Legislatia in Uniunea Europeana privind protectia mediului

PROTECTIA MEDIULUI

Un mediu inconjurator sanatos reprezinta o conditie esentiala pentru proprietatea pe termen lung si pentru calitatea vietii, de aceea un inalt nivel de protectie in acest domeniu este cerut. In viitor, dezvoltarea economica si prosperitatea vor continua sa exercite o presiune puternica asupra capacitatii planetei de a raspunde cerintelor in materie de resurse

si de absorbtie a poluarii.

In acelasi timp, standardele ridicate de protectie a mediului reprezinta un motor pentru inovatie si pentru oportunitatile de afaceri. Per ansamblu, societatea trebuie sa faca eforturi pentru a reduce impactul negativ exercitat de cresterea economica asupra mediului inconjurator. Activitatile economice trebuie derulate eficient din punct de vedere ecologic prin fabricarea cu mai putina energie a unei cantitati egale sau mai mari de produse, avand ca rezultat mai putine deseuri. Modelele de consum trebuie sa devina mai sustenabile.

Avand in vedere aspectele mentionate mai sus, politica UE de protectie a mediului se concentreaza pe urmatoarele aspecte:

-conservarea, protectia si imbunatatirea calitatii mediului-protejarea sanatatii populatiei-utilizarea corecta si rationala a resurselor naturale cu refolosirea

acestora.

Pagina 1 din 97

Prezentul proiect se incadreaza in directiva 3 si anume utilizarea rationala, in surse limitate a deseurilor provenite din echipamentele electrice si electronice.

Protectia mediului trebuie integrata in definirea si implementarea altor politici de sector, de care este strans legata si care au impact asupra mediului, cum ar fi agicultura, energia, industria, transporturile, protectia consumatorilor.

Ca multe tari din Europa Centrala si de Est, Romania a mostenit din perioada comunista grave probleme de mediu, cauzate de politica industriala bazata pe o productivitate ridicata, care nu a tinut cont de impactul asupra mediului si sanatatii oamenilor. Cele mai grave probleme se intalnesc in urmatoarele sectoare: calitatea apei, gestionarea deseurilor si poluarea aerului si a solului.

In calitate de stat membru al Uniunii Europene, Romania trebuie sa includa intre prioritatile sale, alinierea la standardele Uniunii Europene de protectie a mediului. Acest proces reprezinta una dintre cele mai mari provocari in cadrul procesului de aderare si include doua mari directii de actiune:

-armonizarea legislatiei romanesti cu acquis-ul UE in acest sector;-reforma institutionala care necesita dezvoltarea unui mecanism

institutional capabil sa aplice si sa monitorizeze punerea in aplicare a legislatiei adoptate.

Initial, Romania a inregistrat progrese mici in directia armonizarii legislative in domeniul protectiei mediului. Primul progres important a fost inregistrat in decembrie 1995, prin adoptarea Legii cadru pentru protectia mediului, care a introdus principii importante in ceea ce priveste legislatia si politica de protectie a mediului, ca de exemplu principiul “ poluatorul plateste”.

Pagina 2 din 97

In urmatorii ani, s-au inregistrat progrese importante in domeniul legislativ prin: adoptarea legislatiei referitoare la evaluarea impactului asupra mediului inconjurator al anumitor programe cu efecte transfrontaliere, a legislatiei privind deseurile periculoase, gropile de gunoi pentru deseuri, deseurile rezultate din ambalaje, transportul deseurilor, apa potabila, apa menajera, poluarea cauzata de substantele periculoase, identificarea spatiilor si a domeniilor care necesita protectie speciala, controlul poluarii industriale, masuri pentru siguranta campurilor nucleare.

Cu toate ca Romania a transpus o mare parte din legislatie, capacitatea administrativa si resursele financiare dedicate acestui sector raman inadecvate, avand ca rezultat slaba implementare a politicilor Comisiei Europene in domeniul potectiei mediului. Reinfiintarea, in prima parte a anului 2004, a unui minister pentru acest domeniu, Ministerul Mediului si gospodaririi Apelor, constituie un element esential pentru ameliorarea situatiei din acest domeniu.

In plus, trebuie s-au luat in considerare urmatoarele prioritati:

Infiintarea unui Fond operational pentru protectia mediului, care sa aiba rolul unui instrument economic de sprijinire a investitiilor publice importante in acest domeniu;

Realizarea unor estimari de costuri si a planurilor financiare corespunzatoare acestora pentru implementarea principalelor directive.

Toate acestea necesita investitii importante din partea sectorului public si a celui privat, cu sprijin extern din partea Institutiilor Financiare Internationale. Uniunea Europeana reprezinta unul dintre principalii donatori in acest domeniu.

CAPITOLUL I

STADIUL ACTUAL AL RECUPERARII SI VALORIFICARII DESEURILOR METALICE DIN ECHIPAMENTE ELECTRICE SI ELECTRONICE

Pagina 3 din 97

Perspective globale privind deseurile provenite din echipamente electrice si electronice

Productia de echipament electric si electronic este intr-o continua crestere in toata lumea. Atat inovatiile cat si expansiunea pietii continua sa accelereze inlocuirea echipamentelor conducand la o crestere semnificativa a deseurilor electrice si electronice.

In 1998, in Europa de Vest au fost generate 6 milioane tone de deseuri provenite din echipamente electrice si electronice iar in 2004, cel putin 1 milion de calculatoare personale au devenit deseuri, de aceea nu e surprinzator ca astazi deseurile provenite din EEE reprezinta 8% din deseurile municipale si e una din categoriile al caror volum se mareste extrem de repede.

Folosirea bunurilor electronice a crescut rapid in ultimele decenii si proportional cu acesta si cantitatea de deseuri constituite din bunuri ca telefoane mobile, calculatoare si electronice. Intre 1994 si 2003 aproximativ 500 milioane de calculatoare au ajuns la sfarsitul ciclului lor de viata.

500 milioane de calculatoare contin aproximativ 2,872 tone de plastic, 718 tone de plumb, 1363 tone de cadmiu si 287 tone de mercur continute in aceste deseuri au o toxicitate ridicata. Astfel, Conventia de la Basel le-au numit substante hazarduoase.

In 2005,130 milioane de telefoane mobile au fost retrase de pe piata la fel cum s-a intamplat si cu toate tipurile de bunuri portabile ca MP3 playere, jocuri electronice si echipamente periferice.

Deseurile electrice si electronice sunt o problema urgenta datorita maririi volumului de deseuri generate dar si a continutului toxic si de materiale valoroase.

Datorita continutului de materiale necunoscute, deseurile provenite din echipamente electrice si electronice poate cauza probleme ecologice in faza de management al deseurilor daca nu sunt corect pretratate.

Pagina 4 din 97

In timpul arderii sau a reciclarii necorespunzatoare in natura, poluantii ca Cu Au, Al, Fe si a dezvoltat un cadru pentru a controla transportul deseurilor electrice si electronice peste granita.

Substantele foarte toxice din deseurile provenite din EEE sunt Cd, Hg si Pb dar contin de asemenea si substante valoroase ca Au si Cu. Recuperand aceste metale din deseurile EEE a devenit o afacere profitabila.

China si India s-au confruntat cu o crestere rapida a deseurilor EE provenite atat din deseurile casnice dar si din importuri ilegale.

Pentru o economie de emergenta aceste fluxuri de materiale din importurile de deseuri nu numai ca ofera portunitatea unei afaceri dar satisface totodata cererea EEE de mana a-2-a. Lipsa regulamentului national si/sau neaplicarea legii promoveaza cresterea economica informala in tarile industrializate.

In timp ce aceasta e o sursa de supravietuire pentru cei saraci, ea cauzeaza riscuri severe umane dar si asupra mediului. Multi dintre participantii la aceste riscuri nu sunt constienti de riscuri, nu cunosc practici mai bune sau nu au acces la capitalul de investitii pentru a finanta imbunatatiri profitabile.

EEE este pus sub o preocupare speciala in Europa deoarece este atat hazarduos cat si un segment de crestere rapida a fluxului de producere a deseurilor.

In 1998, Europa dispunea de 6 milioane tone de deseuri provenite din echipamentele electrice si electronice adica aproximativ 4 % din totalul cantitatii de deseuri.

Un motiv semnifciativ a tendintei de crestere a deseurilor este uzura tehnologica, acesta fiind rezultatul unei dezvoltari rapide atat a componentelor hardware si software.

Echipamentele provenite de la calculatoare reprezinta cel mai mare procent din cantitatea de deseuri electrice si electronice.

Deseurile electrice si electronice in 1998, in Europa, includeau 27.000 tone de Pb si 8 tone de Hg. Desktopul si monitorul unui calculator include As, Be, Cd, Pb, Hg, Ni, Sb, pe langa alte metale, toate fiind toxice

Pagina 5 din 97

pentru sanatatea oamenilor. Durata de exploatare a unui calculator acum este de 2 ani inainte sa devina uzat din punct de vedere tehnologic.

Produsele care sunt depozitate la gropile de gunoi pot lasa scurgeri de astfel de metale la suprafata sau in apele subterane. Praful se poate de asemenea raspandi in timpul strivirii mecanice sau depunerii pe teren.

In 1999, doar 6% din calculatoare erau reciclate, iar 8% erau donate altor persoane.

In 2004 erau 315 milioane de calculatoare uzate numai in Statele Unite si un numar comparabil in Europa, aproximativ 75% din ele erau pastrate in asteptarea unei depozitari corespunzatoare.

In 2005 era un calculator uzat la fiecare calculator intrat pe piata, deci, incapabilitatea de a folosi un numar semnificativ de masini si toxicitatea calculatoarelor vechi a condus la cautarea unor solutii alternative.

Compozitia deseurilor EEE

Exista urmatoarele categorii de deseuri provenite din EEE:Aparate electronice de comunicatie, pentru birou si informaticaAparate de uz casnicAparate electronice pentru divertismentComponente electronice ale aparatelor enumerate mai sus

Tabel 1 - Categoria de deseuri EEE conform Directivei UE privind deseurile EEE

Nr.crt.

Categorie Eticheta(denumire)

1 Aparate mari de uz casnic Large HH

2

2

Aparate mici de uz casnic Small HH

Pagina 6 din 97

3 Echipament pentru telecomunicatii si informatica

ICT

4 Echipament de consum CE 5 Echipament de iluminat Lighting 6 Instrumente electrice si electronice E&E tools

7Echipament sportiv,jucarii Toys

8 Aparatura medicala Medical equipment 9 Instrumente de monitorizare si

controlM&C

10 Dozatoare automate Dispencers

Intarziere 0 ani/ rata 100%

5 ani / 100%

0 ani / 50% 0 ani / 10%0 ani / 40%

3 ani / 100%

0 ani50%

0 ani / 50% 3 ani / 100%

Pagina 7 din 97

Prima folosire

Reciclare (material si recuperarea

energiei)

Deseu

A doua folosire

Deseu Depozitare

Deseu

Depozitare Material brut

0 ani / 100%

0 ani / 50% 0 ani / 50%

Figura 1. un model simplu adaptat de la Matthews in 1997 pentru a calcula deseurile

reciclate si /sau depozitarea acestora.

Acest model descrie modul de folosire a calculatoarelor personale urmat de o

distrugere finala pentru a recupera materialul si energia. Unele materiale sunt depozitate iar

restul este returnat ca material secundar neprelucrat. Transferul de la o etapa la alta este

descris cu o intarziere in ani si in rata de transfer in % a volumului total al deseurilor.

Media calculatoarelor devenite rebut intre perioada 1991-2004 e calculata ca o ratie

intre deseurile calculatoare si baza celor montate care e aproximativ 11%.

In perioada 1990-1999, cantitatea de deseuri EEE varia intre 3,3 si 3,6 kg/cap de

locuitor, iar intre 2000-2010 se preconizeaza ca vor ajunge la 3,9-4,3 kg / cap de locuitor.

Vanzarea de noi calculatoare a crescut substantial de la 20 milioane in 1992 la 180

milioane in 2004. Totusi s-a inregistrat o scadere considerabila la vanzarea de noi

calculatoare in 2001-2002 urmata de o recuperare rapida in ultimii 2 ani.

Aproape jumatate din calculatoarele noi le-au inlocuit pe cele devenite deseu, restul

adunandu-se la baza instalata ce rezulta din cresterea prezenta.

Calculand numarul calculatoarelor rebut cu totalul celor montate rezulta o rata de

rebut intre 2-17%.

In Europa, se genereaza anual 2 kg de deseuri de Cu /cap de locuitor. Deseurile

provenite din echipamente electrice si electronice si automobile iesite din uz sunt cele mai

importante generatoare de deseuri domestice menajere ce contin Cu. Ele contin 67% din

totalul de Cu dar aceasta realizeaza doar 4% din masa totala de deseuri generate.

Eficienta reciclarii in Europa a Cu din toate tipurile de deseuri e de 48%,cu un interval

de 5-58% in functie de tara.

Emisiile de Cu in mediu de la incineratoare si gropile de gunoi sunt sub 5Gg/y dar o

serie de surse noi, necunoscute nu au fost inca cuantificate.

Pagina 8 din 97

1.2. Clasificarea si distributia metalelor in echipamentele electrice si electronice

Deseurile provenite din echipamentele electrice si electronice se pot clasifica in 3

grupe:

Bunuri albe

Bunuri maron

Deseuri IT ( information technology)

Bunurile albe sunt constituite in principal din aparate de uz casnic ca frigidere si

aragaze cu un continut ridicat de metal si din cauza marimii lor, acestea au o cota de colectare

relativ ridicata de aproximativ 90%.

Al 2-lea grup, si anume bunurile maron sunt constituite din aparate electrice ca cd-

playere, televizoare, radiouri. In 1998 s-au produs 80 tone in Statele Unite din care doar 50%

au fost colectate.

Aceste bunuri incap usor in cosurile de gunoi menajere si de aceea pot fi aruncate cu

alte deseuri menajere.

Cat despre deseurile provenite din domeniul informaticii, in 1998 au fost generate 357

tone din care doar 26% au fost colectate.

Tabel 2 - Continutul de substante din EEE

Echipamente electrice si electronice Productie

globala

Consumul

specific

estimat in

tarile

industrializat

e

Procentajul din

EEE

Masa

(mg/kg)

Calcul

(kg/cap de

locuitor/a

2004

(t/an)

Calcul

(kg/cap de

locuitor/an)

Calcul in %

Pagina 9 din 97

n)

Al

Pb

Cd

Cr

Fe

Cu

Ni

Hg

Zn

Materiale

sintetice

33,233

773

48

2,640

497,500

34,400

2,747

18

1,360

182,950

0,30

0,0070

0,00043

0,024

4,5

0,31

0,025

0,00016

0,012

1,6

27,300

2,840,000

15,000

14,000,000

634,000,000

13,900,000

1,400,000

1,600

8,500,000

210,000,000

18

1,9

0,010

9,3

423

9,3

0,93

0,0011

5,7

140

1,6

0,37

4,3

0,25

1,1

3,3

2,6

15

0,22

1,2

Tabel 3 – Compozitia chimica a echipamentelor electrice si electronice

Masa %

Frigidere Masina

de

spalat

rufe

Masina

de

spalat

vase

Cuptor cu

microunde

Calculator

(fara

monitor)

Video Monitor Televizor

Metale

Fe

Otel

4.0

43.0

15.2

35.5

50.0 71.3 62.8 50.0 6.6 17.0

Metale

neferoase

Cu

Al

Plastic

Sticla

4.0

2.0

44.0

1.0

2.4

2.6

8.9

1.3

2.5

2.5

14.0

3.9

3.9

3.8

7.0

4.8

5.0

24.9

0.1

6.0

6.6

22.6

7.8

0.4

28.5

48.1

5.0

2.0

11.5

46.5

Pagina 10 din 97

Componente

electrice

Cauciuc

Lemn

Bitum

Altele

2.0

2.1

3.3 21.0

10.0

10.1 7.2

7.6

18.0

Greutatea

medie(kg)

50

100%

75

100%

50

100%

23

100%

10

100%

5

100%

14

100%

30

100%

De exemplu o masina de spalat rufe are o durata de exploatare de 10 ani si se poate

prelungi pana la 5 ani.

O masina de spalat contine aproximativ 50% Fe, 2,4% Cu si 2,6% Al la o greutate de

apoximativ 75 kg.

Refolosirea masinilor de spalat reduc consumul de Cu cu 1/3( de la 630 kg la 420 kg).

[3]

Tabel 4– Durata de exploatare si durata de prelungire a echipamentelor electrice si

electronice

Nr.grupuri Durata de

exploatare

Durata de

prelungire

Tipul echipamentului

Grup 1

10 15

Masini de spalat rufe,masini

de spalat vase, frigidere,

congelator,cuptor cu

microunde

Grup 2 8 12 Monitor,videorecorder,DVD

player

Grup 3 4 8 Calculatoare personale(fara

monitor)

Pagina 11 din 97

CAPITOLUL II

LEGISLATIA PRIVIND RECUPERAREA DESEURILOR METALICE DIN

APARATURA ELECTRICA SI ELECTRONICA

2.1. Legislatia in vigoare in Uniunea europeana

Directiva 2002/95/CE – RoHS( Reduction of hazardous substances) privind restrictile

de folosire anumitor substante periculoase in echipamentele electrice si electronice( plumb,

mercur, cadmiu, crom hexavalent, bifenil polibromurati(PBB) si eteri de difenil

polibromurati( DEPB), modificata prin Decizia Comisiei Europene din august 2005.

Directiva 2002/96/CE – WEEE( Waste of Electrical and Electronical Equipments)

privind deseurile de echipamente electrice si electronice.

Directiva RoHS privind restrictiile de folosire a anumitor substante periculoase in

echipamentele electrice si electronice va intra in vigoare in Unuiunea Europeane la 1 iulie

2006, cand toate produsele introduse pe piata in Europa vor trebui as fie conformitate cu

directiva, si anume:

Produse importate in statele membre ale uniunii Europene

Produsele fabricate in statele membre ale Uniunii Europene si disponibile spre

vanzare

Directiva nu se aplica in cazul produselor aflate deja pe piata Uniunii Europene

inaintea datei de vigoare acesteia, acestea putand fi comercializate in continuare.

Directiva RoHS nu priveste decat Uniunea Europeana. Cu toate acestea, analizand

dimensiunea pietei europene ea va deveni in curand o norma (standard) mondiala.

Directiva RoHS este de tip” piata única” ceea ce inseamna ca trebuie pusa in

functiune in ansamblul Uniunii Europene.

2.2 Legislatia in vigoare in Romania

In Romania, cele doua directive sunt transpuse prin:

HG 992/ 25.08.2005 privind limitarea utilizarii anumitor substante periculoase in EEE

care are ca scop limitarea utilizarii substantelor periculoase in echipamentele electrice si

Pagina 12 din 97

electronice, contribuind astfel la protectia sanatatii umane si al recuperarea si eliminarea

ecologica a deseurilor de echipamente electrice si electronice.

HG 448/ 19.05.20005 privind deseurile din EEE

ORDIN nr. 901 / 30.09.2005 privind aprobarea masurilor specifice pentru colectarea

deseurilor de echipamente electrice si electronice care prezinta riscuri prin contaminare

pentru securitatea si sanatatea personalului din punctele de colectare.

Directiva 2002/ 95/ CE se aplica:

Echipamentelor fabricate in statele member ale UE si disponibile spre vanzare

Echipamentelor importante in statele member ale UE

Directiva 2002/95/CE nu se aplica in cazul:

Produselor introduce deja pe piata Uniunii Europene inaintea datei de intrare in

vigoare a acesteia, aceasta putand fi comercializate in continuare

Se considera ca exista 2 principii “cheie” ale Directivei 2002/95/CE:

Produsele introduse pe piata dupa 1 iulie 2006 vor trebui sa fie in conformitate cu

directiva; autoritatile competente vor introduce programe de supraveghere si vor efectua

controale daca este necesar;

Producatorii trebuie sa fie prompti in adoptarea directivei pentru a asigura

conformitatea produselor lor

Directiva 2002/95/CE vizeaza:

In mod direct:

Producatorii de EEE

Distribuitorii de EEE

Societatile sau intreprinderile care se ocupa cu tratarea deseurilor de EEE

In mod indirect:

Producatorii de piese, subansamble si componente destinate integrarii in EEE

Producatorii de aliaje si materii prime

Destinatori de EEE

Autoritatile locale

Pagina 13 din 97

Aplicarea directivei are efecte asupra:

Societatilor implicate in activitatea de aprovizionare cu EEE

Aspectelor tehnice ale procesului de fabricatie,conceptie a produselor, gestionarea

stocurilor, controlul calitatii

Relatiilor cu furnizorii, achizitionarea acestor produse, logistica , gestionarea lantului

de aprovizionarea, relatiile cu clientela.

Impactul aplicarii Directivei asupra producatorilor este de diferite tipuri si anume:

Impactul asupra relatiilor cu furnizorii

Impactul asupra conceptiei produselor

Impactul asupra procedeelor de fabricatie si asupra utilajelor si echipamentelor

Impactul asupra materialelor

Impactul economic

Iar obligatile sunt urmatoarele:

Sa gaseasca proceduri de substituire a substantelor periculoase care intra in

componenta echipamentelor electrice si electronice

Sa aleaga un mod de conceptie si de producere a echipamentelor electrice si

electronice care usureaza dezasamblarea si valorificarea lor.

Directiva 2002/95/CE se aplica la 8 categorii de produse:

Aparate de uz casnic de mari dimensiuni

Aparate frigorifice mari

Frigidere, congelatoare

Masini de spalat rufe, vase, de gatit

Uscatoare de haine

Sobe electrice

Plite electrice

Cuptoare cu microunde

Aparate electrice de incalzit

Radiatoare electrice

Ventilatoare electrice

Aparate de aer conditionat

Pagina 14 din 97

Aparate de uz casnic de mici dimensiuni

Aspiratoare

Aparate de curatat covoare

Aparate de cusut, tricotat, tesut si alte prelucrari ale textilelor

Fiare de calcat si alte aparate de calact, calandrat si alte forme de intretinere a

imbracamintei

Aparate de prajit paine

Friteuze

Masini de macinat cafea, filtre de cafea si echipamente de deschis sau sigilat

recipiente ori ambalaje

Cutite electrice

Aparate de tuns parul, uscatoare de par, periute de dinti, aparate de ras, aparate pentru

masaj si alte aparate de ingrijire corporala

Ceasuri desteptatoare, ceasuri de mana si alte aparate de masurat timpul

Cantare

Echipamente informatice si de telecominicatii

Prelucrare centralizata a datelor

Unitati centrale

Minicalculatoare

Imprimante

Informatica personala

Calculatoare personale, calculatoare portabile( inclusiv unitate centrala, mouse,

monitor si tastatura)

Imprimanta

Fotocopiatoare

Masini de scris electrice si electronice

Terminale si sisteme pentru utilizatori

Faxuri, telexuri

Telefoane, telefoane publice, telefoane fara fir, telefoane celulare

Roboti telefonici

Pagina 15 din 97

Echipamente de larg consum

Aparate de radio, aparate video, aparate de inalta fidelitate

Televizoare

Amplificatoare audio

Instrumente muzicale

Echipamente de iluminat

Aparate de ilminat pentru lampi fluorescente, cu exceptia aparatelor casnice de

iluminat

Lampi fluorescente drepte, lampi fluorescente compacte

Lampi cu descarcare in gaze de inalta intensitate, inclusiv lampi cu vapori de sodiu la

inalta presiune si lampi cu halogenuri metalice

Lampi cu vapori de sodiu lla joasa presiune

Alte materiale de iluminat sal echipamente de difuzat ori controlat lumina, cu exceptia

becurilor cu filament

Unelte electrice si electronice

Masini de gaurit

Ferastraie

Masini de cusut

Echipamente de strunjit, de frezat, de slefuit, de polizat, de taiat cu ferastaul de taiat,

de forfecat, de perorat, de gaurit, de stantat, de indoit sal destinate altor operatiuni de

prelucrare a lemnului, metalului

Dispozitive pentru nituit, pentru fixat cuie sau pentru insurubat sau de extragere a

niturilor, cuielor, suruburilor sau pentru alte utilizari similare

Dispozitive pentru sudat, lipit

Echipamente pentru pulverizat, de imprastiat de dispersat sal alte operatiuni de tratare

a substantelor lichide sau gazoase prin alte mijloace

Unelte de tuns iarba

Jucarii, echipamente sportive si de agrement

Trenuri electrice, masini de cursa in miniatura

Console portabile de jocuri video

Echipamente sportive cu componente electrice si electronice

Calculatoare pentru ciclism, scufundare, cros, canotaj

Pagina 16 din 97

Automate cu monede

Distribuitoare automate

Distribuitoare automate de sticle sau dozaje calde ori reci

Distibuitoare automate de produse solide

Distribuitoare automate de bani

Toate aparatele care furnizeaza automat o gama larga de produse

Directiva stabileste necesitatea de a se reduce cantitatile de metale grele si produse

inflamabile din echipamente electrice si electronice, dar se considera ca si in viitor se vor

genera deseuri de metale grele si produse inflamabile si, ca urmare, este necesara

restrictionarea pe cat posibil a folosirii lor ca materii prime.

Obiectivele studiului constau in:

Realizarea in mod unitar a activitatilor de restrictionare privind modul de folosire a

unor substante periculoase in echipamentele electrice si electronice de catre producatorii

romeni in domeniu, la nivel national cu respectarea tuturor criteriilor tehnice care as asigure

implementarea unui sistem conform cu cerintele legislative si strategia de mediu

Preluarea standardelor europene si a reglementarior utilizate in EU

Prin studiul de evaluare a impactului se va asigura cadrul legal pentru desfasurarea

acestui tip de activitate la nivel decizional, de monitorizare si se vor inventaria tipurile de

sustante periculoase in echipamentele electrice si electronice, in scopul minimizarii

impactului negativ asupra mediului si sanatatii populatiei.

2.3. Obligatiile producatorilor de EEE

Sunt considerati producatori cei care fabrica si vand EEE sub marca proprie; cei care

revand sub marca proprie EEE produse de catre alti furnizori si ceicare importa EEE.

Producatorii de EEE si de componente si sub-ansamble trebuie sa fie deosebit de

activi in problemele legate de substuirea substantelor , acestia avand responsabilitatea:

sa gaseasca proceduri de substituire a substantelor periculoase care intra in

componenta EEE;

sa aleaga un mod de conceptie si de producere a EEE care usureaza dezasamblarea si

valorificarea lor.

Pagina 17 din 97

Asadar, producatorii si fabricantii de sub-ansamble trebuie sa fie dispusi pentru

investitii suplimentare in vederea:

gasirii de materi prime noi(in vederea substituirii)

adaugarii mijloacelor(echipamentelor) de fabricatie

Producatorii trebuie sa :

isi reinventarieze produsele, materialele, partial componente si sub-ansamblele care

contin una din cele 6 substante interzise

ia masuri pentru consumarea pieselor cu continut de plumb

contacteze furnizorii de aliaje si de piese componente pentru a se asigura ca acestia

pot furniza produse conforme cu noile reglementari

compare diferitele tehnici de inlocuire existente sau in curs de elaborare existente pe

piata

compare costurile si avantajele acestor tehnici

analizeze fiabilitatea acestor tehnici

adopte un proces de gestionare durabila a proceselor in perioada de tranzitie

fie in permanenta la curent cu toate informatiile referitoare la cercetarile legate de

substantele pe care le folosesc

sa inregistreza pe piata ca intreprinderi care produc EEE

se asigure ca produsele sunt corect marcate si includ coordonatele inregistrate in

registrul privind cantitatile de produse si de parti componente introduse pe piata.

Echipamentele electrice si electronice introduse pe piata dupa intrarea in vigoare a

legislatiei specifice, trebuie sa fie marcate astfel incat sa se permita identificarea

producatorilor.

Producatorii au obligatia de a eticheta EEE astfel:

numele/marca producatorului

indicatii privind modalitatea de scoatere pe piata a EEE

aplicarea simbolului de colectare selectiva

In Uniunea Europeana se foloseste simbolul unei pubele barate care avertizeaza ca

deseurile de EEE nu pot fi aruncate impreuna cu celelalte deseuri obisnuite.

Pagina 18 din 97

Figura 2. Simbol ecologic

Obligatiile distribuitorilor de EEE

Distribuitorii de EEE sunt aceia care furnizeaza aceste echipamente cu titlu comercial

unor parteneri utilizatori.

Distribuitorii de componente si piese detasate nu sunt supusi obligatiilor prevazute de

directiva RoHS, dar vor fi constransi in practica sa furnizeze produse conforme cu

reglementarea.

Distribuitorii de EEE au dreptul de a le cere furnizorilor lor sa le comunice documente

care sa asigure faptul ca producatorii indeplinesc toate obligatiile prevazute prin lege in ceea

ce priveste aceste echipamente.

2.4. Solutii de reducere a impactului

Obligatia prevazuta in cadrul Directivei RoHS de a renunta la toata gama de substante

periculoase in noile produse electrice si electronice pana in acest an a fost motivul cel mai

important de a recurge la o noua conceptie a produselor, nu numai in Europa dar si in alte

regiuni ale lumii.

Modalitatea cea mai buna de a reduce semnificativ riscurile pe care le prezinta

substantele periculoase care intra in compozitia EEE este de a inlocui aceste substante prin

materiale noi, mult mai sigure din punct de vedere al protectiei mediului si a sanatatii umane.

Substituirea acestora trebuie sa se realizeze sistematic mai putin periculoase, de

preferat, alternative pentru care nu poate fi identificat nici un pericol.

Obiectivul substituirii substantelor cu solutii alternative este acela de a trece progresiv

la o conceptie mai sigura a materialelor si a sistemelor, prin urmare decizia privind

Pagina 19 din 97

substituirea precum si un ansamblu de criterii pe baza carora se alege varianta alternativa ce

trebuie sa fie clara.

Ca principiu de baza pentru protectia mediului si a sanatatii umane, substiuirea

substantelor periculoase are multe avantaje:

stimuleaza inovatia. Autoritatile competente nu trebuie sa prescrie anumite alternative

specifice, ci trebuie sa defineasca criterii care sa orienteze cercetarea in acest domeniu.

Foloseste principiul “Precautiei”. Argumentele contra principiului precautiei se

focalizeaza, pe gradul de certitudine care este necesar in cazul nocivitatii unei substante

inainte de a lua masuri pentru limitarea utilizarii.Cand se aplica principiul sustituirii insa,

daca alternativele care au proprietati mai putin periculoase sunt disponibile, atunci utilizarea

substantei periculoase nu mai e permisa. Pagubele potentiale sunt astfel reduse sau evitate.

Substituirea prin substante alternative reduce necesitatea efectuarii de evaluari dificile

si de lunga durata a riscurilor care sunt de obicei subiective si dispun de putine date.

Substituirea permite stimularea” productiei curate” si conceptiei produselor si a

sistemelor durabile.

Substituirea substantelor periculoase prin variante alternative poate interveni in

diverse moduri. Substituirea se poate realiza prin inlocuirea simpla a substantei periculoase

cu o alta substanta mai putin periculoasa, dar care are aceleasi caracteristici tehnice sau poate

consta intr-o conceptie noua a produsului sau a procedeului in ansamblul sau in vederea

obtinerii aceluiasi rezultat prin mijloace diferite.

2.5. Evaluarea (analiza) alternativelor

Evaluarea riscurilor este mijlocul cel mai indicat pentru a fi utilizat in luarea deciziei

daca utilizarea unei substante este acceptabila sau nu. Aceasta evaluare se bazeaza pe

previziunea riscurilor pe care o substanta le poate induce si pe definirea nivelului de risc

acceptabil. Evaluarea presupune o serie de estimari si revocari a valorii riscurilor, prin urmare

aceasta este o evaluare mai mult subiectiva.

Evaluarea pericolului real este insa o metoda mai obiectiva.proprietatile intrisece pot

fi, in general, stabilite si cuantificate de o maniera empirica si constituie cea mai buna baza in

luarea unei decizii.

Pagina 20 din 97

Evaluarea alternativelor se bazeaza pe o diversitate de factori.exista o serie de metode

care au fost dezvoltate pentru a compara alternativele disponibile si care permit examinarea

completa a proprietatilor chimice ale unei substante.

Pe langa reglementarile care obliga la substituirea obligatorie a anumitor substante

periculoase si gasirea de solutii altenative sunt necesare si alte instrumente care sa garanteze

implementarea corecta a acestora:

O planificare obligatorie a substituirii

Un suport tehnic si financiar pentru identificarea substantelor alternative

Masuri fiscale si prevederi legislative

Toti producatorii de EEE care folosesc in procesul de productie substante periculoase

trebuie sa realizeze un Plan de substituire al acestora, adica o evaluare a alternativelor

disponibile.aceasta evaluare trebuie sa cuprinda:

O descriere completa a alternativelor existente

O evaluare comparativa a pericolelor pe care acestea le pot avea

O evaluare a fezabilitatii tehnice.

Prin aceasta evaluare a substituirii substantelor periculoase se poate justifica atat

prezenta cat si absenta de alternative mai putin periculoase.

Planul de substituire trebuie sa fie transparent in ceea ce priveste metodele si

informatiile utilizate in cercetarea si evaluarea alternativelor.

Costul alternativelor poate fi, initial, superior costului unei continuari a utilizarii

substantei periculoase, insa acest cost poate sa scad pe masura ce crete cererea pe piata, iar

competitia intre producatori se va intensifica.

Instrumentele economice trebuie folosite pentru:

A obliga producatorii sa gaseasca solutii alternative

A stimula si sustine inlocuirea cu substante sau materiale alternative

Pentru a stimula mai mult adoptarea de solutii alternative mai sigure, poate fi impusa

o taxa pentru toti utilizatorii de substante periculoase.acesta taxa va putea finanta

centralizarea si difuzarea informatiilor referitoare la solutiile alternative dar si cercetarea in

acest domeniu.

Anumite tari din Uniunea Europeana utilizeaza deja taxe ecologice in incercarea de a

atinge obiectivele de protectie a mediului.

Pagina 21 din 97

O “reforma fiscala ecologica” de acest tip poate fi utilizata pentru a taxa producatorii,

fondurile colectate putand servi la subventionarea dezvoltarii de substante alternative.

2.6. Sprijinul tehnic in domeniul cercetarii de solutii alternative

In numeroase state membre ale Uniunii Europene, interprinderile care adopta solutii

alternative cauta adesea un ajutor din exterior.

Importanta acordat substituirii substantelor periculoase este foarte mare in anumite

tari din Uniunea Europeana, unde exista o serie de programe si proiecte de promovare a

substituirii substantelor periculoase care vin in sprijinul fabricantilor si importatorilor de

EEE.

Exemple de companii

Electrolux este cel mai mare producator mondial de echipamente electrice de uz

casnic care a publicat” Declaratii de mediu ale produselor” complete pentru multe din gamele

sale de produse.informatii privitoare la aceste produse precizeaza substantele chimice care au

fost scoase din productie proportiile si tipurile de materiale utilizate, precum si modalitatile

de ameliorare a acestor materiale.de exemplu, componentele de plastic nu contin cadmiu,

plumb, mercur sau alti compusi ai acestora. Componentele metalice nu sunt acoperite cu

cadmiu, crom sau nichel. De asemenea, vopselele metalizate nu contin pigmenti sau aditivi pe

baza de metale grele.

Apple nu mai utilizeaza substante cu proprietat iignifuge care intra sub incidenta

Directivei RoHS.

Sony a proiectat placile de circuite imprimate fara halogeni pentru televizoare, aparate

video, aparate DVD in Europa, ei inlocuind substantele halogenate cu rasina. Structura

rasinei este pe baza de azot prin urmare rezistenta la caldura acestor placi este mult mai

ridicata.

De asemenea, firma a inlocuit toate substantele chimice pe baza de clor si brom cu

substante alternative excluzand, astfel, riscul formarii de dioxine pe parcursul ciclului de

viata al produsului.

In ceec ce priveste plumbul, s-au inlocuit aliajele de lipit cu plumb cu aliaje de Sn-

Ag-Bi-Cu (camere digitale,2002).

Panasonic a proiectat cabluri electrice si materiale plastice care nu contin compusi

halogenati. In 1999 a comercializat primul televizor din lume fara compusi halogenati, iar in

Pagina 22 din 97

prezent aceasta tehnologie este utilizata cu succes la un numar mare de produse: calculatoare,

monitoare, etc.

In 2001, Panasonic a renuntat definitiv la aliajele de llipit cu plumb si le-a inlocuit cu

aliaje de Sn-Cu.

Philips a proiectat noi produse e iluminat (Philips HiperVision) care au cu 99% mai

putin plumb, pentru industria automobilelor (faruri de masini).

2.7. Notiuni de eco-conceptie a produselor

La 15 aprilie 2005 , Parlamentul european s-a pronuntat in favoarea unei noi directive

cadru referitoare la eco-conceptie. Acesta directiva vizeaza reducerea impactului asupra

mediului a produselor consumatoare de energie, anuntand conditiile si criteriile riguroase in

ceea ce priveste consumul de energie si de apa, productia de deseuri si prelungirea duratei lor

de viata. Daca deseurile constituie o problema majora, EEE au un impact asupra mediului pe

parcursul tuturor etapelor ciclurilor lor de viata: productie,utilizare, sfarsitul duratei de viata.

In cadrul procesului de fabricatie, exista o serie de substante periculoase si toxice care

sunt utilizate pentru circuitele integrate, condensatori, ecrane,etc. pentru fabricarea unui

calculator sunt necesare de examplu, 22 kg de produsi chimici, 1,5 tone de apa si o cantitate

importanta de plumb, cadmiu si mercur. Aceste substante pot avea efecte nefaste asupra

sanatatii umane si a factorilor de mediu in general.

Echipamentele electrice si electronice sunt mari consumatoare de energie, ele

solicitand o cantitate considerabila de electricitate pe tot parcursul duratei de viata.

Utilizarea lor necorespunzatoare poate duce la un consum si mai mare de energie.In

fiecare na, in domeniul calculatoarelor se consuma atata electricitate cat consuma o tara de

aproximativ 155 milioane de locuitori.

Numarul mare EEE si varietatea de deseuri pe care acestea le genereaza complica

tratamentul si gestionarea deseurilor din EEE. In plus, progresul tehnologic si noile

echipamente ofera in permanenta mai multe servicii si incita consumatorii as isi inlocuiasca

rapid vechile aparate. In consecinta, cantitatile de deseuri provenite din EEE sunt

considerabile in fiecarean, sunt generate, in lume, circa 20 pana la 50 de milioane de deseuri

provenite din EEE ( metale neferoase si feroase, inerte-sticla,lemn, beton, materiale plastice,

parti componente periculoase-pile, tuburi catodice, condensatori,ecrane cu cristal lichid,

comutatoare cu mercur). Aceste deseuri pot induce riscuri majore pentru sanatatea umana si

pentru mediu.

Pagina 23 din 97

Eco-conceptia(eco-design) produselor electrice si electronice reprezinta un factor de

reusita in ceea ce priveste protectia mediului.Obiectivul unui astfel de demers este reducerea

impacturilor produsului asupra mediului inconjurator de-a lungul intregului sau ciclu de viata.

Conceptul de baza al eco-conceptiei este modelul ciclului de viata, in care toate

intrarile (materiale,energie) si toate iesirile(emisii poluante si deseuri) in/din fazele procesului

de fabricatie, precum si cele in/din etapele de distributie, utilizare si eliminare sunt

identificate si luate in considerare.

Aceasta permite, printr-o mai buna proiectare, eliminarea impactului de mediu al

produselor de acest fel pe toata durata lor de viata, de la asigurarea materiilor lor prime la

fabricare si asamblare, pana la utilizare,dezafectare si reciclare a componentelor sub forma de

materii prime secundare.

In contextul cresterii continue a productiei industriale, aceasta abordare este

tehnologica, deoarece criteriile considerate sunt pur tehnice: alegerea materialelor,

durabilitatea produsului, consumul de energie. Nu se urmareste diminuarea cantitatii de

produse fabricate, ci reducerea impactului lor asupra mediului inconjurator. In acest caz, se

va incerca conceperea de” produse mai putin energofage”, cu un continut mai mic de

materiale toxice susceptibile sa reprezinte un pericol pentru utilizatorul sau, mai usor de

reparat pentru a creste durata lor de viata.

In cazul echipamentelor electrice si electronice putem vorbi despre:

Ameliorarea produsului(o ameliorare progresiva a produsului) fiind vorba despre o

actualizare a produsului, restrictia de mediu fiind administrata punct cu punct in conditiile in

care tehnicile de fabricatie si produsul insusi raman in general identice.

Reconceptia produsului in care se vorbeste despre o regandire a unui produs existent.

In acest caz proiectul necesita un studiu mai aprofundat al produsului existent si o mobilizare

mai importanta a echipei de conceptie. In acst caz, ideal ar fi sa nu se impuna nici o restrictie

de cost, de termen si de calitate pentru a facilita activitatea de creativitate.

La acest nivel, tehnologiile pot sa evolueze pentru a minimiza continutul de substante

chimice periculoase sau consumul de energie in mai multe etape ale ciclului de viata a

produsului. La nivelul produsului componentele sunt schimbate, ca si materialele pentru a

creste folosirea materialelor netoxice, pentru a usura dezasamblarea, reutilizarea anumitor

piese sau reciclarea materialelor. Un astfel de proiect implica nu numai intreprinderea, care

poate sa aiba metodele sale de productie, de asamblare, dar si furnizorii sau antreprenorii care

trebuie la randul lor sa modifice tiparele, materialele, tehnologiile de fabricatie.

Pagina 24 din 97

Producatorii de material electronic ar trebui sa investeasca milioane de euro pentru a

reorganiza, la termenul mentionat in directiva, productia de EEE in asa fel incat sa evite

substantele periculoase, in special plumbul

Este necesar, de asemenea, ca producatorii si distribuitorii de componente sa

furnizeze piese care nu contin aceste substante, si aceasta, in masura in care e posibil, la imp

pentru a putea proceda la reorganizarea individuala

Pe de alta parte, ei au nevoie de informatii suficiente pentru a putea pregati productia

si, mai tarziu, pentru a o pune in conformitate cu directiva RoHS sau cu textele legislative

specifice fiecarei tari

Atunci cand responsabilitatea conformitatii cu directiva RoHS cade in sarcina

producatorilor de echipamente, competentele legale sunt, de asemenea, transferate de-a

lungul intregului lant de aprovizionare.

2.8. Reconceptia produsului (situatia in Uniunea Europeana)

2.8.1. Cerinte esentiale

Dupa identificarea si estimarea impacturilor pe care echipamentele electrice si

electronice le po avea asupra mediului, pe parcursul intregului lor ciclu de viata, producatorul

trebuie sa ia in cosiderare profilul ecologic al produsului si sa aleaga o solutie de conceptie a

acestuia care sa asigure un echilibru rational intre performanta de mediu si functionarea

produsului dar si aspectele economice (fabricatie, marketing).

Aceasta solutie de conceptie trebuie sa se bazeze pe cateva principii:

Protejarea mediului, pe tot parcursul ciclului de viata al produsului

Consum rational de energie si materiale, pe tot parcursul cicllui de viata al produsului

Incurajarea utilizarii de materiale reciclate si reutilizarea componentelor si

subsistemelor

Minimizarea eliminarii de substante potential periculoase in mediu, respectand

legislatia in vigoare privind vanzarea si utilizarea anumitor substante periculoase

Optimizarea duratei de viata a produselor si conceperea lor astfel incat acestea sa fie

durabile, fiabile, usor de dezasamblat, reparat si reutilizat

Facilitatea gestionarii acestora la sfarsitul vietii – reciclare, valorificarea,

dezasamblarea

Pagina 25 din 97

Evitarea transferurilor de poluare intre diferitele etape ale ciclului de viata al

produselor

Aptitudinea folosirii produsului plus aspecte privind sanatatea, securitatea si calitatea

Un control intens a conceptiei produsului

Un sistem de asigurare a calitatii mediului [2]

CAPITOLUL III

PROPRIETATILE FIZICE, CHIMICE SI MECANICE ALE

MATERIALELOR METALICE DIN APARATURA SI ECHIPAMENTELE

ELECTRICE SI ELECTRONICE

3.1. METALURGIA CUPRULUI

Proprietăţi fizice

Cuprul este un metal de culoare roşie-arămie cu strălucire metalică mare când este

bine polizat. În foiţe foarte subţiri are culoarea albastru-verzui datorită transparenţei. În stare

coloidală, culoarea cuprului variază de la verde la violet.

Cuprul cristalizează în reţea cubică cu feţe concentrate cu constanta de reţea la

20 C de 3,6153 10 m şi numărul de coordinaţie 12.

Sistemul de cristalizare care se caracterizează printr-un număr mare de plane de

densitate atomică ridicată şi implicit, printr-un număr mare de sisteme de alunecare, conferă

cuprului o capacitate de deformare plastică foarte bună.

Cuprul are masa atomică de 63,542 kg/kmol şi are doi izotopi naturali stabili

cu numerele de masă 63 respectiv 65 şi 8 izotopi instabili cu numerele de masă 58, 59, 60, 61,

62, 64, 66, 67 care dezintegrează cu emisie de pozitroni, radiaţii gama sau neutroni. Cuprul

nu prezintă transformări alotropice în stare solidă. După clasificarea tehnică a metalelor

neferoase, cuprul face parte din grupa metalelor grele, având densitatea la 20 C de 8960 kg/m

iar volumul atomic la 20 C de 7,1 10 m /atom.g. Densitatea

variază cu temperatura pentru cupru în stare lichidă după cum urmează:

1083 C 8,03 10 kg/ m

Pagina 26 din 97

1100 C 8,02 10 kg/ m

1200 C 7,94 10 kg/ m

1300 C 7,86 10 kg/ m

1400 C 7,78 10 kg/ m

1500 C 7,70 10 kg/ m

Pentru temperaturi cuprinse între 1083 … 1500 C densitatea se poate calcula

cu relaţia:

= , în kg/m . (3.1)

Din punct de vedere al durităţii, cuprul este un metal relativ moale, respectiv

are duritate de 2,5…3 în scara Mohe iar duritatea Brinell este de 37,4…42 kg/mm . Duritatea

este în mare măsură influenţată de gradul de impurităţi. Temperatura de topire a cuprului este

de 1083 C în condiţii normale şi scade cu mărirea presiunii. Creşterea presiunii cu o

atmosferă peste presiunea normală determină o scădere a temperaturii de topire cu 0,086 C.

Căldura lentă de topire este de 204,67 kJ/kg. Temperatura de dierbere în

condiţii normale este de 2595 C şi scade cu micşorarea presiunii. Astfel, în condiţiile unui

vid de 10 mm/Hg temperatura de fierbere este de 1083 C, iar la 5,4 10 mmHg este de

610 C. Căldura lentă de fierbere în condiţii normale este de 1813,32 kJ/kg. Căldura specifică

a cuprului variază cu temperatura conform relaţiilor:

C = 22,65+6,28 10 T, în kJ/mol g (3.2)

C = 31,40 kJ/mol g (3.3)

Coeficientul mediu de dilatare liniară la temperaturi între 20-100 C este de

16,8 10 C , iar la temperaturi între 80-300 C este de 17,7 10

C .

Tensiunea superficială a cuprului lichid, în mediu de hidrogen, este de 1,12

N/m la 1120 C, 1,16 N/m la 1200 C şi 1,225 N/m la 1300 C.

Vâscozitatea dinamică a cuprului lichid scade cu mărirea temperaturii după

cum urmează: 5,8 10 Ns/m la 1083 C; 3,41 10 Ns/m la 1145 C; 3,29 10 Ns/m la

1179 C; 3,25 10 Ns/m la 1187 C.

Pagina 27 din 97

Dintre proprietăţile fizice ale cuprului de o deosebită importanţă practică sunt

conductibilitatea electrică şi termică. Conductibilitatea electrică a metalelor se poate aprecia

prin rezistivitatea electrică care este funcţie de temperatura conform relaţiei:

= (1+ ) (3.4)

în care - reprezintă rezistivitatea la temperatura t;

- rezistivitatea la temperatura t ;

- coefficient de variaţie a rezistivităţii;

= t-t şi reprezintă variaţia de temperatură

Tabel 5 - Rezistivitatea şi coeficientul de variaţie a rezistivităţii cuprului comparativ

cu diferite metale şi aliaje.

Nr. Crt. Materialul la 20 C [ ] [grd ]

1. Ag pur 1,62 10 0,0036

2. Cu pur 1,68 10 0,00392

3. Cu 1,724 10 0,00393

4. Al pur (moale) 2,62 10 0,00429

5. Al pur (tare) 2,73 10 0,0004

6. Au pur 2,2 10 0,0036

7. Be pur 6,5 10 0,0066

8. Cd pur 7,14 10 0,0037

9. Co pur 5,5 10 0,0055

10. Mg pur 4,6 10 0,0039

11. Ni pur 7,23 10 0,006

12. Pb pur 20,5 10 0,0041

13. Sn pur 11,4 10 0,0044

14. Zn pur 5,95 10 0,0035

15. W 5,95 10 0,0048

16. Cromel 135 10 0,00004

Pagina 28 din 97

Din valorile rezistivităţii electrice se constată că după argint, cuprul este metalul cu

cea mai mică rezistivitate.

Prin convenţie internaţională sa stabilit că o sârmă de cupru la 20 C cu

densitatea de 8890kg/m , lungimea de 1m, masa de 1kg şi rezistenţa 0,15328 are

conductibilitatea electrică de 100% I.A.C.S. (International Annaled Copper Standard) şi

corespunde unei rezistivităţi de 1,724 10 . Conductibilitatea electrică a cuprului

depinde în mare măsură de puritatea şi de natura impurităţilor sau elementelor de aliniere.

Astfel, cuprul rafinat termic are conductibilitatea de 100,3% I.A.C.S.; cuprul electrolitic

101,5% I.A.C.S.; iar cuprul fără oxigen 101,7% I.A.C.S.

Din figura 1.2. se constată că Zn, Cd şi Ag au o influenţă redusă asupra

conductibilităţii electrice: Ni, Sn şi Al au o influenţă mai pronunţată , iar P, Si, Fe, As, B scad

brusc şi într-o măsură foarte însemnată conductibilitatea electrică. Un alt factor care

influenţează conductibilitatea electrică este temperatura care poate determina o scădere de

100% I.A.C.S. la 20% până la 15% I.A.C.S. la temperatura de topire.

O caracteristică foarte importantă pentru utilizarea cuprului în electrotehnică o

constituie faptul că prelucrarea la rece nu influenţează, decât în mică măsură conductibilitatea

electrică.

Conductibilitatea electrică a cuprului creşte foarte mult cu scăderea temperaturii, ceea

ce prezintă importanţă deosebită în criogenie.

Tabel 6 -Variaţia rezistivităţii şi conductibilităţii cuprului pur funcţie de temperatură

Nr. Crt. Temperatura în C Rezistivitatea Conductibilitatea

1 -253 0,0093 1075,0

2 -192 0,2300 435,0

3 -78 1,0100 99,0

4 20 1,6800 59,5

5 100 2,2200 45,0

6 500 5,0000 20,0

7 1000 8,2000 12,2

Pagina 29 din 97

Conductibilitatea termică se apreciază prin coeficienţii de conductibilitate, care pentru

unele metale sunt redaţi funcţie de temperatură, tabelul 7.

Tabel 7 - Coeficienţi de conductibilitate termică, pentru unele metale, funcţie de

temperatură

Metalul Conductibilitate termică, în W/m k

0 C 20 C 100 C 200 C 300 C 400 C 600 C

Ag pur 422,6 418 415,6 409,8 404 399,4 399,4

Cu pur 391,3 390,9 384,3 379,6 373,8 365,7 356,4

Cu tehnic - 348,3 - - - - -

Au pur - 310 - - - - -

Al pur - 124,2 - - - - -

Al tehnic 202 203,2 205,5 228,7 271,7 318,1 422,6

Zn pur 116,7 - 106,8 102,2 98,1 92,9 -

Ni pur - 92,9 - - - - -

Ni tehnic 58,7 - 58,4 57,1 56,8 55,5 53,6

După cum se constată în datele prezentate în tabelul de mai sus după argint, cuprul are

conductibilitatea termică cea mai mare. Conductibilitatea termică a cuprului depinde de

natura şi concentraţia impurităţilor sau elementelor de aliere.

Proprietăţi chimice

Din punct de vedere chimic, cuprul este un metal cu reactivitate redusă deoarece

tendinţa de a pierde electronii de valenţă este mai mică în comparaţie cu alte metale.

La temperatura mediului cuprul nu se combină cu oxigenul din aer, însă în prezenţa

aerului umed se acoperă cu o peliculă protectoare şi aderentă formată dintr-un amestec de

hidroxid cupric şi oxid cupros conform reacţiilor:

2Cu + O + 2H O = 2Cu(OH)

Pagina 30 din 97

Cu(OH) + Cu = Cu O + H O

Dacă în aerul umed unde se află CO , H S şi SO , cuprul se acoperă cu o

peliculă, denumită patină, formată din carbonat bazic şi sulfat bazic de cupru de culoare

verde-albastru, conform reacţiilor:

2Cu + CO + H O + O = Cu(OH) CuCO

3Cu + CO + 2 H O + 3/2 O = 2Cu(OH) CuCO

2Cu + SO + H O + O = = Cu(OH) CuSO

Prin încălzirea la temperaturi de 100…130 C în mediu oxidant, cuprul se

acoperă cu o peliculă purpurie de Cu O iar la temperaturi de peste 200 C se formează o

peliculă de CuO şi Cu O. La temperaturi înalte, în prezenţa aerului sau a oxigenului, cuprul

arde cu flacără verde luminoasă şi se transformă în CuO. Cuprul reacţionează la cald cu

fluorul la 500 C, cu clorul şi bromul la 300 C şi la rece soluţiile apoase ale iodului. De

asemenea, la cald cuprul se combină uşor cu sulful, seleniu şi telurul formând compuşi.

Cuprul se combină direct cu azotul, hidrogenul şi carbonul şi formează indirect combinaţii cu

aceste elemente.

Cuprul în stare metalică se dizolvă în HNO şi H SO concentrat la cald, în

soluţiile apoase ale cianurilor alcaline, în amoniac, soluţii sau săruri topite de amoniu şi în

soluţiile sărurilor fierului trivalent, conform reacţiilor:

3Cu + 8HNO = 3Cu(NO ) + 2NO + 4H O

Cu + 2 H SO = Cu SO + SO + 2H O

2Cu + 4KCN + H O + 1/2O = 2K[Cu(CN) ] + KOH

2Cu + 8KCN + H O + 1/2O = 2K [Cu(CN) ] + 2KOH

Cu + 4NH OH + 1/2O = [Cu(NH ) ](OH) + 3H O

Cu + (NH ) CO + 1/2O = [Cu(NH ) ]CO + H O

2[Cu(NH ) ]CO + 2H O = CuCO Cu(OH) + (NH ) CO + 2NH

Cu + 2NH NO = Cu(NO ) + 2NH + H

Cu + Fe (SO ) = CuSO + 2FeSO

Cu + FeCl = CuCl + FeCl

Pagina 31 din 97

Cuprul fiind un element electropoyitiv nu ar trebui să se dizolve decât în acizi

concentraţi şi oxidanţi (HNO , H SO ), totuşi se dizolvă şi în HCl concentrat cu degajare de

hidrogen. Aceasta se explică prin proprietatea cuprului de a forma cu clorul ioni complecşi de

tipul [CuCl ]. Prin urmare, în reacţia cu HCl concentrat nu se formează ioni Cu ci ioni

complecşi:

Cu + 2HCl = H[CuCl ] + 1/2H

Cuprul reacţionează de asemenea cu acizii organici, atât în soluţii apoase cât şi în

soluţii alcoolice, aldehidice, cetonice, în prezenţa oxigenului sau aerului. De exemplu, cu

acidul acetic, cuprul formează acetat bazic de cupru, proces cunoscut sub denumirea de

cocleală, conform reacţiei:

2Cu + 2CH COOH + O = Cu(CH COO) Cu(OH)

Datorită potenţialului său de electrod pozitiv, cuprul poate fi substituit din soluţiile

sărurilor sale de o serie de alte metale, proces cunoscut sub denumirea de cementare. Din

punct de vedere biologic, cea mai mare parte a sărurilor cuprului nu sunt toxice. Alimentele,

de regulă, conţin mici cantităţi de cupru (câteva mg la kg), extrase de plante din sol sau

provenind din vasele de aramă. Doza toxică de cupru pentru om este de 10g însă, anumite

săruri, în doze de 2-3g pot provoca moartea.

Proprietăţi mecanice si tehnologice ale cuprului

Tabel 8 - Principalele proprietăţi mecanice ale cuprului

Nr.

Crt.

Proprietatea UM Starea metalului

Turnat Recopt Ecruisat

1 Rezistenţa de rupere la

tracţiunedaN/mm 17 20-24 40-50

2 Alungirea relativă % 16-18 35-50 5-6

3 Limita de elasticitate daN/mm - 2,5 30

4 Limită de curgere daN/mm - 7-10 35-38

5 Rezistenţă la oboseală daN/mm - 2,8 4,2

6 Rezistenţă la forfecare daN/mm - 19 43

Pagina 32 din 97

7 Duritatea Brinell daN/mm - 35-40 95-110

8 Rezilienţă daN/mm 53 - -

După cum s-a menţionat anterior, datorită structurii sale cristaline, cuprul prezintă o

mare capacitate de deformare plastică, ceea ce a permis obţinerea de folii cu o grosime de 2,6

şi fire cu diametrul de până la 25 proprietăţile sale mecanice şi tehnologice sunt

influenţate în mare măsură de concentraţia şi natura impurităţilor, de starea sa (turnat,

deformat, recopt) şi de temperatură. Temperatura de turnare a cuprului este de 1150…1230

C, de prelucrare la cald 900…1050 C, de recoacere la 500…700 C iar de recristalizare

200…300 C.

Baza de materii prime: minerale, minereuri şi concentrate de cupru

Cuprul se găseşte în natură sub formă de minerale sulfuroase, mai puţin ca minerale

oxidice şi sulf-oxidice şi foarte rar în stare nativă.

Tabel 9 - Compoziţiile chimice ale unor concentrate cuproase, din diferite zone

miniere din România.

Sortul Conţinut elemente, %

Cu S Pb Zn Fe SiO Al O CaO

Baia

Sprie

22-23,5 34,5-35 2,5 5,1 28,5 3,7 0,4 0,03

Nistru 17,7-

20,7

38,1-

39,5

3,2 4,1 31,5 2,4 0,55 0,05

Ilba 16-17,5 36,5-38 5 10,5 27,0 2,3 0,035 0,004

Lesu

Ursului

12,3-

12,6

42,7-43 1,7 3,3 36,0 1,0 0,12 0,05

Zăcămintele de cupru nativ sunt extrem de rare, în special în S.U.A. şi în Bolivia şi au

un conţinut de peste 95% Cu.

Pagina 33 din 97

Principalele regiuni cuprifere cunoscute în prezent pe plan mondial sunt următoarele

(în ordinea importanţei):

regiunea munţilor din Vestul Americii de Nord şi Americii de Sud (S.U.A., Canada,

Chile, Peru, Bolivia);

centura cupriferă (Copper-belt) din sudul Africii (Zambia, Zair, Republica Africa de

Sud, Zimbabwe, Botswana, Namibia);

regiunile Kosaka şi Shikoku (Japonia);

regiunile Australiei orientale şi Mount Isa (Australia);

regiunea Munţilor Carpaţi (Iugoslavia, România).

O sursă potenţială, foarte importanţă de materii prime, o constituie materialele

recuperabile (deşeurile) rezultate în urma degradării diferitelor ansamble şi piese de cupru sau

aliaje pe bază de cupru. Din totalul producţiei mondiale de cupru cca. 30…40% se obţine în

prezent în urma prelucrării unor astfel de materiale.

În contextul crizei de materii prime, într-o serie de ţări, ponderea cuprului obţinut din

materiale recuperabile a crescut foarte mult comparativ cu producţia de cupru obţinut din

produsele miniere.

Obţinerea cuprului din materialele recuperabile se realizează cu un consum de energie

de 5…66 ori mai mic faţă de obţinerea acestuia din materii prime miniere.[3]

2.2. NICHELUL

2.2.1. Caracteristici atomice

Tabel 10 - Caracteristici atomice ale Ni

N m V

M /mol

r

nm

r

nm

r

nm

Config

electronic

a a

învelisului

exterior

Potenţialul de

ionizare eV

Electr

o-

negati

vi

tatea

l 1 l l

2

8

58,7 6,6 10 0,12

5

0,074(2

+)

0,11

63d 4s 7,63 18,1

5

36,1

6

1,8

Pagina 34 din 97

0,063(3

+)

Reţeaua cristalină a nichelului este c.f.c., cu a = 0,35236 nm, cea mai mică distanţă

interatomică 0,2492 nm, energia de coeziune 4,435 eV/atom şi număr de coordinaţie 12. Nu

reprezintă stări alotropice.

În natură există 5 izotopi stabili, dintre care în proporţii mai mari sunt cei cu m

a 58 (68%) şi 60 (26%), ceilalţi 3 fiind sub 3,5% fiecare.

Secţiunea transversală eficace de captare a neutronilor termici = 4,8 10

m . Lucrul de ieşire al electronilor = 4,5eV.

Densitatea de 20 C a nichelului 99,99% = 8,907 10 kg/m , iar a

nichelului lichid (la ) = 7,7 10 kg/m . Ea depinde destul de mult de puritatea lui: Ni

98,5% are = 8,7 10 kg/m iar a Ni 99,5 = 8,84 10 kg/m .

2.2.2. Proprietatile electrice si magnetice

Rezistivitatea nichelului de înaltă puritate (99,9995% Ni) = 0,06815

iar conductivitatea = 14,67 MS/m. La 4,5K, = 1,5 10 . Rezistivitatea

creşte iar conductivitatea scade cu gradul de puritate, variind cu temperatura astfel:

Tabel 11- Variatia rezistivitatii si a conductivitatii functie de temperatura

T, în K 373 573 773 973 1073

, în

m

0,092 0,221 0,316 0,364 0,402

, în MS/m 10,86 4,52 3,16 2,74 2,48

Coeficientul mediu de temperatură al rezistivităţii între 0 şi 100 C, a =

0,00692K .

Pagina 35 din 97

Tensiunea electromotoare a unui cuplu Pt – Ni (99,94%) este de 1,485mV la

100 C, sudura de referinţă fiind 0 C.

Coeficientul Hall la 293K, A = -0,59 10 m /C.

La temperatura obişnuită (până la temperatura Curie 358 C) nichelul este

feromagnetic, cu permeabilitatea iniţială = 1,38 10 H/m şi maximă = 7,53 10

H/m.

Permeabilitatea relativă = 111…410.

Ecruisajul reduce permeabilitatea magnetică şi ridică câmpul coercitiv.

Temperatura Curie a nichelului scade puternic la conţinut Si, V, Ti, Cr, Mo, Sb, scade

moderat la conţinut de Yn, Mn, Cu, Au, Pt, Pd şi creşte la conţinut de fier şi cobalt.

3.2.3. Proprietatile termice şi termodinamice

Tabel 12 - Proprietati termice si termodinamice

C C

Q

kJ/kg

Q

kJ/kg

Q

kJ/kg

1453 2730 305,6 6070,8 7213

În vacuum de 13 Pa (1mm de Hg) nichelul fierbe la 1907 C.

Capacitatea termică masică la 20 C c = 446 J/Kg K, variind cu temperatura

astfel:

Tabel 13 - Capacitatea termica masica functie de temperatura

T, în K 10 100 156 293 373 623 1728( )

c , în J/(kg

K)

1,64 235 429 446 470 640 705

Conductivitatea termică a nichelului tehnic între 0 şi 100 C = 88,5W/(m

K), la puritatea de 99,95%, variind cu temperatura astfel:

Tabel 14 - Conductivitatea termica in variatie cu temperatura

Pagina 36 din 97

T, în K 50 298 373 573 773

, în W/(m

K)

403 92,10 82,8 63,6 61,9

Conductivitatea termică variază sensibil cu gradul de puritate:

Tabel 15 - Conductivitatea termica

Temperatura

K

, în W/(m K)

92,942% Ni 99,1% Ni

373 82,89 60,70

473 73,26 -

573 64,05 53,59

673 59,45 -

773 62,38 53,59

Coeficientul de temperatură al dilatării liniare creste cu puritatea nichelului.

Cu cât este mai pur cu atât prezintă variaţii mai mari la temperatura Curie (368 C). Nichelul

cu 99,98% Ni prezintă următoarea variaţie cu temperatura a coeficientului .

Tabel 16 - Variatia cu temperatura a coeficientului de dilatare liniare α

T, în K 273 573 643 663 673 873

10 K 13,5 16,6 26,0 15,0 17,6 17,8

Dilatarea nichelului la temperaturi joase este foarte mică. Astfel, între 273 şi

253K, = 0,2466 mm/m; (253…233) = 0,2405; (233…213) = 0,2317; între 90 şi 78

K, = 0,0629.

Dilatarea volumică = (38…39) 10 K .

Tabel 17 -Tensiunea de vapori

Pagina 37 din 97

T, în K 1320 1520 1765 2150

p, în Pa 12,85 10 12,88 10 12,85 10 12,85

Tensiunea superficială la 1726K, = 1685 mN/m.

Vâscozitatea dinamică = 40,7 mPa s.

3.2.4. Proprietatile optice şi acustice

Culoare cenuşie – argintie în stare compactă şi cenuşie în stare pulbere.

Tabel 18 - Factorul de reflexie în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei:

, în m 0,250 0,500 1,00 2,00 3,00 4,00

, în % 37,7 60,9 71,9 83,4 91,2 95,7

Viteza undelor acustice longitudinale c = 5630 m/s iar a celor transversale c

= 2960 m/s. Impedanţa acustică specifică I = 50 MPa s/m.

3.2.5. Proprietati chimice

Nichelul are activitate chimică slabă. În aer uscat şi umed, la temperatura obişnuită,

nu este atacat, deoarece se acoperă cu o peliculă foarte subţire, compactă şi rezistentă de oxid

de nichel NiO. Este complet stabil în apa dulce sau de mare; totuşi, prezenţa în apă a

bioxidului de carbon şi a ionilor de clor poate determina apariţia coroziunii punctiforme.

Cu azotul nu reacţionează chiar până la 1400 C., solubilitatea lui în nichelul solid, la

350 C fiind mică (0,06%).

Cu oxigenul interacţionează la peste 500 C, când se acoperă la suprafaţă cu NiO de

culoare verzuie ( = 1090 C). Oxidarea în continuare se face încet, nichelul fiind rezistent la

temperaturi înalte. Unele metale cresc (Si, Cr, Al) iar altele scad (S, Mn) această rezistenţă.

Hidrogenul este absorbit în proporţie relativ mare, mai ales în nichelul topit. La

temperaturi moderate, în atmosfera de hidrogen există pericolul de apariţie la nichel a „bolii

de hidrogen” datorită reacţiei hidrogenului difuzat la limita grăunţilor cu NiO şi instabilităţii

hidrurii NiH, eventual formată cu oxid de nichel.

Pagina 38 din 97

Cu carbonul nichelul nu formează carburi statice la temperatura obişnuită. Carbura Ni

C formată la 1600 C este instabilă şi se disociază uşor, carbonul separându-se ca grafit, ce

formează la 2,22% C un eutectic (Ni) + grafit cu = 1318 C.

Sulful este practic insolubil în nichelul lichid, dar reacţionează cu formarea Ni S .

Nichelul şi sulful formează la încălzire eutectice, uşor fuzibile, ceea ce explică fragilitatea la

cald a nichelului. Pentru îndepărtarea sulfului în nichel se introduce magneziu, mangan sau

litiu, pentru a aduce sulful într-o formă nedăunătoare. Alte combinaţii Ni –S (NiS, Ni S ,

NiS , Ni S) se obţin prin metode chimice, majoritatea dintre ele existând şi sub formă de

minerale.

Cu borul dă combinaţiile NiB, Ni B şi Ni B, cu siliciul NiSi , NiSi, Ni Si, iar cu

fosforul o serie de fosfuri.

Cu halogenii formează combinaţiile NiX , în care X este Cl, F, Br, I.

Acizii sulfuric şi clorhidric atacă lent nichelul, acidul fluorhidric mai greu, acidul

azotic diluat, rapid, iar acidul azotic concentrat îl pasivizează. Este stabil în soluţii alcaline, în

alcalii topite, în vapori de amoniac uscat. Se dizolvă în soluţii amoniacale, în prezenţa

carbonatului de amoniu, cu formare de amoniacaţi. Nichelul este slab atacat de acizii acetic,

stearic, oleic, în suc de fructe, la temperaturi obişnuite sau ridicate.

Majoritatea sărurilor de nichel se descompun la calcinare peste 500 C.

Solubilitatea nelimitată în nichel în stare solidă cu formare de soluţii solide au Co, Fe,

Mn, Cu ş.a., solubilitate parţială Cr, Mo, Al, Mg, W, V ş.a., iar insolubilitate Pb, Bi, Cd, Ag.

Compuşii cu nichelul formează: H, O, N, S, Se, Te şi elementele halogene.

Cel mai caracteristic grad de oxidare este 2, însă sunt posibile şi gradele 1, 3 şi 4.

Potenţialul de oxidare standard al nichelului în scara de hidrogen la 25 C şi p = 1 at pentru

Ni/Ni este E = 0,250V.

Echivalentul electrochimic E = 0,3041 mg/C.

3.2.6. Proprietati mecanice

Caracteristicele mecanice ale nichelului variază în limite largi în funcţie de puritate,

stare şi mod de prelucrare: R = 350…760 MPa, R = 100…720 MPa, A = 2…45%, Z =

55…95%, HB = 600…1600 MPa.

Pagina 39 din 97

Tabel 19 - Influenta puritatii nichelului

Puritatea R

MP

R

MP

A

%

Z

%

HB

MP

Nichel de înalta

puritate

330 160 30 45 1100

Nichel tehnic 400…500 120 35…40 40 700…900

Starea şi modul de prelucrare a nichelului de înaltă puritate influenţează în modul

următoarele caracteristicile mecanice:

Tabel 20 - Starea şi modul de prelucrare a nichelului de înaltă puritate

Stare R

MP

R

MP

A

%

HB

MP

Recopt 275…300 - 38…48 680…890

Turnat 340…400 130…200 20…30 600…800

Forjat 530…600 270…320 30…35 1200…1580

Forjat şi recopt 500…6000 180…230 40…45 900…1100

Tabla laminata la rece (TLR) 620…760 580…730 1…2 1300…1600

TLR şi recoapta 410…520 70…170 32…44 900…1000

În cazul nichelului tehnic valorile unor caracteristici mecanice variază astfel cu

ridicarea temperaturii:

Tabel 21 - Variatia caracteristicilor mecanice cu temperatura

T, K R , MP A, % Z, % T, K R , MP A, % Z, %

293 375 44 87 973 105 64 95

373 335 48 88 1173 50 85 95

Pagina 40 din 97

573 255 40 88 1273 30 76 95

773 195 20 79 1373 28 65 95

La creşterea temperaturii sub 10 C rezistenţa de rupere R şi HB cresc, , R creşte

mai puţin vizibil iar A şi Z rămân la valori ridicate, după cum rezultă din următorul tabel:

Tabel 22 - Influenta temperaturii asupra rezistentei de rupere si a duritatii

T, K R , MP A, % Z, % HB, MP

293 450 35 77 900

77 630 48 89 1560

20 790 48 69 -

Modului de elasticitate E = (197…220) GPa iar modului de forfecare G = (73…80)

GPa.

Coeficientul lui Poisson = 0,34.

Rezilienţa nichelului tehnic (99,4% Ni) la 298K, KCU = 3200…3600 KJ/m .

Rezistenţa la oboseală la 10 cicluri este influenţată de starea de prelucrare. La 20 C,

R = 270 Pa pentru nichelul deformat şi R = 175 MPa pentru nichelul recopt.

Coeficientul de compresibilitate k = 615 10 Pa .

3.2.7. Proprietati tehnologice

Proprietăţile tehnologice ale nichelului depind în mare măsură de prezenţa

impurităţilor, sub formă de gaze sau incluziuni nemetalice.

Nichelul de înaltă puritate are plasticitate ridicată, se prelucrează bine la cald si la

rece, prin laminare, forjare, extrudare, tragere, astfel că fără recoacere se pot obţine table de

20 m.

Tabel 23 - Caracteristici tehnologice

Temperatura de Contractaţia liniară la Temperatura de Temperatura de

Pagina 41 din 97

turnare

C

solidificare

%

prelucrare la cald

C

recristalizare

C

1550…1650 1 1140…1250 250…650

Nichelul se ecruisează puternic prin deformare la rece şi de aceea este supus la

recoacere de reclistarizare, la temperatură a cărei valoare se stabileşte funcţie de gradul de

puritate.

Influenţă net defavorabilă asupra plasticităţii au impurităţile care, prin intermediul

unui compus formează eutenice cu temperatură joasă de topire (sub 700 C) ce se plasează la

limita grăunţilor (S, As, Pb, Bi, Sb). Dintre ele cel mai periculos este sulful, chiar la 10 %.

Nichelul cu 10 % plumb, bismut sau antimoniu se rupe fragil la temperatura de deformare

plastică la cald, deoarece la aceasta eutecticele formate se menţin în stare lichidă.

În combustibili lichizi (motorina) folosiţi la cuptoarele de încălzire nu trebuie să

existe mai mult de 0,4% sulf, deoarece acesta ajunge la concentraţie în produsele de ardere ce

favorizează difuzia sulfului în metal.

O altă impuritate periculoasă este hidrogenul, deoarece absorbit în proporţii mai mari

decât cele admisibile poate determina apariţia de fisuri la limita grăunţilor. O măsură de

preîntâmpinare a absorbţiei hidrogenului este topirea sub jet de electroni deoarece permite

absorbţia de numai 10 % hidrogen, de trei ori mai puţin decât în cazul elaborării în cuptoare

electrice cu arc de inducţie.[4]

Aluminiul

Generalitati

Aluminiu este cel mai raspândit metal în scoarţa tereatrǎ, iar printre elemente ocupǎ

locul al treilea în urma oxigenului şi siliciului. Datoritǎ activitǎţii sale chimice mari, se

gǎseste în naturǎ numai sub formǎ de compuşi. Împreunǎ cu oxigenul şi siliciul formeazǎ

82,58% din scoarţa terestrǎ.

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, conţine aproximativ

60% aluminiu.

Bauxita se gaseşte în munţii Bihorului, Grecia, Turcia şi în Ungaria.

Pagina 42 din 97

Principalele elemente de aliaje sunt, Mg, siliciu, cupru, Mn.

În naturǎ se gaseste numai sub formǎ de combinatii într-un numǎr foarte mare de

minerale ce conţin oxizi, silicaţi. Cateva dintre mineralele ce conţin aluminiu sunt: bauxita

Al2O3*nH2O, corindonul Al2O3, hidrargilitul Al(OH)3, ortoclazul K(AlSiO8), albitul

Na(AlSi3O8), anortitul Ca(Al2Si2O8), alaunitul KAl(SO4)2*2Al(OH)3, nelelinul

Na(AlSiO4), criolitul Na3(AlF6).

Industrial aluminiul se obţine aproape în întregime prin descompunerea electroliticǎ a

aluminei pure dizolvate într-o topiturǎ de criolit cu adaus de fluorurǎ de calciu. Prin

electrolizǎ se obţine “aluminiul tehnic primar” numit şi “aluminiu tehnic pur” care conţine de

la 0,2% la 1% impuritaţi metalice (Fe, Si, Ca, Ti, Na) şi nemetalice (alumina, electrolit,

carbura de aluminiu, gaze). În ţara noastra sunt standardizate urmatoarele marci de aluminiu

tehnic pur: Al 99,8, Al 99,7, Al 99,6, Al 99,5, Al 99,4, Al 99 si AIE.

“Aluminiul de înaltǎ puritate” se obţine din aluminiul tehnic filtrat, spǎlat cu gaz sau

degresat, prin rafinarea electroliticǎ cu anod solubil în sǎruri topite cunoscute sub numele de

rafinare în trei straturi. Acest aluminiu conţine de la 0,05% la 0,1% impuritǎţi, in ţara noastrǎ

fiind stabilizate trei marci Al 99,99, Al 99,95 si Al 99,90.

“Aluminiul extra pur” se obţine prin topirea zonarǎ, distilarea halogenurilor inferioare

sau electroliza compuşilor organici ai aluminiului de înalta puritate, gradul de puritate putând

ajunge pânǎ la 99,999995%.

3.3.2. Proprietaţi fizice şi caracteristicile mecanice

Proprietaţile fizice şi caracteristicile mecanice ale diferitelor sorturi de aluminiu sunt

influenţate de prezenţa impuritaţilor. Cele mai frecvente impuritaţi din aluminiu sunt fierul si

siliciul, elemente care se pot gasi panǎ la 0,5-0,6% fiecare. Fierul este practic insolubil în

aluminiu, formând cu acesta eutecticul Al-Al3Fe care conţine doar 7% Al3Fe (1,7%Fe). Ca

urmare aluminiul impurificat cu fier prezintǎ un aspect microscopic format din cristale

poliedrice de aluminiu şi precipitate aciculare de Al3Fe. Eutecticul din sistemul Al-Si se

formeazǎ la 11,7% Şi Si este alcǎtuit din solutie solidǎ α şi siliciu. Dacǎ în acelaşi timp sunt

prezente simultan fierul şi siliciul, se formeazǎ douǎ faze noi: faza α(Fe3SiAl3) şi faza β

(FeSiAl5), care nu existǎ în aliaje binare. Aceşti compuşi, situaţi în mod obişnuit la limitele

cristalelor de aluminiu micşoreazǎ mult plasticitatea acestuia.

Pagina 43 din 97

Aluminiul face parte din grupa a-III-a a sistemului periodic al elementelor, are un

singur izotop stabil 27Al şi cinci izotopi radioactivi (24Al,25Al,26Al,28Al) cu perioadele de

injumatǎţire cuprinse între 2,10 s şi 94 s.

Aluminiul se caracterizeazǎ prin plasticitate foarte mare, rezistenţǎ mecanica micǎ,

conductibilitate electricǎ şi termicǎ ridicatǎ şi rezistenţǎ mare la coroziune în aer, apǎ şi acizi

organici.

Principalele proprietǎţi ale aluminiului care influenţeaza defavorabil sudabilitatea

sunt:

-conductibilitatea termicǎ ridicatǎ; deci şi temperatura de topire a aluminiului este

redusǎ (6500C) totuşii, datoritǎ conductibilitǎţii de calburǎ şi preâncǎlzirea intregii piese la

temperaturii ridicate;

-coeficientul mare de dilatare al aluminiului care determinǎ probucerea de tensiunii

permanente şi deformaţii mari;

-la încǎlzire, aluminiul nu-şi schimbǎ culoarea din care cauzǎ la sudare nu se poate

aprecia vizual gradul de încalzire; difilcultatea se mǎreşte, deoarece aluminiul se topeşte în

mod brusc;

-fragilitatea aluminiului la temperaturi înalte; deformarea şi fisurarea pereţilor se

preântampinǎ prin fixarea piesei pe suporturi cât mai exact;

-îin stare lichidǎ, aluminiul absoarbe cu avilitate oxigenul, reduce rezistenta imbinarii;

-oxidul de aluminiu având punctul de topire ridicat (20500C) formeazǎ o pojghiţǎ

solidǎ care impiedicǎ sudarea; îndepartarea oxidului se poate realiza pe cale chimica prin

utilizarea unor fluxurii carea formeazǎ cu oxidul o zgurǎ uşor fluzibilǎ şi care protejeazǎ

metalul topit.

Rezistivitatea ρ, respectiv conductivitatea γ a aluminiului variaza cu gradul de

puritate, natura impuritatilor, gradul de deformare si temperatura acestuia.

La temperatura obisnuita rezistivitatea si conductivitatea aluminiului recopt variaza

astfel cu gradul de puritate:

Tabel 24. Variatia conductivitatii si rezistivitatii cu gradul de puritate

Gradul de puritate % Foarte inalta

puritate

99,999 9,996 99,900 99,500 99,000

Pagina 44 din 97

ρ, in μΩm 0,02620 0,0263

0

0,0265

4

0,0269

9

0,0283

5

0,0292

2

γ, in MS/m 38,16 38,02 37,67 37,95 35,27 34,22

Conductivitatea in

raport cu cea a cuprului

standard, in %

65,45 65 64,94 63,45 62,5 59

Tabel 25. Cresterea rezistivitatii cu gradul de deformare

Gradul de deformare, in % 60 72 82 90 96 97 99

Cresterea rezistivitatii, in

μΩm · 10

5 8 14 23 33 39 45

3.3.3. Proprietaţi chimice

Aluminiul este un metal cu inalta activitate chimica.

In aer liber, uscat, la temperatura obisnuita si mai joasa aluminiul se conserva foarte

bine deoarece se acopera cu un strat subtire de oxid de aluminiu aderent si compact.

Apa distilata, de ploaie sau potabila, nu il ataca. Incalzirea acestora determina

cresterea grosimii stratului initial de oxid. Apa sarata il ataca la suprafata. Cu azotul

aluminiul incepe sa reactioneze la peste 650ºC cu formarea de AIN, care hidrolizeaza usor cu

formare de hidroxid de aluminiu si amoniac.

Cu oxigenul reactioneaza foarte energic cu formare de Al2O3. In aer uscat se obtine

un strat foarte subtire cu proprietati de izolare electrica asociate cu rezistenta la temperaturi

inalte. Procesul de oxidare este si mai accelerat la temperaturi peste cea de topire.

Cu hidrogenul nu reactioneaza insa acesta se dizolva in aluminiu lichid si solid.

Cu carbonul reactioneaza in aer la circa 2000ºC, iar in vacuum pana la (1100 +/- 100)

ºC cu formare de Al4C3, care peste 2000ºC se descompune cu formare de grafit.

Aluminiul de inalta puritate nu este atacat de acizii azotic, acetic si citric diluat, la

rece si este atacat repede de acizii clorhidric, diluat sau concentrat si acetic concentrat.

Elementele de aliere si in special fierul si siliciul scad rezistenta la coroziune a

aliajelor aluminiului. De aceea, continutul de fier prezinta un criteriu de determinare a

rezistentei la coroziune a aliajelor.

Pagina 45 din 97

Potentialul normal de electrod al reactiei Al – 3e ↔ Al3+, E0el = - 1,66V.

Echivalentul electrochimic E = 0,09316 mg/C. [4]

CAPITOLUL IV

TEHNOLOGII DE REDUCERE, RECICLARE, RECUPERARE A

DESEURILOR DIN APARATURA ELECTRICA SI ELECTRONICA

4.1. Tehnologii generale folosite pentru recuperarea metalelor din deseuri

provenite din echipamentele electrice si electronice

Reciclarea deseurilor provenite din echipamentele electrice si electronice e un subiect

important nu doar din punct de vedere al tratamentului deseurilor dar si din punct de vedere al

recuperarii materialelor valoroase.

Reciclarea deseurilor din echipamente electrice si electronice se pot imparti in 3 faze

majore:

dezasamblarea care poate fi selectiva si manuala

imbunatatirea folosind procese mecanice, fizice si/sau metalurgice in scopul

imbunatatirii continutului de materiale nedorite

rafinarea – materialele recuperate se reintorc la ciclul lor de viata.

Dezasamblarea inseamna indepartarea unui component sau parte, a unui grup de parti

sau subansamblu a unui produs (de exemplu dezasamblare partiala); sau separarea tuturor

partilor unui produs pentru un scop dat (dezasamblare completa).

4.1.1. Planificarea procesului de dezasamblare

Obiectivul planificarii procesului de dezasamblare este acela de a dezvolta proceduri

si unelte software pentru a forma strategii de dezasamblare si sisteme de configurare a

dezasamblarii.

Pentru dezvoltarea acestui proces de dezasamblare au fost propuse urmatoarele faze:

Analiza interna si externa a produsului. In aceasta faza sunt definite componentele

valoroase, hazardoase si materialele refolosibile.

Dupa analiza preliminara a costului este definita dezasamblarea optima.

Pagina 46 din 97

Analiza de asamblare in care se realizeaza o ierarhie a componentelor si secventele

asamlarii anterioare.

Analiza rezultatelor incerte. Incertitudinea dezasamblarii este cauzata de partile

defectuoase, a imbunatirii sau inrautatirii produsului in timpul utilizarii si de o dezasamblare

distructiva.

Stabilirea strategiei de dezasamblare. In faza finala se decide daca sa se foloseasca

dezasamblarea distructiva sau cea nedistructiva.

4.1.2. Dezasamblarea in practica

In practica reciclarii deseurilor provenite din echipamentele electrice si electronice,

dezasamblarea selectiva e un proces indispensabil de cand:

refolosirea componentelor are prioritate

dezasamblarea selectiva a componentelor hazardoase este esentiala

dezasamblarea selectiva a componentelor valoroase si materialele de grad inalt ca

circuitele de bord, cabluri si plastic pentru a simlifica recuperarea pas cu pas a materialelor.

Cel mai folosit mod de reciclare este dezasamblarea manuala, operatie specifica

reciclarii electronicelor.

4.1.2.1. Sortare granulometrica

Sortarea granulometrica e necesara deoarece marimea particulei si proprietatile formei

metalelor difera de cea a plasticului si a ceramicelor.

Una din metodele de sortare granulometrica folosita pentru recuperarea metalelor,

foloseste un ecran rotativ si o unitate folosita atat pentru deseurile de la automobile cat si

pentru procesarea deseurilor municipale. Aceasta unitate are o rezistenta ridicata de

colmatare, importanta pentru diferitele unghiuri ale formei si marimii particulelor gasite in

aceste deseuri.

Sortarea granulometrica prin vibrare e de asemenea des folosita, in special pentru

recuperarea materialelor neferoase.

Tehnicile pe baza de separare dupa forma au fost dezvoltate in principal pentru a

controla proprietatile particulelor din industria pulberilor.

Pagina 47 din 97

Principiul acestei tehnici face uz de urmatoarele diferente:(1) viteza particulei; (2)

timpul in care particula trece prin ochiul sitei; (3) forta de coeziune a particulei fata de un

perete solid; (4) viteza de depunere a particulei in lichid.

Separarea dupa forma este metoda de baza folosita in industria reciclarii.

Pentru a se separa dupa forma particulei si pentru recuperarea cuprului din resturile de

cabluri electrice, PCB, televizoare stricate si calculatoare personale se foloseste un conveior

inclinat si o banda vibratoare inclinata.

4.1.2.2. Separarea magnetica

Separatoarele magnetice, in particular separatoarele cu tambur de joasa intensitate

sunt folosite pentru a recupera metalele feromagnetice de cele neferoase si alte deseuri non-

magnetice. In ultimii ani s-au inregistrat imbunatatiri ale designului dar si operarea

separatoarelor de intensitate magnetica inalta, in principal datorita introducerii lantanidelor-

magneti permanenti capabili sa ofere un camp de putere mai mare.

In tabelul urmator se poate observa ca prin folosirea separatorilor magnetici de inalta

intensitate este posibila separarea aliajelor pe baza de cupru de matricea deseu.

O separare de camp magnetic intensa este atinsa cel putin pentru urmatoarele trei

grupe de aliaje:

aliaje de cupru cu masa susceptibila relativ ridicata (Al- bronz)

aliaje de cupru cu masa susceptibila medie (Mn-bronz, alame)

aliaje de cupru cu masa susceptibila scazuta si/sau materiale cu comportament

diamagnetic(Sn si Sn-bronz, Pb si Pb-bronz, alama cu continut scazut de Fe).

Tabel 26. Susceptibilitatea magnetica a aliajelor de cupru folosite in EEE

Materiale Fe (%) Masa susceptibila,(x10-7 m3 kg-1)

Al-bronz 2-4 6,5-11,5

Mn-bronz 1,5-3 0,7-2,4

Alame speciale 0,7-1,2 1,3- 2,4

Alame 0,2 0,1

Sn si Pb-bronz 0,2 0,1

Pagina 48 din 97

4.1.2.3. Separare bazata pe conductivitate electrica

Tabel 27. Susceptibilitatea magnetica, densitatea si conductivitatea electrica a

metalelor folosite in echipamentele electrice si electronice

Materiale Densitate, ( x 103 kg m-3) Conductivitate electrica,(x106 m-1 -1)

Cupru 8,93 59,0

Aluminiu 2,70 35,0

Magneziu 1,74 23,0

Argint 10,49 68,0

Zinc 6,92 17,4

Aur 19,32 41,0

Alama 8,40 15,0-26,0

Nichel 8,90 12,5

Staniu 7,29 8,8

Plumb 11,34 5,0

Tabel 28. Procese de separare mecanice bazate pe caracteristicile electrice ale

materialelor

Procese Criterii de

separare

Principii de separare Sortarea Marimea

particulelor

Separarea prin

curent Eddy

Conductivitate

electrica si

densitate

Datorita interactiei

dintre campul

magnetic alternativ

si curenti Eddy

indusi de catre

campul

magnetic( forte

Lorentz) in

particulele

conductibile de

curent electric se

Metale

neferoase

5 mm

Pagina 49 din 97

exercita forte de

respingere.

Separarea

electrostaica

Corona

Conductivitatea

electrica

Incarcarea si

descarcarea Corona

conduce la sarcini

diferite ale

particulei.

Separarea

metalelor/

metalelor

neferoase

0.1 – 5 mm

Separarea

triboelectrica

Constanta

dielectrica

Sarcina Tribo a

componentelor

avand incarcari

diferite( + sau –)

produce directii

diferite ale fortelor.

Separarea

plasticului

5(10) mm

Dupa cum se poate observa si in tabel exista trei tipuri de conductivitati electrice

bazate pe tehnici de separare si anume:

separarea prin curent Eddy

separarea electrostica Corona

separarea triboelectrica

In ultimii ani cea mai semnificativa dezvoltare in industria reciclarii a fost

introducerea separatorilor pe baza de curent Eddy a carei operabilitate e bazata pe folosirea

magnetilor permanenti.separatoarele au fost initial dezvoltate pentru a recupera metalele

neferoase de la deseurile macinate provenite de la automobile sau de la tratarea deseurilor

municipale solide dar acum se aplica cu succes si in alte scopuri cum ar fi pentru recuperarea

deseurilor electronice.

Separatorul electrostatic cu rotor care foloseste o incarcare corona e folosit penru a

separa materialele neprelucrate in fractii conductive si fractii non-conductive.

Separarea electrostica a fost folosita in special pentru recuperarea Cu/Al din firele si

cablurile taiate, mai precis recuperarea cuprului si a metalelor pretioase provenite de la

placile de circuite imprimate.

4.1.2.4. Separarea dupa densitate

Pagina 50 din 97

Tabel 29. Separarea prin densitate a metalelor feroase de cele neferoase

Separarea prin

densitate

Marime

a

particule

i

Deseu

ri din

plastic

Deseuri

din

alumini

u

Deseuri

din

plumb

din

baterii

Cablur

i

Deseu

ri

electro

nice

Deseur

i

usoare

din otel

Separare prin plutire-

scufundare

In lichid

Medii dense

Separator dupa

greutatea specifica

Hidrociclon

In aerosuspensii

In aero-jgheab

In pat fluidizat

Separatoare cu

jgheab

Sortare prin oscilare

Matrita hidraulica

Matrita

pneumatica

Sortare in jgheaburi

si pe table

Aero-jgheaburi

Aero-table

5-150

50

0,7-3

0,7-5

2-20

3

0,6-2

4

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Se intalnesc mai multe metode de separare a materialelor grele de cele usoare,

diferenta fiind densitatea acestora.

Pagina 51 din 97

Sortarea gravitationala separa materialele cu greutate specifica diferita prin miscarea

lor relativa ca raspuns a fortei gravitationala si a uneia sau mai multor alte forte. Miscarea

particulei in lichid depinde nu numai de densitatea particulei ci si de marimea si forma

acesteia, particulele mai mari fiind mai afectate decat cele mici.

4.1.3. Procedeul mecanic de reciclare a particulelor fine

Cantitatea de deseuri care contin particule fine de metal se estimeaza a creste

substantial in viitorul apropiat , datorita:

(1) legislatiei mai stricte;

(2) costului mai mare a depozitarii deseurilor cu continut metalic;

(3) continuarii cresterii productiei de deseuri diversificate, in particular a cresterii

cantitatii de deseuri electrice si electronice portabile si

(4) preocuparea si constientizarea mai accentuata asupra protectiei mediului.

4.1.3.1 Noi dezvoltari a separatoarelor pe baza de

curent Eddy folosit pentru particule mici

Separatoarele rotative bazate pe curent Eddy au fost utilizate cu succes pana acum

pentru sortarea metalelor neferoase si pentru recuperare, cel mai des folosit fiind sortarea

metalelor neferoase de la deseurile marunte provenite de la automobilele uzate si de la

deseurile municipale.

In cazul reciclarii EEE, folosirea separatoarelor traditionale care folosesc curent Eddy

este limitata datorita marimii cerute intrucat sunt necesare particule cu dimensiuni intre 5-10

mm.

Rem si partenerii sai au realizat un model pentru separarea particulelor mici folosind

metoda bazata pe curentul Eddy. Acest model a fost realizat pentru particule de dimensiuni

mici si medii atat in campurile simetrice cat si cele asimetrice tratand particulele ca dipoli

magnetici.

Toba magnetica ar trebui sa se roteasca inainte pentru sortarea particulelor metalice

neferoase mici.

Prototipul realizat de “ The Netherlands Organisation” combina un pol mic cu

diametru de aproximativ 20 mm cu o zona libera ingusta aflata intre suprafata magnetica si

alimentator, si o viteza a rotorului de pan ala 4000 rpm.

Pagina 52 din 97

Analizele teoretice au aratat ca forta curentului tangential Eddy este de 6 ori mai mare

decat cea de la tambur.

Ideea unui separator umed pe baza de curent Eddy provine de la convertirea efectelor

de cuplu electromagnetic si cele de separare. E foarte bine stiut faptul ca o particula de filare

aflata in miscare intr-un lichid induce o forta perpendiculara atat pe directia sa de miscare cat

si pe axa de rotatie. Acesta este efectul Magnus. Rezultatele experimentale obtinute s-au

aratat a fi promitatoare.

Un separator vertical rotativ ce foloseste curent Eddy a fost realizat de Schlett et.al. cu

scopul maririi eficientei separarii si de a reduce costul echipamentului de separare.

Separatorul este prevazut cu o toba magnetica cu magneti permanenti de NeFeB si este

condus de un motor electric cu, curent continuu plasat sub toba magnetica.

Un amestec de fire de cupru si particule de plastic cu un diametru de 4 mm si lungime

de 5 mm au fost folosite intr-un experiment in laborator pentru a simula deseurile electronice.

4.1.3.2. Separarea electrostatica Corona

Separarea electrostatica Corona este o tehnica importanta potrivita pentru particule

fine cu marimi cuprinse intre 0,1-5 mm. Acest procedeu este folosit si in cauzl reciclarii

cablurilor. Utilizarea separatoarelor electrostatice Corona pentru recuperarea materialelor din

echipamentele electrice si electronice in scopul reciclarii este abia la inceput.

In separarea electrostatica Corona, sistemul de electrozi, viteza rotorului, gradul de

umiditate si marimea particulei au un mare efect in determinarea rezultatelor de la separare.in

separarea electrostatica, particulele macrogranulare aduna sarcinile specifice si totodata

fortele electrice in timp ce au forte centrifugale relativ mari. Optimizarea sistemului de

electrozi, marirea tensiuni electrice a electrozilor si micsorand viteza rotorului se poate

maximiza aderarea particulelor non-conductive.

Unul dintre avantajele separarii electrostatice in cazul reciclarii cablurilor este

obtinerea de produse fara metal.

Tabel 30.Aplicatii ale separatoarelor Corona rotative in industria de tratare a

deseurilor

Materiale Originea

deseului

Metoda de

realizare

Marimea

particulei

Gradul de obtinere

a produselor

Pagina 53 din 97

Cupru Cabluri Freza 0,5/5 mm Cu 90-99%

PVC/PE Plasicul pana la

99%

Aluminiu Deseuri

skeleton( de

Ex. Cutii de

lapte)

Concasor cu

cutite

6/12 mm Aluminiu pana

la100%

Aluminiu Materiale in

amestec

Macinare

criogenica

50/500m Aluminiu 95%

Cupru

Placi de

calculatoare

Concasor cu

ciocane

0,2/2 mm Cu 99%

PE Autocisterne Concasor cu

cutite

3/5 mm PE 95%

4.1.3.3. Oscilarea

Este una dintre cele mai veci metode de sortare gravitationala foarte mult folosita in

industria producatoare de minerale. Acest proces ofera o solutie buna de sortare a bucatilor

mici de metal prin separare dupa densitate.

Avantaje: capacitate mare pe unitatea de suprafata, costuri mici de operare si

capabilitate de a procesa cantitati mari de particule mici.

Produsele usoare sunt constituite in principal din aluminiu, sticla si piatra iar cele

grele din metale ca cupru, plumb, alama si otel inoxidabil.

Una din principalele aplicatii a oscilarii in industria reciclarii este separarea

produselor usoare de cele grele provenite din pietrisul de la demolari.

Tabel 31. Procentajul recuperarii si densitatea produselor usoare si grele prin procesul

de oscilare ce trateaza amestecul de metale neferoase

Marimea

fractiei(mm)

Produs Recuperare (%) Densitatea(g/cm3)

2,4 2,4- 2,7- 3- 3,

Pagina 54 din 97

2,7 3 3,3 3

10 - 4 Usor

Greu

75,3

24,7

48,4

-

51,6

-

-

0,2

-

0,9

-

98,9

4 – 0,5 Usor

Greu

76,7

13,3

42,1

-

56,1

-

1,8

1,0

-

1,1

97,9

4.2. Rezultatele studiilor recente privind tehnologiile de reducere, recuperare a

materialelor reciclabile din deseurile provenite din echipamentele electrice si electronice

folosind separarea cu vibratie verticala

Directiva 2002/96/EC privind deseurile din EEE are drept scop prevenirea si

reducerea acestora prin incurajarea refolosirii, reciclarii si recuperarii materialelor. Tinta

acestei directive este de a recupera 75% si de a refolosi si recicla 65% ,incepand din

decembrie 2006.

De aceea, trebuie sa recuperam volumul maxim de material reciclabil din deseurile

provenite din EEE, care constau in general din metale feroase(47%), plastic(22%), sticla(6%)

si metale neferoase( 4%).

Pentru a recupera materialul pretios din deseurile EEE, initial materialul trebuie sa fie

eliberat printr-un proces mecanic pentru ca fractiile dorite sa fie separate.

Metodele tipice folosite pentru separarea acestor materiale eliberate includ sortarea

manuala, magnetica, separarea in curenti turbionari.

De exemplu, separatorul pe baza de curenti turbionari va separa metalele non-feroase,

totusi, alte metale pot fi influentate de campul magnetic si ar afecta puritatea produsului final.

Intrucat exista o specificare stricta pentru refolosirea si reciclarea materialelor, o sortare

eficienta are o importanta deosebita.

Materialele din EEE cand sunt reduse la marimi mai mici sunt constituite din particule

neuniforme cu proprietati ce variaza in functie de marime, densitate, forma si rezilienta

particulelor. Diferentele de proprietati din particule pot fi folosite pentru a propaga o separare

prin vibrare.

Cea mai comuna separare este segregarea dupa dimensiuni(clasarea) cunoscuta sub

denumirea de “ Brazil Nut Effect”(BNE), unde particulele de dimensiuni mai mari apar

deasupra celor mici in momentul in care sunt supuse vibrarii.

Williams a propus in 1976 patru mecanisme pentru segregarea dupa marime si anume:

Pagina 55 din 97

percolarea particulelor fine/mici

segregarea traiectoriei

iesirea la suparfata a particulelor brute prin vibrare

vibrarea prin decantare.

BNE a fost studiat folosind o singura particula mare, cunoscuta sub denumirea de

particula intrusa pe un pat de granule fine.

In 1998, Schinbrot si Muzzio au raportat ca la o amplitudine inalta intr-un pat vibrant,

o serie de particule grele se misca spre partea de sus a patului dar si o parte egala de particule

usoare se scufunda. Acest fenomen ramane neexplicat.

Cand patul vertical cu vibrare se afla deasupra pragului amplitudinii, patul este

fluidizat si particulele granulate se misca intr-un curent conventional.

In 2002 si 2003, Burtally a aratat ca un amestec de particule de aceeasi marime de

bronz si sfere de sticla se pot separa in doua straturi prin vibrare verticala in prezenta aerului,

datorita diferentei de densitate.

S-a descoperit ca materialele mai dense, in acet caz bronzul, a aparut deasupra

stratului de sfere de sticla care este material cu densitate joasa.

Separarea tip” sandwich” si segregarea inversa au fost de asemenea observate in

functie de frecventa si de acceleratia vibrarii.

In timpul vibrarii verticale, patul este de asemenea influentat de catre componentul

orizontal al curgerii fluidului, ceea ce cauzeaza patului o inclinare(cunoscut ca oscilatia lui

Faraday).

Mediul in care materialul granulat e vibrat are de asemenea influenta asupra

procesului de separare. Desi majoritatea studiilor de pana acum au fost efectuate in aer,

mediul poate fi inlocuit cu alte fluide.

Leaper si al.(2005) au inlociut aerul cu apa la temperatura ambianta ceea ce a condus

la o scadere a vascozitatii mediului de pana la 50 de ori. Ca rezultat, se asteapta sa se separe

particulele mai mari, de aproximativ 1 mm diametru, particule ce sunt de 7 ori mai amri decat

daca ar fi separate in aer.

Folosind apa ca mediu de separare, ajuta de asemenea la eliminarea efectului

electrostatic, adesea observat la separarea uscata dupa vibrare prelungita. Aceasta ar putea

afecta calitatea separarii si ar trebui eliminata.

Deseurile provenite din echipamentele electrice si electronice sunt identificate ca fiind

un flux de masa cu un continut ridicat de cupru.

Pagina 56 din 97

Tehnica vibrarii verticala e descrisa ca fiind folosita pentru a separa un amestec de

plastic si bronz, in apa.

Cand un amestec din doua materiale granulare de aceeasi marime sunt vibrate vertical

ele se separa in doua straturi distincte. Plasticul si bronzul au fost folosite pentru a sinoptiza

situatia materialelor din EEE.

La o frecventa joasa, un strat bogat in bronz se formeaza pe suprafata unui start de

plastic, in timp ce la o frecventa mai inalta, bronzul ramane intre cele doua straturi de plastic.

Un rezultat similar a fost obtinut cand materialele macinate provenite din EEE de

aceeasi marime au fost vibrate.

4.2.1. Materiale si descrierea metodei folosite

S-a folosit un aparat cu vibrare verticala care consta din doua difuzoare montate intr-

un cadru din lemn conectate la o pereche de acceleratoare si la un amplificator care sa

controloze vibrarea. Tot acest ansamblu e atasat unui bloc masiv de beton pntru a preveni

miscarea orizontala din timpul vibrarii.

Experimentele au fost facute intr-un rezervor rectangular de grosime 10 mm, inaltime

40 mm si latime 40 mm. Rezervorul a fost incadrat cu aluminiu si captusit cu placi de sticla

pentru a usura observarea comportamentului materialului.

Cutia de sticla a fost apoi fixata cu suruburi la partea inferioara a cadrului de metal

intre cele doua difuzoare.

Pentru a investiga procesul de separare s-au realizat trei seturi de experimente.

Primele doua seturi au fost facute folosind o combinatie de particule de plastic cu o

densitate medie (b=8900 kg/m3 si cu un diametru mediu al amestecului de 325(m.

In primul set de experimente s-a folosit un volum al amestecului de 75% plastic si

25% bronz; iar in al doilea 50% plastic si 50% bronz.

Pentru a se studia separarea cuprului in materialul macinat provenit din EEE, material

constituit in principal din fire electrice si placi imprimate.

Deseurile EEE au avut marimi si forme variind de la 100 -150 mm. Acestea au fost

reduse in mod graduat la marimi mai mici de 50, 25 si 10 mm. In amestecul prezent nu a fost

folosita sticla.

Acest material a fost mai departe macinat, cernut pentru a produce fractii de marimi

de 250-400 (m, spalate si uscate inante sa fie plasate in celula. Pentru fiecare dintre

experimente s-a mentinut adancimea la aproximativ 20 mm pentru a permite compararea.

Pagina 57 din 97

Experimentele au fost facute sub presiune atmosferica cu frecventa vibratiei incepand

de la 10 la 120 Hz si acceleratia vibratiei,

(= a (2/ g, (= 2(f, unde

a – amplitudinea oscilatiei

( - viteza unghiulara

g – acceleratia gravitationala

Experimentele au fost facute in apa, la temperatura ambianta, rezervorul rectangular

fiind initial umplut cu materiale uscate dupa care acestea au fost umectate.

Rezervorul a fost apoi agitat pentru a se amesteca materialul si pentru a se elibera

bulele de aer. S-a reglat nivelul apei la suprafata si apoi celula este atasata la difuzor. Se

asteapta ca materialul sa se amestece bine inainte de a incepe experimentul.

O amestecare perfecta nu poate fi garantata datorita sedimentarii materialului in apa

cand se agita pentru a se efectua amestecarea.

Intregul proces a fost observat prin peretele de sticla a rezervorului.

4.2.2. Observarea separarii

4.2.2.1. Separarea materialelor din echipamentele electrice si electronice

Un exemplu al comportarii materialelor de la EEE sub vibrare in apa la f = 32Hz si

( = 8,3 este aratat in figura 3 (a-i.)

d e f

g h i

Pagina 58 din 97

Figura 3. comportamentul deseurilor EEE maruntite cu marimi cuprinse intre 250-

400(m, sub ( = 8,3 si f = 32 Hz.

Separarea particulelor a aparut dupa trei minute de vibrare iar rezulattele au fost

similare cu cele folosite pentru amestecul dintre plastic si bronz.

Patul format s-a miscat dupa forma undei sablon iar dupa 20 de secunde de vibrare,

fragmentele de metal formate in principal din Cu, au inceput sa se adune (fig. 3c). In cele din

urma un pat inclinat avand un strat bogat din Cu s-a format. Acest pat are forma unui

sandwich, aflat intre cele doua staturi de materiale neferoase, deci in stratul inferior inca se

mai afla putin Cu (fig.3d). Patul s-a miscat in senn opus acelor de ceasornic fortand

materialul de la suprafata sa treaca in stratul inferior. Aceasta face ca patul sa ia forma unei

pile pana cand se va echilibra (fig.3.g). Curentul conventional continua sa se miste in sens

invers acelor de ceasornic pana cand toate materialele din stratul superior sunt fortate sa

coboare prin stratul imbogatit in Cu (fig.3h).

Directia curentului conventional e ilustarata in figura 4.b.

Acest curent conventional duce fragmentele ramase de Cu in stratul superior (fig. 3i).

Figura 4. Directia curentului conventional

4.2.2. Observarea separarii

4.2.2.1. Separarea materalelor din echipamentele electrice si electronice

Conventia curentului poate fi influentata si de densitatea relativa a materialelor.in

figurile 4a si 4b este prezentat sablonul acestui curent. Straturile inferioare si superioare s-au

miscat in partea opusa stratului “sandwich”. Curentul conventional e considerat a fi unul

dintre principalele mecanisme care contribuie la procesul de separare.

Pagina 59 din 97

S-a observat ca acest curent antreneaza materialele grele si ca in cele din urma se

aduna in strat. S-a observat de asemenea ca, curentul conventional este dominant in straturile

sandwich si in cel superior.

Dupa o separare completa, curentul conventional ramane in aceeasi directie, dupa

cum se arata si in figura 4b iar cele doua straturi nu se mai reamesteca.

Intrucat particulele sunt de diferite densitati, procesul de separare poate fi explicat

prin efectul momentului mecanic si fortelor de antrenare asupra particulelor din timpul

vibrarii.

Momentul mecanic al particulei e proportional cu masa particulei, deci, cu cat

densitatea particulei e mai mare cu atat particulele mai mari sunt aruncate mai sus in timpul

vibrarii fata de cele mai mic si apoi antrenate mai departe de catre curentul conventional.

Ca rezultat, cu cat densitatea e mai mica, particulel sunt mai usor antrenate de

curentul conventional producand o separare intre cele doua materiale cu densitati diferite.

Cu cat densitatea particulei e mai mare, marimea particulei are un moment mecanic

mai mare atunci cand sunt vibrate la frecventa joasa si amplitudine ridicata pentru un ( dat.

Comparand rezultatele deseurilor din EEE cu amestecurile din plastic si bronz, s-a

observat ca comportamentele sunt similare.

Separarea a avut loc cu stratul mai greu situat deasupra celui usor. Stratul de deasupra

a fost un strat mai bogat in Cu dar care continea de asemenea si alte fractii mici de alte metale

prezente in deseurile din EEE.

Inainte de stabilizarea formei inclinate, patul a urmat unda sablon si apoi a produs un

peak la mijlocul acestuia. Acesata se datoreaza faptului ca, Cu s-a adunat in proportii egale in

ambele parti ale patului , formand doi curenti conventionali individuali in stratul imbogatit in

Cu.

In timpul experimentului, cateva particule fine de praf au ramas in suspensie in apa in

timpul vibrarii. Aceste materiale nu au luat parte la procesul de separare.

4.2.3. Concluzii

Folosind tehnica vibrarii verticale s-a observat ca se pot separa componentele

metalice din desurile provenite din EEE.atunci cand particulele sunt mai mari se poate folosi

apa ca mediu care sa mareasca separarea.

Pagina 60 din 97

Amestecul din 25% bronz a aratat ca, chiar si la o concentratie joasa, bronzul se poate

separa cu succes sub vibrare, astfel ca aceasta poate fi baza unei metode practice de separare

a Cu din deseurile provenite din EEE.

CAPITOLUL V

GESTIUNEA SI DEPOZITAREA DESEURILOR

5.1. Gestiunea deseurilor

5.1.1 Necesitatea gestiunii deseurilor

Gospodarirea integrata a deseurilor este o activitate vitala pentru comunitate dictata

de urmatoarele imperative:

suprafetele de depozitare scad continuu, construirea de noi zone de depozitare fiind un

proces scump si dificil

multe din materialele ce se gasesc in deseuri pot fi o materie prima valoroasa si ieftina

pentru unele afaceri

recuperarea unor materiale din deseuri scade presiunea asupra materii prime rare, sau

greu regenerabile

utilizarea energiei rezultate prin incinerarea deseurilor, sau din instalatiile de biogaz,

reprezinta o sursa alternativa de energie

Principalele obiectiveale gestiunii deseurilor sunt:

- protejarea sanatatii populatiei

protejarea mediului

conservarea resurselor naturale prin politicile de reducere a deseurilor si prin reciclare

mentinerea valorilor estetice a peisajelor naturale si antropizate.

5.1.2. Etapele gestionarii deseurilor

Gestionarea deseurilor cuprinde urmatoarele faze:

Colectarea deseurilor

Transportul deseurilor

Pagina 61 din 97

Tratarea deseurilor

5.1.2.1 Colectarea deseurilor

In locurile de producere deseurile se colecteaza in recipiente speciale, amplasate in

spatii speciale. Deseurile pot fi colectate in mod traditional sau special. Exista situatii cand se

realizeaza o preselectie a deseurilor pentru recuperarea materialelor potential reutilizabile sau

reciclabile. Pentru aceasta este necesara introducerea unui sistem de colectare diferentiata.

Colectare deseurilor poate fi facuta cu una din variantele urmatoare:

Colectare neselectiva, cand deseurile provenite din activitatile casnice precum si cele

de la diferiti agenti economici si institutii publicecontin amestecate in diferite proportii hartii,

materiale plastice, sticle, metale, materiale organice. Este modul cel mai frecvent la noi in

tara.

Colectarea selectiva are drept scop colectarea materialelor refolosibile direct de la

populatie prin dotarea lociuntelor cu saci de plastic si amplasarea la fiecare loc de depozitare

a resturilor menajere de containere de receptionare pe diferite tipuri de materiale. Preluarea si

transportul materialelor refolosibile direct de la populatie se face prin grija municipalitatii

care livreaza aceste materii uzinelor de prelucrare, avantajele fiind atat din partea locuitorilor

prin micsorarea cheltuielilor cu gunoiul menajer, cat si din partea municipalitatii prin

veniturile realizate din vanzarea materialelor refolosibile, dar mai ales de partea mediului

care nu ami este agresat prin volume mari de deseuri ce nu se descompun usor, si prin

scaderea presiunii asupra materiilor prime necesare producerii de hartie, sticla, textile.

Transportul deseurilor

Dupa modul in care sunt incarcate si transportate deseurile in prezent se practica doua

moduri:

Sistem semi inchis: incarcare deschisa – transport inchis, prezinta un nivel tehnic

scazut, inacceptabil in zilele noastre;

Sistem inchis: incarcare inchisa – transport inchis, este cel mai modern sistem ce se

bazeaza pe colectarea gunoaielor la locul de producere in recipienti de constructii unitare

amplasati in spatii de stocare corespunzatoare sau in saci de hartie sau de plastic.

Cel mai ecologic transport se face cu masini specializate, care sa respecte exigentele

riguroase privind protectia sanatatii publice si a mediului, printr-un transport complet inchis,

Pagina 62 din 97

eficient, sigur, cu o incarcare si o descarcare rapida a gunoaielor. In acest sens, Comunitatea

Europeana a elaborat norme pentru producatorii de Masini de constructie si Gospodarire

Comunala, care contin exigentele fundamentale ce trebuiesc satisfacute.

5.1.2.3 Tratarea deseurilor

Tratarea deseurilor, atat pentru neutralizarea acestora cat si pentru valorificarea unor

materiale sau subproduse obtinute se poate face astfel:

Depozitarea controlata a deseurilor

Alegerea gropilor de gunoi se face avand in vedere cateva criterii referitoare la

distranta fata de apele de suprafata si subterane, distanta fata de localitati, drumuri de acces.

Pregatirea terenului trebuie sa aiba in vedere, acolo unde nu exista un strat impermeabil

natural, creearea lui prin: compactarea suprafetei fundului printr-un start de argila compacta

de 30 cm, cu mortar de ciment, cu mal de carbid, sau chiar cu folii de material plastic sudabil.

Gunoaiele trebuie nivelate, compactate si acoperite cu pamant, moloz sau alte materiale

similare, dupa fiecare 1.5 metri grosime. (Figura 7.1). Rampa de gunoi trebuie sa fie

imprejmuita cu gard, sa fie prevazuta cu instalatii sanitare necesare personalului muncitor, sa

aiba la intrare cantare tip bascula pentru a se tine evidenta volumelor descarcare, sa aiba

conducte sau santuri de evacuare a apelor reziduale rezultate spre cursurile de apa cele mai

apropiate. Dupa terminarea umplerii gropii de gunoi, suprafata ei trebuie acoperita cu

materiale adecvate pentru utilizarea ulterioara a terenului respectiv in agricultura, silvicultura,

parcuri sau terenuri sportive, construirea de depozite.

Solutia cea mai raspandita pe plan mondial este depozitarea gunoaielor prin asezarea

lor direct pe sol, in gropi care trebuie asanate, aceasta solutie neimplicand practic nici o

investitie. Solutia cea mai simpla este depozitarea deschisa a gunoaielor fara nivelare si

acoperire. In Romania suprafata ocupate de aceste rampe de depozitare a reziduurilor

menajere este de circa 500 de hectare, din care pentru municipiul Bucuresti circa 50 de

hectare. Cu exceptia oraselor Cluj si Constanta care au o depozitare controlata a deseurilor

urbane, in celelalte centre urbane din Romania depozitarea deseurilor se face in halde mixte

care constituie zone periculoase, insalubre cu pericol de purificare a apelor subterane si de

suprafata, degajand mirosuri neplacute, favorizand mentinerea si inmultirea unor focare

generatoare de boli pentru oameni si animale, afectand confortul si estetica urbana.

Pagina 63 din 97

Valorificarea deseurilor

Cu exceptia unor deseuri greu valorificabile sau nevalorificabile cum ar fi: sterilul

minier, cenusa si zgura de termocentrala, deseurile chimice, deseurile radioactive, deseurile

periculoase, o mare parte din deseurile rezultate din sectorul industrial, municipal si agricol

pot fi valorificate in diferite moduri.

Unitatile care valorifica in Romania deseurile sunt fie:

Unitatile producatoare, prin reutilizarea in alte procese tehnologice, ceea ce duce la o

minimizare a volumelor de deseuri. Din totalul deseurilor valorificate in tara noastra circa

45% au aceasta destinatie.

Alti agenti economici care cumpara de la unitatile producatoare deseurile acestora si

le valorifica in diferite procese. Din totalul deseurilor valorificate in tara noastra, circa 30%

au aceasta destinatie.

Unitatile specializate (tip REMAT). Din totalul deseurilor valorificate in tara noastra

circa 5% au aceasta estinatie.

Dupa caracteristicile lor, deseurile pot fi valorificate prin diferite metode prezentate

mai jos:

compostarea deseurilor si transformarea lor in ingrasamant agricol cu selectarea

prealabila a unor deseuri de fie, hartie, sticla este o modalitate de valorificare a deseurilor

organice. Deseurile organice alimentare si de gradina reprezinta circa 40% din totalul

deseurilor menajere. Cand sunt evacuate in rampele de gunoi ele pot creea grave probleme

mediului inconjurator deoarece se descompun anaerob, eliberand metan si CO2. Aceste

deseuri organice nu ar trebui sa se regaseasca nici in gropile de gunoi, nici in uzinele de

incinerare ci ar trebui sa fie reintegrate in circuitul elementelor nutritive, prin utilizarea

compostului obtinut din materiile organice, la ingrasarea pamantului. In acest fel, pe de o

parte volumul deseurilor se reduce considerabil iar pe de alta parte se poate obtine un

ingrasamant de inalta calitate reducand astfel utilizarea ingrasamintelor minerale si poluarea

mediului inconjurator legate de producerea si utilizarea lor.

Incinerarea deseurilor cu sau fara recuperarea energiei termice si a fierului reprezinta

procesul de ardere al gunoaielor in cuptoare speciale. Acest tratament permite cea mai

considerabila reducere a volumului deseurilor, generand cele mai putine reziduuri finale, dar

prezinta unele inconveniente, legate de gazele de ardere rezultate.

Pagina 64 din 97

Metanizarea deseurilor reprezinta degradarea componentelor organice in lipsa

oxigenului cu producere de biogaz folosit ca sursa de energie neconventionala.

Recuperarea si reciclarea deseurilor prezinta o foarte mare importanta referitor la

modul cum sunt tratate deseurile. Modul risipitor in care sunt astazi aruncate si consumate

materialele si energia potential utile generand totodata si o poluare in continua crestere a apei,

aerului si solului, reflecta existenta unor modele de consum si practici sociale nedurabile.

Principalele grupe de deseuri care se preteaza proceselor de recuperare si reciclare sunt:

deseuri de sticla, deseuri de metale feroase, deseuri de metale neferoase, deseuri de hartie sau

carton, deseuri lemnoase, deseuri textile.

Recuperarea si reutilizarea resurselor reciclabile reprezinta mijloace de solutionare a

contradictiei dintre cerintele procesului de crestere economica si caracterul restrictiv al

resurselor. In acelasi timp activitate de reciclare interfera profund cu activitatea de protectie a

mediului, intensificarea reciclarii diminuand sensibil presiunea poluanta asupra mediului. In

Romania primele unitati de recuperare au aparut in 1949, astazi functioneaza efectiv in

domeniul recuperarii circa 250 de firme cu capital de stat si privat. Organizarea si gestiunea

mai eficienta a materialelor refolusibile in tara noastra se impune ca o prioritate pornind d ela

urmatoarele premise:

potentialul de materiale refolosibile este ridicat, ceea ce este o premisa in asigurarea

unei eficiente economice;

nivelul tehnic si tehnologic la nivel national al acestei activitati este modest, dar poate

fi imbunatatit fara eforturi investitionale deosebite;

nivelul de sensibilizare al agentilor economici si al populatiei cu privire la importanta

si imperativele reciclarii materialelor este redus, dar poate fi imbunatatit prin actiuni

concertate de mediatizarea sustinuta si educatie ecologica.

La noi in tara exista posibilitati de a reduce in circuitul productiv cantitati mare de

deseuri metalic, zguri metalurgice si cenusa de la centralele energetice care functioneaza cu

carbune. Acestea ar putea fi folosite ca materiale de constructie, amendamente in agricultura

sau, in cazul deseurilor metalice sa se reduca cantitatile de resurse minerale exploatate. De

asemenea organizarea colectarii si valorificarii deseurilor de sticla, a deseuriloe polimerice

pot fi cai deosebit de eficace de reducere a presiunii societatii asupra resurselor

neregenerabile.

5.2. Depozitarea deseurilor

Pagina 65 din 97

Problema deseurillor s-a schimbat radical in ultimii 50 de ani, in special in ceea ce

priveste continutul acestora. Pana atunci predominante erau resturile de la arderea carbunilor,

cenusa si mai putin ambalajele si resturile alimentare. In prezent, dominante sunt ambalajele

pentru alimente, hartie carton, materiale plastice, in general deseuri cu un continut ridicat de

substante organice. Se constata de asemenea ca volumul deseurilor a scazut, fiind mai putin

dense, astfel ca depozitarea si compactare sunt mai utile.

Categorii de deseuri.

Deseuri din activitati comerciale. Sunt in special de natura organica: hartie carton,

materiale plastice, deseuri de la magazine alimentare, deseuri de la birouri, restaurante.

Deseuri speciale. Sunt potential periculoase, corozive, toxice sau inflamabile. In

genera sunt de origine industriala. Uneori este necesar ca inainte de depozitare sa fie tratate

sau pretatate in cadrul unitatii de producere. Cele mai cunoscute in aceasta categorie sunt:

slamurile, apele industriale uzate.

Deseuri de natura medicala. Provin din spitale sau cabinete medicale si necesitata

tratare inainte de depozitare. Prin continut sunt foarte periculoase: medicamente, pansamente

infestate, ace si seringe de unica folosinta, tesuturi umane, alte materiale. Pentru spitale

problema este relativ simple, acestea dispunand de regula de mici incineratoare in care unele

deseuri pot fi distruse. Probleme deosebite ridica, din acest punct de vedere, cabinetele

particulare care nu detin mijloace proprii de neutralizare a deseurilor rezultate.

Deseuri din industria de constructii. Un volum important il reprezinta materialele

rezultate din excavatii. Acestea pot fi folosite pentru acoperirea gropilor de deseuri menajere

(gropi de gunoi) impiedicand astfel antrenarea acestora de vant, reducant totodata impactul

vizual si emisiile de mirosuri.

Deseuri industriale. In aceasta categorie este inclusa o varietate larga de materiale de

la cele inerte pana la cele puternic toxice: acizi, cianuri, saruri ale metalelor, PCB. Printre ele

se gasesc si substante organice de la fabricile de mobila si de la cele de preparate alimentare.

Acestea se pot descompune in timp.

Deseurile nucleare. Constituie o problema producerea intr-o relativa expansiune. Pana

nu de mult singurele substante nucleare erau constituite din izotopi radioctivi folositi in

medicina sau chiar in industrie, in cantitati mici, care nu au ridicat probleme deosebite legate

de depozitarea lor.

5.2.1. Metode de depozitare

Pagina 66 din 97

5.2.1.1. Gropile de gunoi

In multe tari sunt considerate ca fiind metodele cele mai sigure, ieftine si acceptabile

din punct de vedere al mediului, pentru o buna parte din deseurile gospodaresti, din serviccii

si netoxice.

In Japonia unde terenul este putin si scump, 2/3 din deseurile casnice sunt incinerate

si doar 1/3 ajung la gropi de gunoi. In Anglia 90% din deseuri ajung la gropi de gunoi

controlate. Folosirea lor trebuie limitata numai la deseuri controlate: menajere, din servicii,

industriale inerte sau industriale organice.

Gropile de gunoi necesita o atenta planificare si proiectare si, mai ales, un control

rigoroa al exploatarii lor astfel ca efectele negative asupra mediului sa fie limitate.

Utilizarea acestor gropi de gunoi implica o serie de lucrari adiacente:

Lucrari ample de excavatii

Lucrari de drenaj

Lucrari pentru gospodarirea apelor

Elemente de infrastructura

La proiectarea unor astfel de amenajarieste necesar sa se urmareasca, in special,

urmatoarele elemente:

Realizarea accesului in zona

Tipul materialelor

Programul de lucru

Prevenirea impactului si daunelor cauzate de aparitia mustelor, insectelor, pasarilor

Reducerea zgomotelor in exploatare

Reducerea impactului vizual

Reducerea emisiilor de mirosuri

Depozitarea in gropi este cea mai ieftina metoda, costul acesteia depinzand de pretul

terenului, costul lucrarilor de pregatire, conditiile de functionare.

Exploatarea gropilor de gunoi, se face, de regula, prin disounerea deseurilor in straturi

de 2 m grosime, compactarea lor si acoperirea lor cu un strat de pamant. La sfarsitul fiecarei

zile este necesar ca stratul depus sa fie acoperit. Compartimentarea in celule a gropilor de

gunoi limiteaza imprastierea deseurilor, reduce riscul generarii mirosului, reduce impactul

vizual. Gropile atrag pasarile care se hranesc in aceste zone, constituind un pericol prin

transmiterea unor boli.

Pagina 67 din 97

Principalele probleme care privesc depozitarea deseurilor electrice si electronice sunt

scurgerile si evaporarea substantelor hazardoase.

Atunci cand anumite aparate electronice sunt distruse au loc scurgeri de Hg, ceea ce

ridica o problema care preocupa din ce in ce mai mult.

CAPITOLUL VI

Stadiul actual al cunoasterii bronzurilor cu Aluminiu

Bronzurile cu aluminiu,aliaje de culoarea aurului constituie o familie de aliaje care

ofera un camp larg de cercetare datorita proprietatilor care le recomanda in cele mai avansate

aplicatii.

Bronzurile cu aluminiu se pot deforma plastic la cald si al rece, se prelucreaza

mecanic, se sudeaza, nu sunt feromagnetice decat la continuturi mari de fier si mangan, au o

rezistenta la coroziune ridicata si in sfarsit caracteristicile lor mecanice ridicate pot fi

comparate cu cele ale otelurilor.

In ultimul timp, bronzurile cu aluminiu au intrat in atentia cercetatorilor datorita unor

proprietati speciale cum ar fi: memoria formei, superelasticitate, compozite naturale, aceste

din urma fiind materiale care au structura formata din benzi alternante de faze ale

eutectoidului cu proprietati de inalta rezistenta mecanica si proprietati de

superconductibilitate.

Bronzurile cu aluminiu se impart in doua mari clase, bronzurile monofazice, care au

structura formata din solutie solida de aluminiu in cupru – solida solida si bronzurile

polifazice care prezinta in structura pe langa faza inac una sau mai multe faze.Pe de alta

parte, daca bronzurile cu aluminiu monofazice sau polifazice nu contin decat cupru si

aluminiu le putem incadra in categoria aliajelor de cupru – aluminiu binare, daca insa pe

langa cupru si aluminiu contin si alte elemente precum nichelul, fierul,etc. ele sunt aliaje

complexe.

Avand in vedre cele de mai sus putem incadra aliajele de cupru – aluminiu in patru

mari clase:

aliaje monofazice binare

aliaje monofazice complexe

aliaje polifazice binare

Pagina 68 din 97

aliaje polifazice complexe

1.1. Elemente de aliere in bronzurile cu aluminiu

Fierul imbunatateste proprietatile de rezistenta ale bronzurilor mentinand proprietatile

de plasticitate. Astfel alierae cu un procent de fier conduce la cresterea rezistentei mecanice

cu 3-4 daN/mm2, proportional pana la 4% Fe. De asemenea fierul favorizeaza o structura de

turnare fina datorita particulelor de Fe3Al uniform repartizate in masa aliajului.Alierea cu fier

impiedica transformarea (( ((+(2), dar scade fluiditatea aliajului la turnare.

Un adaos de 2%Ni intr-un bronz cu 10%Al creste rezistenta mecanica cu 7-9

daN/mm2, imbunatatind proprietatile de elasticitate ale materialului. Impreuna cu aluminiul

formeaza faza k care atunci cand este fin dispersata in matricea ( conduce la o duritate a

aliajului mentinand totodata si o anumita ductilitate. Nichelul creste rezistenta la coroziune

prin formarea la limita de graunte a unei bariere protectoare.Totodata nichelul mareste

compactitatea pieselor turnate si rezistenta la temperaturi inalte.

Manganul largeste domeniul beta, in bronzurile cu aluminiu ceea ce conduce la

imbunatatirea prelucrabilitatii la cald. Din punct de vedere al proprietatilor mecanice 1%Mn

conduca la cresterea rezistentei mecanice cu circa 6-8 daN/mm2.Manganul finiseaza structura

la solidificare dar ca si fierul determina o scadere a fluiditatii materialului in stare topita.

Siliciul are un efect comparabil cu al aluminiului crescand limita de rupere si limita de

elasticitate. Un continut 1% Si este echivalent in aliaj cu 1,6%Al ceea ce presupune ca in

conditiile in care cantitatea de siliciu din aliaj creste trebuie sa se reduca corespunzator

cantitatea de aluminiu.astfel un continut de 2%Si si 7,6%Al conduce la un alij cu proprietati

similare unuia cu 10%Al.

Siliciul imbunatateste fluiditatea dar scade compactitatea pieselor turnate.Alierea cu

siliciu are de asemenea avantajul ca evita problemele legate de descompunerea fazei beta in

eutectoid la viteze lente de racire.Siliciul induce in material un efect durificator prin influenta

sa asupra fazei in special la deformarea plastica la rece.

Plumbul cand este fin dispersat in aliaj nu afecteaza proprietatile mecanice cu excepia

ductilitatii si a rezilientei, iar in cantitati mici 0.1, 0.2% imbunatateste prelucrabilitatea prin

aschiere si antifrictiune dar inrautateste deformabilitatea la cald.

6.2. Stadiul actual al cunostintelor cu privire la influenta compozitiei chimice

asupra transformarilor de faza in stare solida si bronzurile cu aluminiu complexe

Pagina 69 din 97

6.2.1. Influenta fierului si a nichelului

Fierul determina modificari insemnate in diagrama de echilibru Cu-Al prin largirea

domeniului (.

O crestere de 4% a continutului de fier determina deplasarea punctului Q la 10 % Al

in structura facandu-si aparitia o faza k cu morfologie complexa. Faza k bogata in fier

absoarbe aluminiul din matricea extinzand domeniul acesteia.( fig.1.1)

La un procent de 5%Fe punctul Q este deplasat de la 9.4% Al la 11% Al(fig.1.2). Faza

k care precipita are ca efect o crestere considerabila a proprietatilor mecanice. Transformarea

solutiei solide in eutectoidul (+2) este complet inhibata, ceea ce ofera avantajul ca la

proprietati mecanice similare, bronzul dobandeste o importanta rezistenta la coroziune.

Alierea cu nichel conduce la aparitia pe diagrame de echilibru ( fig.1.3) a unei curbe

de variatie a solubilitatii aluminiului in cupru cu temperatura, indicand o precipitare a

aceleiasi faze k dar de data aceasta bogata in nichel si cu o morfologie distincta.

a) Faza k in bronzurile cu aluminiu complexe

Structura bronzurilor cu aluminiu aliate este foarte dificil de interpretat.Aliajele cele

mai utilizate contin nichel, fier, mangan si prezinta in structura o serie de precipitate a caror

forma si compozitie chimica depinde de cantitatea de elemente de aliere si influenteaza mult

proprietatile acestor aliaje.

Astfel un ontinut mai mare de 1% Fe determina aparitia in structura la limita

grauntilor a unui precipitat sub forma de rozete maimult sau mai putin fine.Aceste

prcipitate isi extind tot mai mult aria, pe masura ce continutul de fier creste astfel ca la 4-5

%Fe ajung si in interiorul grauntilor si conduc la substituirea eutectoidului (+2) crescand

totodata rezistenta aliajului la coroziune, proprietatile mecanice ramanand practic neafectate.

Fazele k1 si k2 sunt de fapt niste precipitate bogate in fier, circa 60-80%Fe pe baza

compusului Fe3Al si nu apar decat in aliaje a caror continut de fier este mare.

Pagina 70 din 97

Fig. Diagrama de echilibru Cu-Al

Faza k3 se obtine in urma transformrii (((+(2 si are un aspect similar perlitei globulare

din oteluri.Structura sa se baeaza pe compusul NiAl, avand parametrul retelei 2,88/

0,03( compozitia chimica determinata cu ajutorul microsondei electronice pe un bronz cu

3,6%Ni .

Faza k4 apare sub forma unor perecipitate extrem de fine chiar in interiorul grauntilor

de (. Din cauza finetii sale faza k4 este greu de puus in evidenta prin metodele microscopiei

optice dar o analiza cu microsonda electronica pe un graunte de alfa evidentiaza salturi ale

continutului de fier de la 2% la 13,13%Fe.

Aspecte microstructurale ale fazei K in bronzurile cu aluminiu

b) Faza k in bronzurile cu aluminiu turnate

Considerand un bronz cu 5%Ni 5%Fe si 10%Al se obseva ca el solidifica din lichid

intr-o singura faza, in care, odata cu scaderea temperaturii germineaza faza . Germinarea

Pagina 71 din 97

incepe la limitele grauntilor de de-a lungul planelor cristalografice dand nastere unei

structuri similarestructurii Widmanstatten din oteluri.

Faza k Ni-Fe-Al precipita sub forma unor rozete rotunjite sau dendritice bogate in

fier. La temperaturi scazute apare faza k lamelara impreuna cu un fenomen de fragmentare a

domeniilor (. Rransformarea nu se desfasoara complet deoarece in bronzurile turnate intalnim

mici zone de (-martensita.

Temperaturile la care au loc transformarile de faza in stare solida sunt redate in

tabelul 1.

Tabel 1- Temperaturile la care au loc transformarile de faza

Transformarea Temperatura

+ 925C

+K2+K3 820-830C

+K4 700-675C

In figura 1.3 sunt prezentate schematic aspectele morfologice ale fazei K in bronz

2.Aliaje cu memoria formei

2.1. Particularitati de obtinere a AMF

AMF cu baza cupru sunt cele mai utilizate in industrie datorita pretului lor de cost

(1000 de ori mai mic) decat al AMF din sistemul Ni-Ti.

Dezavantajele se datoreaza microstructurii lor destul de grosolana care provoaca fisuri

intergranulare.

Aceste aliaje cu memoria formei se grupeaza in Cu-Al-Ni si Cu-Zn-Al si in sisteme

binare cu baza cupru: CuZn, CuAl si CuSn.

Este asemanatoare elaborarii alamelor sau a bronzurilor cu Al dar trebuie acordata o

atentie deosebita mentinerii compozitiei in limite foarte stranse (Al sufera o segregatie

gravitationala si se concentreaza in partea superioara a lingoului).

Pagina 72 din 97

Sistemul Cu-Al

Aliajele ternare cu memoria formei din sistemul Cu-Al pot avea ca al treilea element

de aliere Ni, Be, Zn sau Mn.

Aliajele cuartenare sunt Cu-Al-Zn-Ni, Cu-Al-Zn-Mn sau Cu-Al-Mn-Ni.

Tehnologia actuala ofera patru posibilitati de elaborare:

obtinerea aliajelor policristaline prin procedeul clasic de topire directa a materiei

prime

obtinerea aliajelor prin metoda pulberilor

obtinerea aliajelor prin solidificare rapida

obtinerea aliajelor monocristaline prin procedee neconventionale de crestere a

cristalelor

2.1.1. Topirea si turnarea aliajelor de cupru

Se obtine in general prin metode clasice.

Pentru topire se utilizeaza ca agregat un cuptor cu inductie fara miez, de joasa

frecventa, cu efect de amestecare a topiturii.Pentru lingouri uni se foloseste un cuptor cu

inductie de inalta frecventa (CIF).

AMF cu structura policristalina se pot elabora prin topire directa in cuptorul cu

incuctie in: atmosfera obisnuita, vid, atmosfera de protectie, ultimele doua fiind cele mai

utilizate.

Instalatiile pot avea recipient orizontal sau vertical cu pereti dubli raciti cu apa

racordat la un sistem de pompe in vid. Unitatea de topire e alcatuita din conducta si creuzet.

Turnarea se realizeaza in lingotiere.

In cazul aliajelor de Cu-Zn viteza de incalzire e mica, rezulta pierderi mari de Zn prin

oxidare, Ms se calculeaza empiric, topirea si turnarea trebuie efectuate cat mai rapid utilizand

materii prime de inalta puritate si cantarite cu mare precizie ( intervalul de solidificare in

domeniul de compozitie care prezinta interes este foarte ingust-10K), solidificarea este

insotita de reduceri importante de volum care conduce la retasuri mari de solidificare ale

lingoului turnat, rezulta necesitatea pulberilor exoterme prin obtinerea unei solidificari

controlate.

Pagina 73 din 97

In cazul aliajelor Cu-Al-Ni topirea se realizeaza de obicei in vid sau gaze inerte cu

materii prime pure Cu, Al , Ni 99,99%, pot contine elemente de aliere ca Mn, Ti, pentru

imbunatatirea caracteristicilor mecanice se pot introduce elemente modificatoare Co, Fe, Ti,

V sau Zr (0,5%). Aceste aliaje se caracterizeaza prin deformatii pseudo-elastice relativ mici

de apoximativ 1%, au stabilitatea termica cea mai mare si sunt potrivite pentru utilizari la

temperaturi mai ridicate.

Efectul de memorie a formei se obtine pentru deformatii plastice mai mic de 3%.

2.2. Aliajele din Cu obtinute prin metalurgia pulberilor

Prin metalurgia pulberilor se pot obtine aliaje cu dimensiuni de graunte stabile.

Pulberile se obtin pulverizare in apa, metoda relativ acceptabila din punct de vedere al

pretului de cost. Pulberile se preseaza sub forma de tagla care se extrudeaza la apoximativ

1073K. Bara de extrudare se caleste imediat in apa si se obtine un material de dimensiune de

graunte de apoximativ 30 mm.

Structura aliajului in stare calita prezinta particule fine alungite de Al2O3 dispersate

omogen in barele extrudate.Aceasta micostructura confera materialului caracteristici

imbunatatite de rezistenta la oboseala.

Pentru sistemul Cu-Al-Ni, pulberea cu dimensiuni de 20(m si prezinta ductilitate

crescuta fata de procedeele clasice, ajungand pana la 5-7% in comparatie cu aliajele turnate

prin metode clasice care au o ductilitate de 0,6%

Pentru aliajele obtinute prin metalurgia pulberilor, finisarea dimensiunii grauntilor se

realizeaza prin inhibarea cresterii datorita filmului stabil de alumina format pe suprafata

particulelor de pulbere, in timpul prelucrarii la rece a materialelor.

3.Aliaje cu memoria formei obtinute prin solidificare rapida

Se pot obtine dimensiuni ale grauntilor de 1(m-20(m.

Datorita structurii fine si a defectelor induse in stare calita, aliajele cu baza Cu sufera

transformari in stare solida la temperaturi mai scazute decat temperatura caracteristica ale

acestor materiale obtinute prin tehnici conventionale.

Temperatura de transformare creste odata cu scaderea vitezei de racire si creste odata

cu temperatura de topire.

Pagina 74 din 97

Transformarea initiala este incetinita in acesta tehnica si conduce la obtinerea unui

histerezis largit.

4.Obtinerea monocristalelor din aliaje cu baza Cu prin metoda Bridgman

Se pot obtine monocristale cu diferite orientari cristalografice si proprietati mecanice

superioare, material obtinut prin procedee clasice.

Monocristalele din sistemul Cu-Zn-Al pot atinge o rezistenta la tractiune de 800 MPa.

Instalatia costa dintr-un cuptor vertical cu un gradient tehnic preferential.Sarja se

introduce intr-un tub de cuart care coboara prin cuptor si pe masura ce scade temperatura are

loc solidificarea cristalului cu o anumita orientare.

Materia prima consta din aliajul obtinut in cuptor cu inductie cu rezistenta electrica,

din elemente cu puritate de 99,95%.

Gradientul de temperatura se obtine prin utilizarea autotransformatoare

Tubul de cuart are dimensiuni standardizate cuprinse intre 5mm si 15mm si este

acoperit cu ciment refractar introdus intr-o carcasa cilindrica de otel cu orificiu concentric

prin care se manevreaza tubul.

Sarja se intoduce in cuptor in zona de temperatura maxima unde se mentine timp de o

ora pentru topire.Temperatura coboara cu o viteza de 3,6 cm/h; intervalul de solidificare fiind

cuprins intre 780 si 1060(C.

Solidificarea se initiaza la varf si cresterea are loc intr-o singura directie apoximativ 7

ore. Orice vibratie perturbeaza orientarea interfetei solid-lichid si modifica orientarea

cristalului. Cristalul modificat se introduce intr-un recipient cu apa la temperatura ambianta

unde se realizeaza calirea.

Factorii care influenteaza cresterea monocristalelor sunt:

gradientul de temperatura al cuptorului; influentata de tensiunea alicata in cele 3 zone

de incalzire

timpul de mentinere in zona de topire

viteza de coborare a monocristalului si implicit viteza de racire a materialului

TRANSFORMARI MARTENSITICE IN AMF

Caracterizarea transformarii martensitice

Pagina 75 din 97

Transformarea martensitica este o transformare in stare solida fara difuzie care are loc

prin deplasarea cooperanta atomilor si deseori care are loc printr-un mecanism de forfecare.

Faza stabila aflata deasupra transformarii martensitice se numeste faza austenitica sau

faza initiala sau faza de temperatura inalta.

Faza stabila aflata sub transformarea martensitica se numeste faza martensitica sau

faza de joasa temperatura.

Austenita si martensita au fost preluate din tehnologia otelurilor si nu corespund

neaparat structurii cristalografice respective.

Faza initiala este de obicei cubica, iar faza martensitica are o simetrie redusa.

Martensita se compune din elemente de volum din faza initiala identice din punct de

vedere cristalografic numite” variante”.

Transformarea martensitica poate fi reprezentata schematic prin modelul din figura.

Figura

La scaderea temperaturii sub temperatura critica, printr-un mecanism de forfecare se

produce transformarea martensitica- transformare martensitica directa.

Fazele martensitice A si B au aceeasi structura dar orientari diferite. Fenomenul se

numeste corespondenta variantelor.

La temperaturi inalte, martensita devine instabila si se desfasoara TMI; daca din punct

de vedere cristalografic martensita este reversibila aceasta revine in faza initiala cu orientarea

respectiva. Fenomenul constiutie originea efectululi de memorie a formei.

Efectul de memorie a formei se datoreaza trecerii de la austenita in martensita in mod

continuu; in material coexistand simultan mai multe faze.

Deplasarea relativa a atomilor se produce cu distante interatomice deci la nivel

macroscopic se observa ca transformarea martensitica este insotita de o modificare a formei,

rezulta ca transformarea martensitica este strans legata de efectul de memorie a formei si de

superelasticitate.

Pagina 76 din 97

Transformarea martensitica nu permite difuzia la mare distanta, nu provoaca

perturbatii in ordinea atomica si nu modifica compozitia chimica. Se realizeaza cu viteze

mari( 300m/s) de ordinul vitezei sunetului printr-un mecanism bazat pe deplasari atomice la

distante mult mai micidecat in cazul salturilor difuzive. Viteza de propagare a deformatiei

depinde de conductibilitatea termica a materialului. Deformatia atinge 8% si poate dezvolta o

forta de pana la 60 kg/mm2; fenomenul nu are nici o legatura cu dilatarea. Pentru dimensiuni

reduse, transformarea are loc aproape instantaneu.

Datorita vitezei de transformare foarte mari, ca si in cazul maclarii mecanice,

formarea cristalelor de martensita este insotita de propagarea unei perturbatii mecanice care

genereaza o unda acustica.

Corespondenta retelelor, variante corespondente si deformari ale retelelor

Mecanismul Bain impune o anumita corespondenta intre directiile cristalografice si

planurile cristalografice din faza initila si cea martensitica.

[101]i corespunde cu ( 111)m

(112)i corespunde cu (011)m

(1119i corespunde cu (011)m

Pagina 77 din 97

Modificarile structurale cele mai numeroase la transformarea martensitica apar in

aliajele de faza ( aliaje cu baza Cu, Au, Ag).

Fenomenul de stabilizare a austenitei constituie o caracterizare importanta atat pentru

transformarea martensitica la racire cat si pentru TMI la incalzire.

Mentinerea izoterma a fazei initiale la temperatura intre Ms si Mf conduce la blocarea

transformarii.Transformarea se continua numai dupa o subracire (T.

Efectul are drept cauza segregari de atomi straini dizolvati interstitiali pe dislocatiile

implicate in transformare.

Blocarea dislocatiilor reduce mobilitatea interfetelor.

Structurile CVC ordonate sunt de obicei de tipul B2 sal DO3.La temperaturi joase

structura se modifica prin transformarea martensitica in structura de impachetare stransa

denumite” structura de ordine la mare distanta cu un plan bidimensional de stransa

impachetare”(planul bazal).

Forfecarea invarianta a retelei si maclarea prin deformare

Transformarea martensitica este o transformare de ordinul intai caracterizata prin

germinare si crestere.

Este insotita de modificare de forma(distorsiune Bain).Distorsiunea Bain contravine

unor caracteristici generale ale transformarii martensitice si anume faptul ca deformarea este

omogena si planul habitus este invariant.

Mecanismul real al transformarii martensitice trebuie as cuprinda pe langa distorsiuni

Bain care genereaza noua retea cristalina si o forfecare suplimentara care as asigure planului

habitus distorsiunea nula ( o forfecare invarianta in raport cu reteaua).

In functie de natura aliajului in procesul transformari martensitice este necesara

alunecarea sau maclarea.

Prin maclare o portiune a cristalului poate sa modifice orientarea in mod definit si

simetric fata de restul cristalului.

Planul de simetrie sau axa de rotatie se numeste plan sau axa de macla.

Pot exista macalari de tipul 1(plan de forfecare este in planul de simetrie al fazei

initiale); maclari de tipul 2 (directia trebuie as apara intre cele 2 axe intersectate ale fazei

initiale) si maclari compuse.

Pagina 78 din 97

Din punct de vedere cristalografic scopul teoriei transformarii martensitice il

constituie determinarea cantitativa a parametrilor implicati: planul habitus si relatiile de

orientare intre faza initiala si cea martensitica.

Exista 2 teorii independente: Wechsler’Leberman-Read si Bowles-Mackenzie.

Prima ne spune ca daca se cunosc parametri retelelor austenita si martensita,

corespondenta retelelor si forfecarea invarianta putem calcula toti parametri implicati.

Datele teoriei prin alegerea corespunzatoare a forfecarii invariante se utilizeaza cu

succes pentru aliajele Cu-Al-Ni.

Transformarea martensitica se desfasoara la nivel macroscopic conform relatiei:

P1= (1P2B , unde

P1 este matricea de modificare a formei

este matricea de rotatie

P2 este matricea de forfecare invarianta

B este reteaua pentru crearea retelei martensitice

Martensita apare de obicei sub forma de plachete subtiri cu un plan invariant ca plan

habitus.

Deformarea planului invariant se descompune intr-o componenta de forfecare si una

de dilatare echivalenta cu modificarea de volum( (V/V ) care apare la transformarea

martensitica.

La transformarea termoelastica modificarea de volum este redusa(0,3%) ceea ce

inseamna ca deformarea plana invarianta in aceasta transformare este foarte apropiata de o

simpla forfecare.

Autoacomodarea martensitelor

Pagina 79 din 97

La transformarea martensitica se pot forma 24 de plane habitus dintr-un singur cristal

de faza initiala (12 variante corespondente notate cu + si - ).

Acomodarea deformarii se realizeaza prin combinarea favorabila a doua sau paru

variante de plane habitus numit fenomen de autoacomodare martensitica.

Autoacomodarea joaca un rol important in reducerea deformatiilor produse prin

transformarea martensitica.

Termodinamica transformarii martensitice

Temperaturi caracteristici

Pentru o transformare martensitica reversibila temperatura de inceput de transformare

este foarte scazuta, materialul nu trebuie sa contina elemente interstitiale ai caror atomi au

mobilitate mai mare chiar la temperaturi scazute.

Transformarea martensitica si transformarea martensitica inversa se desfasoara cu un

ciclu de transformare martensitica.

Din punct de vedere termodinamic, in absenta actiunii unei forte exterioare se pot

defini urmatoarele temperaturi:

Martensita start( Ms) – cand are loc aparitia martensitei

Martensita finish (Mf) – sfarsitul aparitiei martensitei

Austenita start (As) – inceputul transformarii inverse

Austenita finish (Af) – sfarsitul transformari inverse

Aceste temperaturi sunt influentate de compozitia chimica si de caracteristicile

termodinamice ale sistemelor de aliaje.

Datorita aparitiei si disparitiei progresive ale fazei martensitice s-au definit puncte

conventionale de transformare: Ms10, Af10, Mf 90, As90.

Temperaturile de transformare sunt usor masurabile prin variatia entalpiei de

transformare, rezistenta electrica.

Pagina 80 din 97

Entalpia libera Gibbs

Transformarea martensitica nu implica o modificare de compozitie de unde rezulta ca

(Ts este subracirea necesara desfasurarii transformarii martensitice

T0 este temperatura de echilibru termodinamic dintre faze

(Gi(m/ Ms = Gm- Gi ( forta de activare a germinarii M

Gm si Gi sunt entalpii libere Gibbs

La transformarea martensitica inversa (TMI) fenomenul este similar.

T0 = ½ (Ms+As)

Transformari martensitice termoelastice

Transformarile martensitice pot fi termoelastice si netermoelastice.

Pagina 81 din 97

Transformarile termoelastice au histerezisul termic mic, interfata foarte mobila la

racire si incalzire, transformari reversibile din punct de vedere cristalografic iar forta de

activare a transformariimartensitice este foarte mica.

Transformarile netermoelastice au forat de activare mare, histerezis termic mare,

interfata imobila si transformare ireversibila.

Efectul de memorie a formei si superelasticitatea sunt proprietati caracteristice

transformarii martensitice termoelastica.

Echilibrul termodinamic se stabileste intre energia chimica si cea elastica.

Efectul actiunii tensiunilor asupra transformarii martensitice

Transformarea martensitica este o transformare pe baza unui mecanism de forfecare si

este insotita de actiunea unei forte. Se poate calcula lucrul mecanic efectuat asupra sistemului

de catre forta respectiva.

La transformarea martensitica lucrul mecanic este pozitiv iar la transformarea

martensitica ireversibila este negativ.

(Gs = m1(( + m1n(n in care

este tensiunea de forfecare care actioneaza in planul habitus

este tensiunea normala perpendiculara pe planul habitus

m1n = V/V pentru majoritatea transformarilor martensitice

Forfecarea contribuie la desfasurarea transformarii martensitice

O forta perpendiculara poate contribui sau sa se opuna desfasurarii acestei

transformari.

Efectul de memorie a formei

Mecanismul efectului de memorie a formei

Efectul de memorie a formei este fenomenul prin care un material cu o anumita forma

initiala, deformat permanent la o temperatura sub As isi redobandeste forma originala printr-o

transformare care se desfasoara la incalzire la o temperatura situata deasupra temperaturii Af.

Deformatiile materialului pot fi sub forma de intinderi, compresiuni sau indoiri.

Pagina 82 din 97

Reprezentarea schematica a EMF

Transformarea martensitica cu inducerea tensiunii (TMIT)

La temperatura peste Ms se pot produce transformari martensitice sub actiunea unei

tensiuni rezultand astfel transformarea martensitica cu inducerea tensiunii.

Monocristalul de Cu-Al-Ni supus tractiunii la diferite temperaturi de la temperaturi

scazute la temperaturi ridicate rezulta doua tipuri de curbe (-(:

- cu varfuri ascutite ((1 cu structura ordonata de tip DO3((1’ (2H)

- liniare cu histerezis de tensiune foarte redus ((1((1’ (18R))

crt= f(T) conduce la doua linii drepte cu pante diferite.

Cresterea tensiunii critice cu cresterea temperaturii este datorata stabilizarii fazei

initiale in domeniul temperaturii inalte de unde rezulta ca pentru transformarea martensitica

indusa cu tensiune este necesara o tesiune mai mare.

Superelasticitatea

Este o caracteristica a aliajelor cu memorie a formei care consta in faptul ca,

deformarea produsa prin TMITeste anulata de deformarea produsa la TMI atunci cand este

indepartata tensiunea respectiva. Pe curba (-( apare o bucla inchisa.

Se manifesta la MIT sub actiunea unor sarcini; la incetarea actiunii acestor sarcini

desfasurandu-se TMI. In general, se manifesta sub actiunea unei tensiuni la TAf(neinsotit de

EMF).

Tensiunea aplicata interactioneaza cu deformarea de forma si formeaza o varianta

pentru care componenta de forfecare a deformarii de forma este maxima.

Efectul de memorie a formei si supraelasticitatea

Daca tensiunea critica pentru producerea alunecarii este destul de mare, in acelasi

material se pot regasi atat efectul de memoria formei cat si supraelasticitate, in functie de

temperatura de incercare.

La temperaturi TAf se manifesta SE

La temperaturi TAs se manifesta EMF.

AsTAf se manifesta partial ambele fenomene.

Pentru obtinerea efectului de memorie a formei si a supraelasticitatii sunt necesare:

Pagina 83 din 97

reversibilitate cristalografica a transformarii martensitice

evitarea alunecarii in timpul deformarii

Efectul de memorie a formei si termoelasticitate

Aliajele termoelastice au memoria formei si sunt supraelastice datorita:

fortei mici de activare a transformarii( histerezis termic redus se evita introducerea

dislocatiilor)

prezenta numeroaselor macle mobile care favorizeaza reversibilitatea cristalografica

Aliajele ordonata au efectul de memorie a formei si supraelasticitate din cauza:

structurii ordonate care asigura reversibilitatea cristalografica pentru evitarea

distrugerii retelei ordonate, TMI se poate realiza intr-un singur mod

strctura ordonata este caracterizata printr-o tensiune critica de alunecare mai amre

decat structura dezordonata care contribuie la evitarea dislocatiilor.

Efectul memoriei formei si supraelasticitatea se pot imbunatati prin durificarea

aliajelor termoelastice prin punere in solutie; precipitare sau prelucrare mecanica.

Aliajele termoelastice prezinta TM reversibila la care se pot indeparta eficient

deformatiile. In cazul celor cu structura ordonata, faza martensitica revine la cea initiala cu

orientarea originala.

Efectul de memorie in dublu sens

Spre deosebire de efectul de memorie a formei in care se presupune doar memorarea

fazei initiale, efectul de memorie in dublu sens presupunene si memorarea fazei martensitice.

La aplicarea unei tensiuni mici in domeniul martensitic acesta isi redobandeste

complet forma initiala incalzind peste Af .

Daca tensiune aplicata este foarte mare in domeniul martensitic, materialul nu isi mai

redobandeste forma initiala nici la o incalzire peste Af.

Intr-un nou ciclu de racire materialul se deformeaza automat.

Daca se repeta incalzirea si racirea materialul isi modifica forma amintindu-si si

forma in starea martensitica.

Acest fenomen se numeste efect de memorie in dublu sens si se explica astfel:

prin deformare accentuata se introduc dislocatii in material si se stabilizeaza

configuratia martensitei.

Pagina 84 din 97

aceste dislocatii raman in faza initiala chiar si dupa TMI desfasurata la

incalzire.Campul de tensiune creat in jurul lor induce anumite variante de plane habitus la

racire.

Comportarea tip cauciuc

Este un fenomen descoperit in 1930 la aliaje de Au-Cd de Olander.

Pseudoelasticitatea de maclare este o caracteristica a materialului care se refera la deplasarea

reversibila a limitelor de macle in interiorul cristalelor de martensita.

Un aliaj deformat imediat dupa ce sufera o transformare martensitica are o comportare

plstica si prezinta efect de memorie a formei.

Un aliaj imbatranit in stare martensitica 14 ore devine pseudoelastic.

Caracterizarea aliajelor cu memoria formei

Caracteristici principale la aliaje cu memoria formei

Capacitatea de amortizare:

- mai mare cu un ordin de marime la martensita din aliaje pe baza de Cu fata de

martensita din otel

- gradul de amortizare cuprins intre (25-60)% este neliniar functie de amplitudinea

vibratiei si e in fuctie de temperatura si timp

- este mai mare la temperaturi scazute

- TM este insotita de un maxim de amortizare

- se raelizeaza prin miscarile atomilor, deplasarile dislocatiilor interfetelor si de

deplasarea limitei de graunte

Rezistenta electrica specifica variaza cu 40% de la M la A

Puterea de reflexie

- la transformarea martensitica culoarea materialului se modifica

- dezvoltarea unei memorii optice, activata prin caldura generata de o radiatie laser

EMF – deformarea aparent plastica in stare martensitica se indeparteaza in timpul

incalzirii ulterioare cand materialul isi redobandeste forma initiala rezulta deci ca materialul

isi reaminteste doar forma calda.

Tensiunea de redobandire a formei initiale se genereaza cand se impiedica

manifestarea EMF

Pagina 85 din 97

Producerea lucrului mecanic la incalzire –cand redobandirea formei se face in cazul

actiunii unei forte care se opune acestui fenomen

EMFDS – modificarea reversibila spontana i dublu sens a formei la incalzire si la

racirea materialului

Superelasticitatea – tensionarea formei calde produce deformatii mari la tensiuni

scazute; forma se redobandeste in intregime la incetarea actiunii fortei

Tensiunea de redobandire a formei de joasa temperatura apare atunci cand la racire

este impiedicata modificarea formei pentru obtinerea formei reci

ii) Modificarea formei de joasa temperatura are loc si sub actiunea unei forte

semnificative care se opun. Materialul care prezinta EMFDS poate efectua lucru mecanic la

racire.

Proprietatile sunt strans legate de transformarea martensitica termoelastica si

reversibila.

Modificarea macroscopica maxima are loc in monocristalul din varianta martensitica

orientata preferential.

Orice deformatie suplimentara genereaza deformatii plastice nerecuperabile care

conduc la redobandirea incompleta a formei.

Deformarea reversibila in policristale este mai mica decat in monocristale datorita

orientarii diferite a grauntilor si a cerintelor de compatibilitate la deformarea cu grauntii

vecini.

Modificarile reversibile de forma necesita (((crt pentru deformarea plastica. Daca

tensiunile sunt prea mari apar deformari plastice ireversibile deci rezulta forma incomplet

redobandita.

Faza initiala si faza martensitica sunt faze metastabile. O supraincalzire conduce la

transformarea in faze intermediare sau faze stabile si pierderea proprietatilor de memorie.

Caracteristici structurale si morfologice ale transformarii martensitice in aliajele

neferoase

Martensita este o faza de echilibru care nu necesita raciri rapide, este ireversibila, are

loc in conditii izoterme, sacadat adica perioade scurte de activitate si perioade lungi de

inactivitate. Racirea lenta si modul de crestere rapid este specific tarnsformarii martensitice in

MP.

Transformarea martensitica in aliajele cu baza Cu cu efect de memoria formei

Pagina 86 din 97

Avantaje practice: conductivitate electrica si termica remarcabila, deformabilitate

accentuata si pret de cost relativ scazut.

Temperatura de transformare este influentata puternic de variatii mici ale compozitiei

aliajului.

Temperatura de transformare depinde in principal de compozitia chimica dar si de

tratamentul termic, viteza de calire, dimensiunea grauntilor(dimensiuni mici pentru Ms mari),

numarul de cicluri de transformare dar si de adaosul de Mn care scade temperatura de

transformare si imbunatateste ductilitatea.

Favorizarea formarii variantelor martensitice induse in mod repetat se datoreaza

dispunerii dislocatii ce formeaza configuratii de energie mica fata de celelalte variante

echivalente. Dislocatiile complexe se obtin prin ciclari termomecanice si termice.

Energia elastica inmagazinata in AMF se datoreaza in cea mai mare masura energiei

deformarii elastice datorata tensiunii exterioare( energia interfetei este neglijabila).

In orice punct din frontul de transformare se formeaza variante care corespund

maximului a trei termeni referitori la defecte, elasticitate, lucru mecanic.

Explicarea efectului de memorie a formei

Transformarea martensitica incepe in grauntele fazei initiale cu orientarea cea mai

favorabila corespunzatoare unui lucru mecanic maxim.

Modificarea de forma care insoteste cresterea variantei preferentiala determina

cresterea termenului elastic, lucrul mecanic ramane constant, rezulta cresterea altei variante

ceea ce duce la un aranjament de autocomodare a variantei martensitice.

Germinarea martensitei termoelastice ete conditionata de un histerezis foarte mic. In

practica apar histerezisuri mai mari in special din motive de frictiune in timpul deplasarii

interfetelor martensita-faza initiale determinand contributii ireversibile. In absenta acestora

intre A si M se stabileste un echilibru termodinamic bifazic; repercursiunile factorului

ireversibil cocnstau in introducerea sensului de deplasare a echilibrului bifazic.

Originea EMFDS

Modificarea spontana a formei se datoreaza anizotropiei structurale determinata de

dislocatile generate in timpul ciclarii de educare. Energia acestor zone este minima in

Pagina 87 din 97

variantele cu orientare preferentiala induse repetat la educarea prin ciclare. Aceste variante

vor fi favorizate si la urmatoarea ciclare termica.

EMFDS a fost atribuita relaxarii tensiunii reziduale; fenomenul care apare la

contribuirea martensitei preferentiale. Distributia macrotensiunii este neomogena si poate sa

conduca la formarea martensitei preferentiale insotita de modificarea de forma.

EMFDS trebuie sa fie reproductibila; de aceea abilitatea acestuia de a actiona

impotriva tensiunii suplimentare o constituie caracteristica suplimentara.

Tratamente termice si termomecanice aplicate aliajelor cu memoria formei

Aceste tratamente au rol deosebit in tehnologia de obtinere a aliajelor cu memoria

formei deoarece contribuie la producerea tansformarii in stare solida cu efect direct asupra

propretatilor fizico- mecanice si tehnologice ale materialelor.

Tratamentele termice se aplica pentru obtinerea efectului de memorie a formei.

Principalele tratamente sunt:

Tratamentul de punere in solutie

Materialul se incalzeste pana in domeniul de existenta a solutiei solide in zona

temperaturilor inalte, se mentine la aceasta temperatura un anumit interval de timp pana cand

aliajul este adus in solutie.

Calirea

Pentru inhibarea precipitatiilor, dupa tratamentul de punere in solutie, AMF se supun

in general la calire care consta intr-o racire brusca. Chiar in aceste conditii de racire cu viteze

mari, transformarea martensitica sau transformarea ordine-dezordine se poate sau nu

desfasura in functie de conditiile existente.

Tratamente de imbatranire se efectueaza pentru stabilizarea fazelor aparute in cursul

calirii sau al prelucrarii.

Tratamentul de memorare a formei

Metode de realizare:

Educarea materialului

Incalzire sub sarcina(fortata)

Deformare excesiva

Tratament de imbatranire(fortata) sub sarcina(prin tensionare)

Pagina 88 din 97

Obtinerea EMF intr-un singur sens consta intr-un tratament termic in timp ce este

constrans sa ia o anumita forma pe care trebuie sa o memoreze.

Obtinerea EMFDS este tratamentul la care este supus materialul pentru a obtinerea

efectului de memorie in dublu sens. In faza initiala de temperatura inalta se introduce o

tensiune interna utilizand: educare, incalzire sub sarcina, deformare excesiva si imbatranire

fortata.

d1) Educarea consta intr-operatie de repetare a transformarii martensitice directe si

inverse sub actiunea unei tensiuni externe(ciclare sub tensiune).

Repetarea se refera la:

Repetarea operatiei de racire sau incalzire intre Mf-Af sau peste Mf-Af sau peste Af

Repetarea operatiei de racire pana la temperatura sub Ms sau Mf urmat de incalzire la

temperatura situate peste Af dupa indepartarea tensiunilor externe. De unde rezulta educarea

EMF

Repetarea operatiei pentru obtinerea transformarii martensitice sub tensiune la

temperaturi situate peste Af, urmata de indepartarea sarcinii de unde rezulta educarea indusa

de tensiune.

d2) Incalzirea sub sarcina este o operatie de mentinere a materialului cu o forma

impusa, stabilita pentru memorare la o temperatura de existenta a starii initiale pentru un

anumit interval de temperatura.

d3) Deformare excesiva prin utilizarea unui grad mare de deformare pentru obtinerea

unei deformatii permanente in material.

d4)Tratamentul de imbatranire fortata folosit pentru producerea de precipitate fine in

faza initiala prin aplicarea unui tratament de imbatranire asupra materialului deformat sub

actiunea unei forte impuse pentru inducerea EMFDS

Tratamente termice si tratamente termomecanice pentru aliajele cu baza Cu

Aceste tratamente urmaresc doua obiective si nume memorarea unei formei si

transformarea structurii aliajului in faza (, la limita inferioara pentru a se evita cresterea

grauntilor. Dupa mentinerea de scurta durata pe palier, aliajele se calesc in apa pentru

accelerarea vitezei de racire folosindu-se bai de KOH. Vitezele mari de calire evita

precipitarea fazei (.

Ciclarea termica

Pagina 89 din 97

Ciclarea termica prin care se realizeaza o transformare directa si una inversa poate

produce un nummar mare de disclocatii in faza initiala AMF.

Microstructura unui aliaj Cu-Al-Ni obtinut prin microscopie optica prin transmisie

arata ca densitatea dislocatiilor creste odata cu cresterea de cicluri termice. Aliajul a fost

supus unei ciclari termice care repeta transformarea D03 (sau L21) implica 2H(2O). Ms si Af

scad mult odata cu cresterea numarului de ciclari termice. Modificarea in paralel a

temperaturii se considera ca fiind datorata temperaturii de echilibru T0 dintre faza initiala si

faza martensitica.

Densitatea de dislocatii acumulate prin ciclare termica depinde de modul de

transformare. Cantitatea de dislocatii este mai mica in cazul repetarii transformarii D03 (L21)

-> 2H(20) decat in cazul D03(L21)-> 18R(6M), tensiunea datorata modificarii de volum nu

constituie cauza principala de producere a dislocatiilor. Martensita formata poate reveni la

faza initiala sau poate sa se stabilizeze prin tensiuni locale. Dupa un numar mare de ciclari

termice intervalele temperaturilor de transformare Ms-Mf si Af-As cresc in general datorita

compusilor de tensiune produse prin cantitati mari de dislocatii.

Finisarea grauntilor

Datorita cresterii rapide a grauntilor, aliajele cu memoria formei pe baza de cupru

tratate termic au in general marimi de graunte de ordinul milimetric. Sunt fragile si

predispuse la distrugeri intergranaulare primature. Au fiabilitate scazuta la ciclarile

termomecanice datorita unei degradari rapide a performantei de memorie.

Testarea AMF

Marimi care se modifica in functie de gradul de transformare:

Entalpia de transformare

Rezistivitatea electrica

Puterea termoeleastica

Microstructura materialului

Emisia acustica.

Pagina 90 din 97

1. Determinarea temperaturii de transformare martensitica prin metoda DSC

2. Caracteristici de recuperare a formei.

- incercarea caracteristicilor mecanice ale sarmelor prin incercari la tractiuni.

3. Transformarea martensitica la racire are loc cu cresterea temperaturii

corespunzatoare entalpiei si transformarea martensitica are loc la incalzirea cu scaderea

temperaturii corespunzatoare entalpiei de transformare.

4. Determinarea tensiunii de redobandire a formei

5. Determinarea rezistivitatii electrice

Comportarea mecanica a aliajelor cu memoria formei sub influenta unor factori

externi.

Generarea tensiunii de revenire in stare tensionata

Daca la incalzirea unui AMF se impiedica redobandirea formei de temperatura inalta

in material apar tensiuni de revenire, la o temperatura Td inferioara punctului Mf materialul

este supus deformarii sub actiunea unei sarcini. Redobandirea formei este impiedicata prin

introducerea unui obstacol extern, o deformatie epsilon C. Incalzirea materialului pana la Tc

produce o revenire lilbera.

Recupererare deformatiei epsilon C ramase este impiedicata de obstacolul mecanic

extern. Tensiunile de revenire la Tc sunt generate cuo viteza constanta de sigma R / dT.

Fenomenul este aplicat la dispozitivele de cuplare a tevilor. Pentru o deformatie

suficient de redusa materialul isi poate retransforma forma definandu-se o tensiune de

recuperare maxima sigma rm. Dispunerea variantelor martensitice, deformatia si viteza de

generare a tensiunilor depinde puternic de istoricul termomecanic al AMF. Deformatia scade

cu cresterea fractiei de transformare. Viteza scade cu cresterea temperaturii de contact si cu

cresterea tensiunilor de revenire.

Modelul termodinamic al generarii si disparitiei tensiunilor de revenire a formei la

incalzire (A-B) respeciv la racire (C-D) in stare tensionata corespund cu datele experimentale

obtinute.

Tensiunile de revenire la incalzire corespund echilibrului termodinamic β1->β in

domeniul [TA, TB].

Pagina 91 din 97

Tensiunile de revenire la racire corespund echilibrului termodinamic β->β1 in

domeniul [TC, TD]. Apare un histeresis (TB,TC) si (TA, TD) unde σr ramane constanta.

Figura

In cazul materialelor educate se pot obtine tensiuni de revenire si la racire, cand forta

externa impiedica materialul sa revina la forma de temperatura joasa.

Se numesc tensiuni de redobandire a formei reci si au sens opus celor anterior

prezentate.

Capacitatea de amortizare a AMF.

Comportarea se studiaza in intervalul transformarii martensitice si in stare

martensitice. In faza β nu prezinta in general caracteristica de amortizare ci fenomenul de

relaxare.

frecarea interna la transformarea martensitica.

In timpul transformarii martensitice apare un maxim de frictiune interna si un modul

de elasticitate minim:

unde:

- este termenul referitor la transformare, la incalzire sau racire, este cel mai

important termen ce depinde de viteza (dT/dt), frecventa de rezonanta (f) si amplitudine

(Sigma ZERO)

- este termenul mecaninsmului transformarii de faza, depinde de mobilitatea

interfetelor martensita-martensita, faza initiala-martensita.

- este termenul sumei frecarii interne la fiecare faza.

Aplicatiile in care apar vibratii continue, la temperatura constanta, o fractie

volumimca de 100% Martensica asigura o buna amortizare.

Pagina 92 din 97

Frecarea interna in faza martensitica.

Migrararea reversibila a interfetelor dintre variantele martensitice determina o

comportare neliniara. Prin microscopie optica s-a eveidentiat un ansamblu de dislocatii aflate

in retea ordonata in zone interfetelor, cu mobilitate mare in faza martensitica, care determina

o mai buna amortizare a vibratiilor. Rezulta ca un model cu o singura varianta de martensita

fara interfete nu poate fi capabila de amortizare. Ipoteza nu este nici confirmata nici infirmata

de studiile facute. Frecarea interna in martensita este determinata de factori externi

(temperatura, timp, frecventa, amplitudinea vibratiilor) cat si de factori interni (tipul

materialului dimensiunea grauntilor, defecte structurale, densitataea martensitei la interfata).

La amplitudini mari (>10-4) factorul de pierdere este de 6-8%; la impact creste peste

10%. Pentru amplitudini mici (10-5) factorul de perdere scade la 2-4%

Efectele ciclarii, oboseala si degradarea AMF

Fenomenul de oboseala este foarte important pentru proprietatile functionale ale

AMF. Acesta poate interveni prin:

distrugerea materialului prin rupere datorata: ciclarii sub tensiune, ciclarii in prezenta

deformarii la temperatura constanta;

modificarea proprietatilor fizice datorata ciclarii termica (temperaturi de transformare,

histerezis, EMFOS, etc);

degradarea EMF datorata ciclarii: sub tensiune, in prezenta deformarii sau termice, in

sau prin domeniul de transformare.

Fiabilitatea globala depinde de temperatura, tensiune si deformare si este o consecinta

directa a acumularii defectelor, modificarilor structurale. Toate modificarile vor determina

schimbari ale temperaturilor de transformare, histerezisului, reproductibilitatii efectelor de

memorie, numarului de cicluri de transformari pana la rupere. Parametrii externi care

influenteaza oboseala se refera la timp, temperatura, tensiune deformatie si numar de cicluri.

Parametrii interni; sistem aliaj, compozitie, tip transformare, structura retea de cristalizare.

Modificarea acestora duce la cresterea fortelor de frictiune, stabilizarea martensitei, generarea

sau anihilarea de defecte, aparitia precipitatelor.

Pagina 93 din 97

Distrugerea prin rupere.

Oboseala clasica imnplica acumularea unor defecte, formarea de fisuri si propagarea

lor pana la rupere.

Curbele Wolher arata o dispersie a rezultatelor datorata putinelor cercetari in acest

segment. AMF cu graunti mici sre o rezistenta mai buna la oboseala.

Scaderea rezistentei la oboseala este data de prezenta incluziunilor, segregatiilor la

limita de graunte si de calitatea suprafetelor.

Aliajele cu baza Cu au o rezistenta la oboseala sporita fata de aliajele Ni-Ti, de

altminteri initierea fisurilor si mecanismul de crestere este diferit pentru acest e doua sisteme

de aliaje.

La policristale initierea fisurilor multiple apare la limita de graunte. La monocristale

se produce la limita interfazica sau interfetele martensita-martensita. Pentru monocristalele

Cu-Al-Ni fisurile au crescut paralel cu placheta de martensita indusa sub tensiune. Pragul de

oboseala este mai mic in timpul TM decat in fazele stabile (faza intiala si martensitica)

Influenta ciclarii termice

Ciclarea termica prin domeniul de Tm duce la modificarea temperaturilor de

transformare si a histerezisului. Cercetarile de pana acum sunt contradictorii, unui cercetatori

determinand cresteri ale Ms altii scaderi ale acestui punct. Se considera ca uneori defectele

stabilizeaza fazele sau pot functiona cu centre de germinare.

Diagrama de reprezentare a EMF

Efectele de memorie a formei depind de tratamentele termomecanice, procedeele de

educare, tensiune, deformari cat si de sistemul de aliaj, compozitia chimica, tipul

transformarii, structura de retea, defecte structurale.

Stalmens a determinat trei tipuri de deformare:

EMFOS ca fiind diferenta de deformare intre forma calda si forma rece

DMOS ca fiind diferenta intre deformarea intre deformarea martensitica dupa n

cicluri si cea inainte de ciclare.

Pagina 94 din 97

DR deformatia reziduala a fazei B dupa n cicluri se datoareaza deformarii plastice

reale a retelei si stabilizarii martensitei. Martensita se restaureaza la o temperatura mai mare

decat cea maxima din ciclurile de educare.

A fost evidentiata aparitia martensitei locale alfa indusa de tensiunea la ciclare;

distruge morfologia martensitei si degradeaza deformarea. Acumularea defectelor la ciclare

este una din cauzele cresterii derformatiei reziduale; se distrug germenii initiale determinand

cresterea variantelor martensitice corespunzatoare in favoarea celor necorespunzatoare.

Viteza de degradare depinde de EMFDS initial.

Comportarea mecanica a aliajelor cu baza Cu

Efectul de memorie a formei si superelasticitate

AMF monocristaline cu baza Cu prezinta o comportare mecanica neobisnuita total

diferita de cea a altor sisteme de aliaje chiar si fata de cele policristaline.

Aliajele Cu-Al-Ni policristaline deformate sub actiunea unei forte de tractiune au

deformatii reversibile datorate EMF, mici si ruperea la limita de graunte se produce cu

usurinta. Deformatia reversibila datorata superelasticitatii este aproape nula; ruperea la limita

de graunte se produce inainte de inducerea prin tensiune a martensitei.

Efectul de memorie in sens invers (reversibil)

Un aliaj cu memoria formei deformat sub sarcina la temperatura apropiata de Ms si

incalzit peste Af isi redobandeste incomplet forma prin EMF, din cauza deformatiei

permanente provocate prin alunecare. Mentinut un anumit timp, deformatia sufera o

deplasare pe directia de aplicare a tensiunii fenomen numit efect de memorie a formei in sens

invers.

Modificarea de forma inversa este legata de transformarea bainitica de natura duala

(difuzie si fara difuzie). Se presupune ca modificarea macroscopica a formei este legata de

influenta tensiuniilor exterioare si interioare asupra deformatiilor produse de transformarea de

faza.

Ruperea la limita de graunte

Pagina 95 din 97

Policristalele cu baza Cu sunt in general fragile, predispuse la fisurari intergranulare

chiar si la calire.

Dimensiunile mari de graunte contribuie la concentrarea tensiunilor la limita de

graunte datorita deformarii elestice si plastice incompatibile a grauntilor.

Aliajele Cu-Al-Ni au o anizotropie accentuata din punct de vedere al elasticitatii si o

limita de curgere mare in cazul structurii ordonate de 03. Principala cauza a fisurarii

intergranulare este formarea la calire a MIT de-a-lungul limitei de graunte. La deformari

deplasaarea acesteia sau acomodarea tensiunii contribuie la formarea fisurii, a carei adancime

depinde de diferenta de orientare dintre doi graunti adiacenti.

Se intampla daca mediul de calire are o temperatura mult sub Ms. Pentru mediul de

calire cu temperaturi apropiate de Ms, MIT se formeaza uniform.

Ruperea la oboseala

In materialele policristaline alunecarea contribuie la relaxarea tensiunii la limita de

graunte. Chiar si la temperaturi peste Af, MIT se stabilizeaza prin campul de tensiuni al

dislocatiilor, la indepartarea sarcinilor ramanand deformatii reziduale. Urmatoare formare de

MIT este asistata de campul de tensiune al dislocatiilor si astfel se reduce tensiunea critica de

formare a acestora.

Rezistenta la deformare in acest caz depinde de modul de deformare:

deformare elastica in stare initiala;

deformare datorata MIT;

deformare datorata reamenajarii martensitei de tip 2H

Oricare ar fi modul de deformare rezistenta la oboseala este mai mica in stare

policristalina decat in stare monocristalina. Pentru un aliaj cu memoria a formei Cu-Al-Ni,

rezistenta la oboseala scade in ordinea a, c, b deoarece cel mai nefast efect il are deformarea

determinata de deplasarea interfetelor AIM.

Rezistenta mecanica la rupere si oboseala

Pagina 96 din 97

Imbunatatirea caracteristicilor termice si mecanice in aliajele cu memoria formei cu

baza Cu sa facut prin tratamente de preimbatranire sau calire in trepte. In acest caz excesul de

vacante este indepartat partial prin recoacere.

Rafinarea grauntilor imbunatateste caracteristicile acestor materiale.

Adaosul cu elemente modificatoare Ti, Zr, V, Pb, B etc intervin in rafinarea grauntilor

prin doua efecte:

- Ti scade viteza de difuzie a atomilor constituienti si determinand doua tipuri de

precipitate Xl si Xs cu structura L21: (Cu,Ni)2; TiAl si micsorand grauntii de turnare

- Efectul de prindere si fixare a particulelor Xs care suprima cresterea grauntilor cu

faza Beta, producand o rafinare finala

Tratamente termecanice, solidifcare rapida, pulverizare catodica si metalurgia pulberii

lor.

S-au obtinut AMF din Sistemul Cu-Al-Ni cu dimensiuni de 5μm prin TTM care a

condus la tensiuni de rupere de 1200Mpa si o deformatie de rupere de 10%. Aliajele obtinute

au stabilitate termica foarte buna dar ductibilitate scazuta. Aceasta scade semnificativ cu

cresteri mici ale continutului de Al. S-a trecut la inlocuirea unei parti din Al cu Mn si s-a

constatat o imbunatatire a ductilitatii, fara afectarea temperaturilor de transformare. S-a

constatat ca AMF din sistemul Cu-Al-Ni-Ti-Mn cu compozitie eutectoida prezinta cea mai

buna rezistenta termica. In acest material nu are loc nici o precipitare in cursul imbratranirii la

623K timp de 5 ore.

Pagina 97 din 97