4.1.2.Trung tâm hợp thành trực giao 54
4.2. Chế độ mạ 58
4.3.Quá trình thí nghiệm 58
4.3.1. Thí nghiệm lần 1 59
4.3.2. Thí nghiệm lần 2 60
4.3.3. Thí nghiệm lần 3 60
4.3.4. Thí nghiệm lần 4 60
4.3.5. Thí nghiệm lần 5 60
4.3.6. Thí nghiệm lần 6 61
4.3.7. Thí nghiệm lần 7 61
4.3.8. Thí nghiệm lần 8 61
4.3.9. Thí nghiệm lần 9 62
4.4. Kết luận 62
Ch
ƣ
ơng
V: Kết luận chung và
h
ƣ
ớng
tiếp theo của đề tài 63
Tài liệu tham
khảo
Phụ
lục
I . T ính c ấp t hiết c ủa
đề
tài
PHẦN MỞ ĐẦU
Mạ composite đó là lớp mạ điện bình thường nhưng trong đó cấu tạo
các hạt cực nhỏ của một hay vài chất, những hạt này đồng kết tủa từ một dung
dịch huyền phù. Huyền phù được tạo ra bằng cách trộn lẫn một lượng bột xác
định vào chất điện phân mạ kim loại. Các chất bột có kích thước hạt cùng kích
cỡ với hạt tinh thể, dao động trong khoảng 0,01 đến 20µm sẽ đồng kết tủa
cùng kim loại mạ và phân bố đồng đều trong toàn thể tích mạ những hạt cho
vào là những hạt có độ rắn cao, khó nóng chảy, bền về phương diện hoá học
cũng như cơ học. Các lớp mạ composite không chỉ có các tính chất của các
phi kim loại như độ bền hoá học cao, độ cứng cao, tính chịu mài mòn cao.
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và
đặc biệt là tính chất bề mặt nói riêng, đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế
tạo nhiều bề mặt chi tiết máy theo yêu cầu của công nghệ cao. Một trong
những ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực tạo ra lớp mạ trên bề mặt
chi tiết máy nhằm giảm ma sát, tăng khả năng chống mòn trên bề mặt tiếp xúc,
nâng cao tính ổn định và cấu trúc toả nhiệt cao. Với những bề mặt có yêu cầu
cao về công nghệ, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong những
giải pháp mang tính đột phá thì mạ composite Chrome là một phương pháp
như vậy.
Nghiên cứu trong và ngoài nước: Năm 1929 C.G Fink và J.D Prince thu
được lớp mạ tổ hợp Cu trong dung dịch axít có chứa các hạt Grafit. Năm
1939
Bajmakov đã thu được lớp mạ tổ hợp với sự đồng kết tủa của các hạt phi
kim loại. Trong các năm sau đó nhiều tác giả đã tạo ra lớp mạ Niken với sự
kết tủa của pha thứ hai như: AL
2
O
3
, SiO
2
, TiC, TiO
2
,WC….ở trong nước có
đề tài cấp nhà nước nghiên cứu về mạ tổ hợp do PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình
chủ trì.
Lớp mạ composite chrome có những tính chất của lớp mạ điện bình
thường như tính dẫn nhiệt, dẫn điện, chịu mài mòn, ngoài ra nó còn có tính
chất của phi kim loại như độ cứng cao, tính chịu ăn mòn cao, chịu mòn cao.
Trong
quá trình mạ composite các hạt của pha thứ hai được đưa đến bề mặt catốt
nhờ sự điện ly và nhờ sự khuấy trộn dung dịch. Quá trình khuấy tạo ra vận tốc
của các hạt đến bề mặt catốt, nếu vận tốc này phù hợp sẽ tạo điều kiện cho quá
trình bám dính để hình thành lớp mạ, nếu vận tốc quá lớn hay quá nhỏ sẽ
gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng lớp mạ.
Ý nghĩa của khuấy:
Khuấy để tăng chuyển động tương đối giữa catốt và dung dịch nên
được phép dùng mật độ dòng điện catốt cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn,
ngoài ra nó còn làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực, san bằng
pH và nhiệt độ trong toàn khối dung dịch cũng như tại nơi gần điện cực, nó
giúp các hạt của pha thứ hai đồng đều trong dung dịch và chuyển động đến bề
mặt catốt (nhất là khi các hạt của pha thứ hai là trung tính và có trọng lượng
riêng lớn).
Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bề mặt, đã góp
phần tạo lên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Trong việc
tạo ra bề mặt chi tiết đáp ứng công nghệ cao thì mạ composite Chrome là một
trong những phương pháp điển hình.
Thực tế mạ composite Chrome là phương pháp đang được ứng dụng
trong sản xuất động cơ máy bay, động cơ tuabin khí hiện đại, công nghiệp ôtô,
vũ trụ và hạt nhân.
Vì vậy một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai
thác hiệu quả hơn việc sử dụng mạ composite Chrome là : Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome.
I I .
N
ộ
i
dun
g
n
g
h
iê
n
c ứ u
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và
các phụ lục luận văn này có nội dung sau:
Ch
ƣ
ơng
1: Tổng quan về mạ điện.
Nghiên cứu tổng quan về mạ điện.
Ch
ƣ
ơng
2: Ảnh
h
ƣ
ởng
của chế độ khuấy trong mạ composite Chrome.
ra.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hình thành lớp mạ và các hiện tượng xảy
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ
composite Chrome.
Ch
ƣ
ơng
3: Thiết kế hệ thống khuấy
Tính toán thiết kế hệ thống khuấy theo nguyên lý hút, sục dung dịch
cho bể mạ composite thể tích 0,4m
3
Ch
ƣ
ơng
4: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh
h
ƣ
ởng
chế độ khuấy
đến chất
lƣợng
lớp mạ
Ch
ƣ
ơng
5: Kết luận và
h
ƣ
ớng
nghiên cứu tiếp theo của đề tài
I I I . Đ ố i
t
ƣ
ợ n g
và
p h ạm
vi
n g h iê n
c ứ u
Tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite
Chrome cụ thể là: Mối quan hệ giữa chế độ khuấy đến chất lượng mạ
composite Chrome, chế độ khuấy và chất lượng lớp mạ.Việc thí nghiệm được
tiến hành với các điều kiện:
- Hệ thống dây truyền mạ composite.
- Vật liệu: thép 9XC, Y8A (tôi đạt HRC 60)
- Vật liệu làm điện cực: chì.
- Đối tượng thí nghiệm: Ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp
mạ.
I V.
P h
ƣ
ơ n g
p h áp
n g h iê n
c ứ u
Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về quá trình hình thành lớp mạ composite.
- Thí nghiệm mạ để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa
chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ.
- Thực nghiệm để xây dựng các hàm toán học biểu diễn mối quan hệ
giữa chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ.
V.
Ý
n g h ĩa
kh oa
h ọ c
và
ý
n g h ĩa
t h ự c
t iễ n
c ủ a
l u ậ n
vă n
1. Ý nghĩa khoa học
Thiết kế, chế tạo hệ thống khuấy để mạ thành công lớp mạ composite
nền chrome. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ
từ đó đưa ra chế độ khuấy phù hợp để đạt được lớp mạ có chất lượng cao, tính
kinh tế cao là rất cần thiết để triển khai công nghệ mạ composite ở Việt Nam.
2. Ý nghĩa thực tiễn
Trong công nghiệp, mạ thường dùng để mạ các bề mặt chi tiết chìu mài
mòn và phục hồi các chi tiết do bị mài mòn, vì vậy ứng dụng công nghệ mạ
composite nền Chrome đem lại hiểu quả kinh tế lớn, khi mạ composite với chi
tiết mới có thể tăng độ bền lên 1,5 đến 2 lần.
LỜI CẢM
ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS.Nguyễn
Đăng Bình - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên trong suốt quá trình
làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô Giảng viên trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Xin cảm ơn tập thể cán bộ
Trường Cao đẳng Cơ khí - Luyện kim đã tạo điều kiện tốt nhất cho Tôi trong
quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn sự động viên và
đóng góp ý kiến quý báu của các bạn đồng nghiệp đã giúp cho tôi hoàn thành
luận văn này.
Thái Nguyên –
11/2009
C H Ƣ Ơ N G
I
TỔNG QUAN VỀ MẠ ĐIỆN
1 . 1 . C ơ sở c hun g
- Mạ composite ứng dụng rộng rãi trong động cơ máy bay, động cơ
tuabin khí hiện đại, công nghiệp ôtô, vũ trụ và hạt nhân, được dùng trong
nhiều ngành công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi kích thước,
trang sức, chống mòn, tăng cứng, phản quang, dẫn nhiệt, thấm dầu và dễ
hàn
- Quá trình mạ composite đơn giản, kinh tế, có thể hình thành trên vật
liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo, gốm sứ hoặc
vật liệu composite. Lớp mạ cũng như vậy ngoài kim loại và hợp kim ra nó
còn có thể là composie của kim loại - chất dẻo hoặc kim loại - gốm…Mạ
composite – lớp mạ trên bề mặt chi tiết có sự tham gia của kim loại và các hạt
cứng nhằm giảm ma sát, tăng khả năng chống mòn hoặc ăn mòn trên bề mặt
tiếp xúc. Các hạt cứng nhỏ mịn, phân bố trong cấu trúc của lớp mạ tạo lên
các tính chất cơ lý đặc biệt, nâng cao tính ổn định về cấu trúc ở nhiệt độ cao
hơn. mạ composite có thể thực hiện trên bất cứ chi tiết có hình dáng phức tạp
nào và có thể đảm bảo độ chất lượng mạ mà không cần thiết bị rất hiện đại.
Mạ composite có thể chia thành năm nhóm:
- Mạ composite hạt mịn trên nền kim loại.
- Mạ composite sử dụng sợi ứng lực trên nền kim loại.
- Mạ composite Electroless.
- Mạ composite lớp và thớ.
- Mạ composite quang học.
Trong số năm nhóm trên thì mạ composite hạt mịn trên nền kim loại
đang được sự quan tâm nghiên cứu ở nước ta. Lớp mạ
compos
ite ở dạng này
được hình thành khi vật liệu không tan ở dạng hạt mịn được đưa vào bể mạ
của quá trình mạ thông thường. Trong quá trình điện phân các hạt mịn sẽ
tham gia vào lớp mạ cùng với kim loại nền và hình thành lớp mạ composite.
Để chuẩn bị cho mạ composite các hạt cứng cần được giữ lơ lửng trong dung
dịch điện phân nhờ khuấy bằng cơ khí, cơ học, từ tính và dòng chảy. Mạ
composite có thể mạ trên tất cả các nền vật liệu mà mạ điện thực hiện được.
Chiều dày của lớp mạ phụ thuộc vào kích cỡ của hạt, bản
c
hất của hạt và
bản chất của kim loại mạ.
- Các kim loại mạ thường dùng mạ với hạt là: Co, Cu, Au, Cr, Fe, Pb,
Ni, Zn và hợp kim của chúng. Các hạt thường sử dụng đưa vào lớp mạ là:
- Carbides – Ti, Ta, Si, W, Zr, B, Ni
- Nitrides – B, Si
- Borides – Ti, Zr, Ni
- Sulfides – Mo, W
- Graphite, Mica, PTFE và kim cương.
- Mạ composite hạt mịn trên nền kim loại được ứng dụng trong việc
nâng cao khả năng chống mòn, cào xước, của kim loại hay hợp kim (Ni +
SiC, Pb + TiO
2
), tăng khả năng chống ăn mòn bằng cách sử dụng mạ Cr cỡ
micro không liên tục trên thép mạ composite nền Niken (Ni + Al
2
O
3
), tạo lớp
mạ giảm ma sát (MoS
2
với Ni hoặc Cu), tăng độ bền ở nhiệt độ cao (Ni +
Al
2
O
3
), tạo ra lớp mạ sử dụng trong công nghiệp hạt nhân (Ni + Pu, Ni +
UO
2
).
- Mạ composite có thể thực hiện trên các thiết bị điện phân thông
thường, không đòi hỏi các thiết bị hiện đại, đắt tiền vì thế có thể triển khai
nghiên cứu ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam.
- Tuy nhiên chọn vật liệu nền và mạ vào còn phụ thuộc vào trình độ và
năng lực công nghiệp, vào tính chất cần có ở lớp mạ và vào giá thành. Xu
hướng chung là dùng vật liệu rẻ tiền, sẵn có còn vật liệu mạ đắt, quý hiếm
hơn, nhưng chỉ là lớp mỏng bên ngoài. Mạ là quá trình điện kết tủa kim loai
lên bề mặt nền một lớp phủ có tính chất cơ, lý, hoá….đáp ứng được yêu cầu
mong muốn. Tuy nhiên chỉ có những công nghệ mạ nào thật ổn định trong
một thời gian dài để luôn cho sản phẩm có tính chất như nhau mới được dùng
vào nhu cầu sản xuất.
- Mặt khác khi công nghệ mạ tốt vẫn phải duy trì đúng các yêu cầu vận
hành, bởi vì mọi biến động về nồng độ về mật độ dòng điện, nhiệt độ, chế độ
công nghệ… vượt quá giới hạn cho phép đều làm thay đổi tính chất lớp mạ và
có thể sẽ không đạt được yêu cầu nữa.
- Các thành phần chính của một bộ mạ điện (Hình 1.1) gồm :
+ Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, ion kim loại sẽ kết tủa thành lớp
mạ, chất đệm, các phụ gia.
+
-
5
ne
ne
Nguån mét
chiÒu
Anot 3
ChuyÓn dich Ion
Líp m¹
Catot 2
BÓ m¹
Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị mạ
+ Catốt dẫn điện, chính là vật cần được mạ.
+ Anốt dẫn điện, có thể tan hoặc không tan.
+ Bể chứa bằng thép, thép lót cao su, polyprotylen, polyvinyclorua, chịu
được dung dịch mạ.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét