Μελέτη Μηχανικών Ιδιοτήτων Ηλεκτρολυτικών Επικαλύψεων Κασσίτερου (Sn) για Ηλεκτρομηχανολογικές Εφαρμογές

Abstract

Οι ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων δεκαετιών, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη για την όσο το δυνατόν πληρέστερη μελέτη των κατασκευαστικών υλικών, μιας και τα νέα υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες προστίθενται καθημερινά, στα ήδη χρησιμοποιούμενα, σε νέες εφαρμογές. Όσο καλύτερη γνώση υπάρχει για τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των κατασκευαστικών υλικών, τόσο ανθεκτικότερες και συνάμα οικονομικότερες κατασκευές μπορούν να σχεδιαστούν και να υλοποιηθούν.

Με γνώμονα τα προαναφερόμενα, διερευνήθηκε η δομή και οι μηχανικές ιδιότητες ορειχάλκινων ηλεκτρολυτικά επικασσιτερωμένων εξαρτημάτων που χρησιμοποιεί η Δ.Ε.Η. στο δίκτυο μεταφοράς και διανομής της. Οι ακροδέκτες καλωδίων και οι σφιγκτήρες των ακροκιβωτίων, τα μεταλλικά εξαρτήματα των ακροκιβωτίων, οι ακροδέκτες γειώσεως και οι κύριες σταθερές και κινητές επαφές από τους μονοπολικούς και τριπολικούς ασφαλειοαποζεύκτες καθώς επίσης και μία σειρά από εξαρτήματα των γραμμών διανομής, όπως παξιμάδια, ροδέλες, βίδες, κοχλίες, αποτελούν χαρακτηριστικές περιπτώσεις ορειχάλκινων ηλεκτρολυτικά επικασσιτερωμένων εξαρτημάτων του δικτύου μεταφοράς και διανομής της Δ.Ε.Η.

Για το σκοπό της μελέτης αυτών των εξαρτημάτων, επικασσιτερώθηκαν ηλεκτρολυτικά με την εφαρμογή συνεχούς ρεύματος (D.C.) ορειχάλκινα δοκίμια εφελκυσμού και κρούσης. Τα δοκίμια αυτά παρασκευάστηκαν βάσει ανάλογων προδιαγραφών που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Ειδικότερα, μελετήθηκε η επίδραση του χρόνου απόθεσης του κασσιτέρου, του πάχους επικασσιτέρωσης, της γεωμετρίας του υποστρώματος, της προσθήκης TiO2, των μηχανικών ιδιοτήτων των δοκιμίων. Ο χαρακτηρισμός της δομής και η μελέτη της μορφολογίας της επιφάνειας των επικαλύψεων πραγματοποιήθηκε με την τεχνική S.E.M. και με μεταλλογραφικό μικροσκόπιο και η διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων των επικαλύψεων περιλάμβανε δοκιμές εφελκυσμού, κρούσης και προσδιορισμό της μικροσκληρότητας κατά ‘Vickers’ των επικαλύψεων.

Από την αξιολόγηση των μετρήσεων και των αποτελεσμάτων της παρούσας μελέτης, προκύπτει ότι αύξηση του πάχους επικασσιτέρωσης στα ορειχάλκινα δοκίμια έχει ως αποτέλεσμα την ελάχιστη μείωση της αντοχής τους σε εφελκυσμό με εμφάνιση μικρότερης απορρόφησης ενέργειας, η οποία αποτελεί μέτρο της σκληρότητας. Επίσης, αύξηση του πάχους επικασσιτέρωσης φαίνεται πως αυξάνει τη ψαθυρότητα των ορειχάλκινων δοκιμίων, μειώνοντας τη μέγιστη παραμόρφωση τους υπό φόρτιση καθώς επίσης και τη δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας. Βάσει της μορφολογίας της επικασσιτέρωσης στα δοκίμια και των μηχανικών ιδιοτήτων τους, οι 2 ώρες εμφανίζονται ως ο καταλληλότερος χρόνος απόθεσης (tDC). Σ’ αυτό το χρόνο απόθεσης, διαπιστώθηκε πολύ καλή περιμετρικά απόθεση του κασσιτέρου και ομοιόμορφη γεωμετρικά επικάλυψη των δοκιμίων ενώ οι μηχανικές τους ιδιότητες δεν παρουσίασαν ουσιαστική μεταβολή. Τέλος, ένα ακόμη στοιχείο που προκύπτει από τη μελέτη αυτή, σχετίζεται με τη σημαντική ομοιότητα που παρουσιάζουν στην παρασκευή, τη μορφολογία αλλά και τις μετρήσεις των μηχανικών ιδιοτήτων τα περισσότερα απλά και σύνθετα ηλεκτρολυτικά επικασσιτερωμένα δοκίμια, μεταξύ ίδιων χρόνων απόθεσης (tDC).

The rapid technological developments of the last decades, gave the opportunity of extensive research and study in the field of constructive materials. As a result of this situation, new materials with improved properties are being introduced everyday leading to their use in new and pioneer applications. The better is the knowledge regarding the behavior and the properties of constructive materials, the toughest and the less inexpensive constructions can be designed and being implemented.

Having under consideration the above, research of the structure and the mechanical properties of brass fitments which have been electrodepositioned with tin plating took place. Several usages of brass fitments which have been electrodepositioned with tin plating is being made in the distribution and transmission network of the Public Power Corporation S.A. Such fitments include wire terminals, clampers and metallic fitments of terminal boxes, earth-ground terminals, main solid and mobile contacts of single and triple disconnectors and a variety of other fitments of the distribution network such as biscuits, burrs, screws, bolts, etc.

For the purposes of this research, tensile and impact brass specimens have been tin plated with direct current (D.C.) electrodeposition. These specimens were produced according to specific specifications in order to study their mechanical properties. Especially, it was analytically tested and examined the effect of time deposit (tDC) of tin plating, the thickness of tin plating, the geometry of the substrate and the addition of TiO2, in the preparation and the mechanical properties of the specimens. The characterization of the structure and the surface morphology of the coatings was examined by S.E.M. (Scanning Electron Microscopy) technique and by metallographic microscope. The research of the mechanical properties of coatings included tensile tests, impact tests and microhardness versus the Vickers method.

From the present study, the evaluation of the results can lead to the conclusion that increase of tin plating thickness in brass specimens results in a minimum reduction of their tensile strength with less absorption of energy. In addition, increase of tin plating leads to more brittle brass specimens with reduction of their maximum deformation under load and their ability to absorb energy. The surface morphology of tin plating in the specimens and the results obtained regarding their mechanical properties have shown that 2 hours is an appropriate time deposit (tDC) of tin plating in the specimens. At this time of deposit, specimens were produced with nice perimetric and geometrically uniformly tin plating deposits without substantial variation of their mechanical properties. Additionally, another important conclusion in most of the examined cases of this study is the significant similarity between the surface morphology and the measurements obtained regarding the mechanical properties of simple tin plated and composite Sn/TiO2 plated electrodepositioned specimens, under the same time deposits (tDC).