гальваникалық элемент. , Гальваникалық элементтер. Электродтар түрлері.. Реферат Таырыбы Гальваникалы элементтер. Электродтар трлері. Орындаан Шамурат Д. К тексерген Абилкасова С. О алматы,2021
 Скачать 225.17 Kb.
|
 Реферат Тақырыбы: Гальваникалық элементтер. Электродтар түрлері. Орындаған:Шамурат Д.К Тексерген:Абилкасова С.О Алматы ,2021 Әртүрлі металл электродтардағы потециалдардың айырмашылығы гольваникалық элементі –құрастыруға мүмкіндік береді , мұндағы яғни жүйедегі химиялық реакцияларының энергиясы электродтық энергиясына айналады. Гальваникалық элементтің жұмыс істеуіне қажетті шарт элетродтардағы потенциалдар , ол гальваникалық элеметтің электр қозғаушы күші деп аталады . Әрбір жұмыс істейтін электр қозғалту күші- оң таңбалы болоды. Кез келген бейметаллдық элементтің электр қозғалтуы. Гальваникалық элемент немесе волта жасушасы - бұл екі жарты металға батырылған екі түрлі металдан тұратын электрохимиялық жасуша түрі, онда ерітіндідегі қосылыс спонтанды реакцияны белсендіреді. Содан кейін, жартылай жасушалардың біріндегі металдардың біреуі тотықтырылады, ал екінші жартылай ұяшықтағы метал тотықсызданып, сыртқы контур арқылы электрондар алмасады. Бұл электр тогының артықшылығын пайдалануға мүмкіндік береді. «Гальваникалық элемент» атауы электрмен тәжірибе жасаушылардың бірі: итальян дәрігері және физиологы Луиджи Гальванидің (1737-1798) құрметіне арналған.  Гальвани 1780 жылы егер бір-біріне ұқсамайтын металдар кабельдері қосылып, бос ұштары бақаның (өлі) бағанасымен байланысқа түссе, онда жиырылу болатынын анықтады. Алайда, электр қуатын өндіруге арналған электрохимиялық жасушаны бірінші болып 1800 жылы итальяндық Алессандро Вольта (1745-1827) құрады, демек, вольта жасушасының баламалы атауы. Гальваникалық элементтің негізгі идеясы - тотығу реакциясынан өтетін металдың тотықсызданған металдан физикалық түрде бөлінуі, яғни электрондар алмасуы электр тогының ағынынан пайда алуға мүмкіндік беретін сыртқы өткізгіш арқылы жүретін етіп, мысалы, электр шамын қосу үшін. Мырыш электроды мен сулы сульфат сулы ерітіндісі арасында оң жақта жүретін реакция келесідей: Znнемесе(-тер) + Zn2+ (БҚ4)2- → 2 Zn2+(а) + (SO4)2- + 2 e– Ерітіндідегі мырыштың оң иондарымен ынталандырылған оң жарты жасушадағы анод электродының бетіндегі мырыш атомы (қатты) екі электроннан тұрады және электродтан бөлініп, қос оң ион ретінде сулы ерітіндіге өтеді. мырыш. Біз таза нәтиже металдан шыққан бейтарап мырыш атомы, екі электронды жоғалту арқылы, мырыш ионына айналғанын, ол ерітіндіге қосылатынын, сондықтан мырыш өзекшесі бір атомды және ерітінді оң қос ионға ие болды. Бөлінген электрондар сыртқы сым арқылы екінші оң зарядталған жартылай ұяшықтың (катод +) металына қарай жылжуды ұнатады. Мырыш өзегі массасын жоғалтады, өйткені оның атомдары біртіндеп сулы ерітіндіге өтеді. Мырыштың тотығуын келесідей қорытындылауға болады: Znнемесе(-тер) → Zn2+(а) + 2 e– Сол жағында жүретін реакция ұқсас, бірақ сулы ерітіндідегі мыс екі электронды ұстап алады (екінші жарты жасушадан келеді) және мыс электродына түседі. Атом электрондарды алған кезде оның азаятындығы айтылады. Мыстың тотықсыздану реакциясы келесідей жазылады: Cu2+(а) + 2 e– → Cuнемесе(-тер) Ерітінді иондары штангаға өткендіктен мыс өзегі массаға ие болады. Тотығу анодта жүреді (теріс), ол электрондарды тежейді, ал тотықсыздану катодта жүреді (оң), ол электрондарды тартады. Электрондардың алмасуы сыртқы өткізгіш арқылы жүреді. Тұзды көпір Тұзды көпір екі жарты жасушада жиналатын зарядтарды теңестіреді. Анодты жартылай жасушада оң иондар жиналады, ал катодты жасушада теріс сульфат иондарының артық мөлшері қалады. Тұз көпірі үшін реакцияға араласпайтын тұздың (мысалы, натрий хлориді немесе калий хлориді) ерітіндісі қолданылады, ол төңкерілген U тәрізді түтікте, оның ұштары кеуекті материалдың қабырғасымен бітелген. Тұз көпірінің жалғыз мақсаты - иондардың артық зарядты теңдестіру немесе бейтараптандыру арқылы әр ұяшыққа сүзіп өтуі. Осылайша, тұзды көпір арқылы, электр тізбегін жабатын тұзды иондар арқылы ток ағыны пайда болады. Тотығу және тотықсыздану потенциалы Стандартты тотығу және тотықсыздану потенциалы деп анод пен катодта 25ºС температурада және 1М концентрациясы бар ерітінділермен (бір молярлы) пайда болатындар түсініледі. Мырыш үшін оның стандартты тотығу потенциалы - Еөгіз = +0.76 V. Сонымен қатар, мыс үшін стандартты төмендету потенциалы E құрайдытор = +0.34 V. Осы гальваникалық элемент өндіретін электр қозғаушы күш (emf): emf = +0.76 V + 0.34 V = 1.1 V. Гальваникалық элементтің ғаламдық реакциясын былай жазуға болады: Znнемесе(-тер) + Cu2+(а) → Zn2+(а) + Cuнемесе(-тер) Сульфатты ескере отырып, таза реакция: Znнемесе(-тер) + Cu2+ (БҚ4)2- 25ºC → Zn2+ (БҚ4)2-+ Cuнемесе(-тер) Сульфат - бұл айналада, ал металдар электрондармен алмасады. Гальваникалық элементтің символдық көрінісінде сол жақ ұшы әрқашан тотығатын металл болып табылады. Әртүрлі металдардың стандартты тотығу потенциалдарын біле отырып, осы металдармен салынған гальваникалық элемент жасайтын электр қозғаушы күшін анықтауға болады. Қолданудың мысалы ретінде біз темір (Fe) және мыс (Cu) гальваникалық элементін қарастырамыз. Деректер ретінде келесі тотықсыздану реакциялары және олардың стандартты тотықсыздану потенциалы келтірілген, яғни 25ºС және 1М концентрациясы кезінде: Сенім2+(а) + 2 e– → Сенім(-тер). E1тор = -0.44 V Cu2+(а) + 2 e– → Cu(-тер). E2тор = +0.34 V Төмендегі гальваникалық элемент тудыратын таза электр қозғаушы күшін табу сұралады: Сенім(-тер)| Сенім2+(а)(1М) || Cu2+(а)| Cu(-тер) Бұл жасушада темір тотықтырады және гальваникалық элементтің анодына айналады, ал мыс азаяды және катод болып табылады. Темірдің тотығу потенциалы бірдей, бірақ оның тотықсыздану потенциалына қарама-қарсы, яғни E1окд = +0,44. Осы гальваникалық элемент өндіретін электр қозғалтқыш күшін алу үшін темірдің тотығу потенциалын мыстың тотықсыздану потенциалымен қосамыз: emf = E1окд + E2тор = -E1тор + E2тор = 0,44 В + 0,34 В = 0,78 В. Күнделікті қолдануға арналған гальваникалық элементтердің формасы дидактикалық модель ретінде қолданылғаннан айтарлықтай ерекшеленеді, бірақ олардың жұмыс істеу принципі бірдей. Пайдаланылатын ең көп таралған ұяшық - бұл оның әртүрлі презентациясында 1,5В сілтілі батарея. Бірінші атау, бұл эмфті жоғарылату мақсатында тізбектей жалғанған ұяшықтардың жиынтығы болғандықтан келеді. Литийдің қайта зарядталатын батареялары гальваникалық элементтер сияқты жұмыс принципіне негізделген және олар смартфондарда, сағаттарда және басқа құрылғыларда қолданылады. Дәл сол сияқты автомобильдердегі, мотоциклдердегі және қайықтардағы қорғасын батареялары 12В құрайды және гальваникалық элементтің жұмыс принципіне негізделген. Гальваникалық жасушалар эстетикада және бұлшықет регенерациясында қолданылады. Теріні тазартатын және өңдейтін ролик немесе сфера түріндегі екі электрод арқылы ток өткізуден тұратын бет күтімі бар. Тоқтың импульсі, сондай-ақ, сәжде жағдайында болған адамдардың бұлшық еттерін қалпына келтіруге қолданылады. Жарты жасушада екіден металл болады тотығу дәрежелері. Оқшауланған жарты жасушаның ішінде ан бар тотығу-тотықсыздану (тотығу-тотықсыздану) реакциясы химиялық тепе-теңдік, шарт келесі түрде символикалық түрде жазылады (мұнда «М» металл катионын, атомның жоғалуына байланысты заряд теңгерімсіздігін білдіреді «n«электрондар): Мn+ (тотыққан түрлер) + ne−⇌ M (кішірейтілген түрлер) Гальваникалық элемент екі жартылай клеткадан тұрады, мысалы, бір жартылай клетканың электроды А металынан, ал екінші жартылай клетканың электроды В металлынан тұрады; екі бөлек жарты жасушалардың тотығу-тотықсыздану реакциялары келесідей: An+ + ne− . A Bм+ + мe− . B Жалпы теңдестірілген реакция м A + n Bм+ ⇌ n B + м An+ Басқаша айтқанда, бір жарты жасушаның металл атомдары тотығады, ал екінші жарты жасушаның металл катиондары азаяды. Металлдарды екі жарты жасушада бөлу арқылы олардың реакциясын электрондардың сыртқы тізбек арқылы берілуін күшейте алатындай етіп басқаруға болады. жұмыс. Электродтар кезекпен металл сыммен жалғанады өткізу реакцияға қатысатын электрондар. Бір жарты жасушада еріген метал-В катиондары ерітінді мен металл-B электродының арасында орналасқан бос электрондармен қосылады; бұл катиондар бейтараптандырылып, оларды тудырады тұнба ерітіндіден металл-В электродындағы шөгінділер ретінде, процесс ретінде белгілі қаптау. Бұл тотықсыздану реакциясы метал-В электродының, сымның және металл-А электродының ішіндегі бос электрондардың метал-В электродына тартылуына әкеледі. Демек, электрондар метал-В катиондары олармен тікелей әрекеттескендей метал-А электродының кейбір атомдарынан аулақ болады; сол метал-А атомдары қоршаған ерітіндіде еритін катиондарға айналады. Бұл реакция жалғасқан кезде метал-А электродпен жартылай жасушада оң зарядталған ерітінді пайда болады (өйткені оған метал-А катиондары ериді), ал қалған жартылай жасушада теріс зарядталған ерітінді дамиды (өйткені металл-В катиондары) аниондарды қалдырып, одан тұнба); тоқтаусыз, бұл жауапты теңгерімсіздік реакцияны тоқтатады. Жартылай жасушалардың ерітінділері тұз көпірімен немесе иондардың бір ерітіндіден екіншісіне өтуіне мүмкіндік беретін кеуекті тақта арқылы байланысады, бұл ерітінділердің зарядтарын теңестіреді және реакцияның жалғасуына мүмкіндік береді. Анықтама бойынша: Анод - тотығу (электрондардың жоғалуы) жүретін электрод (металл-А электрод); гальваникалық элементте бұл теріс электрод, себебі тотығу пайда болған кезде электрондар электродта қалып қояды.[10] Содан кейін бұл электрондар сыртқы тізбек арқылы катодқа (оң электрод) ағып кетеді (электролиз кезінде электр тогы электрондарды кері бағытта қозғалысқа келтіреді, ал анод оң электрод болып табылады). Катод - тотықсыздану (электрондардың күшеюі) жүретін электрод (металл-В электрод); гальваникалық элементте ол оң электрод болып табылады, өйткені иондар электродты және пластинадан электрондарды алу арқылы азаяды (электролиз кезінде катод теріс терминал болып табылады және ерітіндіден оң иондарды тартады). Екі жағдайда да ' мысықhode тартады мысықиондар 'дұрыс. Гальваникалық жасушалар өз табиғаты бойынша өндіреді тұрақты ток. Вестон жасушасы құрамында анод бар кадмий сынап амальгам, және таза сынаптан тұратын катод. Электролит - (қаныққан) ерітіндісі кадмий сульфаты. Деполяризатор бұл сынап сульфатының пастасы. Электролит ерітіндісі қаныққан кезде, жасушаның кернеуі өте жақсы ойнатылады. 1911 жылы ол кернеудің халықаралық стандарты ретінде қабылданды. Батарея - бұл кернеудің бір көзін құру үшін бір-бірімен байланысқан гальваникалық элементтердің жиынтығы. Мысалы, әдеттегі 12В қорғасын-қышқыл батарея алты гальваникалық элемент бар сериялы қорғасыннан тұратын анодтармен және күкірт қышқылына батырылған қорғасын диоксидінен тұратын катодтармен. Үлкен батарея бөлмелері, мысалы телефон станциясы пайдаланушының телефондарын орталық офис қуатымен қамтамасыз ететін ұяшықтар қатарынан және параллельінен қосылған болуы мүмкін. Гальваникалық элементтегі электрохимиялық процестер бос энергияның реактивтері болғандықтан пайда болады (мысалы, металл Zn және гидратталған Cu2+ Даниэлль жасушасында) төмен энергиялы өнімдерге айналады (металл Cu және гидратталған Zn2+ осы мысалда). Тордың когезивтік энергияларының айырмашылығы [8] электрод металдары кейде реакцияның, әсіресе Даниэлль жасушасындағы басым энергетикалық драйвері болып табылады.[9] Тұрақталмаған металл Zn, Cd, Li және Na d-орбиталық байланыстыру, барлығына қарағанда жоғары когезивтік энергияға ие (яғни олар әлсіз байланысқан) өтпелі металдар, соның ішінде Cu, және жоғары энергетикалық анод металдары ретінде пайдалы. Судағы металдардың иондану энергиясының арасындағы айырмашылық бұл гальваникалық элементтегі реакцияны жүргізе алатын басқа энергетикалық үлес; ол Даниэлль жасушасында маңызды емес, өйткені гидратталған Cu энергиялары2+ және Zn2+ иондары ұқсас болады. Екі атомды беру, мысалы. мырыш металл электродынан ерітіндіге, электрондардың метал атомдарынан немесе металл иондарына өтуі гальваникалық элементте маңызды рөл атқарады. Концентрациялық жасушалар, олардың электродтары мен иондары бірдей металдан жасалған және ион концентрациясы теңескен сайын энтропия өсіп, бос энергия азаяды, электр терістілігі металдар айырмашылығы электрохимиялық процестердің қозғаушы күші емес. Гальваникалық элементтер мен батареялар әдетте электр қуатының көзі ретінде қолданылады. Энергия жоғары когезивті металдың төменгі энергиялы металға түскенге дейін еруі немесе төменгі энергиясы бар иондар ерітіндіге түсу кезінде жоғары энергиялы металл иондарынан пайда болады. Гальваникалық элемент өндіретін электр энергиясы сан жағынан реактивті заттар мен өнімдердің стандартты бос энергия айырмашылығына тең, оларды, деп белгілейді.рGo. Даниэлль жасушасында электр энергиясының көп бөлігі ΔрGo = -213 кДж / мольді Zn және Cu торларының когезивтік энергиялары арасындағы -207 кДж / моль айырмашылығына жатқызуға болады. Гальваникалық коррозия - бұл электрохимиялық металдардың эрозиясы. Коррозия екі ұқсас емес металдар бір-бірімен ан қатысында болған кезде пайда болады электролит, мысалы, тұзды су. Бұл гальваникалық элементті құрайды, сутегі газы неғұрлым асыл (белсенділігі төмен) металда пайда болады. Алынған электрохимиялық потенциал аз асыл материалды электролиттік түрде ерітетін электр тогын дамытады. A концентрация жасушасы түзілуі мүмкін, егер бір металлға электролиттің екі түрлі концентрациясы әсер етсе. Электродтар түрлері Электрод- электродтық потенциал жоғарысында ұшырайтын токөткізгіш дене. Потенцалдың өзгеруінің себебі элетрохимиялық реакция немесе жақын электродтар кеңістігінде түзілетін иондар потенциалының концентрациясының өзгеруі болуы мүмкін. Электродтар – электр тізбегінің екі нүктесін қосуға арналға, арнайы пішінді қткізгіштер. Эектродтар балқитын және балқымайтын болып бөлінеді. Балқымайтын электродтар Материал бойынша олар – көмірлі, графитті, вольфрамнан, цирконийдан жəне гафнийден дайындалады. Осы материалдардың балқу температуралары өте жоғары. Балқымайтын электродтар – тек доға жануын қуаттау үшін қызмет атқарады, сондықтан жоғары температураға төзімділігі өте жоғары болу қажет (шығыны аз болу керек). Графитті жəне көмірлі электродтар көміртектің структурасымен айырылады. Графитті электродтарда көміртектің структурасы кристалдық, ал көмірлі электродтарда – аморфты. Қабырғасы 1 см болып келетін көмірлі электродтың электр кедергісі 0,0032 ом, ал графитті электрод үшін 0,0008 ом. Ауада көмірлі электрод 500ºC температурада, ал графитті электрод 640ºC температурада тотықтана бастайды. Осы көрсеткіштерге сүйенсек, графитті электродтарды пайдалану ұтымды болады. Көміртектің қайнау температурасы жоғары болғандықтан (>4500ºК) булану салдарынан шығыны өте аз, бірақ ауамен əрекеттесу арқылы оның тотықтануы мен жануынан пісіру ваннасы көміртектенуі мүмкін. Электродтың диаметрі ұлғайған сайын, оның қыздырылуы азаяды. Сондықтан көмірлі жəне графитті электродтардың диаметрі (> 6 – 20 мм). Бірақ үлкен диаметрлі электродтар пісірушінің жұмысын қиындатады. Қиын балқитын металдардан жасалған электродтарды қолданылу арқылы электродтардың диаметрін азайтып, жік металының көміртектенуіне жол бермеуге мүмкіндік туады. Пісіруде кеңінен вольфрам электродтары қолданылады. Олардың механикалық қасиеттері жоғары жəне салыстырмалы түрде электр кедергісі төмен. Вольфрамның балқу температурасы 3410ºC, ал қайнау температурасы 4700°С. Оларды МЕСТ 23949–80 сəйкес таза вольфрамнан немесе вольфраммен белсендіруші қоспалар қосу арқылы шығарады. Белсендіруші қоспалар ретінде торий диоксиді, лантан жəне нитрий тотықтары қызмет атқарады. Мысалы, диаметрі 2,0 мм жəне ұзындығы 150 мм ЭВЛ – маркалы электродтың шартты белгіленуі келесі: Вольфрамды электрод ЭВЛ–2–150 МЕСТ 23949–80. Вольфрам сырықтарын ұнтақтардан престеп, күйдіріп сосын соғып жасайды. Нəтижеде бөлек түйіршіктер пісіріліп бірігеді. Осылай алынған дайындаманы созу арқылы қажетті диаметрлі сырықтарға айналдырады. Вольфрамды белсендіруші қоспалармен легірлеу арқылы катодтың (вольфрам) эмиссиялық қабілеті, жоғары токтарда электродтардың төзімділігі жəне доға жануының тұрақтылығы едəуір артады. Бірақ, вольфрам негізіндегі электродтар пісіру кезінде ауаның оттегінен тотықтануынан инертті газдармен қорғауды талап етеді. Вольфрам электродтары аргон жəне гелий сияқты инертті газдарда доғалы пісіруде жəне пісіру мен кесудің, балқытып қаптау мен тозаңдатудың плазмалық үрдістерінде қолданылады. Цирконий мен гафний электродтары плазмотрондарда металдарды жылу арқылы кесу кезінде қолданылады. Жеке дəндерінің өлшемдері 0,25-4 мм (флюстің маркасына байланысты) болатын, арнайы дайындалған металл емес гранулалар тəрізді ұнтақтарды пісіру флюстары деп атайды. Флюстар пісіру кезінде балқып, пісіру аймақтың үстінен газды жəне қожды күмбезді құрайды, ал химикалық-металлургиялық əрекеттесуінен кейін, доға кеңістігінде жəне пісіру ваннасында жік бетінде қож қабатын құрайды. Осы қож қабатына түрлі тотықтар, күкірт, фосфор жəне газдар шығарылады. Пісіру материалдарға жəне пісіру кезінде өтетін металлургиялық процестерге қойылатын талаптарға байланысты, флюстар əртүрлі құрамды болуы мүмкін. Флюстарды – оларды дайындау тəсілдеріне, тағайындалуына жəне химиялық құрамына байланысты бірнеше түрлерге бөледі. Дайындау тəсіліне байланысты оларды балқымалы жəне керамикалық (балқымаған) деп айырады. Керамикалық флюстарды дайындау технологиясы электродтардың қаптамаларын дайындау технологиясына ұқсас. Шихтаның құрғақ компоненттерін сұйық шынымен араластырады; алынған массаны тор арқылы арнайы қондырғыларды өткізіп майдалайды, кептіріп (кептіру режимдері электрод қаптамалардың кептіру режимдерімен бірдей), белгілі өлшемді түйіршіктерді алу үшін електен өткізеді. Компоненттердің құрғақ қоспасының түйіршіктері жоғары температурада күйдіру арқылы біріктіріледі. Алынған кесектерді қажетті өлшемге дейін домалақтандырылады (басқаша күйдірілген флюстар деп аталады). Балқымаған флюстар - кəдімгі қарапайым механикалық қоспа түрінде де дайындалуы мүмкін (флюстар - қоспалар). Балқымаған флюстар тобынан ең кең тараған, ол - керамикалық флюстар. Олардың құрамы негізді типті қаптамалардың құрамына жақын келеді. Металдарды осындай флюстармен легірлеу үшін олардың құрамына қажетті ферроқорытпалар қосылады. Дайындау кезінде флюстар балқымайтын болғандықтан, ферроқорытпалардың жəне басқа да легірлеуші элементтердің мөлшері мен қатынасы əртүрлі болуы мүмкін. Осыған байланысты, металл жігінің қажетті құрамына оңай жетуге мүмкіндік туады. Флюстардың осындай ерекшелігі олардың басты артықшылығы болып есептелінеді. Бірақ, осындай флюстарды қолданғанда, металл жігінің химиялық құрамы міндетті түрде пісіру режиміне тəуелді болады. Пісіру ток шамасының өзгеруі жəне əсіресе, доға кернеуінің өзгеруі балқытылған флюстар мен металл массаларының қатынасын өзгертеді. Сонда, жік металының құрамы əртүрлі болуы мүмкін (жіктің ұзындығы бойынша). Керамикалық флюстардың тағы бір кемшілігі - түйіршіктердің механикалық беріктігі əртүрлі жəне төмен болғандықтан өлшемдері əртекті болады. Осыған байланысты керамикалық флюстар оңай үгітіледі. Керамикалық флюстардың өзіндік құны өте жоғары болғандықтан, олар кəдімгі болаттарды пісіруде қолданылмайды. Негізгі қолданылу саласы - ол жоғары легірленген арнайы болаттарды пісіру жəне балқытып қаптау жұмыстары. Балқымалы флюстар металл тұздары тотықтарының қорытпалары түрінде болады. Оларды дайындау үрдісі бірнеше кезеңдерден тұрады: -шихтаны есептеп дайындау; -флюсті балқытып алу; -грануляция (домалақтандыру); -сулы грануляциядан кейін кептіру; електен өткізу. Алдын ала ұнтақталған жəне қажетті пропорцияларда өлшенген компоненттерді араластырып, доғалы немесе жалынды пештерге тиейді. Балқытылғаннан кейін белгілі уақыт пеште (барлық реакциялар түгел аяқталу үшін) ұстайды да шамамен 1400°С температурада сұйық флюс пештен шығарылады. Грануляцияны екі тəсілмен жүргізуге болады: құрғақ немесе сулы тəсілмен. Құрғақ тəсілі бойынша флюсті металдық қалыптарға құйып, суығаннан кейін құйманы түйіршіктерінің өлшемі 0,1-3 мм дейін біліктерде ұсақтап, сосын електен өткізеді. Балқитын электродтар Балқытып біріктіру, пісіру – металл бұйымдарды балқу температурасына дейін қыздыру немесе пластикалық күйге дейін келтіру арқылы бір-бірімен біріктірілетін денелердің аралығында атомаралық (молекулааралық) байланыстардың түзілуі нәтижесінде оларды ажырамайтындай етіп біріктіретін технологиялық процесс. Металдар мен қорытпалар, сондай-ақ пластмасса, шыны, керамика және әр текті металдар балқытып біріктіріледі. Балқытып біріктіру кезінде қыздыру көздерін пайдаланып біріктіруге кері процесс те (мысалы, металдарды отпен немесе термиялық кесу) жүзеге асырылады. Балқытып біріктірудің қарапайым тәсілдері біздің заманымыздан бұрынғы 8 – 7 мыңыншы жылдары белгілі болған. Мысалы, Мысыр пирамидаларынан қалайымен біріктірілген алтын бұйымдар, ал Помпей қаласын қазу кезінде жапсарлары біріктірілген қорғасын су құбырлары табылды. Оларда қосылатын бөлшектер алдын ала қыздырылып, одан әрі бір-біріне жанши отырып біріктірілген не қыздырылған бөлшектердің арасына балқыған металл құйылған. Ал темір мен оның қорытпаларынан жасалған бұйымдар ұсталық көрікте «шоқтануға» дейін қыздырылып, одан әрі олар бір-біріне соғу арқылы біріктірілген. 19 ғасырдың соңына дейін тек осы екі тәсіл ғана іс жүзінде кеңінен таралды. Балқытып біріктірудің жылдам дамуына 1802 жылы орыс ғалымы Василий Петров ашқан электр доғасы (доғалық разряд) себепші болды. 1882 ж. орыс инженері Николай Бенардос балқымайтын электродпен (көмір немесе графит) балқытып біріктіру тәсілін, ал 1888 ж. орыс инженері Николай Славянов балқитын электродпен балқытып біріктіру тәсілін ұсынды. 1949 ж. электр шлагымен балқытып біріктіру тәсілі Украинада Электрлік балқытып біріктіру институтында жасалды. Осы институтта академик Евгений Патонның жетекшілігімен флюс қабаты астында және ғарыш кеңістігінде балқытып біріктіру жұмыстары жүзеге асырылды. 20 ғасырдың 50-жылдарының аяғында Францияда металдарды тығыз электрондар шоғының көмегімен балқытып біріктіру тәсілі, ал соңғы жылдары балқытып біріктіру процесінде оптикалық кванттық генератор-лазер пайдаланыла бастады. Қазіргі уақытта балқытып біріктірудің алпыстан астам тәсілдері бар. Қосылыс аймағындағы материалдардың физикалық күйіне байланысты балқытып біріктірудің барлық тәсілдерін шартты түрде: балқыту арқылы балқытып біріктіру және қысым арқылы балқытып біріктіру деп бөлуге болады. Балқытып біріктіру тәсілдерінің ішінде пісірілген жапсар сапасының жоғарылығына, қарапайымдылығына, т.б. қарай электр доғасымен балқытып біріктіру ең көп тараған. Электр доғасымен балқытып біріктіру тәсілінде металды қыздыруға қажетті жылу электродтан немесе электрод пен металл арасында түзілетін доғадан алынады. Электр доғасымен балқытып біріктіруде балқитын және балқымайтын электродтар қолданылады. Балқымайтын электродтардың (көмір, графит, вольфрам) диаметрі 5 – 30 мм, ұзындығы 200 – 300 мм болып жасалады және ол металды тұрақты токпен балқытып біріктіру кезінде пайдаланылады. Балқитын электродтар металдың химиялық құрамына, пайдалану мақсатына, т.б. сәйкес болат, шойын, мыс, жез, қола, т.б. металдар мен қорытпалардан жасалады. Олардың ұзындығы 300 – 450 мм, диаметрі 1 – 12 мм болып, жалаңаш және сырты қапталған түрлерге ажыратылады. Металды терең балқытып біріктіру тәсілінде электродтың сыртқы беті балқу температурасы жоғары қабатпен қапталады. Үш фазалы токпен балқытып біріктіруде ток көзінің екі фазасы параллель екі электродқа, үшіншісі металға жалғанады. Екі электрод пен металдың және электродтардың өз арасында үш доға пайда болады. Доғаның бірі сөнсе де, қалған екі доғаның балқытып біріктіру мүмкіндігі бар. Сондықтан оның еңбек өнімділігі жоғарырақ болады. Қорғағыш газ қабаты астындағы балқытып біріктіру тәсілінде газ балқыған жапсардың атмосферамен жанасудан және металды тотығудан сақтайды. Қорғағыш орта ретінде аргон, гелий, сутек, т.б. газдар пайдаланылады. Электр шлагымен балқытып біріктіру тәсілінде қажетті жылу мөлшері электр өткізгіш шлакпен ток өткізу арқылы алынады. Бұл тәсілмен қалыңдығы әр түрлі гидравликалық турбина, жоғары қысымды бу қазандары, мартен пешінің қаңқасы, т.б. күрделі әрі ірі бұйымдар балқытып біріктіріледі. Қысым арқылы (қыздырылып немесе қыздырылмай) балқытып біріктіру кезінде біріктіретін бөлшектердің материалдары сырттан қысушы күштердің әсерінен деформаланып, берік қосылыс түзеді. Қысым арқылы балқытып біріктірудің түйіспелік, конденсаторлық, ультрадыбыстық, диффузиялық, т.б. тәсілдері бар. Балқытып біріктірудің қажетті тәсілі біріктірілетін материалдардың физикалық-химиялық қасиеттеріне, қосылатын бөлшектердің қалыңдығына және қосылыстың құрылымына, т.б. қарай таңдап алынады. Балқытып біріктірудің өнеркәсіпте алатын орны орасан зор. Ол металды және басқа да қатты материалдарды өңдеумен айналысатын барлық өндірісте кеңінен қолданылады. Көптеген балқытып біріктіру жұмыстары автоматтандырылған. |