Tài liệu Ứng dụng công nghệ mạ composite nhằm nâng cao tuổi thọ của chày dập thuốc viên

  • Số trang: 87 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 59 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ................ ................... LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠ COMPOSITE NHẰM NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA CHÀY DẬP THUỐC VIÊN 23. NGUYỄN QUANG HỢP THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa hóa bởi bởi Trung Trungtâm tâmHọc Họcliệu liệu––Đại Đạihọc họcThái TháiNguyên Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ................ ................... LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠ COMPOSITE NHẰM NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA CHÀY DẬP THUỐC VIÊN Ngành Mã số Học viên Ngƣời HD Khoa học : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY :23. : NGUYỄN QUANG HỢP : PGS.TS. PHAN QUANG THẾ THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa hóa bởi bởi Trung Trungtâm tâmHọc Họcliệu liệu––Đại Đạihọc họcThái TháiNguyên Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cƣ́u của tôi . Các kết quả , số liệu nêu trong luận văn là trung thƣ̣c và chƣa tƣ̀ng đƣợc công bố trong bất kỳ công trì nh nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Quang Hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Bằng tất cả sự kính trọng và chân thành tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS .TS Phan Quang Thế ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Đồng thời tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại Học Kỹ thuật Công nghiệp, Ban chủ nhiệm Khoa Đào Tạo Sau Đại Học, Ban giám hiệu trƣờng Trung Cấp Nghề Quảng Bình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình , ngƣời thân và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cám ơn! Tác giả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vii Danh mục các bảng viii Danh mục các hình vẽ ix Mở đầu 1 Chƣơng 1: Các nghiên cứu về mòn, mòn hoá học và mạ Composite trên nền Niken và Crom 3 1.1. Lý thuyết cơ bản về mòn…………………………………………….. 3 1.2. Phân loại về mòn ……………………………………………………. 4 1.3. Các cơ chế mòn……………………………………………………… 4 1.3.1. Mòn do dính……………………………………………………...... 4 1.3.2. Mòn do cào xƣớc………………………………………………….. 8 1.3.3 Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo…………………………….. 9 1.3.4 Mòn do cào xƣớc bằng nút tách…………………………………… 14 1.3.5 Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion)………………………….. 16 1.3.6. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion)……………………. 18 1.3.7. Mòn do mỏi……………………………………………………….. 20 1.4. Mòn hoá học………………………………………………………… 24 1.5. Mạ composite niken…………………………………………………. 25 1.5.1. Đặc điểm của mạ Niken…………………………………………… 26 1.5.2 Các dung dịch mạ Niken…………………………………………… 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 1.5.3 Các lớp mạ Niken………………………………………………… 29 1.5.3.1. Mạ niken mờ……………………………………………………. 29 1.5.3.2. Mạ niken bóng…………………………………………………… 30 1.5.3.3. Mạ niken đen…………………………………………………….. 30 1.5.3.4. Mạ niken xốp…………………………………………………….. 31 1.5.3.5. Mạ niken nhiều lớp………………………………………………. 32 1.5.4. Lớp mạ niken composite …………………………………………. 32 1.6. Mạ composite Crom ………………………………………………… 34 1.6.1. Các lớp mạ crom............................................................................... 35 1.6.2. Đặc điểm quá trình mạ crom............................................................. 36 1.6.3. Cấu tạo và tính chất lớp mạ crom………………………………….. 37 1.6.4. Các dung dịch mạ crom..................................................................... 39 1.6.4.1. Mạ crom từ dung dịch có anion SO42……………………………. 39 1.6.4.2. Mạ crom từ dung dịch có anion F-………………………………. 42 1.6.4.3. Mạ crom từ dung dịch có các anion SO42- và SiF62-…………….. 43 1.6.5. Lớp mạ crom composite .................................................................. 43 1.6.5.1 Quá trình tạo thành lớp mạ tổ hợp………………………………... 44 1.6.5.2 Sơ đồ mạ tổ hợp Crôm…………………………………………… 45 1.6.5.3 Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình mạ tổ hợp Crom............... 47 1.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1…………………………………………… 48 Chƣơng II: Nghiên cứu thực nghiệm về mòn và cơ chế mòn của chày cối dập thuốc viên 49 2.1. Mòn của chày cối dập thuốc viên……………………………………. 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 2.2. Cơ chế mòn của chày cối dập thuốc thuốc viên……………………... 50 2.2.1. Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên loại viên C............................. 50 2.2.2. Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên Fe.......................................... 51 2.2.3. Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên C.............................................. 53 2.2.4. Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên Fe............................................. 54 2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG II................................................................... 55 Chƣơng III: Chế tạo chày và mạ Composite hạt AL2O3 trên nền Niken 56 3.1. Chế tạo chày dập thuốc viên………………………………………… 56 3.2. Mạ composite hạt TiO2 trên nền Niken (TiO2-Ni ).............................. 57 3.2.1. Thí nghiệm………………………………………………………… 59 3.2.1.1. Thiết bị thí nghiệm …………………………………………… 59 3.2.1.2. Hóa chất ……………………………………………………… 60 3.2.1.3. Chế độ và quá trình chuẩn bị ………………………………………… 61 3.2.2. Kết quả thí nghiệm………………………………………………… 61 3.2.3. Phân tích kết quả ………………………………………………………… 63 3.3. Mạ composite hạt AL203 trên nền Niken (Al2O3-Ni )……………… 64 3.3.1. Thí nghiệm………………………………………………………… 65 3.3.1.1. Thiết bị thí nghiệm ……………………………………………… 65 3.3.1.2. Hóa chất ………………………………………………………… 66 3.3.1.3. Chế độ và quá trình chuẩn bị …………………………………… 66 3.3.2. Kết quả thí nghiệm………………………………………………… 67 3.3.3. Phân tích kết quả………………………………………………….. 69 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG III…………………………………………… 71 Chƣơng IV: Kết luận và kiến nghị............................................................. 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi 4.1. Kết luận……………………………………………………………… 72 4.2. Kiến nghị............................................................................................ 73 Tài liệu tham khảo .................................................................................... 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: T0 Nhiệt độ trong quá trình mạ PH Độ PH f Tốc độ khuấy A Cƣờng độ dòng điện (A/dm2) t Thời gian mạ Các chữ viết tắt: Ni Niken Cr Crom NiSO4 Niken sunfat NiCL2 Niken clorua H3BO3 Axit Boric HCl Axit clohyđric HBF4 axit flobore Al2O3 Nhôm oxit Ti Titan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tỷ trọng của crom điện giải phụ thuộc vào chế độ mạ 36 1.2. Chiều dày tối đa của lớp mạ crom chƣa bị nứt 38 1.3. Các dung dịch mạ crom chứa anion SO42- 40 1.4 Chế độ điện phân để tạo các kiểu lớp mạ crom khác nhau 41 1.5 Chế độ mạ crom từ dung dịch tự điều chỉnh nhƣ sau 42 3.1 Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite TiO2-Ni 60 3.2 Độ cứng tế vi của bề mặt mẫu sau khi mạ composite. 62 3.3 Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite Al2O3 -Ni 66 3.4 Độ cứng tế vi của bề mặt mẫu sau khi mạ composite. 67 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Tên hì nh Trang 1.1 Sơ đồ mô tả hai khả năng cắt tại tiếp xúc đỉnh nhấp nhô theo bề mặt tiếp xúc chung hoặc lấn vào một trong hai bề mặt 5 1.2 Sơ đồ mô hình lý thuyết tạo ra một hạt mòn bán cầu trong tiếp xúc ma sát trƣợt ……………………………………………………… 6 1.3 1.4 Sơ đồ (a) bề mặt cứng và nhám hoặc bề mặt cứng gắn các hạt cứng trƣợt trên bề mặt mềm hơn (b) các hạt cứng tự do kẹt giữa các bề mặt trong đó ít nhất một bề mặt có độ cứng thấp hơn độ cứng của hạt cứng ………………………………………………… Sơ đồ vùng đƣờng trƣợt của ba dạng biến dạng của vật liệu rắn, tuyệt đối dẻo gây ra bởi sự ƣớt của hình chêm phẳng cứng từ phải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn ix qua trái (a) cày (b) sự hình thành vật liệu dồn ép (c) cắt Sơ đồ ba chế độ của mòn cào xƣớc và profile tƣơng ứng của mặt 1.5 cắt ngang quan sát trên SEM. (a) Chế độ cắt của đầu thép trƣợt trên đĩa đồng; (b) Chế độ dồn ép vật liệu của đầu thép trên đĩa 11 thép trắng; (c) Chế độ cày của đầu thép trên đĩa đồng Các chế độ biến dạng quan sát khi trƣợt mũi cao cứng trên đồng a, 1.6 thép các bon trung bình (45%) và thép trắng ôcxtenit là hàm số 12 chứa sức bền cắt trên mặt tiếp xúc và độ chìm sâu của mũi cầu Một hạt cứng hình nón trong tiếp xúc trƣợt với bề mặt vật liệu 1.7 mềm hơn của chế độ mòn do cào xƣớc. Gọi dW là áp lực pháp 12 tuyến tác dụng lên bề mặt nhấp nhô hình nón …………………… 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 Sự hình thành và phát triển của vết nứt trong các chu kỳ chịu và nhấc tải của kính đá vôi sử dụng mũi hình tháp nhọn …………… Sơ đồ cơ chế mòn gây ra bởi hạt cứng sắc khi trƣợt trên mặt phẳng của vật liệu dòn thớ ngang ………………………………… Sơ đồ mòn va chạm của một hạt cứng va chạm thẳng góc vào một bề mặt mềm hơn…………………………………………………... Sơ đồ va chạm của một đầu va chạm với tấm phẳng chuyển động ngang ……………………………………………………………... Sơ đồ chu kỳ lực va chạm ………………………………………… 14 15 17 18 20 Sự thay đổi của ứng suất tiếp chính theo chiều sâu dƣới điểm tiếp 1.13 xúc của hai bề mặt cứng khi lăn không trƣợt (f-0), trƣợt thuần tuý 23 (f lớn), vừa lăn vừa trƣợt (f trung bình), a là bán kính Hec 1.14 Mô hình lớp mạ composite………………………………………... 44 1.15 Sơ đồ bể mạ khuấy bằng bơm phun ……………………………… 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn x 1.16 Sơ đồ bể mạ khuấy bằng bơm sục ………………………………... 46 1.17 Sơ đồ bể mạ khuấy bằng cánh quạt ………………………………. 47 2.1 Máy dập viên ZP 33……………………………………………… 49 2.2.a Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên C …… 50 2.2.b Điểm mòn vùng giữa bề mặt đƣợc phóng to …………………….. 50 2.2.c Mòn vùng biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên C........... 51 2.3.a Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên ………. 51 2.3.b Điểm mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe 51 2.3.c Mòn cận giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe …….. 52 2.3.d Điểm mòn đƣợc phóng to ………………………………………… 52 2.3.e Mòn vùng cận biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe 52 2.3.f Mòn vùng biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe …… 52 2.4.a Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C ………. 53 2.4.b Mmòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C……... 53 2.4.c Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C ............. 53 2.5.a Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe ……… 54 2.5.b Hình phóng to điểm mòn vùng giữa bề mặt ……………………… 54 2.5.c Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe .......... 54 3.1 Chày dập thuốc viên ……………………………………………… 56 3.2 Chày dập thuốc viên ……………………………………………… 57 3.3 Chày, cối dập thuốc viên …………………………………………. 57 3.4 Các loại sản phẩm chày cối ……………………………………… 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xi 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạ composite (a) khuấy nhờ bơm tƣới (b) khuấy cơ học 58 3.6 Hình 3.6. Bể mạ chi tiết Composite ……………………………... 59 3.7 Thiết bị điều khiển các thông số trong quá trình mạ composite 60 3.8 Hạt trung tính TiO2 sử dụng trong thí nghiệm. 61 3.9 Ảnh SEM thể hiện sự tham gia vào lớp mạ của các hạt TiO2 62 3.10 Ảnh SEM hạt trung tính Al2O3 sử dụng trong thí nghiệm và thành phần hóa học qua phân tích EDX. 3.11 Ảnh SEM thể hiện sự tham gia vào lớp mạ của các hạt Al 3.12 EDS phân tích bề mặt lớp mạ trên hình (b) và (d) cho thấy Ni, 66 68 69 Al2O3 và Fe Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài Hiện nay ở nƣớc ta việc sử dụng thuốc viên phục vụ cho nhu cầu khám chữa bệnh là rất lớn, ngoài một cơ số thuốc chúng ta phải nhập ngoại thì ở Việt Nam có rất nhiều công ty dƣợc phẩm hàng năm phải sản xuất ra một lƣợng lớn thuốc chữa bệnh ở dạng viên. Phát triển công nghiệp Dƣợc là một trong những lĩnh vực ƣu tiên của Nhà nƣớc ta. Trong quá trình sản xuất thuốc viên, bên cạnh những yêu cầu về máy móc, thiết bị thì nhu cầu về chày, cối phục vụ cho việc dập thuốc là rất lớn bởi vì đây là những chi tiết phải thay thế thuờng xuyên. Sau một thời gian sử dụng vùng làm việc của chày cối sẽ bị mòn ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bề mặt và làm thay đổi hình dạng yêu cầu của viên thuốc. Trƣớc đây, sản phẩm chày, cối phải nhập ngoại nên có giá thành tƣơng đối cao. Trong những năm vừa qua Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã nghiên cứu và chế tạo thành công sản phẩm chày cối phục vụ cho ngành dƣợc khắp cả nƣớc. Mặc dù, sản phẩm chày cối của Nhà truờng đã đáp ứng đƣợc những yêu cầu của thực tiễn. Việc nghiên cứu nhằm nâng cao tuổi thọ của chày cối là một vấn đề vẫn cần quan tâm đặc biệt là việc áp dụng những biện pháp công nghệ bề mặt mới nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt, hình dáng và hạ giá thành của thuốc viên. Những biện pháp công nghệ bề mặt có thể nâng cao tuổi thọ của bộ chày cối dập thuốc viên bao gồm phủ bay hơi PVD, CVD, thấm ion, mạ composite v.v. trong đó là mạ composite là biện pháp công nghệ khả thi tại trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp vì thế đề tài : ‘Ứng dụng mạ composite nhằm nâng cao tuổi thọ của chày dập thuốc viên’ là cần thiết và cấp bách. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 2. Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu ứng dụng của mạ composite nhằm nâng cao khả năng chống mòn trong điều kiện mòn và ăn mòn hoá học cao sẽ đóng góp cho lĩnh vực nghiên cứu về ứng dụng của mạ composite trong công nghiệp Dƣợc. 3. Ý nghĩa thực tiễn - Thành công của đề tài sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm thuốc và tuổi thọ của chày, cối. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu: - Chƣơng 1: Tổng quan các nghiên cứu về mòn, mòn hoá học và mạ Composite trên nền Cr và Ni - Chƣơng 2: Nghiên cứu thực nghiệm về mòn và cơ chế mòn của chày cối dập thuốc viên - Chƣơng 3: Chế tạo chày, mạ Composite hạt Al203 trên nền Ni và thử nghiệm - Chƣơng 4: Kết luận và định hƣớng nghiên cứu tiếp theo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÒN, MÒN HOÁ HỌC VÀ MẠ COMPOSITE TRÊN NỀN CROM VÀ NI KEN 1.1 . Lý thuyết cơ bản về mòn Mòn là hiện tƣợng phá huỷ bề mặt hay quá trình tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trƣợt, lăn hoặc va chạm tƣơng đối với nhau. Nói chung, mòn xảy ra do sự tƣơng tác nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tƣơng đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vƣợt quá giới hạn chảy, nhƣng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào bị tách ra. Sau đó vật liệu bị tách ra từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mòn rời. Trong trƣờng hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lƣợng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn. Định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, tuy nhiên sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm theo sự thay đổi về khối lƣợng hoặc thể tích của vật thể cũng đƣợc coi là mòn. Giống nhƣ ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống. Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Mòn có quan hệ với ma sát tuy nhiên không phải cứ ma sát lớn là gây ra mòn với tốc độ cao. Ví dụ các cặp bề mặt tiếp xúc sử dụng chất bôi trơn rắn và chất dẻo cho ma sát tƣơng đối thấp nhƣng mòn lại tƣơng đối cao, trái lại ceramics cho ma sát trung bình nhƣng mòn lại rất thấp. Thƣờng hệ số ma sát trƣợt của đa số cặp vật liệu thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1, nhƣng tốc độ mòn có thể thay đổi trong phạm vi lớn. Điều này đƣợc giải thích là do mòn liên quan đến nhiều hiện tƣợng đa dạng kết hợp với nhau theo cơ chế không thể dự đoán trƣớc đƣợc và thay đổi trong phạm vi rất rộng. Mòn có thể có hại hoặc có ích. Mòn ở đầu bút chì, khi mài, đánh bóng, và nạo là các ví dụ về mòn có lợi. Mòn là điều không mong muốn trong các bộ phận và chi tiết nhƣ ổ, phớt, bánh răng và cam. Chi tiết có thể phải thay thế khi bị mòn một Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 lƣợng rất nhỏ hoặc nếu nhƣ bề mặt bị quá ráp. Trong các hệ đƣợc thiết kế tốt về ma sát, mòn và bôi trơn, quá trình mòn xảy ra rất chậm nhƣng ổn định và liên tục. Tuy nhiên sự sinh ra và tuần hoàn của các hạt mòn có thể gây ra sự phá huỷ bề mặt trên các bề mặt tiếp xúc chung. Khi các hạt mòn có kích thƣớc lớn hơn khe hở tiếp xúc có thể gây ra phá hỏng bề mặt gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến khả năng làm việc của đôi ma sát lớn hơn là lƣợng mòn thực tế. 1.2. Phân loại mòn Mòn xảy ra do các tƣơng tác cơ, điện, hoá và nói chung chịu xúc tác của nhiệt ma sát. Do tƣơng tác cơ học các vết nứt có thể xuất hiện do hiện tƣợng bẻ gãy các liên kết phân tử trong chất dẻo, sự trƣợt trong kim loại, sự phá vỡ biên giới hạt trong ceramics hoặc sự phá huỷ bề mặt của composite hoặc vật liệu nhiều pha. Các vết nứt này sẽ phát triển và tạo ra các hạt mòn. Mòn bao gồm sáu hiện tƣợng chính tƣơng đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trƣợt đó là : Dính, cào xƣớc, mỏi bề mặt, va chạm, hoá, an mòn và điện. Các dạng mòn khác thƣờng gặp nhƣ fretting hay an mòn fretting là sự kết hợp của các dạng mòn dính, hạt cứng và va chạm. Theo thống kê, khoảng hai phần ba mòn xảy ra trong công nghiệp là do cơ chế dính vật và cào xƣớc. Trừ mòn do mỏi, mòn do các cơ chế khác là một hiện tƣợng xảy ra liên tục. Trong thực tế mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trƣờng hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhƣng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn. Phân tích bề mặt các chi tiết bị hỏng do màn xác định đƣợc các cơ chế mòn xảy ra ở giai đoạn cuối mà thôi. Kính hiển vi và rất nhiều kỹ thuật phân tích bề mặt đƣợc sử dụng để thực hiện các nghiên cứu về phân tích bề mặt 1.3. Các cơ chế mòn 1.3.1. Mòn do dính Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trƣợt so với nhau. Dính xảy ra tại chổ tiếp xúc ở các đỉnh nhấp nhô dƣới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trƣợt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trƣợt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn đƣợc sinh ra theo cơ chế mòn do mỏi ở đỉnh nhấp nhô. Hình1.1- Sơ đồ mô tả hai khả năng cắt tại tiếp xúc đỉnh nhấp nhô theo bề mặt tiếp xúc chung hoặc lấn vào một trong hai bề mặt Một số giả thuyết đƣợc đƣa ra để giải thích cơ chế tách một mảnh vật liệu do dính. Theo giả thuyết đầu tiên về mòn do trƣợt, sự cắt có thể xảy ra ở bề mặt tiếp xúc chung hoặc về phía vùng yếu nhất của hai vật liệu tại chỗ tiếp xúc. Trong phần lớn các trƣờng hợp, sức bền ở chổ tiếp xúc nhỏ hơn sức bền cắt ở vùng lân cận và cắt xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung, mòn bằng không. Trong một phần nhỏ của các tiếp xúc, sự cắt xảy ra vào vùng lân cận của một trong hai vật thể và dính sang bề mặt tiếp đối tiếp. Mảnh vật liệu dính này có dạng hình khối đặc biệt. Theo giả thuyết khác, Nếu sức bền dính đủ lớn để cản trở chuyển động trƣợt tƣơng đối, một vùng của vật liệu sẽ bị biến dạng dƣới tác dụng của ứng suất nén và cắt và sự trƣợt xảy ra mạnh dọc theo các mặt phẳng trƣợt của các tinh thể trong vùng biến dạng dẻo. Những dải trƣợt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng. Nếu biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc đôi khi mảnh mò sinh ra có dạng hình chêm và dính sang bề mặt đối tiếp. Quá trình trƣợt giữa hai bề mặt tạo thành nhiều mãnh mòn rời do tác dụng ôxy hoá của ôxy trong môi trƣờng hoặc do năng lƣợng đàn hồi lớn hơn năng lƣợng dính. Khi hai vật liệu khác loại kết hợp với nhau, các mảnh mòn của cả hai loại vật liệu đều đƣợc tạo thành tuy nhiên các mảnh từ vật liệu mềm hơn thƣờng lớn hơn. Sự tồn tại của các khuyết tật và vết nứt trong vật liệu có độ cứng cao hơn tạo nên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 các vùng cục bộ có sức bền thấp. Khi những vùng này trùng với các vùng cục bộ có sức bền cao của vật liệu mềm hơn sẽ tạo nên các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn. Những mảnh mòn này cũng có thể tạo nên do mỏi sau một số chu kỳ chịu tải và bỏ tải. Một số dạng mòn do dính còn đƣợc gọi là galling, scuffing, welding hay smearing. * Các phƣơng trình định lƣợng Giả thiết tiếp xúc đƣợc tạo nên bằng một số các tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô có bán kính a nhƣ trên Hình 1.2 Hình1.2- Sơ đồ mô hình lý thuyết tạo ra một hạt mòn bán cầu trong tiếp xúc ma sát trượt Có thể thấy diện tích của mỗi tiếp xúc là: πa2. Mỗi tiếp xúc sẽ chịu một tải trọng là: poπa2, trong đó po là giới hạn chảy. Các bề mặt sẽ dịch chuyển một khoảng 2a qua mỗi nhấp nhô và ta giả thiết mảnh mòn sinh ra từ mỗi đỉnh nhấp nhô có dạng nửa 2 3 hình cầu thể tích πa3 . Tổng thể tích mòn Q trên một đơn vị chiều dài trƣợt đƣợc xác định nhƣ sau:. 2 3 a 1 a 2 2 3 Q   a  n 2a 3 3 trong đó n là tổng số các tiếp xúc và tải trọng pháp tuyến tổng W sẽ là W  P0a 2 n Hay: na 2  W p0 Nếu chỉ có một phần k các tiếp xúc nhấp nhô gặp nhau và tạo nên hạt mài thì: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Q W 3p 0 trong đó k là hệ số xác suất một tiếp xúc tạo nên một hạt mài. Từ phƣơng trình này có thể rút ra ba quy luật mòn. - Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ thuận với quãng đƣờng trƣợt. - Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu mòn tỷ lệ nghịch với với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu mềm hơn. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ số mòn k giữa thép và thép giữ không đổi cho đến ứng suất khoảng H/3 (H là độ cứng của thép). Khi tăng ứng suất trên giá trị này tốc độ mòn tăng đột ngột thúc đẩy hàn và dính (seizure). Điều này vẫn đúng khi vật liệu đối tiếp là kim loại khác. Tuy nhiên, ngoài độ cứng, các tính chất khác của vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng ảnh hƣởng tới tốc độ mòn. * Thuyết mòn dính của Rowe Rowe đã bổ sung lý thuyết mòn của Archard có kể đến tác dụng của lớp màng bề mặt (surface films). Qk W  k A 3p 0 Thể tích của mòn dính liên quan đến diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại kim loại Am Q  k m Am km là một hằng số cho kim loại trƣợt và độc lập với các tính chất của chất bôi trơn hay của lớp màng bề mặt. Đặt β = Am/A là tỷ số giữa diện tích tiếp xúc trực tiếp kim loại - kim loại và thực khi có lớp bôi trơn. Q  k m A  k m  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên W p0 http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -