Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý bề mặt tạo lớp men hệ cobalt chịu axit trên chi tiết thép

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2011 Đề tài: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỀ MẶT TẠO LỚP MEN HỆ COBALT CHỊU AXIT TRÊN CHI TIẾT THÉP Ký hiệu: 01.11.HT/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Lục Vân Thương 9152 Hà Nội, 12-2011 i  MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA iv DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU v MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của Đề tài 2 1.1.1. Tính cấp thiết của Đề tài 2 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài 2 1.2. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 2 1.2.1. Đối tượng nghiên cứu 2 1.2.2. Phạm vi nghiên cứu 2 1.2.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 3 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 11 1.4. Kết luận chương 1 16 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 18 2.1. Khái niệm về men 18 2.2. Phân loại men 18 2.3. Các tính chất của men 23 2.3.1. Độ nhớt 23 2.3.2. Sức căng bề mặt 24 2.3.3. Sự giãn nở của men 25 2.3.4. Lớp trung gian giữa xương và men, vai trò và sự hình thành lớp này 27 2.3.5. Độ cứng của men 29 2.3.6. Tính chất điện của men 31 2.3.7. Độ bền hoá 33 2.3.8. Sự tạo men màu 34 ii  2.4. Công thức men 35 2.5. Kết luận chương 2 46 CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 47 3.1. Quy trình chế tạo men 47 3.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu 47 3.1.2. Thiết bị sản xuất men 50 3.1.2.1. Máy trộn 50 3.1.2.2. Các bể chứa 50 3.1.2.3. Máy nghiền thô 51 3.1.2.4. Lò nung 52 3.1.2.5. Máy nghiền bi (nghiền tinh) 52 3.1.2.6. Máy ly tâm 52 3.1.2.7. Sàng rung 53 3.1.3. Lựa chọn phương pháp sản xuất men 53 3.1.4. Tính toán bài men 54 3.1.5. Phối liệu nguyên liêu tạo men 56 3.1.6. Chế tạo men 57 3.2. Quy trình kỹ thuật tráng men lên chi tiết sắt 57 3.2.1. Chuẩn bị mẫu 57 3.2.1.1. Gia công mẫu 57 3.2.1.2. Làm sạch mẫu chi tiết 57 3.2.2. Tráng men 60 3.2.2.1. Dụng cụ tráng men 60 3.2.2.2. Các bước tráng men 60 3.2.2.3. Kiểm tra và xử lý chi tiết sản phẩm tráng lại 62 3.2.3. Sấy, nung chi tiết 62 3.2.3.1. Sấy chi tiết 62 3.2.3.2. Nung chi tiết 63 iii  3.2.4. Kiểm định chất lượng men 65 3.3. Kết luận chương 3 65 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 67 4.1. Chế tạo men phủ chi tiết sắt 67 4.1.1. Tính toán lựa chọn bài phối trộn men 67 4.1.2. Chế tạo men 70 4.2. Thực nghiệm tráng men lên chi tiết 71 4.2.1. Chuẩn bị 71 4.2.1.1. Dụng cụ và thiết bị 71 4.2.1.2. Chuẩn bị men 72 4.2.1.3. Chuẩn bị chi tiết mẫu 73 4.2.2. Tráng men lên chi tiết mẫu 77 4.2.3. Nung chi tiết 78 4.2.4. Kết quả 79 4.3. Kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm 80 4.4. Kết luận chương 4 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 iv  DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA   1) Lục Vân Thương Thạc sỹ Viện Nghiên cứu Cơ khí 2) Ngô Xuân Cường Thạc sỹ Viện Nghiên cứu Cơ khí 3) Phạm Văn Nghi Kỹ sư Nhà máy Z195 4) Hoàng Văn Lợi Cử nhân Viện Nghiên cứu Cơ khí 5) Vũ Thị Mỹ Cử nhân Viện Nghiên cứu Cơ khí 6) Ngô Văn Dũng Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí 7) Nguyễn Đ ình Sao Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí 8) Phạm Thanh Hoài Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí 9) Đỗ Quang Chiến Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí  v  DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU A. Danh sách hình Hình 1. Ống thép phủ men chịu axit (91T01) 8 Hình 2. Cút 90 o thép phủ men chịu axit 9 Hình 3.‘TÊ’ thép phủ men chịu axit 10 Hình 4. ‘Đột thu’ thép phủ men chịu axit 11 Hình 5. Khoang lò tráng men gốm cao cấp 12 Hình 6. Bộ trao đổi nhiệt 14 Hình 7. a) Bộ khuấy trộn; b) Silo chứa hóa chất 14 Hình 8. Ống nối khí thải 14 Hình 9. Lò phản ứng 15 Hình 10. Biểu đồ phạm vi trạng thái của men 26 Hình 11. Độ bền chống cào, rạch 30 Hình 12. Ảnh hưởng của các oxyt thêm vào men chì Bor đến độ bền khi mài 31 Hình 13. Ảnh hưởng c ủa các phụ gia đối với độ dẫn điện 33 Hình 14. Phương pháp frit 38 Hình 15. Ảnh một loại Frit 39 Hình 16. Một khối men bị chảy lỏng 41 Hình 17. Minh hoạ cách xác định hiện tượng thấm ướt của men 44 Hình 18. Bể chứa cánh khuấy 51 Hình 19. Máy nghiền 51 Hình 20.a) Lò quay; b) Lò buồng 52 Hình 21. Máy nghiền bi 52 Hình 22. Thiết bị sàng 53 Hình 23. Nguyên liệu thô 71 Hình 24. Men bán thành phẩm 71 Hình 25. Men thành phẩm 71 Hình 26. Pha chế men 72 Hình 27. Chi tiế t mẫu ống nối thẳng 73 Hình 28. Chi tiết mẫu côn thu 73 vi  Hình 29. Chi tiết mẫu sau khi gia công chế tạo 74 Hình 30. Quá trình tẩy dầu làm sạch chi tiết 74 Hình 31. Dùng giấy ráp đánh bóng chi tiết 75 Hình 32. Ngâm trong dung dịch axit 75 Hình 33. Chi tiết sau khi được tẩy sạch bằng dung dịch axit 76 Hình 34. Khay dung dịch trung hòa axit 77 Hình 35. Chi tiết sau khi tráng men 77 Hình 36. Sấy chi tiết sau khi tráng men 78 Hình 37. Chi tiết sau khi nung 79 Hình 38. Sản phẩm chi tiết 80 Hình 39. Kiểm tra chiều dày lớp tráng men 81 Hình 40. Kiểm tra độ cứng lớp tráng men 81  B. Danh sách bảng biểu Bảng 1. Thành phần của loại men này dao động trong phạm vi sau: 19 Bảng 2. Thành phần men dễ chảy 20 Bảng 3. Thành phần men của sứ xốp nằm trong giới hạn sau: 20 Bảng 4. Men Bor có giới hạn sau: 21 Bảng 5. Những men dễ chảy không frit có thành phần sau: 21 Bảng 6. Men không chì hoặc nghèo chì thường có thành phần sau: 21 Bảng 7. Thành phần men muối dao động như sau: 22 Bảng 8. Thành phần hoá học và tỷ lệ 24 Bảng 9. Hằng s ố nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất dễ nóng chảy 41 Bảng 10. Hằng số nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất khó nóng chảy 42 Bảng 11. Bảng tra cứu nhiệt độ nóng chảy (°C) của men theo hệ số K 42 Bảng 12. Số liệu để tính sức căng bề mặt của men ở 900°C 44 Bảng 13. Bảng tính toán hệ số giãn nở nhiệt của men dùng ở 400 - 500°C 45 Bảng 14. Bả ng trọng lượng mol các nguyên liệu cơ bản thường 54 Bảng 15. Trọng lượng nguyên tử và trọng lượng mol các ôxyt thường dùng 55    1  MỞ ĐẦU Hàng năm ở nước ta nhu cầu sử dụng các sản phẩm thép tráng men là rất lớn. Đặc biệt là những sản phẩm thép tráng men dùng trong môi trường axit đậm đặc và trong môi trường có tính ăn mòn hoá học cao. Những sản phẩm này hiện nay chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Men dùng để tráng lên thép dùng trong môi trường axit là loại men có tính chịu axit hay còn gọi là men chịu axit. Loại men này được phối liệu từ rất nhiều loại hoá ch ất kết hợp với nhau: Quắc zit, Tràng thạch, Đá vôi, Soda và một số chất khác. Ở nước ta chưa có cơ sở nào sản xuất chính thức về loại men này, vì vậy việc nghiên cứu xây dựng bài phối liệu men dùng để tráng lên nền thép dùng trong môi trường axit ở trong nước, từng bước có khả năng thay thế được các chế phẩm nhập ngoại phục vụ cho các nhu cầu sản xuất trong các cơ sở sả n xuất thuốc nổ, khai khoáng (tuyển khoáng) được đặt ra và đã được tiến hành thực hiện nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm – Viện Nghiên cứu Cơ khí với đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý bề mặt tạo lớp men hệ Cobalt chịu axit trên chi tiết thép”.   2  CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của Đề tài 1.1.1. Tính cấp thiết của Đề tài - Chi tiết thép có lớp men chịu axit được sử dụng nhiều trong các nhà máy hóa chất, vật liệu nổ, ở trong nước. Do các chi tiết làm việc trong môi trường axit nên thời gian hay tuổi thọ của chi tiết không được bền, vì vậy nhu cầu sửa chữa thay thế là rất cao. - Hiện nay, tại nhà máy Z195 – Bộ Quốc Phòng chuyển sản xuất thuốc nổ là đơn vị có nhu cầu sử dụng sửa chữa và thay thế chi tiết thép có lớp men chịu axit. Và đây là đơn vị mà đề tài có thể áp dụng thực tế được. 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài Trên cơ sở công nghệ đã được tìm hiểu tại PTN TĐ và với nguyên vật liệu được sử dụng trong nước, nghiên cứu tính toán xác lập các bài phối liệu tối ưu, thiết kế và chế tạo sản phẩm men hoàn chỉnh tương ứng với từng chủng loại chi tiết phục vụ quá trình phủ bề mặt, thiết lập Quy trình công nghệ nâng cao chất lượng lớp tráng men đối với một số chi tiết điển hình. 1.2. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 1.2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các chi tiết máy làm việc trong môi trường axit H 2 SO 4 đậm đặc. 1.2.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hệ men chịu axit phủ trên nền thép, dùng trong dây chuyền vận chuyển axit. 1.2.3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo men trên thế giới và trong nước.   3  - Nghiên cứu đặc tính các loại men Cobalt đối với một số vật liệu chế tạo chi tiết máy thông dụng. - Tính toán lựa chọn các thông số cho quá trình tạo men Cobalt từ các loại vật liệu khác nhau. - Tạo men Cobalt trên một số loại chi tiết thông dụng đang được sử dụng tại Việt nam. - Nghiên cứu thiết lập QTCN cụ thể tạo ra loại men Cobalt thông dụng. 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta, công nghệ men sắt đã được ứng dụng trong một số công ty chuyên sản xuất sản phẩm đồ gia dụng như: - Công ty Cổ phần Sắt tráng men - Nhôm Hải Phòng là doanh nghiệp hàng đầu trong cả nước về sản xuất các mặt hàng Nhôm, Nhôm lá, Sắt tráng men, Men và inox. - Công ty Cổ phần Kim Khí Thăng Long chuyên sản xuất, kinh doanh các sản phẩm kim khí gia dụng và chi tiết cho các ngành công nghiệp khác từ kim loại tấm lá mỏng bằ ng công nghệ đột dập. Sau đó sản phẩm được bảo vệ và trang trí bề mặt bằng công nghệ Mạ, Men, Sơn, Ðánh bóng và nhiều công nghệ tiên tiến khác. Hiện nay việc sản xuất men sắt chủ yếu phục vụ cho công nghệ tráng men các đồ gia dụng như bát sắt, ca sắt, khay sắt, chậu sắt, và một số dụng cụ y tế. Tất cả các sản phẩm này có chiều dày rất mỏng, công ngh ệ thì đã được hoàn thiện từ lâu. Trên phương diện công nghiệp, men được sử dụng thông dụng như là một biện pháp bảo vệ cho các loại vật liệu thép (thép và gang) thường bị hư hỏng nhanh, bị han gỉ và ăn mòn: việc tráng men bảo vệ chúng kịp thời, tránh được chi phí cao cho việc bảo dưỡng và thay thế. [...]... chứa chì - Men chứa Bor - Men không chứa Bor - Men kiềm (có hàm lượng kiềm cao) Men có hàm lượng kiềm thấp (men sứ) 2.2.2 Phân loại theo cách sản xuất men a) Men sống (thường gọi là men) b) Men frit 18        c) Men được tạo thành do các chất bay hơi bám lên bề mặt sản phẩm tạo nên lớp men (chủ yếu là men muối) d) Men tự tạo (phối liệu trong quá trình nung hình thành trên bề mặt sản phẩm một bề mặt tương... chất lượng lớp tráng men đối với một số chi tiết điển hình 17        CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm về men Men là một lớp vật liệu dạng thủy tinh chi u dày 0,15 – 1,0 mm phủ lên bề mặt chi tiết Lớp vật liệu này hình thành trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít đặc, nhẵn, bóng Nhờ vậy, men có ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng độ bền hoá, bền cơ và bền điện... xuất men phủ lên bề mặt chi tiết sắt thép chủ yếu phục vụ cho công nghệ tráng men các đồ gia dụng như bát sắt tráng men, ca sắt tráng men, khay sắt tráng men, chậu sắt tráng men, và một số dụng cụ y tế Tất cả các sản phẩm này có chi u dày rất mỏng (≤ 1mm), công nghệ thì đã được hoàn thiện từ lâu Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo loại men phủ và nung thành phẩm chi tiết thép có chi u dày lớn (3-6mm) là rất... để tạo nên những sản phẩm có màu sắc và tính chất chịu ăn mòn khác nhau Hiện nay công nghệ tạo men là một trong những công nghệ tiên tiến được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và được đánh giá là một trong những công nghệ ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực quân sự và hóa chất 1.4 Kết luận chương 1 - Ý nghĩa và tính cấp thiết: Hiện nay việc sản xuất men phủ lên bề mặt chi. .. căng bề mặt sao cho 2 men đó phải phù hợp nhau Nếu không tráng 2 men cách nhau và muốn có ranh giới tiếp xúc sắc nét thì cả 2 men đó phải có sức căng bề mặt bằng nhau Nếu không, men có sức căng bề mặt lớn hơn sẽ có hại, còn men có sức căng nhỏ hơn sẽ bị men lớn hơn kéo dãn ra Trường hợp cần trang trí men co người ta có thể dựa vào sức căng bề mặt để điều chỉnh men thích hợp Sức căng bề mặt của men lớn,... xây dựng hệ thống trao đổi nhiệt, lò phản ứng và tầu thuyền, - Mục tiêu, nhiệm vụ của Đề tài: Trên cơ sở công nghệ đã được tìm hiểu tại PTN TĐ và với nguyên vật liệu được sử dụng trong nước, nghiên cứu tính toán xác lập các bài phối liệu tạo men, thiết kế và chế tạo sản phẩm men hoàn chỉnh tương ứng với từng chủng loại chi tiết phục vụ quá trình phủ bề 16        mặt, thiết lập Quy trình công nghệ nâng... châu Âu mặt hàng này thay thế cho đồ sứ đắt tiền Ngày nay, việc tạo men trên bề mặt của các chi tiết thép, gang hay hợp kim được áp dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp sản suất đồ gia dụng như: 11        Hãng Samsung đã ứng dụng công nghệ men gốm diệt khuẩn vào việc sản xuất các lò vi sóng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng lâu bền cũng như an toàn vệ sinh thực phẩm tại mỗi gia đình Lớp men này... một bề mặt trơn nhẵn và cứng, khó có thể trầy xước bằng các vật nhọn sắc Phủ trên lớp men còn là lớp bảo vệ kháng khuẩn, biến mặt trong khoang lò hoạt động giống như một chất diệt khuẩn và khử mùi hoàn hảo, có thể loại bỏ các mầm bệnh Công nghệ tráng men diệt khuẩn độc đáo này đã giúp Samsung giành được chứng nhận đầu tiên trên thế giới về khả năng tự diệt khuẩn làm sạch từ tổ chức nghiên cứu công nghệ. .. Samsung cũng là công ty đầu tiên trên thế giới sử dụng loại vật liệu này vào các lò vi sóng Hình 5 Khoang lò tráng men gốm cao cấp Hãng Huper Optik sử dụng công nghệ của Đức để tạo ra loại phim tráng men gốm đầu tiên trên thế giới kiểm soát năng lượng mặt trời Tận dụng kỹ thuật tiên tiến kết hợp nâng cao phương pháp kiểm soát, các lớp men mịn được lắng đọng trên bề mặt phim trong suốt tạo nên một hàng... Phân loại men Trước đây men được phân loại theo sản phẩm (ví dụ như: men sành, men sứ, men sắt ) sự phân loại này thực tế không thật hợp là vì men dùng cho sành cũng có thể dùng để tráng lên trên bề mặt sản phẩm sành dạng đá hoặc sứ Ngày nay men được phân loại theo phạm vi nhiệt độ 2.2.1 Phân loại theo thành phần a) Men chì: - Men không chứa Bor - Men chì đơn giản - Men chì có chứa Bor b) Men không . BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2011 Đề tài: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỀ MẶT TẠO LỚP MEN HỆ COBALT CHỊU AXIT TRÊN CHI TIẾT THÉP Ký hiệu: 01.11.HT/HĐ-KHCN Chủ. Ống thép phủ men chịu axit (91T01) 8 Hình 2. Cút 90 o thép phủ men chịu axit 9 Hình 3.‘TÊ’ thép phủ men chịu axit 10 Hình 4. ‘Đột thu’ thép phủ men chịu axit 11 Hình 5. Khoang lò tráng men. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo men trên thế giới và trong nước.   3  - Nghiên cứu đặc tính các loại men Cobalt đối với một số vật liệu chế tạo chi tiết máy