TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐỒ ÁN NHẬP MÔN Chủ đề ANODE HÓA VÀ NHUỘM MÀU NHÔM Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Tuấn Anh Sinh viên thực hiện Khóa Ngành HÀ NỘI, 2021 Đồ án đã được thông qua và được đánh giá 9,510 (Bản upload chưa bao gồm slide)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC ******************* ĐỒ ÁN NHẬP MƠN Chủ đề: ANODE HĨA VÀ NHUỘM MÀU NHƠM Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Tuấn Anh Sinh viên thực : Khóa - Ngành HÀ NỘI, 2021Đánh giá thành viên Họ tên Đánh giá Điểm số - Cần phải học hỏi trau dồi nhiều Hoàn thành nhiệm vụ - Có trách nhiệm cơng viêc Tích cực hoạt động nhóm Hồn thành tốt nhiệm vụ 9/10 - Có trách nhiệm cơng việc Tích cực hoạt động nhóm Tinh thần tự giác cao Hoàn thành tốt nhiệm vụ 9/10 - Có trách nhiệm cơng việc Tích cực hoạt động nhóm Vạch đường lối tư thực Kĩ làm việc tốt Hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ 9/10 8/10 Lời cảm ơn Lời nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới T.S Nguyễn Tuấn Anh trực tiếp hướng dẫn bảo định hướng mặt kiến thức, tạo điều kiện tốt giúp đỡ nhóm em suốt thời gian thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Viện Kỹ Thuật Hóa Học tạo điều kiện tốt để chúng em thuận lợi hồn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2020, Nhóm thực MỤC LỤC Lời cảm ơn .1 Lời mở đầu Nội dung Lịch sử hình thành phát triển ngành cơng nghệ anode hóa 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Nhu cầu sử dụng công nghiệp - Trên giới - Trong nước 1.3 Các kim loại, hợp kim thường sử dụng anode hóa Anode hóa nhuộm màu nhôm 2.1 Nhôm hợp kim nhôm 2.2 Anode hóa nhơm 2.3 Nhuộm màu nhôm 10 2.4 Q trình anode hóa nhuộm màu nhôm .13 Vấn đề ô nhiễm môi trường 3.1 Phân loại 17 3.2 Một số phương pháp xử lí 18 Vấn đề an toàn lao động 20 Kết Luận 21 Tài liệu tham khảo 22 Lời Mở Đầu Ngày nay, ngành sản xuất cần phải có nguyên liệu để tạo thành sản phẩm phục vụ cho đời sóng người Với ngành sản xuất sử dụng nguyên vật liệu kim loại như: công nghệ vật liệu, chế tạo tơ, xe máy, điện thoại, máy tính, điện tử, đồ gia dụng, Trước đây, nguyên liệu sắt, thép… nguyên liệu sử dụng phổ biến nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi nhược điểm dễ bị oxi hóa, ăn mịn, bào mịn trước tác động mơi trường Như biết, kim loại nhôm kim loại phổ biến oxit bền Nhờ vào tính chất mà người ta tìm cơng nghệ anode hóa Và cơng nghệ phát triển ưa chuộng so với phương pháp mạ truyền thống cơng nghệ anode hóa nhơm cung cấp nguồn ngun liệu hồn hảo – anode nhơm cho hầu hết ngành cơng nghiệp chế tạo nói loại vật liệu tối ưu cho tất ứng dụng Với tầm quan trọng ngành cơng nghiệp anode hóa với phát triển vượt bậc tương lai Dựa vào lí bọn em chọn đề tài “anode hóa nhuộm màu nhôm” làm đồ án nhập môn NỘI DUNG Lịch sử hình thành phát triển ngành cơng nghệ anode hóa 1.1 Lịch sử phát triển Vào năm 1920, nhôm thực bắt đầu làm đảo lộn giới kim loại với đặc tính riêng biệt trọng lượng nhẹ, độ bền vững mạnh tính linh hoạt chế tạo Kể từ đó, cơng nghệ hồn thiện nhơm cung cấp loạt cải tiến bảo vệ màu sắc ổn định Đầu tiên quan trọng số phát triển q trình anode hóa để chuyển bề mặt nhơm thành lớp hồn thiện nhơm oxit cứng, bền, chống ăn mịn lâu dài Đối với anode hóa ngày nay, quy trình bao gồm dây chuyền chuyên dụng cho: hàng loạt, cuộn dây liên tục, phận liên tục chí cho phận nhỏ Cơng nghệ chế biến chuyên dụng cho phép ngành trì tính cạnh tranh đồng thời cho sản phẩm có chất lượng tuyệt vời.Những đột phá gần kĩ thuật tạo màu nhôm tạo màu sắc cạnh tranh với sơn, ưu điểm kĩ thuật vẻ đẹp q trình anode hóa Anode hóa đáp ứng thuận lời quy định hành phủ quy trình công nghệ thân thiện với môi trường 1.2 Nhu cầu sử dụng Ngành công nghiệp cửa nhôm cao cấp quốc gia phát triển nước Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Sử dụng nhôm anode để tạo loại cửa lựa chọn hoàn hảo mà khí hậu tồn cầu dần trở nên diễn biến bất thường Ngành công nghiệp chế tạo ô tô sử dụng nhôm anode để chế tạo cho vỏ xe, phần hở cần bảo vệ hãng xe ô tô hạng sang như: Ford, Lamborghini, Rolls Royce, Ngành công nghiệp xây dựng đại: Sử dụng nhôm anode để làm kết cấu khung phần thép phần kết cấu hở Anode nhôm vật liệt phổ biến sử dụng cho công nghệ sản xuất đồ gia dụng như: chảo anode, nồi anode, Ngoài ra, anode nhơm cịn dùng để chế tạo vỏ cho loại vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất nhờ tính bền, chống mài mịn tác động mạnh mảnh vụn thiên thạch va chạm vào gây ra, Trong ngành công nghiệp điện tử, anode nhôm vật liệu tạo nên linh kiện điện tử vỏ bọc máy tính, điện thoại thơng minh, Ngành y tế sử dụng nhôm anode để làm khớp giả độ cứng khả chống mài mịn tác động hóa sinh học máu thể Cũng sử dụng loại chất nhuộm màu để tạo màu trang trí cho nhơm anode để sản xuất loại đèn đồ vật trang trí khác 1.3 Các kim loại, hợp kim thường anode hóa Magie Magie anode hóa chủ yếu lớp sơn lót cho sơn Một màng mỏng (5μm) đủ cho việc Các lớp phủ dày từ 25μm trở lên chống ăn mịn nhẹ bịt kín dầu, sáp natri silicat Các tiêu chuẩn anode hóa magie đưa AMS 2466, AMS 2478, AMS 2479 ASTM B893 Titan Các màu chọn đạt nhờ q trình anode hóa titan Một lớp oxit anode hóa có độ dày khoảng từ 30 nanomet (1,2×10 in) đến vài micromet Các tiêu chuẩn anode hóa titan đưa AMS 2847 AMS 2488 AMS 2488 loại III anode titan tạo loạt màu sắc khác mà khơng cần thuốc nhuộm, đơi sử dụng nghệ thuật, thuốc nhuộm, quần áo, đồ trang sức xuyên thấu thể nhẫn cưới Màu sắc hình thành dựa vào độ dày oxit (được xác định điện áp anode), xảy giao thoa ánh sáng phản xạ khỏi bề mặt oxit với ánh sáng truyền qua phản xạ khỏi bề mặt kim loại bên AMS 2488 loại II anode tạo lớp hoàn thiện màu xám mờ dày với khả chống mài mòn cao Niobium Niobium anode hóa theo kiểu tương tự titan với loạt màu sắc hấp dẫn hình thành giao thoa độ dày màng khác Một lần độ dày màng phụ thuộc vào điện áp anode Một số công dụng kể làm đồ trang sức tiền xu kỉ niệm Tantali Tantali anode hóa tương tự titan niobium với loạt màu sắc hấp dẫn hình thành giao thoa độ dày màng khác Một lần nữa, độ dày màng phụ thuộc vào điện áp anode thường dao động từ 18 đến 23 Angstrom volt tùy thuộc vào chất điện phân nhiệt độ Sử dụng bao gồm tụ điện Tantali Kẽm Kẽm anode hóa, quy trình phát triển Tổ chức nghiên cứu Kẽm Chì Quốc tế bảo hiểm MIL-A-81801 Dung dịch amoni photphat, cromat florua có điện áp lên đến 200V tạo lớp phủ màu xanh liu dày tới 80μm Các lớp phủ cứng chống ăn mịn kẽm thép mạ kẽm anode hóa điện áp thấp (20-30V) sử dụng dòng điện trực tiếp từ bể slicat chứa nồng độ khác natri silicat, natri hydroxit, borax, natri nitrit niken sunfat Anode hóa nhuộm màu nhôm 2.1 Nhôm hợp kim nhôm Nhôm kim loại rắn có màu trắng bạc, có tính mềm trọng lượng nhẹ, tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt Mặc dù nhôm phổ biến tự nhiên chúng tìm thấy dạng ngun chất Thay vào đó, nhơm thường tìm thấy chất đất sét, boxit… Hình 2.1 Nhơm Hợp kim nhôm gồm nguyên tố nhôm kết hợp với hay nhiều nguyên tố khác đồng, thép, magie, silic… để tạo thành Tùy theo mục đích ứng dụng, người ta kết hợp nhôm với thành tố với tỉ lệ khác để chế tạo hợp kim nhơm có tính chất mong muốn Nhơm hợp kim nhơm kim loại nhẹ,có tỉ nhẹ, cường độ cao, tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt,dễ tạo hình,khơng có tính giịn nhiệt độ thấp,được sử dụng rộng rãi công nghiệp, hàng không vật liệu kiến trúc, giáo thông vận tải,sản phẩm điện tử Nhôm hợp kim nhôm dễ tạo thành oxi hố mỏng khơng khí có độ bền bỉ định.Nhưng lớp màng oxi hố khơng khơng có tinh thể,làm cho bề mặt nhơm độ bóng vốn có.Ngồi ra, màng oxi hố có nhiều lỗ xốp khơng đồng đều.Vì sản phẩm nhơm hợp kim nhôm thường phải tiến hành oxi hố ( anode nhơm) 2.2 Anode hóa nhơm Ăn mịn kim loại vấn đề nghiêm trọng gây tổn thất lớn cho kinh tế quốc dân Trên giới giới năm có khoảng phần ba trọng lượng bị ăn mòn Như biết kim loại nhơm mà oxit bền Nhờ vào tính chất mà ta tìm cơng nghệ anode hóa Hình 2.2a Kim loại rỉ sét 10 Hình 2.3a Một số chi tiết máy Một số bột màu phổ biến thị trường Bột màu nhôm OKUNO: Là sản phẩm bột màu nhuộm nhôm nhà cung cấp OKUNO Một thương hiệu Nhật Bản - thành lập vào năm 1905 Tokichi OKUNO Bột màu nhơm OKUNO đa dạng màu sắc, có độ bền ánh sáng bền màu cao, chống chịu thời tiết tuyệt vời tia cực tím Tốc độ nhuộm cao, ổn định cho bề mặt có màu đồng chi tiết Sản phẩm phù hợp cho thiết bị nhà trời 13 Hình 2.3b Ứng dụng Anode nhơm ngành xây dựng Bột màu nhôm Evranod: Everanod sản phẩm bột màu nhà cung cấp EVERLIGHT- Đài Loan, thương hiệu hàng đầu bột màu Châu Á Nhóm sản phẩm bột màu chuyên dùng cho nhuộm màu nhôm anod Everanod màu nhuộm dạng bột sử dụng hịa tan nước Bảng màu gồm 14 nhiều tơng màu tạo nhiều sản phẩm màu khác với độ bền màu cao Hình 2.3c Một phần bảng màu Everanod Bột màu Everanod sản xuất dựa phương pháp cải tiến nhằm tăng cường độ bền cho thiết bị tiếp xúc với môi trường ngoài, chịu ảnh hưởng thời tiết khắc nghiệt tia cực tím 15 Hình 2.3d Bột màu Everanod phù hợp cho ứng dụng trời Bột màu nhôm Clariant: Sanodal sản phẩm bột màu Clariant, thương hiệu Châu Âu - Thụy Sĩ Clariant có lịch sử lâu đời việc cung cấp chất màu cho ngành cơng nghiệp anod hóa tồn giới Hình 2.3e Một số tơng màu Clariant Giống thương hiệu khác, ưu điểm lớn bột màu Clariant đặc tính độ bền ánh sáng thời tiết tốt, bảng màu đa dạng thiết kế cho nhiều nhu cầu kiến trúc, ứng dụng trời nhà 2.4 Q trình anode hóa nhuộm màu nhơm 16 Q trình nhuộm màu nhơm trải qua cơng đoạn sau: Bước 1: Xử lí bề mặt kim loại trước anode nhôm Xử lý bề mặt nhôm mang đến bề mặt nhẵn bóng, giúp loại vết rỉ sét, màng oxit, dầu mỡ hay chất bẩn bề mặt kim loại nhôm, giúp lớp Anode nhuộm màu nhơm bám kim loại nhơm Nó định đến chất lượng việc nhuộm màu nhôm, việc xử lý bề mặt kim loại nhôm trước anode nhuộm màu nhôm khâu khơng thể thiếu q trình anode nhuộm màu nhơm Các phương pháp xử lí bề mặt nhơm trước anode nhuộm màu nhơm Phương pháp quay bóng: Phương pháp thường sử dụng cho chi tiết có kích thước nhỏ hẹp Hiện có phương pháp quay bóng phổ biến quay bóng khơ quay bóng ướt Phương pháp mài khí: Là sử dụng dụng cụ mài chuyên dụng bột mài (thường bột mài nhơm oxit) để tiến hành đánh bóng kim loại Trước tiên mài thơ, sau mài tinh, giúp cho bề mặt kim loại nhẵn bóng độ bám dính nhuộm màu nhơm cao Phương pháp hóa học: Bằng việc tẩy dầu mỡ dung môi hữu cơ, tẩy dầu mỡ nhũ tương dung dịch kiềm, tẩy dầu mỡ phương pháp điện hóa, giúp làm lớp cặn bã, tẩy lớp dầu mỡ, lớp gỉ sét bề mặt kim loại để tránh trường hợp bị vây bẩn bong tróc, nhằm đạt độ chuẩn cao trước tiến hành nhuộm màu Các hóa chất dùng để xử lí bề mặt kim loại nhơm Tẩy dầu kiềm dạng nước bột: Hóa chất có cấp độ kiềm nhẹ, kiềm trung bình kiềm mạnh Tùy vào nhu cầu sử dụng mà lựa chọn hóa chất có độ kiềm phù hợp Tẩy dầu axit dạng nước: Bằng việc nhúng chi tiết vào dung dịch axit nhiệt độ 17 thường khoảng 20-30 phút Phương pháp có tác dụng tẩy dầu mỡ, đồng thời tái sinh bề mặt cho vật liệu kim loại nhôm Axit sulfuric: Là dung dịch không màu, suốt, khả hòa tan nước tốt nên dùng để tẩy gỉ sét bề mặt nhôm Bước 2: Anode nhơm bề mặt chi tiết Tại hình thành lớp nhôm oxit nhờ phản ứng điện phân anode (chi tiết nhơm) catot ( cực chì), cụ thể phản ứng: 2Al3+ + O2- => Al2O3 2H+ + 2e => H2 O2- - 2e => O2 H2SO4 + Pb => PbSO4 (kết tủa trắng) + H2 Hình 2.4a Một cơng đoạn quy trình nhuộm màu anode nhơm 18 Bước 3: Nhuộm màu Lựa chọn bột màu nhôm phù hợp để nhuộm cho màu nhôm theo ý muốn Bước 4: Bịt lỗ Bịt lỗ nhằm mục đích tạo màng giúp giữ phân tử màu bền chặt bên lỗ xốp Có thể bịt lỗ nước sôi 100oC cách đơn giản nhất, tạo lớp màng hidrat Al2O3.nH2O Bước 5: Hồn thành Hồn thành quy trình nhuộm màu nhôm: Kiểm tra, treo sản phẩm cho khô chống trầy xước Hình 2.4b Chi tiết nhơm sau hồn thành trình nhuộm màu 2.5 Ứng dụng nhuộm màu nhơm Nhờ tính chất siêu cứng, siêu bền, chịu mài mịn có tính thẩm mĩ cao nên Anode nhôm ứng dụng sử dụng nhiều phổ biến tất lĩnh vực khác như: 19 - Chế tạo cửa nhôm cao cấp: nước Châu Âu nước phát triển khác sử dụng vật liệu Anode nhôm để chống lại khắc nhiệt thời tiết, mơi trường Hình 2.5a Cổng nhơm đúc - Ứng dụng Anode nhôm chế tác đồ gia dụng sản xuất loại đèn đồ trang trí nội thất,dụng cụ nhà bếp,bộ nồi nhơm, 20 Hình 2.5b Lợi ích nồi nhơm anode - Dùng làm vật liệu cho sản xuất linh kiện điện tử, tiết máy, tiết linh kiện điện thoại cao cấp, 21 Hình 2.5c Chi tiết máy nhơm anode Vấn đề ô nhiễm môi trường Hiện nay, ô nhiễm môi trường sản xuất công nghiệp vấn đề nhiều người quan tâm Dĩ nhiên, ô nhiễm môi trường ngành công nghiệp anode nhuộm màu nhơm khơng phải ngoại lệ Có thể xét đến số vấn đề lớn sau: 3.1 Phân loại Nguyên nhân ngành công nghiệp anode nhuộm màu nhôm gây ô nhiễm môi trường chủ yếu đến từ trình anode hóa nhơm - Ơ nhiễm nước - Ơ nhiễm đất - Ơ nhiễm khơng khí 3.2 Một số phương pháp xử lí Thu hồi axit sulfuric H2SO4 q trình anode hóa nhơm Ứng dụng cơng nghệ lọc tái sử dụng axit sulfuric q trình anode hóa nhôm ANPOUR Thiết bị AnoPur ™ thiết bị nhỏ, kết nối trực tiếp với bể anode hóa, liên tục loại bỏ nhơm hịa tan Thiết bị AnoPur ™ linh hoạt kết nối với bể nhiều bể Nó sử dụng PLC đơn giản (bộ điều khiển logic) bảng điều khiển sử dụng hình đồ họa biết thiết bị làm vào thời điểm Trái tim thiết bị AnoPur ™ cột nhựa trao đổi ion hấp thụ axit loại bỏ muối kim loại thành chất thải Phục hồi axit thu hồi từ nhựa đơn giản cách rửa nước 22 Hình 3.2a Thiết bị AnoPur ™ Ứng dụng keo tụ điện hóa xử lí nước thải Dựa sở điện hóa hịa tan anot tạo nhơm hydroxit có hoạt tính cao nhằm keo tụ chất nhiễm (ion kim loại nặng, thuốc nhuộm, bột màu, ) có nguồn nước Phương pháp điện hóa ứng dụng dựa vào yếu tố bản: - Sử dụng dòng điện chiều - Điện cực dương phải tạo chất keo tụ phải diễn kim loại hòa tan - Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện hiệu suất vận hành phải thực đồng thời bổ trợ lẫn suốt q trình xử lí 23 - Bể keo tụ điện hóa phải nạp nước thải liên tục Hình 3.2b Sơ đồ bể keo tụ điện hóa Sử dụng hóa chất an tồn với mơi trường ChromitAL TCP 650 Chromate nhôm Crom (III) Dùng để xử lí chi tiết nhơm cần bảo vệ làm trước sơn tĩnh điện, sử dụng rộng rãi nước G7 Thân thiện không gây ô nhiễm tới mơi trường Vấn đề an tồn cơng nghiệp Theo kết thống kê Cục kĩ thuật an tồn mơi trường Cơng nghiệp (Bộ Cơng Thương) thực thời gian gần đây, tình trạng tai nạn lao động có chiều hướng gia tăng, đặc biệt vụ việc có tính chất nghiêm trọng, gây hậu 24 chết người chủ yếu diễn ngành sản xuất công nghiệp- xây dựng Mặc dù nhà nước tăng cường quy định pháp luật quản lí an tồn vệ sinh lao động nhìn chung nhiều doanh nghiệp, sở sản xuất chưa thực trọng quan tâm thực cách nghiêm túc, chặt chẽ Điều không ảnh hưởng tới sức khỏe thể chất, tinh thần tính mạng thân người lao động mà làm giảm sút suất, gây thiệt hại kinh tế, uy tín doanh nghiệp làm tăng gánh nặng phát triển kinh tế- xã hội đất nước Nhìn chung, tham gia sản xuất, anode nhuộm màu nhơm, lưu ý điều sau đây: - Đăng ký bảo hiểm lao động để đề phòng trường hợp xấu xảy - Về Trang phục: Áo dài tay quần dài đến mắt cá chân, ống gọn cho che kín dễ dàng di chuyển Đi giày bata đế thấp ủng cao su Đeo trang phân xưởng sản xuất nhà máy Đeo kính bảo hộ găng tay lao động phải tiếp xúc với hóa chất nguy hiểm - Về tóc: Đối với người có tóc dài, cần buộc gọn gàng, tránh cho tóc bị vào roller đứng gần - Trong trường hợp gặp tai nạn lao động, cần đến sở y tế gần để tiến hành sơ cứu cho người bị thương - Mỗi người nên tự trang bị kiến thức an toàn lao động cho thân giúp tuyên truyền đến người xung quanh (nếu có thể) KẾT LUẬN 25 Sau thời gian nghiên cứu, tham khảo tài liệu, đồ án hoàn thành Đồ án giải vấn đề sau: Hiểu rõ ngành kỹ thuật hóa học Đã tìm hiểu tính chất vật lý hóa học ứng dụng ngành công nghiệp anode nhôm nhuộm màu TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 https://www.anodizing.org/page/anodizing-historical-perspective https://anodenhuommaunhom.redep.net.vn/cong-nghe-nhuom-mau-nhom https://anoka.vn/vi/blogs/chia-se-kinh-nghiem/mau_cua_nhom.html http://npchemical.net/hoa-chat-cong-nghiep/nhung-loai-bot-mau-nhuomnhom-tot-nhat-hien-nay.html https://hit.haui.edu.vn/vn/trao-doi/ung-dung-keo-tu-dien-hoa-trong-xu-lynuoc-thai-muc-in/63289 https://ungphosuco.vn/an-toan-lao-dong-trong-san-xuat-cong-nghiep/ https://hanhtrinhxanh.com.vn/cong-nghe-thu-hoi-axit-sulfuric.html 27 ... loại nhôm, giúp lớp Anode nhuộm màu nhôm bám kim loại nhơm Nó định đến chất lượng việc nhuộm màu nhơm, việc xử lý bề mặt kim loại nhôm trước anode nhuộm màu nhôm khâu thiếu trình anode nhuộm màu. .. 2.3 Nhuộm màu nhôm Anode nhuộm màu nhôm: Sau trình anode hóa, bề mặt nhơm xuất lớp màng oxit (Al2O3) , lớp màng dễ hấp thụ màu Để giúp sản phẩm có màu sắc đẹp mắt đa dạng hơn, nhôm trải trình nhuộm. .. sử dụng anode hóa Anode hóa nhuộm màu nhơm 2.1 Nhôm hợp kim nhôm 2.2 Anode hóa nhơm 2.3 Nhuộm màu nhôm 10 2.4 Q trình anode hóa nhuộm màu nhơm .13 Vấn đề ô nhiễm môi