась в размерах. Al - металл почти полностью растворился. Sn - практически изменений нет.
Zn - металл почти полностью растворился.
Ag - на поверхности металла темно-серый налет. Au - не произошло изменений. (Приложение 2)
3 этап - все металлы (Fe, Cu, Al, Sn, Zn, Ag, Au) поместили в среду нейтральную (вода и кислород):
Fe - раствор поменял цвет на мутно-желтый, металл покрылся оранжевым налетом ржавчины.
Cu - раствор стал бледно-зеленым, медная проволочка изменила цвет. Al - не произошло изменений. Sn - не произошло изменений. Zn - не произошло изменений.
Ag - не произошло изменений. Au - не произошло изменений. (Приложение 3)
4 этап - все металлы (Fe, Cu, Al, Sn, Zn, Ag, Au) поместили в среду физиологического раствора (0,95% Н2О+NаCl) Fe - раствор поменял цвет на мутно-желтый, на поверхности металла - ржавчина. Cu - раствор поменял цвет на зеленый, появился осадок, медная проволочка окислилась, изменила цвет. Al - не произошло изменений.
Sn - раствор стал мутным, на поверхности металла - темно-серый налет. Zn - раствор стал мутным.
Ag - не произошло изменений. Au - не произошло изменений. (Приложение 4)
Из приведенного исследования можно сделать вывод:
Fe -в чистом виде использовать нельзя из-за подверженности коррозии во всех средах. Cu - в чистом виде использовать нельзя из-за подверженности к окислению поверхности во всех средах. Al - выдержал испытания только в нейтральной среде и физиологическом растворе. Sn - выдержал испытания в нейтральной среде, кислой и щелочной среде. Zn - вы держал испытания только в нейтральной среде и в физиологическом растворе. Ag - нельзя использовать в кислых средах. Au - выдержал испытания во всех средах. 3. Методы защиты металлов от коррозии
3.1. Металлические и неметаллические покрытия
Для борьбы с коррозией при производстве радиоаппаратуры применяют различные защитные покрытия, которые можно разделить на покрытия, наносимые химическим, горячим, диффузионным и гальваническим способами. Покрытия, наносимые химическим способом, коррозионно устойчивы при температуре от -60 до +500С и повышенной влажности. Оксидное покрытие. При оксидном покрытии стальные изделия окунают в ванну с щелочным раствором а латунные - в ванну с медноаммиачным раствором. Пассивное покрытие применяют для бронзовых и латунных деталей, работающих внутри аппаратуры, окуная изделия в раствор хрома.
Фосфатное покрытие образуется при обработке деталей гидрофосфатом магния с примесью фосфата железа и фосфорной кислоты. Это покрытие обладает высоким электрическим сопротивлением, выдерживает высокое напряжение.
Никелевое покрытие образуется в результате выдерживания деталей в водном растворе гипофосфита натрия, формиата натрия и сульфата натрия. Качество покрытия равноценно электрическому никелированию.
Покрытия, наносимые горячим способом. Оловянное и оловянно-свинцовое покрытия имеют хорошее сцепление с основным металлом, легко паяются и стойки в условиях умеренного и тропического климата.
Цинковое покрытие характеризуется хорошим сцеплением с основным металлом, химической стойкостью при температуре до 1000С и повышенной влажности. Покрытия, наносимые гальваническим способом. Цинковое покрытие, самый распространенный вид покрытия стальных изделий для защиты от коррозии. Цинкованию подвергают также медные, латунные и бронзовые изделия в тех случаях, когда они находятся в соприкосновении с деталями, изготовленными из алюминия или алюминиевых и магниевых сплавов. Пайку оцинкованных изделий выполняют, пользуясь кислотным флюсом. Оцинкованные изделия хорошо окрашиваются.
Никелевое покрытие применяют для защиты медных, латунных и стальных деталей от коррозии, когда им необходимо придать декоративный вид. Изделия, покрытые никелем плохо паяются.
Хромовое покрытие не применяют как самостоятельное для защиты деталей вследствие пористости хрома. Хромированные изделия нельзя паять, сваривать и окрашивать.
Серебряное покрытие в радиотехнической промышленности применяют главным образом для повышения электропроводности токонесущих деталей. Это покрытие хорошо паяется и полируется.
Оловянно-свинцовое покрытие применяют для защиты от коррозии деталей из стали, меди и медных сплавов, а также для подготовки поверхности к последующему паянию.
Золотое покрытие применяют в тех случаях, когда никакие другие виды покрытий не удовлетворяют требованиям коррозийной защиты деталей, а также для повышения электропроводности токоведущих деталей. 3.2. Лакокрасочные покрытия
Технология нанесения лакокрасочных покрытий состоит в подготовке поверхности (очистке), грунтовании её, шпатлевании, шлифовании, окрашивании. Лакокрасочные покрытия наносят окунанием, кистью и распылением. Масляно-смоляной лак СБ-1с - для покрытия радиодеталей из диэлектриков, алюминия и его сплавов, меди, черных металлов, плат печатного монтажа. Может быть использован для покрытия аппаратуры, работающей в тропическом климате.
Эпоксидный лак - для покрытия плат печатного монтажа. Может быть использован для покрытия аппаратуры, работающей в тропическом климате.
Винифлексный лак ВЛ - 7 для покрытия медной проволоки и резисторов. Смоляной электроизоляционный лак МЛ-92 - для покрытия деталей из алюминиевых и медных сплавов, гетинакса и текстолита, пропитки, обмоток радиокомпонентов.
Полиуретановый лак УР-231 - для пропитки плат печатного монтажа и других радиокомпонентов. Может быть использован для покрытия радиоаппаратуры, работающей в тропическом климате.
Кремнийорганический лак К-57 - для покрытия радиокомпонентов, а также радиоаппаратуры, работающей в тропическом климате.
Эмаль эпоксидная ЭП-51, ОЭП-4171-1 - для покрытия изделий из стали, гетинакса и текстолита, трансформаторов и дросселей в тропическом исполнении.
Эмаль КО-813 - для покрытия поверхностей металлических изделий, длительно работающих при температуре 5000 С.
Эмаль ПФ-163 - для влагозащитного покрытия металлических деталей радиоэлектронной аппаратуры. Эмаль ХВ-124 - для защитно-декоративного покрытия лицевых панелей, корпусов и других подобных деталей радиоаппаратуры.
Эмаль ГФ-92 - для покрытия после пропитки обмоток радиокомпонентов.
3.3. Использование сплавов
Многие металлы разрушаются под действием окружающих условий, поэтому
их сплавляют с другими металлами, которые менее подвержены коррозии. Так же сплавы (компоненты из нескольких металлов или металлов и неметаллов) отвечают требованиям с заранее известными свойствами (химическая стойкость, хрупкость, твердость, механическая прочность, тугоплавкость, легкоплавкость, и т. д.).
Например, стойкость против газовой коррозии повышается при введении в состав сплава различных добавок (хрома, алюминия, кремния и др.). Добавки алюминия, бериллия и магния к меди повышают ее сопротивление газовой коррозии в окислительных средах. Для защиты железных и стальных изделий от газовой коррозии поверхность изделия покрывают алюминием (алитирование).
В радиоэлектронике применяют различные сплавы, например, нихром - сплав никеля,железа и хрома. Обладает большим удельным сопротивлением, высокой жаростойкостью и механической прочностью. Манганин - сплав меди, марганца и никеля. При температуре свыше 1000С быстро окисляется. Применяется для образцовых сопротивлений и в измерительной аппаратуре.
Константан - сплав меди и никеля. Хорошо обрабатывается. Выпускается в виде проволоки и лент. Применяется для изготовления регулировочных реостатов и термопар.
4. Исследование коррозионной устойчивости различных защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике для борьбы с коррозией
Экспериментальная часть
Для исследования были взяты:
* Кусочек изделия из нихрома.
* Медная проволока, покрытая слоем лака ВЛ-7.
* Алюминий, покрытый слоем лака СБ-1с.
* Олово в виде припоя ПОС - 40.
* Кусочек стального изделия, покрытого цинком. Данные исследования можно представить в виде сравнительной таблицы:
Таблица 1
Исследуемые образцы
Коррозионная устойчивость образцов в зависимости от
средыраствор NaОН 10%раствор HCl 10%0,95% Н2О+NаClКусочек изделия из нихромаизменений не произошлоизменений не произошлоизменений не произошлоМедная проволочка, покрытая слоем лакаизменений не произошлоНа десятый день лаковое покрытие с поверхности металла растворилосьизменений не произошлоАлюминий, покрытый слоем лакаизменений не произошлоРаствор стал немного мутнымизменений не произошлоОлово в виде припояизменений не произошлоизменений не произошлоизменений не произошлоКусочек стального изделия, покрытого цинком
раствор стал немного мутным
Раствор стал немного мутным
изменений не произошло
(Приложение 5)
Из представленного исследования можно сделать вывод:
* Железо в виде сплава с никелем и хромом устойчиво к коррозии.
* Медь, покрытая лаком не выдержала кислой среды.
* Алюминий, покрытый лаком не выдержал кислой среды.
* Олово в виде припоя устойчиво к коррозии.
* Сплав железа, покрытый цинком выдержал только физиологический раствор. Заключение.
Коррозии подвержены в разной степени почти все применяемые в технике металлы. Особенно интенсивно корродируют черные металлы. Поэтому для предотвращения ухудшений механических качеств изделий, их внешнего вида в радиоэлектронике применяют различные покрытия, сплавы, учитывают свойства металлов и сплавов при производстве различных деталей радиоаппаратуры.
Так, например железо в чистом виде не нашло применения из-за низкой коррозионной устойчивости, поэтому применяют его только в сплавах с хромом, никелем, алюминием (нихромы, фехрали). Применяется в нагревательных элементах (паяльники, электропечи, плитки) и в потенциометрах.
Медь, покрытая слоем лака коррозионно-устойчива, поэтому из-за её хорошей электропроводности её применяют для изготовления проводов, шнуров, кабелей, обмоток трансформаторов, токоведущих деталей, а также в виде сплавов (латунь и бронза).
Алюминий на воздухе легко окисляется, образуя на поверхности прочную оксидную пленку, обладает высокой электропроводностью, в несколько раз легче и дешевле меди, что и обеспечивает его широкое использование для изготовления электропроводов. Алюминий применяется также для изготовления фольги, корпусов и электродов для конденсаторов; из него штампуют пластины переменных конденсаторов. Используют также сплавы для литья, штамповки и ковки.
Олово - хорошо куётся и прокатывается, мягкий и тягучий металл, стоек к окислению, влаге и кислотам. Широко применяется для изготовления припоев, и защитных покрытий (лужение).
Цинк - применяется для защитных покрытий (цинкование), характеризуется химической стойкостью и можно такие изделия использовать во влажной среде, в атмосфере, загрязненной промышленными газами; обладает повышенной твердостью. Используется также для металлизации бумаги в металлобумажных конденсаторах.
Серебро - благородный металл, обладает хорошей теплопроводностью и малым удельным сопротивлением. До 2000С устойчив к атмосферной коррозии. Применяется при изготовлении керамических и слюдяных конденсаторов, припоев, а также для покрытия медных проводов. Золото - покрытие из золота обычно наносят на медь и её сплавы. Оно отличается высокой химической стойкостью, не окисляется, не тускнеет. В наш мир - развивающейся техники и технологии необходимо задуматься над улучшением качества радиоаппаратуры, повышением её надежности и долговечности. При этом каждому специалисту необходимо разбираться не только в своей области, но и в других смежных отраслях знаний. Например, знание химии позволяет мне объяснить назначение, приемы работы и условия эксплуатации многих деталей в радиоаппаратуре. Закончить свою исследовательскую работу мне хотелось словами М.В. Ломоносова: "Широко простирает химия руки свои в дела человеческие".
Таким образом, поставленные цели и задачи реализованы.
Гипотеза подтвердилась Литература
1. Андреев Ю.Я. Коррозия металлов и сплавов. Курс лекций.
Под ред. Исаева Н.И. М. МИСИС,1983.
2. Банеш П., Пумпр В., Свободова М., Мансуров Г.
111 вопросов по химии. М., 1994.
3. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. М., 1985.
4. Гуляева Л.Н. Высококвалифицированный монтажник радиоэлектронной аппаратуры. Учебное пособие.- М.,2007г.
5. Гусев В.П. Производство радиоаппаратуры. М.: Высшая школа, 1973.
6. Мисюль П.И. Техническое обслуживание и ремонт бытовой радиоаппаратуры. Минск: Высшая школа, 2002.
7. Макклеманд С., Мэнгин Ч.-Г. Технология поверхностного монтажа: Пер. с англ./ Под ред. Л.А. Коледова - М.: Мир, 1996.
8. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1987.
9. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. М., Высшая школа, 1980
2
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
418
Размер файла
118 Кб
Теги
радиоэлектронных, металлов, коррозия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа