Λύσεις — Κεφάλαιο 18: Βασικές Επιφανειακές Κατεργασίες και Εφαρμογές (σελ. 419) – ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 18: Βασικές Επιφανειακές Κατεργασίες και Εφαρμογές

Το κεφάλαιο 18 περιέχει 2 «Άλυτες Ασκήσεις» πάνω στις ηλεκτρολυτικές επικαλύψεις, και οι δύο λυμένες με τον νόμο του Faraday (m = α·(ΑΒ)·I·t/(n·F)): η πρώτη ζητά το πάχος ηλεκτρολυτικής επιχάλκωσης ελάσματος γνωστής έντασης και διάρκειας ρεύματος (απάντηση βιβλίου: 240 μm), η δεύτερη ζητά τον απαιτούμενο χρόνο σκληρής επιχρωμίωσης κυλινδρικού τριβέα για δεδομένο πάχος επικάλυψης (απάντηση βιβλίου: 1,85 ώρες).

Πάχος ηλεκτρολυτικής επιχάλκωσης ελάσματος

Ερώτηση: Λεπτό έλασμα από μαλακό χάλυβα (διαστάσεις μίας έδρας = 5X1 cm2) υφίσταται ηλεκτρολυτική επιχάλκωση μέσα σε διάλυμα CuSO4 και από τις δύο έδρες του. Η ένταση ρεύματος (Ι) που χρησιμοποιείται για την συγκεκριμένη επιμετάλλωση είναι ίση με 1 Α ενώ η διάρκεια της (t) είναι 2 ώρες. Να προσδιορισθεί το συνολικό πάχος της επιχάλκωσης. Δίδονται: απόδοση ρεύματος (α) = 0,90, ΑΒ χαλκού = 63,5, σθένος χαλκού (n) = 2, πυκνότητα χαλκού (ρ) = 8,9 g/cm3.

Απάντηση:

• §18.2.2, εξίσωση (18.2). «Η μάζα (m) σε g του αποτιθεμένου μετάλλου δίνεται από τη σχέση m = α·(ΑΒ)·I·t/(n·F), όπου α η απόδοση ρεύματος, (ΑΒ) το ατομικό βάρος, I η ένταση ρεύματος (Α), t η διάρκεια της ηλεκτρόλυσης (sec), n το σθένος του μετάλλου και F = 96.500 Coulomb.»

Σύνοψη: Εφαρμόζουμε τον νόμο του Faraday με t = 2 h = 7200 s: m = α·(ΑΒ)·I·t/(n·F) = 0,90·63,5·1·7200/(2·96500) ≈ 2,132 g. Το έλασμα επιμεταλλώνεται και από τις δύο έδρες, άρα η συνολική επιφάνεια απόθεσης είναι A = 2·(5·1) = 10 cm². Από τη σχέση m = ρ·A·πάχος προκύπτει πάχος = m/(ρ·A) = 2,132/(8,9·10) ≈ 0,02395 cm ≈ 240 μm. Απάντηση (του βιβλίου): πάχος επιχάλκωσης ≈ 240 μm.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• m = α·ΑΒ·I·t/(n·F) ≈ 2,13 g → πάχος = m/(ρ·A) ≈ 240 μm (A = 2 έδρες = 10 cm²)

Χρόνος σκληρής επιχρωμίωσης τριβέα

Ερώτηση: Χαλύβδινος κυλινδρικός τριβέας υφίσταται σκληρή επιχρωμίωση μέσα σε λουτρό χρωμικού οξέος. Το απαιτούμενο πάχος της επιχρωμίωσης είναι 0,1 mm για συνολική επιφάνεια επικάλυψης 64,3 cm2. Αν η χρησιμοποιούμενη ένταση ρεύματος είναι 19,3 Α να βρεθεί ο χρόνος που απαιτείται για την πραγματοποίηση της συγκεκριμένης επιμετάλλωσης. Δίδονται: απόδοση ρεύματος (α) = 0,2, ΑΒ χρωμίου = 52, σθένος χρωμίου (n) = 3, πυκνότητα χρωμίου (ρ) = 7,19 g/cm3.

Απάντηση:

• §18.2.2, εξίσωση (18.2). «m = α·(ΑΒ)·I·t/(n·F)» — η ίδια σχέση λύνεται ως προς t όταν είναι γνωστό το ζητούμενο πάχος (άρα και η μάζα m = ρ·A·πάχος) και η ένταση ρεύματος I.

Σύνοψη: Πρώτα υπολογίζουμε την απαιτούμενη μάζα χρωμίου από το πάχος: m = ρ·A·πάχος = 7,19·64,3·0,01 ≈ 4,623 g (πάχος 0,1 mm = 0,01 cm). Λύνοντας τον νόμο του Faraday ως προς t: t = m·n·F/(α·ΑΒ·I) = 4,623·3·96500/(0,2·52·19,3) ≈ 1.338.407/200,72 ≈ 6667 s ≈ 1,85 ώρες. Απάντηση (του βιβλίου): t ≈ 1,85 ώρες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• m = ρ·A·πάχος ≈ 4,62 g → t = m·n·F/(α·ΑΒ·I) ≈ 1,85 ώρες