0987 nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit nihạt phân tán (al2o3ptfe) luận văn tốt nghiệp

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề	Nghiên Cứu Công Nghệ Mạ Hóa Học Tạo Lớp Phủ Compozit Ni/Hạt Phân Tán (Al2O3, PTFE)
Tác giả	Hà Mạnh Chiến
Người hướng dẫn	PGS. TS. Mai Thanh Tùng
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật hoá học
Thể loại	luận án tiến sĩ
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	131
Dung lượng	9,33 MB

Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ MẠNH CHIẾN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ HÓA HỌC TẠO LỚP PHỦ COMPOZIT Ni/HẠT PHÂN TÁN (Al2O3, PTFE ) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC HÀ NỘI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ MẠNH CHIẾN NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ MẠ HĨA HỌC TẠO LỚP PHỦ COMPOZIT Ni/HẠT PHÂN TÁN (Al2O3, PTFE ) Chuyên ngành: Kỹ thuật hố học Mãsố: 62520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠNG NGHỆ HÓA HỌC HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS MAI THANH TÙNG HÀ NỘI - LỜI CẢM Lời xin cám ơn thầy giáo PGS TS Mai Thanh Tùng hướng dẫn tơi tận tình q trình hoàn thành luận án Sự giúp đỡ thầy niềm động viên lớn để tơi có thêm nghị lực q trình làm luận án Tơi xin cảm ơn thầy mơn CN Điện hóa Bảo vệ kim loại không quản ngại mặt thời gian, công sức giúp thuận lợi q trình thực hành, trao đổi chun mơn tư vấn q trình viết luận án Tơi xin cảm ơn Trường Đại Học Cơng Nghiệp Việt Trì Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận án LỜI CAM Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu nghiên cứu, kết trình bày luận án trung thực, thu từ thực nghiệm, không chép chưa công bố cơng trình khác Người làm cam đoan MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ…………………………………… MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… CHƯƠNG 1– TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 MẠ HOÁ HỌC NIP……………………………………………………… 1.1.1 PHẢN ỨNG MẠ HOÁ HỌC NIP…………………………………… 1.1.2 Quá trình kết tinh tạo màng NiP …………………………………… 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình mạ hóa học NiP………………… 1.1.4 Cấu trúc tính chất lớp mạ 1.2 Mạ Hoá học compozit …………………………………………………… 1.2.1 Giới thiệu chung……………………………………………………… 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình hình thành lớp mạ compozit 1.2.2.1 Ảnh hưởng tính chất hạt phân tán 1.2.2.2 Ảnh hưởng thành phần dung dịch………………………… 1.2.2.3 Ảnh hưởng điều kiện mạ………………………………… 1.2.3 Cấu trúc tính chất lớp mạ hóa học Niken compozit……… 1.2.3.1 Cấu trúc………………………………………………………… 1.2.3.2 Độ cứng……………………………………………………… 1.2.3.3 Khả chống mài mòn…………………………………… 1.2.3.4 Hệ số ma sát…………………………………………………… 1.2.3.5 Độ nhám bề mặt……………………………………………… 1.2.3.6 Khả chống ăn mòn lớp mạ………………………… 1.3 Mạ Hoá học compozit NiP-PTFE NiP-Al2O3………………………… 1.3.1 Mạ hoá học NiP-PTFE……………………………………………… 1.3.1.1 Thành phần dung dịch mạ……………………………………… 1.3.1.2 Chất hoạt động bề mặt………………………………………… 1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình hình thành lớp mạ NiP- PTFE…………………………………………………… 1.3.2 Mạ hoá học NiP-Al2O3……………………………………………… 1.3.2.1 Thành phần dung dịch hạt………………………………… 1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình mạ NiP-Al2O3…………… 1.3.2.3 Cấu trúc tính chất lớp mạ…………………………………… 1.3.3 Lực tương tác bề mặt lớp mạ hoá học compozit ………………… 1.3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ hóa học compozit số tác giả xây dựng giới……………………………………………………… 9 10 12 14 17 17 19 19 20 22 22 22 23 23 23 24 25 26 26 26 26 29 30 30 30 31 32 36 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 2.1 Chuẩn bị mẫu dung dịch 2.1.1 Mạ hoá học NiP 2.1.2 Chuẩn bị mẫu 2.1.3 Mạ hóa học compozit NiP-PTFE NiP-Al2O3 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Các phương pháp điện hoá 2.2.2 Phương pháp phân tích SEM, EDS TEM………………………… 2.2.3 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)……………… 2.2.4 Phương pháp đo độ cứng tế vi 2.2.5 Phương pháp đo góc thấm ướt (phương pháp Wilhelmy plate) 2.2.6 Phương pháp đo khả chịu mài mòn 2.2.7 Phương pháp đo Zeta 2.2.8 Phương pháp kiểm tra độ bám dính lớp mạ với CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu lớp mạ NiP 3.1.1 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ tới tốc độ thành phần lớp mạ 3.1.2 Phân tích cấu trúc lớp mạ NiP 3.1.3 Tính chất lớp mạ NiP 3.2 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/PTFE 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ chất khử NaH2PO2 tới hàm lượng hạt PTFE có lớp mạ 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE dung dịch tới hàm lượng hạt PTFE lớp mạ khả chống bám dính lớp mạ 3.2.3 Ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt tới trình đồng kết tủa 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ chất hoạt động CTAB dung dịch tới hàm lượng hạt PTFE có lớp mạ 3.2.5 Nghiên cứu tính chất lớp mạ compozit NiP-PTFE 3.2.5.1 Khả chống ăn mòn 3.2.5.2 Khả chống mài mòn 3.3 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/Al2O3 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ hạt Al2O3 dung dịch tới hàm lượng P NiP hàm lượng hạt Al2O3 lớp mạ 3.3.2 Ảnh hưởng chế độ dòng chảy tới phân bố hạt Al2O3 lớp mạ 3.3.3 Nghiên cứu tính chất lớp mạ compozit NiP-Al2O3 3.3.3.1 Cấu trúc lớp mạ NiP-Al2O3 3.3.3.2 Khả chống ăn mòn 3.3.3.3 Độ cứng lớp mạ NiP-Al2O3……………………………… 3.3.3.4 Chiều dày lớp mạ NiP-Al2O3………………………………… 3.3.3.5 Khả chịu mài mòn……………………………………… 41 41 41 41 44 45 45 46 48 48 49 50 50 51 52 52 52 53 56 61 61 66 69 76 83 83 85 87 87 90 92 92 93 95 96 98 3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ NiP compozit KÊT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 100 105 106 113 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT V: Năng lượng A: Hằng số Hamaker CB : Nồng độ chất B Eam: Điện ăn mòn iam: Mật độ dòng ăn mòn Rcp: Điện trở phân cực 0 : Hằng số điện môi chân không  r : Hằng số điện môi dung dịch SDS: Chất hoạt động bề mặt Đođexyl natri sulfat CTAB: Chất hoạt động bề mặt cetyl trimethyl ammonium bromide EN: Lớp mạ hóa học NiP PTFE: Polytetrafluoroethylene BN: Bo nitrua ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Materials) SEM: Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) EDS: Phương pháp phân tích phổ tán xạ lượng (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) TEM: Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) XRD: Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia Rơnghen DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Chú thích bảng Trang Bảng 1.1 Khả chịu mài mòn số lớp phủ 15 Bảng 1.2 Tóm tắt tính chất lớp mạ hoá học NiP 16 Bảng 1.3 So sánh hệ số ma sát lớp mạ compozit so với lớp mạ thông 24 thường Bảng 1.4 So sánh độ nhám lớp mạ compozit lớp mạ thông thường 24 Bảng 1.5 Quan hệ Zeta ổn định dung dịch 34 Bảng 2.1 Quy trình mạ hoá học NiP Sắt 42 Bảng 2.2 Quy trình mạ hố học NiP Đồng 43 Bảng 3.1 Số lần bẻ gập đến gãy ảnh chụp lớp mạ hàm lượng P thay đổi 57 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nồng độ NaH2PO2 nhiệt độ tới Eăm, iăm 59 Bảng 3.3 Chế độ mạ thay đổi theo nồng độ NaH2PO2 tốc độ phản ứng 61 thu Bảng 3.4 Kết phân tích EDS lớp mạ NiP tổng hợp nồng độ 63 NaH2PO2 khác Bảng 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE 12 µm dung dịch tới 66 hàm lượng hạt PTFE lớp mạ góc thấm ướt lớp mạ Bảng 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE 0,5 µm dung dịch tới hàm lượng hạt PTFE lớp mạ góc thấm ướt lớp mạ 66 Bảng 3.7 Tổng hợp kết đo Zeta lớp mạ NiP hạt PTFE 71 Bảng 3.8 Thành phần lớp mạ NiP- PTFE thay đổi nồng độ CTAB 78 dung dịch Bảng 3.9 Kết tính dịng ăn mịn theo phương pháp Tafel 84 Bảng 3.10 Ảnh hưởng hàm lượng PTFE 12 µm lớp mạ tới khả 86 chống mài mòn lớp mạ Bảng 3.11 Kết phân tích EDS lớp mạ NiP-Al2O3 có hàm lượng 88 Al2O3 dung dịch thay đổi Bảng 3.12 Kết tính dịng ăn mịn theo phương pháp Tafel 93 Bảng 3.13 Kết đo độ cứng lớp mạ 95 Bảng 3.14 Kết tính chiều dày lớp mạ với mẫu khác 96 Bảng 3.15 Khả chịu mài mòn lớp mạ (lực ép 12 N) 98 Bảng 3.16 Khả chịu mài mòn lớp mạ (lực ép 20 N) 99 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Số hình Chú thích hình Trang Hình 1.1 Hình mơ tả giai đoạn trình động học 10 Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả chế kết tinh mạ hố học: (a) hình thành lớp 11 mạ, (b) hình thành lớp mạ qua mặt cắt ngang, (c) hình thành lớp mạ qua hình chiếu đứng Hình 1.3 Ảnh TEM mơ phát triển lớp mạ hố học Ni, ký 12 hiệu 0, 1, 2, số thứ tự lớp mạ: (a) Lớp mạ có hai lớp, (b) Lớp mạ có lớp Hình 1.4 (a) Giản đồ pha hợp kim NiP, (b) Cấu trúc pha lớp mạ 14 hóa học NiP Hình 1.5 Tỷ lệ phần trăm ứng dụng lớp mạ NiP compozit giới 18 Hình 1.6 Lớp mạ hố học NiP có hạt phân tán kỵ nước BN 19 a, hạt không xử lý bề mặt; b,hạt có xử lý bề mặt Hình 1.7 Ảnh hưởng hàm lượng hạt phân tán dung dịch tới hàm 21 lượng hạt phân tán lớp mạ hoá học NiP Hình 1.8 Sự phát triển lớp mạ có hạt phân tán dẫn điện khơng 21 dẫn điện Hình 1.9 Cấu tạo lớp điện tích kép, 1/k chiều dày lớp điện tích kép 33 Hình 1.10 Tổng hợp lượng tương tác theo khoảng cách sử dụng thuyết DLVO: (a) bề mặt đẩy mạnh, hạt nhỏ không trạng thái kết tụ, (b) Các hạt kết tụ điểm secondary minimum,(c) hạt kết tụ điểm secondary minimum, tốc độ kết tụ chậm,(d) hàng rào lượng < 0, kết tụ nhanh chóng, (e) khơng có hàng rào lượng, kết tụ nhanh chóng Cơ chế mạ hố học compozit Ngơ Khánh Lợi 35 Hình mơ tả chế mạ hố học compozit Ming-Der Ger, 37 Hình 1.11 Hình 1.12 36 Bing Joe Hwang Hình 1.13 Hình mơ tả chế mạ hoá học compozit Heung-Kil Park đồng 37

Ngày đăng: 31/08/2023, 07:46

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo

Loại

Chi tiết

1. Mai Thanh Tùng (2008), Kỹ thuật mạ lên nền nhựa, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Kỹ thuật mạ lên nền nhựa
Tác giả:	Mai Thanh Tùng
Nhà XB:	Nhà xuất bản Bách Khoa HàNội
Năm:	2008

16. E. Pena-Munoz , P. BercEot A. Grosjean b, M. Rezrazi , J. Pagetti (1998), “ Electrolytic and electroless coatings of Ni-PTFE composites Study of some characteristics”, Surface and Coatings Technology, 107, 85-93

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Electrolytic and electroless coatings of Ni-PTFE composites Study of somecharacteristics
Tác giả:	E. Pena-Munoz , P. BercEot A. Grosjean b, M. Rezrazi , J. Pagetti
Năm:	1998

17. Faryad Bigdeli, Saeed Reza Allahkaram (2009), “An Investigation on corrosion resistance of as-applied and heat treated Ni-P/nanoSiC coatings”, Materials and Design

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	An Investigation on corrosionresistance of as-applied and heat treated Ni-P/nanoSiC coatings
Tác giả:	Faryad Bigdeli, Saeed Reza Allahkaram
Năm:	2009

18. Feng Xuesong (2003), “Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFE Composite Coatings”, Journal of Sichuan institute of light industry and chemical technology, 16, 16, 5-6

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFEComposite Coatings
Tác giả:	Feng Xuesong
Năm:	2003

19. Feng Xuesong (2003), “Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFE Composite Coatings”, Journal of Sichuan institute of light industry and chemical technology, 16, 16, 5-6

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Study on the Mechanism of Electroless Nickel/PTFEComposite Coatings
Tác giả:	Feng Xuesong
Năm:	2003

20. Glenn 0. Mallory, Juan B. Hajdu (1991), Electroless Plating: Fundamentals and Applications, American Electroplaters and Surface Finishers Society

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Electroless Plating: Fundamentals andApplications
Tác giả:	Glenn 0. Mallory, Juan B. Hajdu
Năm:	1991

21. G. Straffelini, D.Colombo, A. Molinari (1999), “Surface durability of electroless Ni–P composite deposits”, Wear, 236, 179-188

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Surface durability of electrolessNi–P composite deposits
Tác giả:	G. Straffelini, D.Colombo, A. Molinari
Năm:	1999

22. Guang-hong Zhou, Hong-yan Ding, Fei Zhou, Yue Zhang (2008), “Structure and Mechanical Properties of Ni-P–Nano Al 2 O 3 Composite Coatings Synthesized by Electroless Plating”, Journal of Iron and Steel Research, International, 15, 65-69

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Structure andMechanical Properties of Ni-P–Nano Al2O3 Composite Coatings Synthesized byElectroless Plating
Tác giả:	Guang-hong Zhou, Hong-yan Ding, Fei Zhou, Yue Zhang
Năm:	2008

23. Heung-Kil Park, Hiromichi Onikura, Osamu Ohnishi, Ahmad Sharifuddin (2010),“Development of micro-diamond tools through electroless composite plating and investigation into micro-machining characteristics”, Precision Engineering, 34, 376–386

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Development of micro-diamond tools through electroless composite plating andinvestigation into micro-machining characteristics
Tác giả:	Heung-Kil Park, Hiromichi Onikura, Osamu Ohnishi, Ahmad Sharifuddin
Năm:	2010

24. Hu X, Dai C, Li J, Wang D (1997), “Zeta potential & codeposition of PTFE particles suspended in electroless nickel solution”, Plating and surface finishing, 84, 51-53

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Zeta potential & codeposition of PTFEparticles suspended in electroless nickel solution
Tác giả:	Hu X, Dai C, Li J, Wang D
Năm:	1997

25. Huang Yan-bin, Liu fei fei, Zhang Qiyong, Ba Guozhao, Liang Zhijie (2007),“Research on the solution and properties of Ni-P/n-Al 2 O 3 electroless composite plating”, Corrosion science and technology, 6, 257-260

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Research on the solution and properties of Ni-P/n-Al2O3 electroless compositeplating
Tác giả:	Huang Yan-bin, Liu fei fei, Zhang Qiyong, Ba Guozhao, Liang Zhijie
Năm:	2007

26. Hui Xu, Zhi Yang, Meng-Ke Li, Yan-Li Shi, Yi Huang, Hu-Lin Li (2005),“Synthesis and properties of electroless Ni–P–Nanometer Diamond composite coatings”, Surface & Coatings Technology, 191, 161– 165

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Synthesis and properties of electroless Ni–P–Nanometer Diamond compositecoatings
Tác giả:	Hui Xu, Zhi Yang, Meng-Ke Li, Yan-Li Shi, Yi Huang, Hu-Lin Li
Năm:	2005

27. I. Apachitei (2001), Synthesis and characterisation of autocatalytic Nickel composite coatings on aluminium, JB &A Grafische communicatie

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Synthesis and characterisation of autocatalytic Nickelcomposite coatings on aluminium
Tác giả:	I. Apachitei
Năm:	2001

28. J. N. Balaraju, K. S. Rajam (2007), “Electroless Deposition and Characterization of High Phosphorus Ni-P-Si N Composite Coatings”, Int. J. Electrochem. Sci, 2

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Electroless Deposition and Characterizationof High Phosphorus Ni-P-Si N Composite Coatings
Tác giả:	J. N. Balaraju, K. S. Rajam
Năm:	2007

31. J.N. Balaraju, T.S.N SanKara Narayanan, S.K Seshadri, “Evaluation of the corrosion resistance of electroless NiP and NiP composite coatings by electrochemical impedance spectroscopy”, J Solid state electrochem, 5, 334-338, 2001

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Evaluation of thecorrosion resistance of electroless NiP and NiP composite coatings byelectrochemical impedance spectroscopy

32. J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri (2006), “Structure and phase transformation behaviour of electroless Ni–P composite coatings”, Materials Research Bulletin, 41, 847–860

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Structure andphase transformation behaviour of electroless Ni–P composite coatings
Tác giả:	J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri
Năm:	2006

33. J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri (2003), “Electroless Ni–P composite coatings”, Journal of Applied Electrochemistry, 33, 807–816

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Electroless Ni–P composite coatings
Tác giả:	J.N. Balaraju, T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri
Năm:	2003

34. Jacob N. Israelachvili (1992), Intermolecular and Surface Forces, Academic press limited

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Intermolecular and Surface Forces
Tác giả:	Jacob N. Israelachvili
Năm:	1992

36. Jianfei Wang, Jintao Tian , Xuezhong Liu, Yansheng Yin, Xin Wang (2011),“Effect of polytetrafluoroethylene content on electrochemical anticorrosion behaviors of electroless deposited Ni–P and Ni–P–polytetrafluoroethylene coatings in seawater”, Thin Solid Films, 519, 5905–5911

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Effect of polytetrafluoroethylene content on electrochemical anticorrosionbehaviors of electroless deposited Ni–P and Ni–P–polytetrafluoroethylenecoatings in seawater
Tác giả:	Jianfei Wang, Jintao Tian , Xuezhong Liu, Yansheng Yin, Xin Wang
Năm:	2011

37. Jiang Shihang, Zhang Jingyao, Liu Jianhong (2002), “Electroless plating Ni- P/Al 2 O 3 composite coating”, Surface technology, 27, 20-22

Sách, tạp chí