Luận văn: NGHIÊN CỨU ẢNH HỞNG CỦA CHẾ ĐỘ KHUẤY ĐẾN CHẤT LỢNG MẠ COMPOSITE CHROME docx

LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ************ NGUYỄN TIẾN TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HỞNG CỦA CHẾ ĐỘ KHUẤY ĐẾN CHẤT LỢNG MẠ COMPOSITE CHROME CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS.NGUYỄN ĐĂNG BÌNH Thái Nguyên – 2009 LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ********** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HỞNG CỦA CHẾ ĐỘ KHUẤY ĐẾN CHẤT LỢNG MẠ COMPOSITE CHROME NGỜI HD KHOA HỌC : PGS.TS.NGUYỄN ĐĂNG BÌNH HỌC VIÊN : NGUYỄN TIẾN TÀI LỚP : CHK10 CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY NGÀY GIAO ĐỀ TÀI : NGÀY HOÀN THÀNH : KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGỜI HỚNG DẪN HỌC VIÊN HIỆU TRỞNG DUYỆT LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 3 MỤC LỤC Nội dung Trang Phần mở đầu 4 Chƣơng I: Tổng quan về mạ điện 9 1.1. Cơ sở chung 9 1.2. Cơ chế mạ 16 1.3. Thành phần dung dịch và chế độ mạ 17 1.3.1. Ion kim loại mạ 17 1.3.2. Chất điện ly 17 1.3.3. Chất tạo phức 18 1.3.4. Phụ gia hữu cơ 18 1.3.5. Mật độ dòng điện catốt D c 19 1.3.6. Khuấy 20 1.4. A nốt 21 1.5. Mạ Crôm 22 1.5.1. Các loại lớp mạ crôm 23 1.5.2. Đăc điểm của quá trình mạ crôm 25 1.5.3. Cấu tạo và tính chất lớp mạ crôm 26 1.5.4. Các dung dịch mạ crôm 27 a. Mạ crôm từ dung dịch có anion SO 4 2- 27 b. Mạ crôm từ dung dịch có anion F - 30 c. Mạ crôm từ dung dịch có anion SO 4 2- và SiF 6 2- 31 d. Mạ crôm từ dung dịch có tetracronat 32 1.5.5. Mạ crôm đen 33 1.5.6. Mạ crôm xốp 34 1.5.7. Kết luận 35 1.6. Mạ composite 36 LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 4 Chƣơng II: Ảnh hƣởng của chế độ khuấy trong mạ composite chrome 2.1. Mạ tổ hợp crôm 37 2.2. Quá trình tạo thành lớp mạ tổ hợp 38 2.3. Sơ đồ mạ tổ hợp crôm 38 2.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mạ tổ hợp crôm 39 2.5. Ảnh hưởng của chế độ khuấy đến quá trình hình thành lớp mạ 39 2.5.1. Sơ đồ 1: Khuấy kiểu phun dung dịch từ trên xuống 39 2.5.2. Sơ đồ 2: Khuấy theo pp bơm, sục dung dịch từ trên xuống 41 2.5.3. Sơ đồ 3: Khuấy bằng cánh quạt 42 2.5.4. Sơ đồ 4: Khuấy bằng cơ khí 43 2.5.5. Sơ đồ 5: Khuấy bằng từ 43 2.5.6. Kết luận 44 Chƣơng III: Thiết kế hệ thống khuấy 45 3.1. Tính toán thuỷ lực đường ống 45 3.1.1. Lý thuyết tính toán 45 3.1.2. Tính toán thuỷ lực đường ống hút 46 3.1.3. Tính toán thuỷ lực đường ống đẩy 48 3.1.4. Tính công suất bơm 49 3.2. Mô hình hệ thống khuấy 49 3.2.1. Tính toán hệ thống khuấy 50 3.2.2. Thiết kế 50 3.3. Kết luận 52 Chƣơng IV: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh hƣởng chế khuấy đến chất lƣợng lớp mạ 53 4.1.Kế hoạch thực nghiệm đối xứng 53 4.1.1.Kế hoạch trung tâm hợp thành 53 LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 5 4.1.2.Trung tâm hợp thành trực giao 54 4.2. Chế độ mạ 58 4.3.Quá trình thí nghiệm 58 4.3.1. Thí nghiệm lần 1 59 4.3.2. Thí nghiệm lần 2 60 4.3.3. Thí nghiệm lần 3 60 4.3.4. Thí nghiệm lần 4 60 4.3.5. Thí nghiệm lần 5 60 4.3.6. Thí nghiệm lần 6 61 4.3.7. Thí nghiệm lần 7 61 4.3.8. Thí nghiệm lần 8 61 4.3.9. Thí nghiệm lần 9 62 4.4. Kết luận 62 Chƣơng V: Kết luận chung và hƣớng tiếp theo của đề tài 63 Tài liệu tham khảo Phụ lục Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 6 PHN M U I. Tớnh cp thit ca ti M composite ú l lp m in bỡnh thng nhng trong ú cu to cỏc ht cc nh ca mt hay vi cht, nhng ht ny ng kt ta t mt dung dch huyn phự. Huyn phự c to ra bng cỏch trn ln mt lng bt xỏc nh vo cht in phõn m kim loi. Cỏc cht bt cú kớch thc ht cựng kớch c vi ht tinh th, dao ng trong khong 0,01 n 20m s ng kt ta cựng kim loi m v phõn b ng u trong ton th tớch m nhng ht cho vo l nhng ht cú rn cao, khú núng chy, bn v phng din hoỏ hc cng nh c hc. Cỏc lp m composite khụng ch cú cỏc tớnh cht ca cỏc phi kim loi nh bn hoỏ hc cao, cng cao, tớnh chu mi mũn cao. Vi s phỏt trin ngy cng mnh m ca khoa hc k thut núi chung v c bit l tớnh cht b mt núi riờng, ó gúp phn vo vic nghiờn cu v ch to nhiu b mt chi tit mỏy theo yờu cu ca cụng ngh cao. Mt trong nhng ng dng mang tớnh ph bin trong lnh vc to ra lp m trờn b mt chi tit mỏy nhm gim ma sỏt, tng kh nng chng mũn trờn b mt tip xỳc, nõng cao tớnh n nh v cu trỳc to nhit cao. Vi nhng b mt cú yờu cu cao v cụng ngh, vic ch to khú khn thỡ ng dng ú l mt trong nhng gii phỏp mang tớnh t phỏ thỡ m composite Chrome l mt phng phỏp nh vy. Nghiờn cu trong v ngoi nc: Nm 1929 C.G Fink v J.D Prince thu c lp m t hp Cu trong dung dch axớt cú cha cỏc ht Grafit. Nm 1939 Bajmakov ó thu c lp m t hp vi s ng kt ta ca cỏc ht phi kim loi. Trong cỏc nm sau ú nhiu tỏc gi ó to ra lp m Niken vi s kt ta ca pha th hai nh: AL 2 O 3 , SiO 2 , TiC, TiO 2 ,WC. trong nc cú ti cp nh nc nghiờn cu v m t hp do PGS.TS. Nguyn ng Bỡnh ch trỡ. Lp m composite chrome cú nhng tớnh cht ca lp m in bỡnh thng nh tớnh dn nhit, dn in, chu mi mũn, ngoi ra nú cũn cú tớnh cht ca phi kim loi nh cng cao, tớnh chu n mũn cao, chu mũn cao. Trong LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 7 quá trình mạ composite các hạt của pha thứ hai được đưa đến bề mặt catốt nhờ sự điện ly và nhờ sự khuấy trộn dung dịch. Quá trình khuấy tạo ra vận tốc của các hạt đến bề mặt catốt, nếu vận tốc này phù hợp sẽ tạo điều kiện cho quá trình bám dính để hình thành lớp mạ, nếu vận tốc quá lớn hay quá nhỏ sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng lớp mạ. Ý nghĩa của khuấy: Khuấy để tăng chuyển động tương đối giữa catốt và dung dịch nên được phép dùng mật độ dòng điện catốt cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn, ngoài ra nó còn làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực, san bằng pH và nhiệt độ trong toàn khối dung dịch cũng như tại nơi gần điện cực, nó giúp các hạt của pha thứ hai đồng đều trong dung dịch và chuyển động đến bề mặt catốt (nhất là khi các hạt của pha thứ hai là trung tính và có trọng lượng riêng lớn). Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bề mặt, đã góp phần tạo lên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Trong việc tạo ra bề mặt chi tiết đáp ứng công nghệ cao thì mạ composite Chrome là một trong những phương pháp điển hình. Thực tế mạ composite Chrome là phương pháp đang được ứng dụng trong sản xuất động cơ máy bay, động cơ tuabin khí hiện đại, công nghiệp ôtô, vũ trụ và hạt nhân. Vì vậy một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn việc sử dụng mạ composite Chrome là : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome. II. Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và các phụ lục luận văn này có nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan về mạ điện. Nghiên cứu tổng quan về mạ điện. Chƣơng 2: Ảnh hƣởng của chế độ khuấy trong mạ composite Chrome. LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 8 - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hình thành lớp mạ và các hiện tượng xảy ra. - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ composite Chrome. Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống khuấy Tính toán thiết kế hệ thống khuấy theo nguyên lý hút, sục dung dịch cho bể mạ composite thể tích 0,4m 3 Chƣơng 4: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh hƣởng chế độ khuấy đến chất lƣợng lớp mạ Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài III.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome cụ thể là: Mối quan hệ giữa chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome, chế độ khuấy và chất lượng lớp mạ.Việc thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện: - Hệ thống dây truyền mạ composite. - Vật liệu: thép 9XC, Y8A (tôi đạt HRC 60) - Vật liệu làm điện cực: chì. - Đối tượng thí nghiệm: Ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ. IV. Phƣơng pháp nghiên cứu Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết về quá trình hình thành lớp mạ composite. - Thí nghiệm mạ để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ. - Thực nghiệm để xây dựng các hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ. V. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 9 1. Ý nghĩa khoa học Thiết kế, chế tạo hệ thống khuấy để mạ thành công lớp mạ composite nền chrome. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ từ đó đưa ra chế độ khuấy phù hợp để đạt được lớp mạ có chất lượng cao, tính kinh tế cao là rất cần thiết để triển khai công nghệ mạ composite ở Việt Nam. 2. Ý nghĩa thực tiễn Trong công nghiệp, mạ thường dùng để mạ các bề mặt chi tiết chìu mài mòn và phục hồi các chi tiết do bị mài mòn, vì vậy ứng dụng công nghệ mạ composite nền Chrome đem lại hiểu quả kinh tế lớn, khi mạ composite với chi tiết mới có thể tăng độ bền lên 1,5 đến 2 lần. LuËn v¨n Th¹c sü Chuyªn ngµnh C«ng nghÖ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS.Nguyễn Đăng Bình - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên trong suốt quá trình làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô Giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Xin cảm ơn tập thể cán bộ Trường Cao đẳng Cơ khí - Luyện kim đã tạo điều kiện tốt nhất cho Tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn sự động viên và đóng góp ý kiến quý báu của các bạn đồng nghiệp đã giúp cho tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên – 11/2009 [...]... rt hin i M composite cú th chia thnh nm nhúm: - M composite ht mn trờn nn kim loi - M composite s dng si ng lc trờn nn kim loi - M composite Electroless - M composite lp v th - M composite quang hc Trong s nm nhúm trờn thỡ m composite ht mn trờn nn kim loi ang c s quan tõm nghiờn cu nc ta Lp m composite dng ny S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc... gm s hoc vt liu composite Lp m cng nh vy ngoi kim loi v hp kim ra nú cũn cú th l composie ca kim loi - cht do hoc kim loi - gmM composite lp m trờn b mt chi tit cú s tham gia ca kim loi v cỏc ht cng nhm gim ma sỏt, tng kh nng chng mũn hoc n mũn trờn b mt tip xỳc Cỏc ht cng nh mn, phõn b trong cu trỳc ca lp m to lờn cỏc tớnh cht c lý c bit, nõng cao tớnh n nh v cu trỳc nhit cao hn m composite cú th.. .Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM CHNG I TNG QUAN V M IN 1.1 C s chung - M composite ng dng rng rói trong ng c mỏy bay, ng c tuabin khớ hin i, cụng nghip ụtụ, v tr v ht nhõn, c dựng trong nhiu ngnh cụng ngh khỏc nhau chng n mũn, phc hi kớch thc, trang sc, chng mũn, tng cng, phn quang, dn nhit, thm du v d hn - Quỏ trỡnh m composite n gin, kinh t, cú th hỡnh... dng ht mn c a vo b m ca quỏ trỡnh m thụng thng Trong quỏ trỡnh in phõn cỏc ht mn s tham gia vo lp m cựng vi kim loi nn v hỡnh thnh lp m composite chun b cho m composite cỏc ht cng cn c gi l lng trong dung dch in phõn nh khuy bng c khớ, c hc, t tớnh v dũng chy M composite cú th m trờn tt c cỏc nn vt liu m m in thc hin c Chiu dy ca lp m ph thuc vo kớch c ca ht, bn cht ca ht v bn cht ca kim loi m -... kim cng - M composite ht mn trờn nn kim loi c ng dng trong vic nõng cao kh nng chng mũn, co xc, ca kim loi hay hp kim (Ni + SiC, Pb + TiO2), tng kh nng chng n mũn bng cỏch s dng m Cr c micro khụng liờn tc trờn thộp m composite nn Niken (Ni + Al2O3), to lp m gim ma sỏt (MoS2 vi Ni hoc Cu), tng bn nhit cao (Ni + Al2O3), to ra lp m s dng trong cụng nghip ht nhõn (Ni + Pu, Ni + UO2) - M composite cú... thnh lp m, cht m, cỏc ph gia - + 5 ne ne Nguồn một chiều Lớp mạ Anot 3 Catot 2 Chuyển dich Ion Bể mạ Hỡnh 1.1 S thit b m + Catt dn in, chớnh l vt cn c m + Ant dn in, cú th tan hoc khụng tan + B cha bng thộp, thộp lút cao su, polyprotylen, polyvinyclorua, chu c dung dch m S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM + Ngun in mt... rt c hi nh Cr 6+ , Cd kim loi v ion xyanua, k c mt s ph gia hu ớch cú tớnh c hi cng nh vy 1.2 C ch m S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 18 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM - C ch m composite l do va chm c hc ca cỏc ht trong quỏ trỡnh khuy y cỏc ht v phớa catt; tng tỏc tnh in ca cỏc ht in cc kim loi hay in ly; ng lng ng cỏc ht bng c ch liờn kt hoỏ hc vi... lỳc ú phn ng chớnh trờn ant ch l gii phúng ễxy - cho quỏ trỡnh m c thnh cụng phi: gia cụng ỳng k thut cho catt, chn ỳng vt liu ant, thnh phn dung dch m, mt dũng in v cỏc iu kin in phõn khỏc - Lp m composite: l lp m kim loi cú cha cỏc ht rn nh v phõn tỏn nh Al2O3, WC,SiC Cr3C2, TiO2,SiO2,TiC,Cr3N2,MoS2, kim cng, graphit,Cỏc ht ny cú ng kớnh 0,5 -5 m v chim 2-10 % th tớch dung dch, khuy mnh trong... tớch S cú th tớnh da theo nh lut in Faraday : m = S.Dc.t.H.C (g) Trong ú: S - din tớch m ( dm2) Dc- mt dũng in catot ( A/dm2) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM t - thi gian m (t) H- hiu sut dũng in (%) C - ng lng in hoỏ ca iụn kim loi m ( g/Ah) - Mt s kim loi cho nhiu iụn hoỏ tr khỏc nhau nờn cú giỏ tr ng lng tng ng... nhiu yu t nh : nng dung dch v tp cht, cỏc ph gia búng, san bng, thm t, pH, nhit , mt dũng in, hỡnh dng ca vt m, ca ant, ca S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 15 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM b m, v ch thu ng ca dung dch Vỡ vy mun iu khin cht lng lp m phi khng ch ng thi c dung dch m ln cỏch thc m, trong di ú s cho lp m t cht lng tt: búng, khụng gai . kế, chế tạo hệ thống khuấy để mạ thành công lớp mạ composite nền chrome. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ từ đó đưa ra chế độ khuấy phù hợp để đạt được lớp mạ có chất. hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài III.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome cụ thể là: Mối quan hệ giữa chế độ khuấy đến. mạ composite Chrome là : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome. II. Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung