1
A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1. Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ mạ composite và ứng dụng mạ thử nghiệm các chi tiết
nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt”
2. Cơ sở để lựa chọn đề tài
Đất nước ta đang trong thời kỳ hội nhập, thời kỳ của công nghiệp hóa - hiện đại hóa và phấn
đấu đến năm 2020 trở thành một nước cơ bản công nghiệp. Ngành công nghệ vật liệu là một trong ba
mũi nhọn của nền kinh tế trí thức và đóng vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của đất nước.
Công nghệ xử lý bề mặt đang được triển khai áp dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhằm nâng
cao khả năng sử dụng của chi tiết bằng cách xử lý làm biến đổi tính chất cơ lý vùng bề mặt, hoặc mạ
lên bề mặt làm việc của chi tiết một lớp vật liệu có tính chất cơ lý đặc biệt. Mạ composite là một biện
pháp công nghệ bề mặt sử dụng phương pháp mạ điện thông thường tạo ra một lớp vật liệu composite
gồm nền kim loại và hạt cứng có khả năng giảm ma sát, chịu nhiệt, chịu mài mòn và chịu ăn mòn tốt.
Hiện tại ở nước ta kỹ thuật bề mặt đang được quan tâm và phát triển, đặc biệt là mạ điện. Tuy
nhiên mạ composite vẫn chưa được quan tâm và triển khai đúng mức đáp ứng yêu cầu ngày càng cao
của công nghiệp, vì thế đề tài: “Nghiên cứu công nghệ mạ composite và ứng dụng mạ thử nghiệm
các chi tiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt” là cần thiết và cấp bách.
Thành công của đề tài sẽ góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí làm
việc trong môi trường ma sát và mòn cao trong các lĩnh vực khác nhau của công nghiệp.
3. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
Do ở nước ta chưa có cơ sở mạ điện composite nên không có thiết bị và công nghệ về lĩnh vực
này để sử dụng hoặc tham khảo. Với mục đích phải mạ thử nghiệm được trên chi tiết thực (làm cơ sở
cho việc triển khai công nghệ này vào sản xuất) cần phải có một cơ sở mạ với những trang thiết bị tối
thiểu, đặc biệt là những trang thiết bị đặc trưng của mạ composite. Để đạt được điều này Luận án chỉ
nghiên cứu mạ điện composite Ni-Al2O3;thiết kế, chế tạo một số thiết bị đặc trưng tiến tới xây dựng
một xưởng mạ cỡ nhỏ và mạ thử nghiệm một số chi tiết. Kết quả nghiên cứu được xem là kết quả
bước đầu làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo.
4. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Mục đích
Xây dựng quy trình mạ composite hạt Al2O3 trên nền niken nhằm nâng cao tính chống ăn mòn
cho các sản phẩm cơ khí, đồng thời mạ thử nghiệm một số chi tiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt
để tăng tuổi thọ chi tiết và tăng khả năng nội địa hóa trong sản xuất cơ khí.
4.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của Luận án gồm: mạ composite hạt Al2O3 trên nền niken; công nghệ
và thiết bị mạ điện thông thường, mạ composite nói chung và mạ composite Ni-Al2O3 nói riêng; xây
dựng xưởng mạ cỡ nhỏ; máy dập thuốc dạng viên; mạ phục hồi chày dập của máy dập thuốc viên và
mạ mới một số sản phẩm,....
5. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cũng như công nghệ và thiết bị của mạ điện thông thường và mạ
composite nói chung, mạ composite Ni-Al2O3 nói riêng.
Thiết kế, chế tạo những thiết bị đặc trưng của dây chuyền mạ composite tiến tới xây dựng
xưởng mạ cỡ nhỏ tại Trường Cao đằng Nghề Cơ khí nông nghiệp, phục vụ nghiên cứu và có thể triển
khai ứng dụng công nghệ mạ composite Ni-Al2O3 vào sản xuất.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng lớp mạ composite Ni-Al2O3 làm cơ
sở cho việc lựa chọn thông số công nghệ mạ hợp lý, phục vụ cho nghiên cứu của đề tài cũng như làm
cơ sở cho nghiên cứu sau này.
Nghiên cứu so sánh chất lượng lớp mạ composite Ni-Al2O3 với lớp mạ niken thường để kiểm
tra những ưu điểm của lớp mạ composite và khả năng ứng dụng của lớp mạ Ni-Al2O3.
Mạ composite Ni-Al2O3 thử nghiệm trên chi tiết thực (chi tiết phục hồi và chi tiết mới).
2
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chung là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm,
trong đó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu và được định hướng nhờ kết quả của nghiên cứu lý
thuyết; phương pháp tổng quan tài liệu, lấy ý kiến chuyên gia; phương pháp mô hình hóa; phương pháp
phân tích mẫu; phương pháp đánh giá chất lượng lớp mạ; tổng hợp kết quả,....
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
7.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đã bổ sung được một số lý thuyết cơ bản và các kết quả về công nghệ mạ composite hạt Al2O3
trên nền niken. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu khoa học để thiết lập các chỉ dẫn công
nghệ trong thiết kế dây chuyền mạ điện composite, triển khai công nghệ mạ composite ở Việt Nam.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đã đưa ra được bộ thông số công nghệ hợp lý về mạ composite hạt Al 2O3 trên nền niken. Đã
triển khai mạ phục hồi một số chi tiết và đã chứng minh được tính ưu việt của lớp mạ Ni-Al2O3 so với
lớp mạ niken thường.
Các kết quả nghiên cứu cho phép mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ mạ composite
vào sản xuất công nghiệp ở Việt Nam, góp phần tạo ra những sản phẩm tốt, giá thành hạ.
8. Những đóng góp mới của luận án
1. Lựa chọn được dây chuyền mạ điện composite đồng thời chỉ ra để tiến hành mạ điện
composite thì cần phải thiết kế hệ thống khuấy và hệ thống lắng lọc phù hợp. Luận án cũng đã thiết kế,
chế tạo được hai hệ thống này cho bể mạ Ni-Al2O3 với dung tích 100 lít và đã xây dựng được một
xưởng mạ cỡ nhỏ tại Trường Cao đẳng nghề Cơ khí nông nghiệp, phục vụ tốt cho việc tiến hành các
nghiên cứu thực nghiệm của đề tài và bước đầu triển khai ứng dụng công nghệ mạ composite NiAl2O3 vào sản xuất.
2. Luận án đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ như: ảnh hưởng của
dòng điện (Dc), ảnh hưởng của nhiệt độ (T), ảnh hưởng của tốc độ khuấy (n), ảnh hưởng của độ pH. Trên cơ
sở nghiên cứu này đã lựa chọn được các thông số mạ composite Ni-Al2O3 hợp lý: Dc = 3A/dm2, n = 150v/ph,
T = 400C, độ pH = 4.
3. Luận án đã xây dựng được quy trình mạ composite Ni-Al2O3 phục hồi chày dập - máy dập
thuốc viên GZPK-3037 của Nhà máy Dược phẩm số 2 - Công ty cổ phần Dược TW MEDIPLENTEX
, đã mạ composite Ni-Al2O3 một số sản phẩm mới (mạ lần đầu) như: Ống DEKKO của Công ty TNHH
điện nước Phúc Hà; đầu bịt xe ga của Công ty TNHH Kỹ thuật Hà Nội; linh kiện đồ gá của Công ty
TNHH một thành viên Khuôn mẫu Vĩnh Thành, được khách hàng chấp nhận về chất lượng và giá cả.
Cấu trúc của luận án gồm 4 chương, với 113 trang gồm: Chương 1: Tổng quan về vấn đề
nghiên cứu, 28 trang. Chương 2: Thiết kế và chế tạo dây chuyền mạ điện composite, 28 trang. Chương
3: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ composite, 32 trang. Chương 4:
Nghiên cứu thực nghiệm phục hồi chi tiết máy bằng phương pháp mạ điện composite, 25 trang. Kết
luận và hướng nghiên cứu tiếp theo, 3 trang. Phụ lục, 38 trang.
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái niệm chất lƣợng bề mặt chi tiết
Các chi tiết bị hỏng khi các thông số của nó sai khác so với yêu cầu kỹ thuật. Thông số của chi
tiết gồm: các thông số bề mặt, các thông số bên trong.
Khi nghiên cứu về ma sát, chất lượng bề mặt bao gồm: các thông số về hình học bề mặt (trạng
thái hình học bề mặt). Tính chất cơ - lý - hóa của lớp bề mặt. Trạng thái ứng suất của lớp bề mặt.
1.2. Hƣ hỏng và phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy
1.2.1. Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng của chi tiết máy
Có rất nhiều nguyên nhân (yếu tố) làm các thông số đối tượng (chi tiết, máy) thay đổi. Chúng
có thể phân chia theo một số cách. Dưới đây trình bày một trong các cách phân loại [1,38,74]:
Các nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trạng thái của đối tượng (dẫn đến hư hỏng của đối
tượng) được chia thành hai nhóm: nguyên nhân nhân tạo (người thiết kế, chế tạo, sử dụng và sửa chữa)
và nguyên nhân tự nhiên. Ở đây chủ yếu quan tâm đến nguyên nhân tự nhiên.
3
Các nguyên nhân tự nhiên được chia thành hai nhóm: yếu tố bên ngoài và yếu tố bên trong.
1.2.2. Ma sát và mài mòn chi tiết máy
Ma sát có thể được phân loại dựa vào đối tượng, quá trình, chuyển động và trạng thái (hình 1.1).
Ngoài ra còn có thể dựa vào tác dụng của ma sát: ma sát có lợi và ma sát có hại [4,39].
1.2.3. Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn
Do tác động của môi trường, nhiều chi tiết máy (đặc biệt là các chi tiết kim loại) bị hỏng là do
bị ăn mòn dẫn đến máy bị hỏng. Ăn mòn kim loại là hiện tượng tự phá hủy của các vật liệu kim loại
do tác dụng hóa học hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại với môi trường bên ngoài. Có rất nhiều
phương pháp chống ăn mòn trong đó có phương pháp mạ điện và mạ hóa.
1.2.4. Các phương pháp phục hồi chi tiết máy
Hiện nay có rất nhiều phương pháp phục hồi cho phép phục hồi được nhiều loại hư hỏng,
thậm chí một dạng hư hỏng có thể được phục hồi bằng nhiều phương pháp khác nhau [1,28,76].
Để phân loại các phương pháp phục hồi có thể dựa vào phương pháp phân loại hư hỏng. Ở
cách này hư hỏng được chia thành ba nhóm: mòn, hư hỏng cơ học và hư hỏng hoá nhiệt. Có rất nhiều
phương pháp chống ăn mòn trong đó có phương pháp mạ điện và mạ hóa.
Từ những nghiên cứu trên thấy rằng: mạ điện và mạ hóa là một trong những công nghệ vừa
phục hồi được những chi tiết hỏng do mòn (nguyên nhân chính là do lực ma sát) đồng thời phục hồi
được những chi tiết hỏng bị gỉ, rỗ do bị ăn mòn (nguyên nhân chủ yếu là do tác động của môi trường).
Mạ composite là một hướng phát triển của mạ điện, ngoài những ưu điểm như trên công nghệ
này còn tạo ra được một loại vật liệu (vật liệu composite) đang rất được quan tâm trong lĩnh vực cơ
khí nói chung và trong lĩnh vực vật liệu nói riêng. Các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực này luôn có tính
cấp bách không những đối với nước ta mà ngay cả với các nước phát triển trên thế giới [8]. Tuy vậy
lĩnh vực này, ở nước ta vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu. Chính vì vậy mạ composite được lựa
chọn là đối tượng nghiên cứu của đề tài và được trình bày kỹ ở các mục sau.
1.3. Mạ điện composite
1.3.1. Những vấn đề cơ bản về mạ điện composite
Mạ điện composite trên cơ sở của mạ điện thường, nhưng trong mạ composite có các hạt
cứng, sự có mặt của các hạt đã cải thiện được tính chất của lớp mạ như tăng độ bền về ăn mòn, mài
mòn, làm việc được ở nhiệt độ cao, tăng độ cứng cho lớp mạ,.... Mạ composite có thể mạ trên nền kim
loại, nền polyme, nền cacbon, nền gốm. Mạ composite hạt trên nền Ni được sử dụng khá rộng rãi nên
được chọn là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Yêu cầu các hạt trong dung dịch luôn ở trạng thái lơ
lửng (huyền phù) và có độ phân tán cao [23].
1.3.2. Mạ điện compsite trên nền niken (Ni)
Mạ composite trên nền Ni được thực hiện trong các bể điện phân muối niken sulfate tiêu
chuẩn hoặc niken sulfamate sử dụng hạt cứng là Al2O3, TiO2, cacbit và nitrit chịu nhiệt, grafit, MoS2,
WS2, kim cương [42,57],....
Các tính chất của lớp mạ composite Al2O3 (có kích thước Micromet và nhỏ hơn) trên nền
niken như: độ cứng tế vi, giới hạn bền kéo và khả năng chống mòn đều được nâng cao do sự tồn tại
của hạt Al2O3 trong Maxtric Ni.
Mạ composite nền Ni, hạt là Al2O3 (mạ composite Ni-Al2O3) được chọn là đối tượng nghiên
cứu của đề tài.
1.4. Tình hình nghiên cứu mạ điện composite trong và ngoài nƣớc
Lớp mạ Combination electro-plating viết tắt (CEP) đã được nghiên cứu và tạo ra từ lâu. C.G.
Fink và J.D. Prin thu được lớp mạ từ năm 1929, hai tác giả đã mô tả sự tạo thành lớp mạ đồng từ dung
dịch axit có chứa các hạt grafit. Bằng cách tương tự, năm 1939 Bajmakov (Nga) đã thu được lớp mạ
CEP với sự đồng kết tủa của hạt phi kim loại [23].
Sự phát triển nhảy vọt về kỹ thuật thu lớp mạ CEP và sự nghiên cứu các tính chất quý giá của
nó từ những năm 60 của thế kỷ 20. Trong những năm đầu thập niên 60 phương pháp mạ composite
nikel-cacbid silic được thử nghiệm tại Hoa kỳ. Phương pháp mạ composite có nhiều ưu điểm, cho lớp
mạ có khả năng chịu ăn mòn và mài mòn rất tốt, duy trì được độ cứng ở nhiệt độ cao, hơn nữa phương
pháp mới còn thân thiện đối với môi trường [23,51].
4
Ngoài ra, hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu về mạ composite titan-alumilium nitride trên nền
thép, Ni-Al2O3, nikel/alumina nano-particles composite coating, NiPSi3N4, Co-composite plating, Nicomposite với hạt Mo [66].
Còn mạ điện composite đối với Việt Nam chưa được quan tâm, đầu tư và nghiên cứu nhiều,
chủ yếu các cơ sở sản xuất trong nước hiện nay là mạ điện thông thường (lớp mạ Ni, Cr, Cu,…), tồn
tại này có thể do nhiều nguyên nhân như: do nền kinh tế của Việt Nam còn nghèo nàn, trình độ kỹ
thuật và công nghệ còn thấp so với các nước có nền công nghiệp phát triển, sự khuyến khích, động
viên cho các nhà khoa học, các nhà kỹ thuật, các trung tâm, viện nghiên cứu,… chưa đúng mức.
1.5. Ứng dụng lớp mạ composite
Lớp mạ composite chịu mài mòn: Những sản phẩm cơ khí, mạ khuôn, dụng cụ đo, xi lanh, các
lớp mạ composite có khả năng chịu nhiệt độ cao; trong công nghiệp điện tử để mạ các tiếp điểm, có
tính chịu mòn rất tốt so với lớp mạ đơn nhằm nâng cao tuổi thọ sử dụng cho các linh kiện điện tử. Hợp
chất Cu-SnC có đặc điểm chống mài mòn trong chân không tốt, nâng cao tính ổn định của các cơ cấu
chuyển mạch, đặc biệt là khi làm việc trong chân không (vũ trụ) [40].
Lớp mạ composite chống ăn mòn: Lớp mạ chống gỉ tốt cho lớp mạ bảo vệ - trang sức crom, có
thể mạ lớp mạ composite nhiều lớp nhằm tăng khả năng bám, chịu mòn, cứng,… như lớp mạ Cr-SiO2,
Cr-Al2O3. Khi lớp mạ niken có hạt siêu nhỏ là SiO2, Al2O3,… sẽ nâng cao độ bền chống gỉ tốt [70].
Ngoài hai loại lớp mạ nói trên còn có lớp mạ composite chống dính, lớp mạ composite tự bôi
trơn, lớp mạ composite trang sức [74].
1.6. Cơ sở lý thuyết mạ điện composite
1.6.1. Nguyên lý mạ điện composite
Trong quá trình mạ điện composite các hạt phải được ở trạng thái lơ lửng (dạng huyền phù)
nhờ khuấy đảo dung dịch. Khi chuyển động các hạt va chạm vào bề mặt catot và bị chôn lấp bởi sự kết
tủa của kim loại mạ. Quá trình hình thành lớp mạ điện composite được chia thành các giai đoạn sau
[15,23,29,71,75]: Giai đoạn 1 (Sự chuyển động của các phần tử pha phân tán và các ion trong dung
dịch huyền phù đến catot); Giai đoạn 2 (Sự bám dính của các phần tử pha thứ hai (các hạt) lên bề
mặt catot); Giai đoạn 3: (Sự chôn lấp (che, phủ) của kim loại kết tủa lên các hạt).
1.6.2. Các thông số đánh giá chất lượng lớp mạ
Ở mục này quan tâm đến các vấn đề sau (có liên quan đến nội dung của luận án): Hình dáng
bên ngoài lớp mạ; độ dày và độ đồng đều của lớp mạ [14,16]; độ ăn mòn của lớp mạ [59,61,67]; độ
bám của lớp mạ [16,37],….
1.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ
Ở mục này quan tâm đến các vấn đề sau (có liên quan đến nội dung của luận án): Ảnh hưởng
của dòng điện hay mật độ dòng điện [52,75]; ảnh hưởng của độ pH [21,70,71]; ảnh hưởng của nhiệt
độ [56]; ảnh hưởng của tốc độ khuấy [2,75], [57]; ảnh hưởng của thành phần dung dịch
[17,26,30,34,60]; ảnh hưởng của việc chuẩn bị chi tiết, phương pháp và thiết bị mạ [9,28,52,75].
Kết luận Chƣơng 1
Ở nước ta, vấn đề mạ điện đang được ứng dụng khá rộng rãi, nhưng mới chủ yếu phục vụ mạ
bảo vệ hoặc bảo vệ trang trí, riêng mạ chuyên dùng (mạ tăng cứng, mạ phục hồi) vẫn còn ít được quan
tâm trong khi đó ở các nước phát triển vấn đề này đã được ứng dụng rất có hiệu quả.
Mạ điện composite trên cơ sở mạ điện thường đảm bảo cho lớp mạ tăng độ bền về ăn mòn,
mài mòn, chịu được nhiệt độ cao, có thể mạ trên nền kim loại, nền polyme. Các nghiên cứu ngoài nước
đã tổng kết lớp mạ composite có cấu trúc pha nền kim loại và pha có dạng hạt cứng hoặc sợi làm cho chi
tiết máy có khả năng làm việc vượt trội so với lớp mạ điện thông thường.
Các nghiên cứu khoa học của tác giả nước ngoài chỉ ra các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất
lượng lớp mạ: mật độ dòng điện, độ pH, nhiệt độ, khuấy đảo dung dịch, thành phần dung dịch,
là những yếu tố đầu vào liên quan đến chất lượng lớp mạ. Ngoài ra để có thể ứng dụng được
công nghệ mạ composite cần phải quan tâm đến vấn đề lọc dung dịch, do đặc thù của công nghệ
mạ composite là trong dung dịch mạ có các hạt. Nếu dùng các phương pháp lọc thông thường có
thể khó thực hiện được hoặc thực hiện được nhưng hiệu quả không cao.
Từ những phân tích trên đây, nội dung chính của luận án gồm
5
Thiết kế, chế tạo dây chuyền mạ composite. Chủ yếu thiết kế, chế tạo ba loại thiết bị đặc trưng
trong mạ composite là hệ thống khuấy; hệ thống lắng, lọc; bộ chỉnh lưu (mạch điều khiển). Ngoài ra
còn thiết kế, chế tạo, bể tẩy rửa bằng điện hóa, tủ sấy, và một số thiết bị phụ trợ khác.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ composite và so sánh lớp
mạ thường với lớp mạ composite. Trên cơ sở nghiên cứu này có thể lựa chọn các thông số công nghệ
hợp lý để mạ các chi tiết cụ thể, đồng thời làm cơ sở để cho các nghiên cứu tiếp theo (tối ưu hóa thông
số công nghệ).
Nghiên cứu mạ composite thử nghiệm cho một số chi tiết phục hồi và chi tiết mới (mạ lần
đầu) trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên, để từ đó ứng dụng triển khai công nghệ mạ composite
vào sản xuất.
Chƣơng 2. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO DÂY CHUYỀN MẠ ĐIỆN COMPOSITE
Phương pháp thiết kế dây chuyền mạ điện composte dựa vào phương pháp thiết kế xưởng mạ của
các tài liệu [11,14,19,27,31,33]. Trong chương này chỉ trình bày một số kết quả chính của việc thiết kế, chế
tạo dây chuyền mạ điện composite.
2.1. Lựa chọn dây chuyền công nghệ mạ điện composite
Hiện nay thực tế ở Việt Nam chưa có dây chuyền mạ điện composite cụ thể, song qua nghiên
cứu tài liệu tham khảo kết hợp với các dây chuyền mạ điện thông thường (hình 2.1a và 2.1b), đồng
thời qua thực tế tiến hành làm cụ thể, tác giả thiết kế các công đoạn chính của dây chuyền mạ điện
composite theo sơ đồ hình 2.2.
Thiết bị thu
hồi hạt
Hệ
thống
lắng
Hệ
thống
lọc
Làm sạch
chi tiết
Hoạt hóa
bề mặt
Rửa sạch
chi tiết
Bể mạ
composite
Bảo quản,
sử dụng
Kiểm tra,
phân loại
Khử ứng
suất dư
Sấy khô
có hạt
Bể rửa
thu hồi
Rửa sạch
chi tiết
Hình 2.2: Sơ đồ dây chuyền mạ điện composite
Chi tiết mạ;
Dung dịch chứa hạt
và chất bẩn;
Dung dịch chỉ có chất bẩn;
Đường đi của dung dịch sạch;
Đường đi của hạt thu hồi
2.2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lựa chọn các thiết bị chính của dây chuyền mạ điện composite
Các thiết bị chính của dây chuyền mạ điện composite cơ bản giống như dây chuyền của mạ
điện thường, nhưng do mạ điện composite có một số đặc điểm khác với mạ điện thông thường, nên
trong đề tài này tác giả chủ yếu thiết kế, chế tạo hệ thống khuấy; hệ thống lắng, lọc; bộ chỉnh lưu cho
dây chuyền mạ điện composite. Ngoài ra còn thiết kế, chế tạo, lựa chọn một số thiết bị phụ trợ khác.
2.2.1. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống khuấy
Qua nghiên cứu đặc điểm của dung dịch mạ điện
composite và một số phương pháp khuấy (mục a và b)
[2,14,16] tác giả tiến hành các công việc tiếp theo:
6
c. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý của hệ thống khuấy
Xuất phát từ đặc điểm tính chất của dung dịch mạ
3
composite và đồng thời khi phân tích những ưu nhược điểm
2
của các phương pháp khuấy, tác giả đã lựa chọn phương
5
pháp khuấy bằng cơ cho dây chuyền mạ điện composite.
1
d. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khuấy
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khuấy bằng cơ tác giả lựa
4
chọn và thiết kế dựa trên chuyển động quay tròn và chuyển
động tịnh tiến; chuyển động từ động cơ đến bộ truyền lực rồi
đến cơ cấu biên tay quay, từ cơ cấu biên tay quay chuyển động
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống khuấy
quay tròn biến thành chuyển động tịnh tiến qua hệ thống giá đỡ
bằng cơ
thanh đẩy và thanh đẩy đến tấm rung. Sơ đồ cấu tạo của hệ
1- động cơ; 2- bộ phận truyền
thống khuấy được trình bày ở hình 2.4.
lực; 3- biên tay quay; 4- giá thanh
đ. Thiết kế, chế tạo các thiết bị của hệ thống khuấy
truyền; 5- thanh đẩy; 6- tấm rung
Hệ thống khuấy được chia thành hai phần chính:
phần cơ cấu điều khiển và phần cơ cấu chấp hành.
Sau đây ta đi nghiên cứu, thiết kế chế tạo tấm rung
6
* Xác định vận tốc của tấm rung
Sơ đồ nguyên lý thiết bị khuấy được cho ở hình 2.5.
Từ một số công thức, vận tốc tấm rung được xác định theo công thức sau:
w=r (sin
2
sin 2 )
(2.11)
Từ (2.11) xác định được vận tốc lớn nhất của tấm rung khi φ = π/2, ứng với điểm TRmax (Bmax)
trên hình 2.5 và được xác định bằng công thức sau:
w max =r (sin
2
sin 2 ) r
2
2
(2.12)
* Lựa chọn kết cấu và tính toán thiết kế tấm rung
a)
Mặt 2,
δ
Tt.r
r
hb=ht
TRg
H
c)
h
Mặt 1,
L w
Dt.r
r
v
r
r
h't
F2 =
(π.d2)/4
F1 =A.A
hd
smax
r
Tb
b)
Bg
β
Db D
,
T
d
l
r
.
S
M
H φ
A
ơ
,
r
M
đ
O
A
Mặt
ồ 1,
Ftí
1 =A.A
ω
T
n
n
h
, 1/ s
30
t
o
á
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và tính toán
a- sơ đồ chung; b- sơ đồ ô cơ sở; c- sơ đồ tính chiều cao phun n
Tấm rung được chế tạo từ tấm nhựa PVC có chiều dày δ, chiều rộng b và chiều dài a. Trên tấm rung được
a
khoan Nl lỗ giống nhau, cách đều và có đường kính là d.
Vận dụng từ thực nghiệm của Gratskin (về tính độ bền và vận tốc của tấm -rung) ta tính toán và thiết
kế tấm rung. Để tính toán, ta giả thiết tấm rung và thành bể không có khe hở, tấm rung
s được chia thành các ô
ơ
đ
ồ
c
7
(số ô bằng số lỗ) như nhau (cạnh là A), chính giữa ô khoan lỗ có đường kính d. Giả sử quá trình chảy qua tất
cả các lỗ (Nl) là như nhau vì vậy ta chỉ cần xét cho một ô cơ sở hình 2.5b và hình 2.6.
Từ một tấm rung bất kỳ ta có thể tính toán số lỗ cần khoan có bán kính R (đường kính d, cm),
sao cho tổng diện tích các lỗ phải nhỏ hơn 1/3 diện tích của tấm rung, có nghĩa là:
S
1
a.b
STl Nl .S1l STR Nl TR
3
3.S1l 3.3,14.R.R
(2.12)
Trong đó: STl - tổng diện tích các lỗ; Nl - số lỗ; S1l - diện tích của một lỗ; STR - diện tích tấm
rung; a - chiều dài tấm rung; b - chiều rộng tấm rung. Cụ thể ta tính số lỗ của tấm rung có chiều dài
50cm, chiều rộng 40cm, đường kính lỗ khoan là 1,5cm (bán kính R = 0,75cm), dựa vào công thức
(2.12) như sau
Nl
STR
50.40
377, 4475 377
3.S1l 3.3,14.0, 75.0, 75
Như vậy số lỗ tối đa trong trường hợp cụ thể trên là 377. Nếu số lỗ lớn hơn 377 thì tấm rung
không đảm bảo độ bền. Số lỗ càng ít (bán kính lỗ và kích thước tấm rung không đổi) độ bền của tấm
rung càng đảm bảo, nhưng nếu số lỗ quá ít dung dịch được khuấy, trộn không đều.
* Xác định h'tr cho trường hợp tấm rung có vận tốc lớn nhất
Từ hình (2.5a) ta có
h'tr r l l 2 r 2
(2.17)
Từ hình (2.5a) và công thức (2.17) ta xác định được khoảng cách từ đáy bể đến tấm rung ở vị
trí có vận tốc lớn nhất L
L hd h'tr hd r l l 2 r 2
(2.18)
* Xác định chiều cao phun h cho trường hợp tấm rung có vận tốc lớn nhất (hình 5c):
Từ hình (2.7) và công thức (2.18) xác định được khoảng cách từ đáy bể đến điểm cao nhất của
dung dịch phun Lmax (m) hình (2.5c và 2.7).
Lmax
(r.n) 2
a.b 2
L h hd r l l r
.(
)
112,5.g N l .d 2
2
2
(2.26)
Trong đó: hd - khoảng cách từ điểm chết dưới (ĐCD) của tấm rung đến đáy bể (m); r- bán kính
tay quay (m); l- chiều dài tay biên
Mức dung dịch phun
Mức dung dịch của bể
(m); n- số vòng quay của trục (v/ph);
mạ
a- chiều rộng của bể (m); b- chiều
dài của bể (m); Nl- số lỗ của tấm
rung; d- đường kính lỗ (m); H- chiều
cao dung dịch mạ trong bể (m).
h Lmax H
Tấm
Từ công thức (2.26) có thể khảo
rung
sát ảnh hưởng của một số thông số đến
chiều cao phun Lmax (chương trình
có wmax
khảo sát cho ở Phụ lục 2.2). Kết quả:
L
Tấm
khi l (chiều dài tay biên) tăng thì
rung
Lmax giảm; khi r (bán kính tay quay)
tăng thì Lmax tăng; khi n (số vòng
hd
ở ĐCD
quay) tăng thì Lmax tăng; khi d
Hình 2.7: Sơ đồ tính Lmax
(đường kính lỗ) tăng thì Lmax giảm;
khi Nl (số lỗ) tăng thì Lmax giảm.
Ngoài ra qua kết quả khảo sát còn có thể lựa chọn các thông số của hệ thống khuấy bằng cách
so sánh Lmax với H. Khi Lmax càng lớn dung dịch càng được khuấy mạnh. Nếu khuấy quá mạnh các hạt
dễ bị bật ra khỏi bề mặt catot và dung dịch dễ bị bắn ra ngoài bể mạ. Cụ thể, tác giả đã lựa chọn các
thông số kỹ thuật của hệ thống khuấy như sau: hd = 0,04 m; a = 0,4m; b = 0,5m; l = 0,15m; r = 0,05m;
n = 150v/ph; d = 0,015m; Nl = 350 lỗ. Với các thông số này thì Lmax = 0,427m . Với chiều cao này là
chấp nhận được - bảng 2.1 (Phụ lục 2.3).
8
Hình 2.8 là đồ thị ảnh hưởng của một số thông số đến chiều cao phun Lmax (với các giá trị đã chọn ở
trên).
* Chế tạo hệ thống khuấy
Trên cơ sở thiết kế trình bày ở trên, đã chế tạo được hệ thống khuấy cơ cho bể mạ điện composite
Ni-Al2O3 với dung tích 100 lít - thể hiện trên hình 2.30 (Phụ lục 2.20).
Anh huong cua mot so thong so den chieu cao phun Lmax
Lmax[m]
0.8
r
0.7
n
0.6
0.5
Nl
0.4
l
Nl
0.3
d
0.2
l[m]
r[m]
n[v/ph]
d[m]
330
350
370
0.13
0.15
0.17
0.03
0.05
0.07
100
150
200
0.013
0.015
0.017
Hình 2.8: Ảnh hưởng của một số thông số đến chiều cao phun Lmax
* Đánh giá hiệu quả của thiết bị khuấy
So sánh kết quả (% hạt Al203 trong lớp mạ và chiều dày lớp mạ) hai phương pháp khuấy bằng
cơ và bằng sục khí thông qua thí nghiệm.
Thiết bị thí nghiệm:
Thiết bị mạ điện composite do tác giả thiết kế và chế tạo bao gồm các bộ phận như đã trình bày
ở mục (2.3).
Hóa chất và chế độ mạ: hóa chất và các chế
độ được sử dụng cho quá trình mạ composite NiBể mạ
Al2O3 theo bảng 3.1 (Chương 3).
Mẫu để mạ composite: là thép 09CrSi dạng
hình trụ, diện tích xung quanh 1dm2, mẫu được
C.C biên tay quay
Bộ gia
đánh bóng, làm sạch, tẩy rửa bằng điện hóa; mẫu
nhiệt
được hoạt hóa bề mặt trước khi cho vào bể để mạ.
Động.cơ
Hàm lượng các nguyên tố trong lớp mạ được
khảo
sát
trên kính hiển vi điện tử TESCAN, và tiến
Giá thanh đẩy
Thanh đẩy
tấm rung
hành tại Phòng thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên, kết quả cho ở hình 2.9
Bộ truyền lực
(Phụ lục 2.4 ) khi khuấy bằng cơ và hình 2.10 (Phụ
Hình 2.30 (Phụ lục 2.20): Cơ cấu điều
lục 2.5) khi khuấy bằng sục khí. Chiều dày của lớp
khiển của bộ phận khuấy cơ.
mạ được đo trên thiết bị AXIOVERT, được tiến hành
tại Khoa Vật liệu thuộc Học viện Kỹ thuật Quân sự, kết
quả cho ở hình 2.11 (Phụ lục 2.6) và hình 2.12 (Phụ lục 2.7). Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Kết quả của hai mẫu mạ
% Al2O3 trong lớp
Phương pháp khuấy
Chiều dày lớp mạ
Ghi chú
mạ (At%)
Mẫu số 1
At% tính theo
34,1
23m
(khuấy bằng cơ)
nguyên tử
Mẫu số 2
At% tính theo
16,7
15m
(khuấy bằng sục khí)
nguyên tử
Kết quả: Thiết bị khuấy bằng cơ do tác giả thiết kế, chế tạo bước đầu thực hiện thành công và có hiệu
quả cho mạ điện composite Ni- Al2O3, lượng hạt Al2O3 (tính theo % nguyên tử) của mẫu số 1 (khuấy bằng cơ)
9
nhiều hơn mẫu số 2 (khuấy bằng sục khí), chiều dày mẫu số 1 dày hơn mẫu số 2 khi các điều kiện (dòng điện,
độ pH, nhiệt độ,…) là như nhau.
2.2.2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống lắng, lọc [11,27,33]
Sau khi nghiên cứu các phương pháp lọc dung dịch tác giả lựa chọn sơ đồ nguyên lý hệ thống
lắng, lọc như hình 2.13. Dựa vào sơ đồ nguyên lý hoạt động hình 2.13 và điều kiện thực tế, tác giả lựa
chọn sơ đồ cấu tạo hệ thống lắng, lọc cho mạ điện composite được mô tả ở hình 2.14.
Ngoài kết quả trên tác giả còn thiết kế bể lọc dung dịch (dựa vào bể lọc truyền thống).
5
K3
6
K1
K4
4
K2
3
2
1
K5
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lắng, lọc; 1- bể mạ; 2- bể lắng; 3- bể chứa; 4- bơm; 5- bể
lọc; 6- ống dẫn; K- các khóa
* Thiết kế bể lắng hạt: với mục đích xác định các kích thước cơ bản phần lắng của bể: L
(chiều dài), B (chiều rộng) và H0 (chiều cao). Các bước tính toán theo tài liệu [11,33].
Từ các thông số tính toán qua bảng tính, với dung tích bể mạ 100 lít và thông qua thực tế, thiết kế
bể lắng có các kích thước là: chiều dài 1200mm, chiều cao 400mm, chiều rộng 300mm. Bể là hình khối
chữ nhật, vật liệu để làm bể bằng nhựa PVC (chịu được nhiệt và axit).
* Chế tạo hệ thống lắng, lọc: dựa
vào
thiết
kế
ở trên đã chế tạo được hệ thống
Bộ chỉnh lưu
lắng,
lọc
hình
2.29 (Phụ lục 2.19).
Bể lọc
* Đánh giá chất lượng hệ thống
lắng, lọc: kết quả thí nghiệm bể lắng cho
thấy, với kích thước chiều dài, chiều cao,
Bơm
Khóa K
chiều rộng, các ngăn của bể và lưu tốc của
Máy nén khí
dòng chảy, hạt (Al2O3) đã được lắng xuống
đáy các ngăn của bể lắng trước khi vào
bơm và bể lọc (kiểm tra bằng kết quả thí
Bể mạ Ni-Al2O3
nghiệm).
Bể chứa Bể lắng
Kết quả thí nghiệm với cả hệ thống
Bộ gia nhiệt
(kết hợp bể lắng và bể lọc) cho thấy: dung
Hình 2.29 (Phụ lục 2.19): Dây chuyền mạ Nidịch sau bể lọc trở về bể mạ không còn hạt
Al2O3
và tạp chất (kiểm tra bằng thực nghiệm
thông qua các sản phẩm).
2.2.3. Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng, nó quyết định nhiều
đến chất lượng lớp mạ thu được. Qua phân tích thấy rằng dùng bộ biến đổi chỉnh lưu xoay chiều - một
chiều điều khiển xung có nhiều ưu điểm nhất và có khả năng sản xuất được tại Việt Nam [31]. Kết quả
của đề tài đã chế tạo được 02 bộ chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều điều khiển xung (bộ chỉnh lưu)
- hình 2.19 (Phụ lục 2.9), hình 2.27 (Phụ lục 2.17)..., bước đầu đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
10
2.2.4. Thiết kế, chế tạo, lựa chọn một số trang thiết bị khác
Do điều kiện của Trường Cao đẳng nghề Cơ khí nông nghiệp chưa có cơ sở mạ, nên để tiến
hành nghiên cứu, tác giả đã phải tiến hành thiết kế, chế tạo, lựa chọn một số trang thiết bị của một cơ
sở mạ phù hợp với diện tích của phòng đã có sẵn.
Ngoài ba thiết bị đã thiết kế, chế tạo kể trên (hệ thống khuấy; hệ thống lắng, lọc; bộ chỉnh lưu)
tác giả đã tiến hành thiết kế, chế tạo một số trang thiết bị (dựa vào các thiết bị thường dùng trong một
xưởng mạ), như: bể tẩy rửa (làm sạch) bằng điện hóa, tủ sấy để khử ứng suất dư cho chi tiết mạ,... thể
hiện trên các hình 4.14 (Phụ lục 4.7), hình 4.16 (Phụ lục 4.9), hình 2.27 (Phụ lục 2.17).
Từ hình 2.27 (Phụ lục 2.17) đến hình 2.31 (Phụ lục 2.21) là một số hình ảnh về xưởng mạ do
tác giả đã xây dựng tại Trường Cao đẳng nghề Cơ khí nông nghiệp. Trên cơ sở kết quả này, có thể tiếp
tục hoàn thiện để trở thành một cơ sở mạ thực sự phục vụ sản xuất, nghiên cứu và đào tạo hoặc làm cơ
sở để thiết kế một cơ sở mạ khác hoàn chỉnh hơn.
Chỉnh lưu
bể Ni
i
Bể mạ crôm
Bể mạ Ni
thường
mạ Cr
Chỉnh lưu bể Cr
Bể lắng
dung dịch
i
Bể mạ Ni-Al2O3
Bể tẩy rửa bằng
điện hóa
Hình 2.27 (Phụ lục 2.21). Xưởng mạ
Kết luận Chƣơng 2
Để giải quyết mục tiêu đề ra đảm bảo độ tin cậy trong quá trình mạ, cần thiết kế chế tạo dây
chuyền mạ composite phù hợp với quy trình mạ điện composite.
Hệ thống khuấy được thiết kế đảm bảo các thông số. Từ đồ thị hình 2.8 có thể đánh giá mức độ
ảnh hưởng của các thông số đến chiều cao phun của dung dịch (L max = 0,427m) so với chiều cao dung
dịch trong bể (H = 0,45m) hoàn toàn hợp lý. Trên cơ sở đó có thể lựa chọn các thông số điều chỉnh
chính của hệ thống khuấy. Hệ thống làm việc ổn định, bền và phạm vi sử dụng rộng (do các thiết bị
tiếp xúc với dung dịch đều bằng nhựa chịu được hóa chất, nhiệt độ và các hạt cứng không qua
bơm),….
Đã lựa chọn được sơ đồ nguyên lý lắng, lọc và đã thiết kế, chế tạo hệ thống lắng, lọc liên hoàn
cho mạ điện composite trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm. Hệ thống lắng, lọc dung dịch do đề tài
thiết kế bảo đảm làm sạch dung dịch và không làm thất thoát hạt trong quá trình mạ.
Thiết kế hệ thống chỉnh lưu có điều khiển xung đảm bảo tốt các chỉ tiêu điều chỉnh dòng và tự
động ổn định dòng mạ, góp phần nâng cao chất lượng cho công nghệ mạ của đề tài. Hệ thống này đặc
biệt thích hợp cho việc thí nghiệm trong quá trình mạ tổ hợp vì tính điều chỉnh vô cấp được điện áp
mạ, chọn được mật độ dòng điện mạ tốt nhất, luôn tự động ổn định dòng điện mạ góp phần tạo ra độ
đồng đều, độ bóng cũng như mật độ hạt trong quá trình mạ.
11
Đã lựa chọn được dây chuyền mạ điện composite Ni-Al2O3 (Hình 2.2). Đã tiến hành thử
nghiệm đánh giá hiệu quả của hệ thống khuấy, hệ thống lắng lọc. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được
yêu cầu đặt ra.
Đã xây dựng được xưởng mạ - thể hiện trên hình 2.27 (Phụ lục 2.17). Đã tiến hành mạ thử
nghiệm, kết quả cho thấy xưởng mạ đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
Chƣơng 3
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỚP MẠ
COMPOSITE
3.1. Mục đích nghiên cứu
Qua phần tổng quan (Chương 1) thấy rằng: lớp mạ composite có nhiều ưu điểm hơn so với lớp
mạ thường trong điều kiện làm việc vừa chịu mài mòn và chịu ăn mòn. Tuy vậy những nghiên cứu về
mạ composite ở nước ta vẫn còn nhiều hạn chế cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm, đặc biệt là nghiên cứu
thực nghiệm. Đến nay vẫn chưa có nghiên cứu ứng dụng nào của mạ điện composite.
Nghiên cứu thực nghiệm là dạng nghiên cứu về mối quan hệ "Nguyên nhân - kết quả". Trong
thực tế kỹ thuật, thường tiến hành ba loại thí nghiệm sau: thí nghiệm sàng lọc; thí nghiệm so sánh và
thí nghiệm tối ưu hóa. Có bốn dạng thiết kế thí nghiệm cơ bản là: thí nghiệm một yếu tố (đơn yếu tố),
thí nghiệm đa yếu tố; thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu và thí nghiệm Taguchi [10].
Do luận án là nghiên cứu đầu tiên về mạ composite Ni-Al2O3, để tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm, tác giả đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị mạ composite. Kết quả thử nghiệm (như đã
trình bày ở Chương 2) các thiết bị này phục vụ tốt cho việc nghiên cứu thực nghiệm và bước đầu phục
vụ cho sản xuất làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện thiết bị tiếp theo. Trong kỹ thuật mạ điện,
thiết bị mạ có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng lớp mạ. Chính vì vậy những nghiên cứu thực nghiệm
của Luận án chỉ giới hạn là những nghiên cứu bước đầu nhằm đạt được mục đích quan trọng của đề tài
là bước đầu nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ mạ composite Ni-Al2O3. Để đạt được mục
đích này, luận án đặt ra các nghiên cứu thực nghiệm cụ thể sau: nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của
một số thông số đến chất lượng lớp mạ composite làm cơ sở lựa chọn thông số công nghệ cho quy trình mạ
composite ứng dụng; so sánh chất lượng giữa lớp mạ niken thường với lớp mạ composite Ni-Al2O3 để
khẳng định khả năng ứng dụng của công nghệ mạ này.
Luận án sử dụng dạng thiết kế thí nghiệm cơ bản là: thí nghiệm một yếu tố (thí nghiệm đơn yếu tố)
để xây dựng được quy trình mạ thử nghiệm chi tiết máy, đồng thời kết quả sẽ phục vụ cho các nghiên cứu
tiếp theo (thí nghiệm đa yếu tố, thí nghiệm tối ưu hóa...).
3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm [10,25]
3.2.1. Trang thiết bị thí nghiệm và lựa chọn dung dịch mạ thí nghiệm
a. Trang thiết bị (như đã trình bày ở Chương2)
b. Lựa chọn dung dịch mạ
Các hóa chất sử dụng cho quá trình mạ điện composite niken là dung dịch loại Watts đã được
liệt kê trong bảng 3.1 [22,54,70].
Hạt sử dụng trong thí nghiệm là oxit nhôm (Al2O3).
Bảng 3.1: Thành phần dung dịch mạ composite Ni-Al2O3
Tên các chất
Hàm lượng, g/l
Niken Sunfat (NiS04.7H20)
300
Niken Clorua (NiCl2. 6H20)
50
Axít boric (H3B03)
40
Sáckarin
1
Butandiol-1,4
1
1
Hạt Al2O3 (cỡ 0,2 m)
3.2.2. Xác định các yếu tố thí nghiệm (Yếu tố đầu vào)
a. Xác định các yếu tố thí nghiệm
Qua kết quả nghiên cứu ở Chương 1 thấy rằng số các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ mạ
composite là rất nhiều, trong đó mật độ dòng điện (Dc), nhiệt độ dung dịch (T) và độ pH của dung dịch
là những yếu tố ảnh hưởng rất lớn. Nhiều công trình nghiên cứu về mạ điện thông thường đã lựa chọn
các yếu tố này là các yếu tố thí nghiệm. Với mạ composite thì tốc độ khuấy (n) rất quan trọng. Đồng
12
thời dựa vào điều kiện thực tế, tác giả đã lựa chọn 4 yếu tố là: Dc (A/dm2), n (v/ph), T (0C), và độ pH
là các yếu tố thí nghiệm.
b. Xác định khoảng thay đổi của từng yếu tố thí nghiệm
Để xác định khoảng thay đổi của từng yếu tố thí nghiệm, tác giả đã dựa vào kết quả nghiên
cứu lý thuyết và tiến hành thí nghiệm sơ bộ.
2
0
Kết quả cụ thể như sau: Dc = 1 ÷ 7A/dm ; n = 150 ÷ 600v/ph; T = Nhiệt độ phòng ÷ 60 C
và pH = 2 ÷ 5.
3.2.3. Lựa chọn hàm mục tiêu (Thông số đầu ra)
a. Lựa chọn thông số đầu ra
Mặc dù chưa có nghiên cứu ảnh hưởng của lượng hạt Al2O3 có trong lớp mạ đến chất lượng
lớp mạ composite Ni-Al2O3, nhưng qua phần nghiên cứu lý thuyết thấy rằng ảnh hưởng này sẽ là rất
lớn. Hơn nữa, đây là nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này nên tác giả chọn lượng hạt Al2O3 có trong
lớp mạ là thông số đầu ra chính và coi lượng hạt này càng nhiều càng tốt.
Ngoài thông số trên, tác giả chọn một số thông số khác (giống như mạ điện thông thường)
như: độ bám dính, độ mài mòn, tính chống ăn mòn, chiều dày lớp mạ,... là thông số đầu ra.
b. Phương pháp đo thông số đầu ra
Phương pháp đo của các thông số đầu ra sẽ được trình bày ở mỗi thí nghiệm.
3.2.4. Thiết kế thí nghiệm
Mỗi yếu tố đầu vào thay đổi ở 4 mức và cho ở bảng 3.2.
Bảng 3.2: Các mức thay đổi của các thông số thí nghiệm
Mức
Dc
n
T
pH
(Thứ tự)
(A/dm2)
(v/ph)
(0C)
1
1
150
NĐ phòng
2
2
3
300
40
3
3
5
450
50
4
4
7
600
60
5
3.2.5. Tiến hành thí nghiệm
a. Lựa chọn phương án thí nghiệm
Để đạt được mục đích của Luận án đã trình bày, tác giả lựa chọn hai phương án thí nghiệm:
Thí nghiệm 1: nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ composite
Ni-Al2O3.
Ở thí nghiệm này, dựa vào kết quả nghiên cứu lý thuyết, điều kiện thực tế cũng như các thí
nghiệm sơ bộ để lựa chọn các thông số đầu vào và cùng với các mức thay đổi của các thông số đầu
vào. Qua kết quả nghiên cứu, bước đầu có thể đánh giá được ảnh hưởng của một số thông số đến chất
lượng lớp mạ composite Ni-Al2O3, làm cơ sở để lựa chọn chế độ mạ hợp lý cho chi tiết mạ ứng dụng
cũng như cho những nghiên cứu tiếp theo (tối ưu chế độ mạ).
Thí nghiệm 2: so sánh lớp mạ niken thường (không có hạt) với lớp mạ niken composite NiAl2O3 (có hạt).
Dựa vào kết quả của thí nghiệm 1, xây dựng quy trình mạ niken composite Ni-Al2O3 lên mẫu
(lớp mạ có hạt) và mạ niken thường (lớp mạ không hạt) lên mẫu. Sau đó so sánh một số thông số chất
lượng của hai loại lớp mạ (lớp mạ composite Ni-Al2O3 và lớp mạ Ni thường).
b. Tiến hành thí nghiệm
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào đó, thông số này được thay đổi trong miền
và ở 4 mức (bảng 3.2), các thông số còn lại ấn định ở giá trị cố định. Giá trị hợp lý của thông số vào
được lựa chọn dựa vào chất lượng lớp mạ (được đánh giá qua màu sắc, độ bám nhờ phương pháp thủ
công như gạch, khía,…) và lượng hạt Al2O3 có trong lớp mạ (lượng hạt càng nhiều càng tốt).
Thứ tự thực hiện các thí nghiệm được tiến hành như sau:
- Trước tiên tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng của mật độ dòng điện. Các giá trị ấn định được
lựa chọn dựa vào nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sơ bộ, cụ thể là n = 150v/ph, T = nhiệt độ
phòng, pH = 4. Trên cơ sở của thí nghiệm này chọn được giá trị ấn định mật độ dòng điện cho các thí
nghiệm tiếp theo (mật độ dòng điện hợp lý).
13
- Thí nghiệm tiếp theo: nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy. Các giá trị ấn định: Dc = giá
trị lựa chọn ở thí nghiệm trên (mật độ dòng điện hợp lý), T= nhiệt độ phòng, pH= 4. Trên cơ sở của thí
nghiệm này chọn được giá trị ấn định tốc độ khuấy cho các thí nghiệm tiếp theo (tốc độ khuấy hợp lý).
- Thí nghiệm tiếp theo là nghiên cứu ảnh
hưởng của nhiệt độ dung dịch. Các giá trị ấn định: Dc
= giá trị lựa chọn ở thí nghiệm trên (mật độ dòng điện
hợp lý), n = giá trị lựa chọn ở thí nghiệm trên (tốc độ
khuấy hợp lý), pH = 4. Trên cơ sở của thí nghiệm này
chọn được giá trị ấn định nhiệt độ dung dịch cho thí
nghiệm tiếp theo (nhiệt độ dung dịch hợp lý).
- Thí nghiệm cuối cùng: nghiên cứu ảnh
hưởng của độ pH dung dịch. Các giá trị ấn định: Dc =
giá trị lựa chọn ở thí nghiệm trên (mật độ dòng điện
hợp lý), n = giá trị lựa chọn ở thí nghiệm trên (tốc độ
khuấy hợp lý), T = giá trị lựa chọn ở thí nghiệm trên
(nhiệt độ dung dịch hợp lý). Trên cơ sở của thí
nghiệm này chọn được độ pH hợp lý của dung dịch.
Qua phương pháp tiến hành các thí nghiệm,
cuối cùng đã lựa chọn được các thông số (Dc , n, T,
Hình 3.1: Thiết bị phân tích JEOL JSMpH) hợp lý cho các thí nghiệm tiếp theo.
6490 (Mỹ)
3.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của một số
thông số đến chất lƣợng lớp mạ composite NiAl2O3
3.3.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện
Riêng với thí nghiệm ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến thông số`đầu ra ngoài chất lượng lớp
mạ (được đánh giá bằng trực quan) và lượng hạt còn có chiều dày của lớp mạ.
Loại thử nghiệm: phân tích cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ. Phương pháp thử: SEM-EDX. Thiết
bị thử: JEOL JSM-6490 (Mỹ) hình 3.1.
Tiến hành thử nghiệm trên 4 mẫu mạ composite Ni-Al2O3. Mẫu 1 (kí hiệu M1 được mạ với
dòng điện 1A/dm2; mẫu 2 (kí hiệu M3 mạ với dòng 3A/dm2); mẫu 3 (kí hiệu M6 được mạ với dòng
điện 5A/dm2); mẫu 4 (kí hiệu M12 được mạ với dòng điện 7A/dm2).
Quy trình thực hiện như sau
Cắt mẫu
M1
Đổ nhựa
M2
Mài mẫu
Đánh bóng
Phân tích cấu trúc
Các mẫu mạ Ni composite được cắt ngang và đổ
epoxy trong khuôn đúc như hình 3.2, sau đó mài và đánh bóng
mẫu trên thiết bị STRUERS (Hà Lan), phân tích cấu trúc mặt
cắt ngang trên thiết bị JEOL JSM-6490 (hình 3.1).
Kết quả
M3
M4
Hình 3.2: Các mẫu phân tích cấu
trúc mặt cắt ngang
Kết quả phân tích cấu trúc và thành phần mặt cắt
ngang đối với mẫu M1 cho ở hình 3.3 và hình 3.4 (Phụ lục
3.1) và hình 3.5 (Phụ lục 3.2).
Kết quả thí nghiệm tổng hợp ảnh hưởng của mật độ
dòng điện cho ở bảng 3.3 và đồ thị ảnh hưởng của mật độ
dòng điện (theo số liệu của bảng 3.3) cho ở hình 3.12 (giấy
xác nhận cho ở Phụ lục 3.21).
Từ kết quả thí nghiệm thấy rằng ảnh hưởng của mật độ
dòng điện là rất lớn. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến tốc
độ mạ (chiều dày lớp mạ/thời gian mạ) của mạ composite niken cũng giống như mạ niken thông
thường (mật độ dòng điện tăng làm tốc độ mạ tăng). Để có được lớp mạ với lượng hạt nhiều đối với
mạ composite Ni-Al2O3 khi mạ với mật độ dòng điện Dc = 3A/dm2 sẽ cho hiệu quả tốt nhất (mật độ
dòng điện hợp lý).
14
X
3.00
0
Hình 3.3: Phân tích SEM-EDX tại10 điểm (Line Scan) trên cấu trúc mặt cắt ngang của lớp mạ Ni (mẫu M1)
Hình 3.4 (Phụ lục 3.1): Phân tích SEM-EDX trên vùng cấu trúc mặt cắt ngang của lớp mạ Ni (mẫu M1)
Hình 3.5 (Phụ lục 3.2): Phân tích SEM-EDX các điểm trên cấu trúc mặt cắt ngang của lớp mạ (mẫu M1)
Mức
Mức 1
Mức 2
Mức 3
Mức 4
A/dm2
1
3
5
7
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của mật độ dòng điện (Dc)
Ký hiệu mẫu
Lượng hạt Al2O3 trung
bình, %
M1
0,7
M3
2,6
M6
2,1
M12
1,1
Chiều dày trung bình,
µm
21,2
29,8
42,3
95,8
15
Từ kết quả thí nghiệm và sự phân tích trên để có được lớp mạ với lượng hạt nhiều thì phải
dùng mật độ dòng điện mạ hợp lý, cũng giống như quy luật của mạ điện niken thường (theo kết quả
nghiên cứu) như với mạ composite Ni-Al2O3 dùng mật độ dòng điện khoảng 3 A/dm2 cho hiệu quả tốt
nhất (mật độ dòng điện hợp lý).
a)
b)
Mật độ dòng điện Dc, A/dm2
Mật độ dòng điện Dc, A/dm2
Hình 3.12: Ảnh hưởng của mật độ dòng điện; a- đến lượng hạt Al2O3 trung
bình trong lớp mạ; b- đến chiều dày lớp mạ
3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
3,5
Hình 3.13: Ảnh SEM các thành phần nguyên tố trong lớp mạ khi khuấy với vận tốc 150v/ph
Lƣợng hạt Al2O3 TB, %
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
150
300
450
600
Tốc độ khuấy n, v/ph
Hình 3.18: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
Ở thí nghiệm này giá trị ấn định
là: Dc = 3A/dm2 (mật độ dòng điện hợp
lý), T = nhiệt độ phòng, pH = 4.
Sử dụng thiết bị đo FEIQUANTA 200 - Viện Vật lý - Đại Học
Bách khoa Hà Nội.
Kết quả thí nghiệm cho ở hình
3.13, hình 3.14 (Phụ lục 3.9), hình 3.15
(Phụ lục 3.10) và hình 3.16 (Phụ lục
3.11).
Kết quả thí nghiệm tổng hợp ảnh
hưởng của tốc độ khuấy cho ở bảng 3.4
và đồ thị ảnh hưởng của tốc độ khuấy
(theo số liệu của bảng 3.4) cho ở hình
3.18.
Từ kết quả trên chứng tỏ khuấy
16
Lƣợng hạt Al2O3 TB, %
có ảnh hưởng lớn đến lượng hạt trong lớp mạ. Với thể tích bể mạ 100 lít, tốc độ khuấy hợp lý (cho
lượng hạt trong lớp mạ nhiều nhất) là 150v/ph.
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ở thí nghiệm này giá trị ấn định là:
Dc = 3A/dm2 (mật độ dòng điện hợp lý), n
= 150v/ph (tốc độ khuấy hợp lý), pH = 4.
Kết qủa đo được thực hiện tại Trung tâm
thí nghiệm - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của
nhiệt độ được thể hiện trên các hình 3.19,
hình 3.20 (Phụ lục 3.12), hình 3.21 (Phụ lục
3.13) và hình 3.22 (Phụ lục 3.14).
Kết quả thí nghiệm tổng hợp ảnh
hưởng của nhiệt độ dung dịch cho ở bảng
3.5 và đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ dung
dịch theo số liệu của bảng 3.5 cho ở hình
3.23.
Kết quả thí nghiệm chứng tỏ nhiệt
Hình 3.19: Ảnh SEM các thành phần nguyên tố trong
độ dung dịch cũng là yếu tố ảnh
lớp mạ khi mạ với nhiệt độ phòng
hưởng lớn đến lượng hạt Al2O3 trong
7
lớp mạ.
Với kết quả trên sẽ là cơ sở
6
cho việc lựa chọn nhiệt độ và kích
5
thước của hạt trong quá trình mạ
composite Ni-Al2O3. Khi mạ phải
4
tuân theo nhiệt độ quy định của kim
3
loại mạ, tránh sử dụng nhiệt độ quá
cao vì nó sẽ làm giảm độ nhớt dung
2
dịch, giảm sự phân cực của catot và
1
độ dính bám của các hạt vào bề mặt
0
catot, dung dịch bị hao hụt nhiều do
Nhiệt độ
40
50
60
bị bay hơi và bị phân hủy. Theo kết
phòng
quả thí nghiệm thì nhiệt độ dung dịch
Nhiệ t độ dung dịch, 0C
mạ hợp lý là 400C.
3.3.4. Ảnh hưởng của độ pH
Hình 3.23: Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch mạ
Ở thí nghiệm này giá trị ấn
định là: Dc = 3A/dm2 (mật độ dòng điện hợp lý), n = 150v/ph (tốc độ khuấy hợp lý), T = 400C (nhiệt
độ mạ hợp lý).
Kết quả đo được thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên. Quy trình thí nghiệm
tương tự như trên, kết quả được thể hiện
trên các hình 3.24, hình 3.25 (Phụ lục
3.15), hình 3.26 (Phụ lục 3.16) và hình
3.27 (Phụ lục 3.17).
Kết quả thí nghiệm tổng hợp ảnh
hưởng của độ pH dung dịch cho ở bảng
3.6 và đồ thị ảnh hưởng của độ pH dung
dịch theo số liệu của bảng 3.6 cho ở hình
3.28.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: độ
pH của dung dịch mạ là yếu tố ảnh
hưởng lớn đến lượng hạt Al2O3 có trong
Hình 3.24: Ảnh SEM các thành phần nguyên tố trong lớp
lớp mạ. Khi pH = 5, lượng hạt Al2O3 tuy
mạ Ni-Al2O3 khi mạ với độ pH = 2
lớn nhất nhưng trên lớp mạ có hiện
17
Lƣợng hạt Al2O3 TB, %
tượng kết tủa của các hạt rắn niken hydroxit Ni(OH)2 hay niken oxit (NiO). Chính vì vậy, tác giả đã
lựa chọn độ pH hợp lý là 4.
3.3.5. Lựa chọn thông số công nghệ hợp lý
Qua các kết quả nghiên cứu ở
trên các thông số (các thông số hợp
lý) cho các nghiên cứu tiếp theo là:
10
mật độ dòng điện mạ Dc = 3A/dm2;
9
tốc độ khuấy n = 150v/ph; nhiệt độ
8
dung dịch mạ T = 400C; độ pH = 4.
7
3.4. Kết quả so sánh lớp mạ niken
thƣờng (không có hạt) với lớp mạ
niken composite Ni-Al2O3 (có hạt)
4
Tiến hành thử nghiệm khả năng
3
bám
dính,
độ ăn mòn, độ cứng, độ mài
2
mòn của lớp mạ Ni-Al2O3 và lớp mạ Ni
1
thường tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới;
0
Công ty TNHH Kỹ thuật Hà Nội;
2
3
4
5
Phòng thí nghiệm - Trường Đại học Kỹ
Độ pH của dung dịch
thuật Công nghiệp. Giấy chứng nhận
kết quả cho ở Phụ lục Chương 3. Dưới
Hình 3.28: Ảnh hưởng của độ pH trong dung dịch
đây trình bày các kết quả chính.
3.4.1. Kết quả so sánh độ bám dính
Kiểm tra độ bám dính của lớp mạ composite Ni-Al2O3 và lớp mạ Ni thường bằng phương pháp
sốc nhiệt.
6
5
Thử nghiệm được tiến hành trên ba mẫu, mẫu số
1 và mẫu số 2 được mạ composite Ni-Al2O3 kí hiệu
(NA1, NA2), mẫu số 3 được tiến hành mạ niken thường
kí hiệu (N). Điều kiện thử nghiệm: tiêu chuẩn thử : ISO
2819-1980 (E). Thiết bị thử: lò nung NABERTHERM CHLB Đức (hình 3.29).
Hình 3.29: Lò nung
NABERTHERM
NA1
Kết quả: kết quả quan sát bề mặt sau khi thử sốc
nhiệt (hình 3.30) cho thấy các lớp mạ composite Ni-Al2O3
và lớp mạ Ni trên 3 mẫu thử đều không có hiện tượng bị
bong tróc, lớp mạ của 3 mẫu đều bám chắc với nền như vậy
hạt Ni-Al2O3 không ảnh hưởng đến độ bám của lớp mạ
composite (giấy xác nhận cho ở Phụ lục 3.21).
NA2
N
Hình 3.30: Ảnh chụp các mẫu sau khi thử nghiệm sốc nhiệt
3.4.2. Kết quả so sánh độ bền ăn mòn
Kiểm tra độ bền ăn mòn của lớp mạ composite Ni-Al2O3 và lớp mạ Ni thường bằng phương
pháp phun mù muối nhờ thiết bị thử ăn mòn (hình 3.31). Thử nghiệm được tiến hành trên hai mẫu,
mẫu số 1 được mạ composite Ni-Al2O3 trên dây chuyền thiết kế và có kí hiệu là (NA), mẫu số 2 được
18
tiến hành mạ niken thường và có kí hiệu là (N). Phương pháp thử: CASS TEST (thành phần dung dịch,
chế độ và tiêu chuẩn).
Kết quả ảnh quan sát bề mặt sau 24h thử nghiệm (hình 3.33), sau 48h (hình 3.34), sau 72h hình 3.35 (Phụ lục 3.18) và sau 96h - hình 3.36 (Phụ lục 3.19). Kết quả tổng hợp ở bảng 3.7.
TT
Bảng 3.7. Kết quả thử nghiệm các mẫu phun mù muối
Quan sát bề mặt
Tên
mẫu
Sau 24h
Sau 48h
Sau 72h
Sau 96h
Chưa thấy xuất
hiện điểm gỉ
đỏ.
Chưa thấy xuất
hiện điểm gỉ
đỏ.
1
NA
Bị xỉn màu, độ bóng giảm
so với ban đầu, không xuất
hiện điểm gỉ đỏ.
Chưa thấy xuất hiện điểm
gỉ đỏ.
2
N
Bị xỉn màu, độ bóng giảm
so với ban đầu, không xuất
hiện điểm gỉ đỏ.
Xuất hiện nhiều điểm gỉ
đỏ, chiếm khoảng
70 80% diện tích bề mặt.
Qua bảng 3.7 cho thấy khả năng chống ăn mòn của lớp mạ Ni -Al2O3 cao hơn so với lớp mạ Ni
thường (giấy xác nhận cho ở Phụ lục 3.21).
3.4.2. Kết quả so sánh độ cứng
Phương pháp thử: PM - MET 01.
Thiết bị thử: BUEHLER - Mỹ (hình 3.37).
Kết quả đo độ cứng hai mẫu, mẫu mạ Ni composite chứa hạt Ni-Al2O3 (kí hiệu NA1); mẫu mạ
Ni thường (kí hiệu: N) cho ở bảng 3.8.
Qua bảng cho thấy, mẫu có lớp mạ composite Ni-Al2O3 có độ cứng cao hơn mẫu có lớp mạ
niken thường.
Bảng 3.8: Kết quả đo độ cứng của hai mẫu.
Độ cứng
TT
Tên mẫu
Thang đo (HV)
Trung bình (HV)
452,7
438,9
1
NA1
438,9
443,0
438,8
445,7
195,1
187,3
2
N
185,4
189,3
193,1
185,4
3.4.4. Kết quả so sánh độ mài mòn
Bảng 3.9: Kết quả thử nghiệm mài mòn của hai mẫu
Các thông số mài mòn
TT
Tên mẫu
Tốc độ mài mòn trung bình, μm/m
Hệ số ma sát trung bình
1
Mẫu 1
0,00468
0,6566
2
Mẫu 2
0,00998
0,5459
19
Có nhiều phương pháp đo độ mài mòn của lớp mạ, với mỗi phương pháp đều sử dụng thiết bị
và chuẩn bị mẫu theo một cách riêng phù hợp với phương pháp đó. Ở phần thử nghiệm này áp dụng
tiêu chuẩn ASTM G99:2010: phương pháp đo mài mòn bằng thiết bị dạng tì chốt (hình 3.40, hình
3.41) lên đĩa (Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus).
Kết quả thử nghiệm mài mòn được tổng hợp trên bảng 3.9, hình 3.43 và hình 3.44. Các kết quả
thử nghiệm mài mòn thu được cho thấy tốc độ mài mòn của mẫu 1 có giá trị chỉ bằng khoảng 45% tốc
độ mài mòn của mẫu 2, điều này khẳng định khả năng chịu mài mòn của mẫu 1 (lớp mạ composite NiAl2O3) cao hơn khả năng chịu mài mòn của mẫu 2 (lớp mạ Ni thường) - giấy xác nhận cho ở Phụ lục
3.21).
Kết luận Chƣơng 3
Bằng các nghiên cứu và thông qua thực nghiệm tác giả đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu ảnh
hưởng của một số thông số (thông số đầu vào), các thông số đã được thay đổi trong miền và ở 4 mức.
Thông qua các kết quả (thông số đầu ra: lượng hạt,…) đã lựa chọn được các thông số (thông số đầu
vào) hợp lý cho từng thí nghiệm và cho các thí nghiệm tiếp theo cụ thể như sau
Khi mật độ dòng điện tăng đã làm tăng tốc độ mạ, tăng chiều dày lớp mạ, làm ảnh hưởng đến
lượng hạt Al2O3 vào trong lớp mạ, tuy nhiên dòng điện tăng đến một giá trị nhất định thì lượng hạt lại
giảm xuống, với kết quả này hoàn toàn phù hợp với quy luật của mạ niken thường (khi mạ với dòng
điện 3A/dm2 lượng hạt vào trong lớp mạ nhiều hơn so với các chế độ dòng điện khác).
Tốc độ khuấy đảo dung dịch quá mạnh thì lượng hạt Al2O3 trong lớp mạ sẽ giảm xuống,
nguyên nhân của khuấy mạnh đã làm giảm thời gian và cơ hội hạt tiếp xúc với bề mặt catot. Nhưng
trong mạ composite phải có khuấy để dung dịch luôn ở trạng thái huyền phù và hạt luôn ở độ phân tán
cao, vì thế cần lựa chọn tốc độ khuấy hợp lý (khoảng 150v/ph - theo kết quả thực nghiệm).
Nhiệt độ tăng đã làm tăng độ hòa tan của các thành phần trong dung dịch, song nếu nhiệt độ
quá cao sẽ làm giảm độ nhớt của dung dịch dẫn đến các hạt dễ bị lắng xuống đáy, làm giảm lượng hạt
sát bề mặt catot dẫn đến ảnh hưởng lượng hạt vào lớp mạ. Do vậy trong quá trình mạ cần chọn nhiệt
độ hợp lý (theo kết quả thí nghiệm nhiệt độ mạ hợp lý 400C).
Độ pH tăng đã làm giảm tính axit của dung dịch (H+ giảm) tức là giảm lượng hydro thoát ra
trên bề mặt điện cực, giảm cản trở lượng hạt vào lớp mạ. Nhưng cần lưu ý không được tăng độ pH quá
cao dễ làm cho ion niken tạo thành niken oxit và niken hydroxit làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng
lớp mạ (theo kết quả thực nghiệm và các nghiên cứu độ pH = 4.0 là hợp lý).
Thông qua thử nghiệm chất lượng của lớp mạ composite Ni-Al2O3 và lớp mạ Ni thường cho
thấy, tính vượt trội của lớp mạ composite Ni-Al2O3 so với lớp mạ niken thường về
Độ bám dính của lớp mạ niken thường và lớp mạ niken composite Ni-Al2O3 là như nhau
(lượng hạt Ni-Al2O3 trong lớp mạ không làm ảnh hưởng đến độ bám dính).
Độ ăn mòn (trong điều kiện phun mù muối lớp mạ niken thường chỉ sau 48h đã bị gỉ đỏ trên bề
mặt, còn lớp mạ composite sau 96h vẫn chưa thấy xuất hiện điểm gỉ đỏ).
Độ cứng của lớp mạ composite Ni-Al2O3 cứng hơn so với lớp mạ niken thường.
Khả năng chịu mài mòn của lớp mạ composite Ni-Al2O3 cao hơn lớp mạ niken thường (tốc độ
mài mòn của lớp mạ composite Ni-Al2O3 có giá trị chỉ bằng khoảng 45% tốc độ mài mòn của lớp mạ
niken thường).
Với các kết quả trên đã khẳng định tính vượt trội của lớp mạ composite Ni-Al2O3 so với lớp mạ
nike thường, là cơ sở để triển khai, ứng dụng mạ composite cho mạ ban đầu và mạ phục hồi trên các chi tiết
máy làm việc trong điều kiện ma sát, mòn cao.
Chƣơng 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ
ĐIỆN COMPOSITE
4.1. Cơ sở chung lựa chọn phƣơng pháp phục hồi
Do có nhiều phương pháp phục hồi (như đã trình bày ở Chương 1) nên có thể dẫn đến kết luận
sau: một chi tiết (hư hỏng của chi tiết) có thể được phục hồi bằng một số phương pháp và trong một số
trường hợp có thể bằng nhiều phương pháp. Về bản chất vấn đề lựa chọn phương pháp phục hồi hợp
lý là một vấn đề tổng hợp, để giải quyết nó cần phải quan tâm, trước hết các yếu tố sau [77,78]: đặc
điểm cấu trúc của chi tiết; điều kiện làm việc của chi tiết; giá trị của hao mòn; giá thành phục hồi; các
đặc điểm sử dụng của quá trình phục hồi.
20
4.2. Nghiên cứu ứng dụng mạ composite (Ni-Al2O3) phục hồi chày dập thuốc dạng viên
4.2.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất thuốc viên trong ngành dược
Công nghệ sản xuất thuốc viên của ngành Dược đang phát triển mạnh và phong phú. Sản phẩm
thuốc chữa bệnh được sản xuất bởi ngành Dược có thể dưới dạng chế phẩm khác nhau [31], trong đó
thuốc dạng viên. Chất lượng chế tạo bộ khuôn là một trong các yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến chất
lượng và giá thành của viên nén.
4.2.2. Sơ đồ cấu tạo máy dập thuốc dạng viên
Hiện nay ở nước ta các Công ty, Xí nghiệp Dược phẩm sử dụng nhiều dây chuyền máy dập
thuốc dạng viên và hầu hết đều được nhập ở nước ngoài.
Hình 4.2 là cấu tạo các bộ phận chính của máy dập thuốc dạng viên Nhà máy Dược phẩm số 2 Công ty cổ phần Dược Trung Ương MEDIPLANTEX .
Từ hình 4.3 (Phụ lục 4.1) đến hình 4.5 (Phụ lục 4.3) là một số máy dập thuốc dạng viên khác.
4.2.3. Nguyên lý làm việc
Từ nguyên lý làm việc trình bày ở trên ta thấy rằng: một trong những bộ phận làm việc chính của máy
dập thuốc dạng viên là các cặp chày và cối. Khi làm việc chày bị mòn nhiều ở đầu chày như hình 4.6.
Hình 4.2. Cấu tạo các bộ phận chính
của máy dập thuốc dạng viên loại
GZPK-3037
1- phễu cấp liệu (bột thuốc) ; 2- chày
trên ; 3- chày dưới ; 4- mâm quay ; 5cối liệu ; 6- máng dẫn viên ; 7,7’- bộ
phận điều chỉnh lượng bột thuốc vào
khuôn ; 8- bộ phận điều chỉnh lực ép
của chày trên và chày dưới
Chày dập
Vị trí hao mòn
Hình 4.6: Vị trí hao mòn của chày dập thuốc GZPK-3037
4.2.4. Cơ chế mòn của chày, cối dập thuốc dạng viên
Phân tích các yếu tố tác động đến đầu của bộ chày như hình (4.7).
Từ sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân tích mòn của chày cối là do ma sát kết hợp với
mòn hóa học.
4.2.5. Yêu cầu kỹ thuật và giải pháp nâng cao chất lượng của bộ khuôn
a. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bộ khuôn chày [13,31].
b. Các giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng của bộ khuôn chày
Để nâng cao chất lượng của bộ khuôn có những giải pháp sau
- Lựa chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện, có thể sử dụng một số giải pháp sau
Từ những nhận xét trên cùng với kết quả nghiên cứu mạ composite Ni-Al2O3 (được trình bày
ở Chương 3) cho thấy rằng, để phục hồi chày dập thuốc bị mòn có thể ứng dụng mạ composite NiAl2O3.
- Xem thêm -
.PDF 
24 
288 
108 
