Xử lý bề mặt kim loại va tăng khả năng hấp thụ chất bảo vệ bề mặt bằng công nghệ plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS TRẦN NGỌC ĐẢM LÊ HỒ KHÁNH HỊA Lớp: Khố: HỒ NGỌC THUẬN 11343B 2011 - 2013 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2013 11343012 11343054 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS TRẦN NGỌC ĐẢM LÊ HỒ KHÁNH HỊA Lớp: Khố: HỒ NGỌC THUẬN 11343B 2011 - 2013 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2013 ii 11343012 11343054 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Hồ Khánh Hịa MSSV: 11343012 Hồ Ngọc Thuận 11343054 Lớp:11343B Khố: 2011-2013 Ngành đào tạo:Cơ khí Chế tạo máy Hệ: Đại Học Chuyển Tiếp Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma” Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Làm bề mặt chi tiết máy trước phủ lớp bảo vệ, - Tăng khả bám lớp phủ lớp bảo vệ sơn, dầu nhớt, xi mạ, tráng bạc nano… - Tốc độ xử lý từ 0.1 – 10 m/phút, nhiều cấp tốc độ - Mẫu vật liệu: Thép, nhôm … - Hình dáng chi tiết mẫu tối đa 100x50x5 mm - Dung dịch hấp thụ: Sơn, dầu, nhớt, bột nano … - Độ bám dính (góc hấp thụ) sau xử lý 70 -Có khả ứng dụng cho nhiều mục đích: sơn, xi mạ, tráng bạc nano,… -Có khả thay đổi khoảng cách xử lý Nội dung đồ án: - Tìm hiểu cơng nghệ plasma, -Thiết kế, chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại, -Đo đạc kết thí nghiệm, -Đánh giá kết đưa giải pháp tiến Ngày giao đồ án: 15/10/2012 Ngày nộp đồ án: 18/01/2013 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên)  GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) Được phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn cơng nghệ chế tạo máy CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Nhận xét GV hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Lê Hồ Khánh Hòa ( Nhận xét GV phản biện) MSSV: 11343012 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma” Ngành đào tạo: Cơ khí chế tạo máy Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên): Cơ quan cơng tác (nếu có): Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Hạn chế: Câu hỏi: Đánh giá:  Được phép bảo vệ  Không phép BV Điểm: ………… iv Người nhận xét ((Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn công nghệ chế tạo máy NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Nhận xét GV hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Hồ Ngọc Thuận ( Nhận xét GV phản biện) MSSV: 11343054 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt cơng nghệ plasma” Ngành đào tạo: Cơ khí chế tạo máy Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên): Cơ quan cơng tác (nếu có): Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Hạn chế: Câu hỏi: Đánh giá:  Được phép bảo vệ  Không phép BV Điểm: ………… v Người nhận xét ((Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt tăng độ hấp thu công nghệ plasma” - GVHD: TS.TRẦN NGỌC ĐẢM - Họ tên sinh viên: Lê Hồ Khánh Hòa Hồ Ngọc Thuận MSSV: 11343012 11343054 - Số điện thoại liên lạc: 01692384800 - Email: lehokhanhhoa@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 11/01/2013 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … Năm 20… Ký tên vi LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp có tính chất quan sinh viên năm cuối cần thiết trước tốt nghiệp, nhằm củng cố bổ sung lại kiến thức chuyên ngành khí chế tạo máy mơn học khác có liên quan mà em học khoảng thời gian ngồi giảng đường đại học, kinh nghiệm từ thực tế Đồ án tốt nghiệp giúp cho chúng em biết vận dụng từ lý thuyết vào thực tế để nghiên cứu, tính tốn chế tạo thiết bị ứng dụng thực tế Qua giúp cho chúng em biết khả xử lý tình thiết kế, cố vững kiến thức chuyên ngành kỹ làm việc nhóm đạt hiệu cao, kỹ cần thiết cho kỹ sư sau trường Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp chúng em nhận hướng dẫn giúp đỡ từ quý thầy cô khoa khí Chế Tạo Máy.Cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành tới q thầy gia đình, bạn tận tình giúp đỡ chúng em suốt thời gian vừa qua Đặc biệt em gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Trần Ngọc Đảm tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, hổ trợ truyền đạt kinh nghiệm quý báu thầy lý thuyết thực tế, chuyên ngành khí chế tạo máy Mặc dù em cố gắng mình, khoảng thời gian cho phép, hạn chế mặt kiến thức thân, nên đồ án chúng em khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót Chính vậy, em mong nhận góp ý quý thầy giáo, cô giáo bạn bè để chúng em củng cố kiến thức trước trường Cuối kính chúc thầy TS.Trần Ngọc Đảm ThS Nguyễn Minh Triết quý thầy, cô khoa khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lê Hồ Khánh Hòa Hồ Ngọc Thuận vii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma” Bề mặt chi tiết máy trước phủ lớp bảo vệ, ví dụ xi mạ, nhuộm, sơn, chất bôi trơn… cần làm tăng độ hấp thụ Với phương pháp truyền thống (phun bi, phun cát, tẩy rửa hóa chất ) chi phí để tẩy rữa bề mặt chi tiết cao, hiệu suất thấp, tốn lượng đồng thời ảnh hưởng lớn đến môi trường sử dụng số hóa chất độc hại Ngồi ra, sản phẩm sau phủ lớp bảo vệ, độ bám dính khơng cao lực liên kết chi tiết chất phủ thấp Để khắc phục nhược điểm trên, giải pháp bắn plasma lên bề mặt chi tiết nhiệt độ áp suất khí ứng dụng Với phương pháp này, bề mặt chi tiết làm đồng thời tăng khả hấp thu, tốn nguyên liệu phủ, sản phẩm đẹp, bền chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt.Tóm lại, muc tiêu quan trọng đồ án xử lý bề mặt chi tiết, tức làm tăng khả hấp thụ (góc hấp thụ sau xử lý 70) chất phủ làm cho sản phẩm đẹp, chịu lực tốt, bền với điều kiện sử dụng thay đổi, giảm thời gian sản xuất, giảm chi phí sản xuất, xử lý nhiều vật liệu Để ứng dụng công nghệ plasma vào xử lý bề mặt kim loại chúng em nghiên cứu chế tạo mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại với kích thước mơ hình 750x700x250 mm, khả xử lý nhiều mẫu vật liệu (thép, sắt, nhôm, gỗ, mica ) thay đổi đươc tốc độ xử lý khoảng cách xử lý Đề tài tập trung nghiên cứu phần sau: - Tìm hiểu Plasma, động lực học Plasma - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình xử lý bề mặt công nghệ plasma Sinh viên thực Lê Hồ Khánh Hòa Hồ Ngọc Thuận viii Mục Lục LỜI CAM KẾT vi LỜI CẢM ƠN vii TÓM TẮT ĐỒ ÁN viii Mục Lục ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .xv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvii CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài: 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 1.5 Phương pháp nghiên cứu: 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận: 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: 1.6 Kết cấu ĐATN: CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan : 2.2 Đặt vấn đề 2.3 Công nghệ phun phủ plasma [Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Cơng thương)] 2.3.1 Nguyên lý công nghệ phun phủ plasma 2.3.2 Vật liệu dùng phun phủ plasma 2.3 Thiết bị phun phủ plasma 2.4 Giới thiệu sản phẩm tính kỹ thuật ix 2.4.1 Cánh bơm 2.4.2 Lá van 2.5 Một số ứng dụng công nghệ plasma: 11 2.5.1 Hàn plasma: 11 2.5.3 Xử lý bề mặt Plasma : .11 2.5.4.Xử lý khí thải ơtơ: .12 2.5.5.Khẩu trang plasma: 12 2.5.6.Chế tạo thu lượng mặt trời: .13 2.5.7.Tôi rửa sợi dây đồng: 13 2.5.8.Sản xuất điện tạo lực đẩy: 14 2.5.9.Xử lý nước thải, khí thải, nước uống: .14 2.5.10 Máy gia tốc: 15 2.5.11 Các ứng dụng khác: 15 2.6 Ưu nhược điểm công nghệ plasma: 16 2.7 Các phương pháp xử lý bề mặt thường dùng: 16 2.7.1 Phương pháp phun bi: [Nguồn internet] 17 2.7.2 Phương pháp phun nước siêu cao áp: [Nguồn internet] 17 2.7.3 Phương pháp phun cát: [Nguồn internet] 18 2.7.4 Phương pháp phun phủ plasma: .19 CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 3.1 Các định nghĩa 21 3.1.1 Ion hoá: 21 3.1.2 Năng lượng ion hoá: 21 3.1.3 Bậc Ion hóa: .21 x Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma Vật liệu: Thủy tinh pyrex  Là loại bo.silicat chịu nhiệt tốt, cơng nghệ chế tạo khó, giá thành cao Loại thường dùng chế tạo dụng cụ phịng thí nghiệm Các sản phẩm dùng gia dụng có tơ, khay, thố dùng để nướng, hấp Nổi tiếng sản phẩm loại thuỷ tinh hãng Corning Gỗ phít: -Gỗ phít đặc có đường kính 18 mm -Chiều dài gỗ phíp 120mm Hình 5.4 Gỗ phíp Chịu nhiệt độ :1000C trở xuống 47 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.3.2 Cụm gắn ống thủy tinh pyrex: -Vật liệu cách điện cách nhiệt: gỗ thủy tinh -Bản vẽ chi tiết: Yêu cầu kỹ thuật: -Chịu nhiệt độ cao (>2000 C) -Đảm bảo không xảy phóng điện xử lý 48 Chương 5: Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.3.3 Miếng gá chi tiết xử lý: -Vật liệu: Nhôm -Bản vẽ chi tiết: Yêu cầu kỹ thuật: -Đảm bảo độ song song hai mặt phẳng -Lỗ M10x1 đồng tâm với trục vít me -Chịu nhiệt độ xử lý dẫn điện tốt 49 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.3.4 Tấm dẫn hướng: -Vật liệu: Gỗ thủy tinh -Bản vẽ chi tiết: Yêu cầu kỹ thuật: -Đảm bảo độ đồng tâm ba lỗ so với đế cụm gắn ống thạch anh ống đồng -Đảm bảo độ phẳng mặt dẫn hướng với mặt khung 50 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt cơng nghệ plasma 5.3.5 Khung mơ hình: -Vật liệu: Inox 304 -Bản vẽ chi tiết: Yêu cầu kỹ thuật: -Đảm bảo khoảng cách theo dung sai cho phép 51 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.3.6 Vách ngăn: -Vật liệu: Mica -Chi tiết:720x243x5 Hình 5.5 Mica 52 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.3.7 Gác điện cực: Khi làm việc đầu điện cực dương nóng lên tới nhiệt độ 400oC- 500oC, vật liệu gác điện cực phải có tính chịu nhiệt cao Ở ta chọn nhựa teplong với khả chịu nhiệt 500o C Hình 5.6 Nhựa teplong 5.4.Phần điều khiển 5.4.1 Bộ biến áp Hình 5.7 Bộ biến áp 0-220VAC 53 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma Nguồn cấp vào cho biến áp 220V Ngõ áp thay đổi từ đến 220V Bộ biến áp đầu (Flyback) Hình 5.8 Bộ biến đổi điện áp cao Nguồn cấp vào cho biến áp dạng xung có điện áp thay đổi đến 400V, tần số xung thay đổi 6,5 KHz đến 65 KHz, độ rộng xung thay đổi tùy chỉnh Phân tích nguồn Tín hiệu Điện áp Tần số Đầu vào 220 VAC 50hz Đầu Xung 0- 5KV 40- 80 khz Bảng 5.5 Phân tích nguồn 54 Độ rộng xung 0- 100% Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.4.2 Bộ điều khiển động cơ: Hình 5.9: Bộ điều khiển 55 Chương 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma 5.4.3 Một số mẫu thí nghiệm: Hình 5.10: Mẫu vật liệu Mẫu vật liệu: Gỗ, kim loại, mica 56 Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm – đánh giá CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 6.1 Một số kết thí nghiệm xử lý bề mặt kim loại: 6.1.1 Trước xử lý: Hình 6.1 Một số hình ảnh tổ chức tế thép C45 trước xử lý Trước xử lý bề mặt kim loại khả hấp thụ chất bảo vệ bề mặt (sơn, dầu, nhớt ) 57 Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm – đánh giá 6.1.2 Sau xử lý: - Ở điều kiện xử lý nhiệt độ thường áp suất khí Hình 6.2 Một số hình ảnh tổ chức tế thép C45 sau xử lý 58 Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm – đánh giá Sau xử lý bề mặt kim loại có khả hấp thụ chất bảo vệ bề mặt (sơn, dầu, nhớt ) Hình 6.3 Kết xử lý bề mặt kim loại Plasma, giọt nước bên trái nơi bề mặt chưa xử lý, vũng nước bên phải nơi bề mặt xử lý (từ giọt nước giống bên trái tự động loan độ hấp thụ bề mặt sau xử lý) Trước xử lý Sau xử lý Hình 6.4 Xử lý bề mặt kim loại Ở điều kiện nhiệt độ thường áp suất khí quyển, sau xử lý plasma khả thấm hút dầu miếng kim loại tăng lên so với trước xử lý 59 Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm – đánh giá 6.2 Kết luận: Trong môi trường plasma, tác động điện trường phần tử chuyển động với động lớn.Thành phần bụi chất bẩn (hữu vô cơ) bám bề mặt chi tiết làm va đập hạt vào bề mặt vi khuẩn, nấm bị tẩy q trình oxy hóa bậc cao Hơn nữa, hạt va chạm với bề mặt chi tiết truyền cho bề mặt chi tiết lượng từ kích thích phần tử bề mặt hoạt động mạnh dẫn đến kết bề mặt cần bám dính chi tiết có khả hấp thu chất phủ tốt Do bề mặt chi tiết sau xử lý có độ hấp thụ cao Plasma xảy trực tiếp bề mặt chi tiết nên q trình xử lý nhanh hiệu Tóm lại, với cơng nghệ plasma, quy trình phủ bề mặt chi tiết đạt hiệu cao, kinh tế, bền thân thiện với môi trường Máy đáp ứng yêu cầu đề : - Thay đổi tốc độ xử lý từ 0.1-10m/ph - Thay đổi khoảng cách xử lý hai điện cực - Máy xử lý không gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất cao - Kết cấu máy nhỏ gọn, xử lý nhiều mẫu vật liệu ( thép C45, nhôm…) 6.3 Kiến nghị:  Cần làm thêm nhiều thí nghiệm để tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng đến bề mặt kim loại xử lý công nghệ plasma  Thiết bị đo độ sạch, khả hấp thụ bề mặt vật liệu nhiều hạn chế 60 Chương 6: Chế tạo, thử nghiệm – đánh giá Tài liệu tham khảo [2] (eBook) The Institute of Physics - Industrial Plasma Engineering Volume ; Applications To Nonthermal Plasma Processing By J Reece Roth 2001 [3] Plasma Surface Engineering - Innovative Processes And Coating Systems For High-Quality Products [5] Plasma Surface Engineering - Innovative Processes And Coating Systems For High-Quality Products [6] A short course on - Principles of Plasma Dicharges and Materials Processing Tài liệu khác [1] Tài liệu power point plasma [4] http://www.cesplasma.com PHỤ LỤC 61 ... xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma? ?? Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Làm bề mặt chi tiết máy trước phủ lớp bảo vệ, - Tăng khả bám lớp phủ lớp bảo vệ sơn,... mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma? ?? Bề mặt chi tiết máy trước phủ lớp bảo vệ, ví dụ xi mạ, nhuộm, sơn, chất bơi trơn… cần làm tăng độ hấp thụ Với phương pháp truyền... hình thực nghiệm xử lý bề mặt kim loại tăng khả hấp thu chất bảo vệ bề mặt công nghệ plasma? ?? 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Tìm hiểu: - Tìm hiểu Plasma, động lực học Plasma - Nghiên cứu, thiết