Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu công nghệ đánh bóng điện hóa

Đây là một phương pháp rất phổ biến để làm giảm độ nhám, nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết..So với công nghệ đánh bóng truyền thống, đánh bóng điện hóa có nhiều ưu điểm nổi bật như kh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHAN THỊ KIỀU PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÁNH BÓNG ĐIỆN HÓA

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Mã số: 60.52.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS-TS Đặng Văn Nghìn

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Dương Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS-TS Nguyễn Thanh Nam

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

5 Phản biện 2: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phan Thị Kiều Phương MSHV: 12184780

Ngày, tháng, năm sinh: 02/05/1987 Nơi sinh: Long sAn

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 605204I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu công nghệ đánh bóng điện hóa

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ đánh bóng điện hóa  Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng điện

hóa  Tiến hành thực nghiệm  Xử lý số liệu bằng quy hoạch thực nghiệm để xác định phương trình hồi quy

biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng bề mặt chi tiết của quá trình đánh bóng điện hóa

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy

PGS.TS Đặng Văn Nghìn và cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn

cũng như hỗ trợ và giúp đỡ em vượt qua nhiều khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình đã hổ trợ em về mặt kinh phí, ủng hộ em về mặt tinh thần và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin được gởi lời cảm ơn đến:

- Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TPHCM

- Quý thầy, cô khoa cơ khí trường ĐHBK

- Quý thầy, cô phòng quản lý sau đại học trường ĐHBK Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, các bạn lớp cao hoc chế tạo máy K2012 của trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Mính đã có những ý kiến đóng góp cho em trong thời gian thực hiện luận văn này

TP Hồ Chí Minh, Ngày 20 tháng 6 năm 2015

Học viên thực hiện

Phan Thị Kiều Phương

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Đánh bóng là nguyên công gia công cuối cùng ở bề mặt nhằm lấy đi những nhấp nhô, tạo bề mặt phẳng với độ bóng bề mặt cao Việc đánh bóng có thể thực hiện bằng các phương pháp như: cơ khí, hóa học, điện – hóa, cơ - điện - hóa

Đánh bóng điện hóa là phương pháp loại bỏ lớp kim loại bề mặt dưới tác

dụng của dòng điện Đây là một phương pháp rất phổ biến để làm giảm độ nhám,

nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết So với công nghệ đánh bóng truyền thống, đánh bóng điện hóa có nhiều ưu điểm nổi bật như không phụ thuộc vào độ cứng vật liệu không phụ thuôc vào biên dạng hình học của vật liệu…

Luận văn này trình bày những nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm ra những ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng bề mặt của chi tiết trong quá trình đánh bóng điện hóa

MASTER'S THESIS ABSTRACT

Polishing is the final processing of the surface in order to take away the undulating, creating a flat surface with high surface gloss The polishing can be done by methods such as mechanical, chemical, electrical -, mechanical - electrical - chemical

Electropolishing removes the surface layer of metal under the influence of electric current This is a very popular method to reduce roughness and improve surface quality Advanced technology Compared with traditional polishing, Electropolishing has many outstanding advantages as not dependent on the hardness material does not depend on the shape of materials

This thesis presents the empirical research to find out the effects of various parameters on the surface quality of detail in the Electropolishing process

LỜI CAM KẾT

Tôi tên: PHAN THỊ KIỀU PHƯƠNG Học viên lớp: cao học công nghệ chế tạo máy K2012 Mã số học viên: 12184780

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại học, Đại học Bách khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiên

cứu công nghệ đánh bóng điện hóa” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Văn

Nghìn từ ngày 20/06/2014 đến 20/06/2015

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học do tôi thực hiện Tôi đã thực hiện luận văn đúng theo quy định của phòng đào tạo sau đại học, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM và theo sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Nghìn

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây Nếu có sai phạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu các hình thức xử lý của phòng đào tạo sau đại học và Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Học viên

Phan Thị Kiều Phương

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 6

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ đánh bóng 6

1.1.1 Khái niệm đánh bóng 6

1.1.2 Các lý do cần phải đánh bóng 6

1.1.3 Phân loại phương pháp đánh bóng 8

1.2 Giới thiệu chung về công nghệ đánh bóng điện hóa 11

1.2.1 Khái niệm 11

1.2.2 Nguyên lý chung của phương pháp đánh bóng điện hóa 11

1.2.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đánh bóng điện hóa……… 12

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 21

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 22

1.5 Nội dung nghiên cứu 22

1.6 Phương pháp nghiên cứu 22

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐÁNH BÓNG ĐIỆN HOÁ 23

2.1.1 Các quá trình cân bằng trên các điện cực 24

2.1.2 Các quá trình điện cực 27

2.1.3 Giai đoạn điện hoá của phản ứng điện cực 28

2.1.4 Trạng thái của các ion trong dung dịch điện phân 29

2.1.5 Dòng khuyếch tán 30

2.1.6 Dòng chuyển vị 30

2.1.7 Sự chuyển đổi các ion bằng đối lưu 31

2.1.8 Chuyển động của các ion trong từ trường 31

2.1.9 Giai đoạn khuyếch tán của phản ứng điện cực 31

2.1.10 Các phản ứng điện cực hỗn hợp 33

2.1.11 Các phản ứng Catôt 34

2.1.12 Các phản ứng anốt 35

2.2 Dung dịch điện phân 36

2.2.1 Các đặc điểm của dung dịch điện phân trong đánh bóng điện hóa……… 36

2.2.2 Một số dung dịch đánh bóng điện hóa 37

2.3 Mô hình cấu tạo của hệ thống thiết bị điện hóa 41

2.3.1 Khối nguồn DC 42

2.3.2 Bể chứa và hệ thống điều hoà nhiệt độ 47

2.3.3 Hệ thống lọc dung dịch điện hoá 49

2.3.4 Hệ thống bù nồng độ 50

2.3.5 Các cơ cấu bổ trợ 51

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN 53

3.1 Lịch sử phát triển của công nghệ đánh bóng điện hóa 53

3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ đánh bóng điện hóa trong và ngoài nước 53

3.3 Các loại máy đánh bóng điện hóa trên thị trường 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 89

Phụ lục: ………93

MỞ ĐẦU

Công nghệ đánh bóng điện hoá hiện nay được áp dụng ở nhiều nước phát triển trên Thế giới vì có nhiều ưu điểm nổi bật như có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp, năng suất đánh bóng không phụ thuộc quá nhiều vào độ cứng của vật liệu chi tiết…Tuy nhiên quá trình đánh bóng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Các yếu tố lại ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình đánh bóng Sự thay đổi của bất kỳ yếu tố nào cũng làm ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt của chi tiết Do đó các nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò rất quan trọng nhằm xác định sự ảnh hưởng của từng yếu tố đến quá trình đánh bóng để có những điều chỉnh phù hợp cho quá trình sản xuất

Luận văn nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới năng suất và chất lượng bề mặt khi tiến hành đánh bóng điện hoá Đây là các yếu tố ảnh hưởng chính đến quá trình đánh bóng điện hoá Bằng các nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số chính đến chất lượng bề mặt để từ đó tìm ra bộ thông số có thể hoàn thiện công nghệ đánh bóng điện hoá Trên cơ sở của luận văn này hy vọng sẽ góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và phát triển ngành gia công điện hoá nói chung và đánh bóng điện hoá nói riêng

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chương có cấu trúc như sau:

Chương 1: Giới thiệu đề tài nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ đánh bóng điện hóa

Chương 3: Tổng quan tình hình nghiên cứu công nghệ đánh bóng điện hóa

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và Kiến nghị

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ đánh bóng

1.1.1 Khái niệm đánh bóng

Có nhiều định nghĩa về quá trình đánh bóng từ nhiều nguồn khác nhau Tự điển MacGraw-Hill mô tả đánh bóng là: Làm nhẵn, trơn láng và sáng bóng bề mặt kim loại thông qua việc sử dụng chất liệu mài

Tự điển Macmillan mô tả đánh bóng là: Một quá trình gia công tinh bằng các hạt mài rất nhỏ bao lấy vật đỡ mềm với dòng bôi trơn Có rất ít vật liệu được lấy đi và hiệu quả chính là sinh ra bề mặt nhẵn bóng có khả năng phản xạ cao Trong đánh bóng một bề mặt nền mịn sẽ có tác dụng làm cho các “nhấp nhô” bị san bằng vào các “ vùng lõm”

Từ những định nghĩa trên, thì đánh bóng có những đặc điểm như sau:  Quá trình đánh bóng là quá trình gia công tinh chi tiết

 Quá trình đánh bóng sinh ra một lượng nhỏ các vật liệu bị lấy đi  Quá trình đánh bóng sẽ loại bỏ các phần bề mặt nhấp nhô của chi tiết Như vậy quá trình đánh bóng là một quá trình tương đối đơn giản và mục đích cuối cùng là cải thiện bề mặt bằng cách giảm các nhấp nhô Tuy nhiên, có vô số các dụng cụ được sử dụng và các chuyển động đánh bóng khác nhau được thực hiện Quá trình đánh bóng và gia công tinh có nhiệm vụ sửa lỗi về hình dáng, gợn sóng bề mặt và làm giảm các nhấp nhô [24]

1.1.2 Bản chất và công dụng của đánh bóng

Đánh bóng được dùng để gia công mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt côn, mặt phẳng, mặt cầu, mặt định hình Trong một số trường hợp ngoài mục đính giảm độ nhám, tăng độ sáng thì đánh bóng còn được dùng để tăng độ chính xác của chi tiết

Lượng kim loại bóc tách vào khoảng 0,01-0,03 mm Độ bóng có thể đạt cấp 11-14

Bằng phương pháp thích hợp có thể gia công các vật liệu có độ cứng khác nhau từ nhôm đến thép nhiệt luyện

Cơ chế của quá trình đánh bóng được giải thích theo ba hướng sau: - Cơ khí: cơ chế được giải thích bằng bóc tách độ nhám tế vi - Vật lý: các yếu tố xác định quá trình đánh bóng là nhiệt độ, tính dẫn điện - Hóa học: quá trình bóc tách bởi axit

Quá trình đánh bóng là một quá trình tổ hợp các hiện tượng cơ khí, vật lý, điện và hóa học Các hiện tượng này có liên hệ và tác động lẫn nhau, đồng thời thay đổi tùy vật liệu gia công, phương pháp và chế độ gia công

Các chi tiết sau khi gia công tạo hình sẽ để lại các vết cào xước, các vết rỉ sét trên bề mặt ảnh hưởng đến quá trình làm việc cũng như tính thẫm mỹ của chi tiết, vì thế cần có quá trình gia công để làm giảm hoặc san bằng chúng

Trình tự xóa các vết này có thể dùng biểu đồ

Hình 1-1: Biểu đồ gia công hoàn thiện bề mặt chi tiết Phương pháp đánh bóng không chữa được các sai lệch về hình dáng, vị trí

và sáng bóng bề mặt kim loại Do đó, đánh bóng là một biện pháp gia công hoàn thiện bề mặt, là nguyên công sau cùng của quá trình gia công chi tiết Độ nhám bề mặt của phương pháp đánh bóng rất nhỏ ( từ 0.04 – 1.25µm) đảm bảo cho chi tiết có độ bóng loáng, nâng cao tính thẫm mỹ và giá trị của chi tiết

Độ nhám bề mặt sau các quá trình gia công tiện, mài và đánh bóng được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1-1: Độ nhám bề mặt sau các quá trình gia công khác nhau

1.1.3 Phân loại phương pháp đánh bóng

Đánh bóng cơ học: Là quá trình sử dụng các hạt mài như dao cắt để bóc

tách vật liệu Sự chuyển động tương đối giữa bề mặt cần đánh bóng và dụng cụ gia công, cùng với vận tốc, áp lực và thời gian sẽ thích hợp gây biến dạng dẻo hoặc loại

bỏ các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt

Tùy theo dụng cụ được dùng, cơ cấu mà nó tách động lên cũng như các nhân tố khác, đánh bóng cơ học có thể được thực hiện theo hai phương pháp khác nhau: - Bằng vật liệu mài cứng được gắn lên một vật mang hạt, hoặc không gắn liên kết mà chuyển động tự do

- Nhờ lớp bề mặt biến dạng dẻo của chi tiết gia công do áp lực toàn bộ hay từng phần của dụng cụ cắt

 Phương pháp đánh bóng cơ họcbao gồm:

 Phương pháp đánh bóng bằng dải băng

Phương pháp này cho năng suất cao hơn đánh bóng bằng bánh đánh bóng Do diện tích của dải băng lớn hơn, tản nhiệt tốt hơn, cho phép gia công bề mặt khó hơn, dải mềm mại nên ít bị đột ngột khi thay đổi áp lực và tốc độ

Phương pháp này thường dùng kèm con lăn tiếp xúc Đánh bóng không tiếp xúc - trong thùng quay:Dùng cho các chi tiết khó gia công trên các máy đánh bóng Bản chất của phương pháp là: chi tiết và hỗn hợp vật liệu đánh bóng được chứa trong thùng quay kín hoặc hở, trong quá trình quay do ma

Các chất phụ trợ được thêm vào để ngăn ngừa chi tiết khỏi vỡ, sức mẻ, biến dạng, tăng hiệu suất và độ sáng bóng Đồng thời cũng giúp giảm xóc,va đập giữa các chi tiết

Hình 1.3: Phương pháp đánh bóng bằng dãi băng

 Phương pháp đánh bóng dựa vào từ trường

Sử dụng các hạt mài có từ tín và đặt trong từ trường của hai cực nam châm Chuyển động tương đối giữa chi tiết và các hạt mài này là cơ sở của quá trình bóc tách vật liệu

Thường dùng hỗn hợp nhôm oxit kết hợp với sắt trong khí trơ với áp suất và nhiệt độ cao hoặc sản phẩm của phản ứng nhiệt nhôm trong khí trơ

Hình 1.4 Phương pháp đánh bóng dựa vào từ trường

Ưu điểm của phương pháp: Các hạt liên kết với nhau dọc theo từ thông Mà từ thông không bị cản trở bởi phôi Do đó, các chuổi hạt có tính linh hoạt rất cao, có thể đánh bóng được những vị trí khó tiếp cận

 Đánh bóng bằng phương pháp hóa học

Trong phương pháp này, bề mặt chi tiết được san bằng nhờ các chất hóa học Phương pháp này không gây biến dạng, cho bề mặt chống gỉ tốt, một số trường hợp có độ bền mới cao hơn đánh bóng cơ khí Ưu điểm lớn nhất là: thời gian thực hiện nhanh, thuận lợi cho các chi tiết phức tạp hoặc nhỏ và không cần đến thiết bị chuyên dùng đắt tiền

Trong quá trình đánh bóng, thành phần các chất hòa tan có thể thay đổi như bị bão hòa bởi muối kim loại và hoạt tính của chúng giảm đi Vì vậy cần thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh phù hợp

1.2 Giới thiệu chung về công nghệ đánh bóng điện hóa

1.2.1 Khái niệm

Đánh bóng điện hóa ( Electropolishing) là quá trình hòa tan vật tẩy ( sản phẩm cần đánh bóng) tại điện cực dương Anod, trong dung dịch đặc biệt, do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng [1] Quy trình chủ yếu dựa vào tác dụng đảo chiều của dòng điện.Trong quá trình đánh bóng ion kim loại từ bề mặt chi tiết được hòa tan vào dung dịch.Đây là một

phương pháp rất phổ biến để làm giảm độ nhám bề mặt, Nâng cao chất lượng bề

mặt

1.2.2 Nguyên lý chung của phương pháp đánh bóng điện hóa

Hình 1.5.Nguyên lý đánh bóng điện hóa

Nguyên lý chung là điện cực và mẫu đánh bóng được nhúng vào trong dung dịch điện phân, và được cấp dòng điện một chiều có diện áp có thể điều chỉnh được Khi cho dòng điện chạy qua điện cực và mẫu (mẫu gắn với cực dương của nguồn và điện cực ở cực âm) dưới tác dụng của dòng điện trong môi trường điện phân sẽ ăn mòn các đỉnh của bề mặt kim loại tạo nên bề mặt phẳng hơn

1.2.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đánh bóng

- Chống bám dính - Thời gian nhanh Đánh bóng được những chi tiết có hình dạng phức tạp mà

các phương pháp khác không làm được - Làm giàu Cr ở bề mặt

- Áp dụng được cho các vật liệu dẻo cao mà các phương pháp đánh bóng cơ học truyền thống không thể thực hiện được

 Nhược điểm

- Việc xử lý hóa chất gây tốn kém và ảnh hưởng tới môi trường - Không đánh bóng được các hợp kim nhiều pha có pha chịu ăn mòn - Không loại bỏ được vết bẩn, tạp chất

- Không xóa được các vết xước

 Phạm vi ứng dụng

Đánh bóng điện hóa không phải là phương pháp quá mới.Trong ngành cơ khí – chế tạo, chất lượng bề mặt của chi tiết là vấn đề đáng được quan tâm Với những sản phẩm có biên dạng hình học phứt tạp, yêu cầu độ bóng cao thì đánh bóng điện hóa là lựa chọn tối ưu – dễ thực hiện và thời gian, Trên Thế Giới, Đánh bóng điện hóa được ứng dụng rất nhiều điển hình như:

 Lĩnh vực ô tô công nghiệp

Đánh bóng một số mặt hàng sử dụng trong công nghiệp ô tô như là ống xả, lưới tản nhiệt…

Hình 1.6: Các thiết bị trên ô tô

 Trong ngành dược

Đánh bóng điện hóa được sử dụng phổ biến để hoàn thiện những thiết bị vô trùng trong công nghệ sản xuất máy móc, các thiết bị của ngành dược, các bộ phận dùng trong công nghệ nghiền tạo bột hoặc keo, giúp hoàn thiện bề mặt của các bồn chứa nước sạch và bể chứa hay những vị trí cần độ bóng cao và độ chính xác bề mặt nhằm làm giảm độ bám dính và kháng khuẩn trong quá trình sản xuất dược phẩm

Hình 1.7: Thiết bị trộn dược phẩm

 Trong các thiết bị công nghệ

Đánh bóng điện hóa được ứng dụng hoàn thiện bề mặt của các cụm phức hợp thiết bị công nghệ, bơm, bể chứa, van, ống…và các sản phẩm liên quan như nhựa, nhựa polymer

Hình 1.8: Cụm thiết bị có biên dạng hình học phứt tạp

 Lĩnh vực thiết bị y tế - y học

Hàng loạt các thiết bị trong y khoa thường xuyên được làm sạch bằng phương pháp đánh bóng điện hóa như dụng cụ phẫu thuật, bao gồm các thiết bị nha khoa, thiết bị xử lý vô trùng, kim tiêm dưới da và cấy ghép cơ thể thường được làm sạch bề mặt

Hình 1.9 Các thiết bị dụng cụ y khoa Trong những năm đầu của Thế Kỷ 20, thay thế thành công các khớp hong nhân tạo cho con người Công nghệ đánh bóng điện hóa ứng dụng để đánh bóng bề mặt các khớp hong thay thế

Hình 1.10: Ứng dụng đánh bóng khớp háng nhân tạo

 Trong thực phẩm và đồ uống

Tính vệ sinh và chống bám dính bề mặt là các tiêu chí cần thiết trong lĩnh vực thực phẩm và đồ uống Các bể chứa nước nóng ở các máy bán hàng cần được xử lý bên trong để ngăn chặn sự đóng cặn và bên ngoài được xử lý để tăng tính thẫm mỹ Bề mặt bên ngoài của bể trộn và một số các thiết bị khác, các cần trộn và các lá trộn Bồn chứa các thức uống có thành phần chứa axít, như coca Tất cả các thiết bị và dụng cụ này cần sử dụng công nghệ đánh bóng điện hóa để xử lý bề mặt

Hình 1.11: Sản phẩm được đánh bóng

 Trong công nghiệp bột và giấy

Để ngăn chặn việc hình thành hạt giấy rơi làm ảnh hưởng đến thời gian tách rời chúng trên các bộ phận như các hộp tiếp xúc cần làm nhẵn với những chi tiết nhỏ bằng công nghệ đánh bóng điện hóa Tương tự đối với các lỗ và các rãnh cần

phải thực hiện đồng thời nhằm ngăn chặn sự trở ngại khi thực hiện các nguyên công tiếp theo

Hình 1.12: Ứng dụng đánh bóng điện hóa trong sản phẩm bột và giấy

 Trong công nghệ bán dẫn

Chất bán dẫn Niobium (Nb) được sử dụng làm vật liệu cho thiết bị gia tăng tần suất vô tuyến Khả năng tăng tốc phụ thuộc vào chất lượng bề mặt Nb Một trong số những kỹ thuật xử lý bề mặt thì đánh bóng điện hóa chiếm giữ một vị trí quan trọng vì nó gỡ bỏ hàng trăm micromet vật liệu đều này hầu như khó thực hiện được đối với các công nghệ khác cho nên việc sử dụng công nghệ đánh bóng điện hóa (Nb) trong môi trường hydrofluoric acid (HF) là phương pháp mang lại hiệu quả cao

Hình 1.13: Sản phẩm của Niobium sau đánh bóng điện hóa

Titanium (Ti) nguyên chất là một kim loại sáng bóng màu trắng, cứng như thép sáng hơn thép khoảng 45%và nặng hơn nhôm khoảng 60% [3] Tiatanium có khả năng chống mài mòn cao Phát triển công nghệ đánh bóng điện hóa trên vật liệu Ti nhằm làm giảm độ nhám bề mặt của chi tiết bất chấp điều kiện ban đầu, lượng kim loại loại bỏ thấp Đánh bóng điện hóa ứng dụng vào nhiều chi tiết với những kết quả đáng mong đợi Tuy nhiên, một số trường hợp , kỹ thuật này có thể quá đắt gía hoặc không thích hợp đối với các biên dạng hình học của các chi tiết máy

Ngoài ra, công nghệ đánh bóng điện hóa còn ứng dụng rất nhiều trong các kim loại khác như Đồng, Niken, và một số loại thép không gỉ khác Từ những ưu điểm của loại phương pháp này mà bề mặt kim loai càng hoàn thiện, nâng cao chất lượng bề mặt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng

 Lĩnh vực kiến trúc

Các đồ trang trí, yêu cầu rất khắc khe về tính thẫm mỹ khả năng làm sạch bằng nước và các dung dịch với khả năng chịu áp lực cao dưới tác dụng của dòng nước Các mẫu cổng, cửa hay những đồ nội thất sang trọng… tất cả đều phải nhờ đánh bóng điện hóa xử lý bề mặt như là một điều thiết yếu

Hình 1.14: Công trình xây dựng bên ngoài

 Lĩnh vực điêu khắc

Các nghệ nhân điêu khắc nhận ra rằng đánh bóng điện như là một phương pháp tuyệt vời nâng cao tính thẫm mỹ và làm đặc sắc thêm các tác phẩm nghệ thuật của họ

Hình 1.15: Tác phẩm điêu khắc bằng kim loại

 Lĩnh vực giải trí

Đánh bóng điện hóa sẽ ngăn chặn được sự tấn công của Clo mọi lúc và kết hợp sửa chữa và hoàn tất bề mặt của chi tiết Các đường ống trên boong tàu, thang, các phụ kiệm trên cánh bườm đều sử dụng công nghệ đánh bóng điện hóa để gia tăng khả năng chống mài mòn

Hình 1.16: Sản phẩm trong lĩnh vực giải trí

 Trong lĩnh vực dệt may

Các cụm máy phức hợp, các máy sản xuất sợi nhân tạo có thể là nguyên nhân gây ra các nguy hiểm đối với các sản phẩm vải Sự nhẵn bóng trên bề mặt của vải có thể giải quyết vấn đề có ý nghĩa Thêm vào đó, các bể chứa thuốc nhuộm vãi có thể thay đổi số lần nhuộm giữa các bể nhuộm khác nhau Cần thiết dùng đánh bóng điện hổ trợ công nghệ tạo và nhuộm vãi

Hình 1.17: Thiết bị sản xuất sợi nhân tạo

 Trong lĩnh vực hạt nhân và chân không

Đánh bóng điện hóa bề mặt được biết như một phương pháp làm giảm độ phóng xạ hơn so với các biện pháp đánh bóng cơ khí trên bề mặt Thêm vào đó, bề mặt nhẵn bóng sẽ sẵn sàng chấp nhận sự khử nhiễm xạ Dụng cụ đánh bóng điện hóa là phương tiện đảm bảo khả năng khử nhiễm xạ trên dụng cụ và các bộ phận

Hình 1.18: Sản phẩm đánh bóng trong lĩnh vực hạt nhân

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình làm xử lý bề mặt chi tiết là yêu cầu gần như bắt buộc sau khi gia công, từ đó nhu cầu về thiết bị xử lý bề mặt cũng đang rất cần thiết.Trên thị trường có rất nhiều thiết bị xử lý bề mặt chi tiết như: các thiết bị đánh bóng bằng cơ học, bằng hóa học được sử dụng phổ biến…Nhưng chúng đều có hạn chế nhất định như là thời gian đánh bóng lâu, chất lượng đánh bóng bề mặt thấp, không đánh bóng được các bề mặt có biên dạng phức tạp và không đáp ứng được yêu cầu của các khách hàng yêu cầu độ chính xác cao…Chính những nhược điểm đó mà chúng ta phải lựa chọn đến phương pháp đánh bóng khác để đảm bảo chất lượng cũng như là độ bóng của bề mặt chi tiết

Đánh bóng điện hóa là một công nghệ hiệu quả được sử dụng để xử lý bề mặt các chất bán dẫn trong môi trường chất điện phân Niobium, Titanium có nhiều ứng dụng trong công nghiệp hiện nay Xử lý bề mặt các chất bán dẫn góp phần hoàn thiện và nâng cao chất lượng của sản phẩm được làm từ các loại vật liệu này Công nghệ đánh bóng điện hóa rất phù hợp cho việc hoàn chỉnh biên dạng của chi tiết gia tăng tính thẫm mỹ và độ bóng bề mặt

Thép không gỉ ( Inox) là một vật liệu khá phổ biến trong đời sống hiện nay và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của đời sống xã hội Đánh bóng điện hóa là một trong những công nghệ được lựa chọn để xử lý bề mặt đối với các chi tiết làm bằng thép không gỉ đòi học độ chính xác cao mà các phương pháp mài truyền thống không thể thực hiện được

Cuộc sống càng phát triển, công nghệ càng cao, con người càng muốn cải thiện đời sống, gia tăng tuổi tác các bộ phận trong cơ thể con người càng bị lão hóa, cần có các bộ phận nhân tạo để thay thế, đánh bóng điện hóa là một công cụ hỗ trợ mạnh mẽ trong việc hoàn thiện các bề mặt của các bộ phận thay thế

Từ những ưu điểm và những ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của xã hội thì công nghệ đánh bóng điện hóa thực sự là một giải pháp công nghệ hiệu quả

gia tăng chất lượng bề mặt của chi tiết Nghiên cứu đánh bóng điện hóa thực sự là cần thiết và phù hợp với xu thế của thời đại

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: lànghiên cứu xác định ảnh hưởng

của các thông số công nghệ đến độ bóng gương bề mặt chi tiết của

phương pháp đánh bóng điện hóa

1.5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, nội dung của luận văn bào gồm: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ đánh bóng điện hóa - Nghiên cứu các thông số công nghệ của quá trình đánh bóng điện hóa - Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm

- Tiến hành thực nghiệm - Xử lý số liệu

- Xác định những yếu tố ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt chi tiết của phương pháp đánh bóng điện hóa

- Phương pháp tổng quan tài liệu

- Nghiên cứu đặc tính công nghệ đánh bóng điện hóa và các thông số công nghệ

- Cơ sở lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm - Nghiên cứu thực nghiệm và kết luận dựa trên kết quả - Áp dụng phương pháp thực nghiệm bình phương nhỏ nhất tìm ra phương

trình hồi quy biểu diễn sự phụ thuộc của độ bóng bề mặt chi tiết vào các thông số công nghệ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐÁNH

BÓNG ĐIỆN HOÁ 2.1 Đặc trưng cơ bản của quá trình đánh bóng điện hoá

Quá trình đánh bóng điện hoá cũng như anốt hoá, tẩy điện hoá, đánh bóng điện hoá đều tuân theo các quy luật của quá trình điện phân nhưng mỗi công nghệ đều có các đặc tính riêng Đánh bóng điện hoá khác biệt ở tính cục bộ của quá trình và kim loại bị tách ra không phụ thuộc vào hình dạng bề mặt đánh bóng[15]

M= kI M- lượng kim loại bị hoà tan k- đương lượng điện hoá của kim loại I- cường độ dòng điện

- thời gian - hiệu suất dòng điện Đánh bóng điện hoá có thể đạt được tốc độ hoà tan kim loại khá lớn nhờ việc tăng mật độ dòng điện lên đến 35 A/cm2 Dung dịch điện phân thường sử dụng là dung dịch của axít

Các sản phẩm tạo ra trong quá trình hoà tan Anốt sẽ điền đầy khe hở giữa các điện cực, có khả năng làm thụ động bề mặt Anốt và làm chập điện; hoặc nếu các điện cực được bố trí xa nhau thì hiện tượng chập điện không xảy ra nhưng nếu không ngăn sản phẩm bám lại bề mặt chi tiết đánh bóng thì chất lượng bề mặt sẽ kém, không đảm bảo được độ bóng bề mặt Như vậy để quá trình đánh bóng điện hoá được ổn định liên tục cần đẩy các sản phẩm Anốt hoá ra khỏi vùng làm việc Để làm được điều đó người ta thường dùng dụng cụ khuấy dung dịch điện hoá Quá trình đánh bóng điện hoá được đặc trưng bởi những đặc điểm sau:

- Trong đánh bóng điện hoá xảy ra các phản ứng Catốt và Anốt đặc thù, chúng ít gặp trong sản xuất điện hoá thông thường

- Quá trình đánh bóng điện hoá không thể chỉ nhờ vào các phản ứng điện hoá mà còn chịu sự tác động của nhiều hiện tượng vật lý và hoá lý khác

- Sự tạo hình bằng điện hoá các bề mặt được hình thành từ một số lượng lớn các quá trình liên quan chặt chẽ với nhau như: điện cực, thuỷ động lực, nhiệt, chuyển dời khối lượng, sự chuyển động của các ion trong trường điện từ và các phản ứng điện hoá trong dòng dung dịch điện phân [11]

- Sự tạo hình các bề mặt là một quá trình động lực học được biểu diễn bằng một hệ phương trình đạo hàm riêng trong đó thời gian là một biến độc lập làm khó khăn thêm việc giải phương trình này [11]

Để giải những phương trình đơn giản nhất của sự tạo thành các bề mặt cần biết thêm một số thông số mà việc xác định chúng bằng lý thuyết hay thử nghiệm đều rất khó khăn Những đặc điểm nêu trên cho ta thấy được tính phức tạp khi nghiên cứu công nghệ tạo hình các bề mặt bằng điện hoá

2.1.1 Các quá trình cân bằng trên các điện cực

Trong dung môi cực, các phân tử của dung môi tồn tại ở trạng thái phân ly Các dung dịch điện phân yếu có mức độ phân ly nhỏ và thể hiện như các dung dịch lý tưởng Các ion trong dung dịch như vậy không phụ thuộc lẫn nhau và sự cân bằng của các phản ứng trong trường hợp này được xác định bởi nồng độ của các chất tham gia phản ứng Ngược lại các anion và cation trong các dung dịch điện phân mạnh thường sử dụng trong đánh bóng điện hoá, liên hệ với nhau bởi các lực tĩnh điện vì vậy làm giảm mức độ phân ly [1] Do đó trong các đặc tính của dung dịch điện phân mạnh người ta đưa vào hệ số hoạt động f Hệ số này thể hiện sự khác biệt của dung dịch điện phân mạnh so với tính qui luật của các dung dịch lý tưởng Hệ số hoạt động f giảm khi tăng nồng độ dung dịch điện phân hoặc nhiệt độ

Nếu ta có hỗn hợp của một số dung dịch điện phân thì hoạt độ của ion đã biết được xác định bằng lực ion của dung dịch mà nó phụ thuộc vào điện tích và nồng độ của tất cả các anion và cation trong dung dịch [11]

Nếu điện cực được bao bọc bởi dung dịch điện phân thì ở trạng thái cân bằng sẽ không có dòng điện chạy qua nó Các quá trình xảy ra trên biên giới giữa kim loại nguyên chất Me không nối với nguồn điện ngoài và dung dịch điện phân mà trong đó tồn tại các cation của kim loại đó Men+ có thể mô tả như sau:

Các nguyên tử của kim loại Me nằm trong mạng tinh thể có năng lượng Wmnào đó Ion Men+ trong dung dịch điện phân có năng lượng Wp khác với năng lượng Wm nhờ hiện tượng ion hoá và sonvat hoá Nếu ở trạng thái ban đầu Wm> Wp thì các nguyên tử có thể chuyển sang dung dịch ở dạng Cation, vượt qua hàng rào cản năng lượng bề mặt Việc hiện thực hoá quá trình như vậy có một xác suất hữu hạn hoàn toàn xác định Sau khi một số nguyên tử rời khỏi bề mặt điện cực trong kim loại sẽ có hiện tượng thừa electron [11] Trong khi đó dung dịch ở gần điện cực được tích điện dương nhờ việc tăng các cation Men+và năng lượng Wp tăng Vì vậy xác suất dịch chuyển các nguyên tử vào dung dịch giảm Tuy nhiên cùng lúc này xác suất của qúa trình kết tủa tức quá trình ngược tăng lên Đây chính là quá trình hoàn nguyên của các cation ở điện cực Sau một khoảng thời gian nào đó sẽ xác lập sự cân bằng động lực học tốc độ của các quá trình oxy hoá và hoàn nguyên Nói cách khác lúc này dòng oxy hoá bằng dòng hoàn nguyên Vì các cation không di chuyển vào sâu trong dung dịch do có sự tương tác tĩnh điện với điện cực âm nên sẽ xuất hiện một tầng điện 2 lớp, một lớp là bề mặt điện cực và một lớp là dung dịch điện phân ở sát bề mặt điện cực Lớp nằm trong dung dịch điện phân có 2 phần: phần bền chặt và phần khuyếch tán [11] Chiều dày phần bền chặt ( được hình thành bởi các cation sonvat hoá liền sít vào bề mặt điện cực) gần như bằng bán kính của các ion đó tức là khoảng 10 A0 Phần khuyếch tán (được tạo nên do sự chuyển động nhiệt các cation vào dung dịch) sẽ giảm chiều dày khi nồng độ dung dịch điện phân tăng Trong điều kiện đánh bóng điện hoá có thể giả thiết là lớp ngoài của tầng điện 2 lớp chỉ có một phần bền chặt

Tầng điện hai lớp tương đương với tụ điện có điện dung riêng khoảng 20 đến

cân bằng giữa các điện cực mà ở đó có dư điện tích âm và lớp ngoài của tầng 2 lớp được tạo bởi các cation Men+ sẽ xuất hiện bước nhảy điện thế mà giá trị của nó được xác định bằng các thông số của phần bền chặt của tầng 2 lớp[11] Rõ ràng là giá trị của bước nhảy điện thế p phụ thuộc vào các đại lượng có ảnh hưởng đến mức năng lượng của các cation trong dung dịch, trước hết là nhiệt độ và nồng độ dung dịch vì không thể đo trực tiếp bước nhảy điện thế nên trong biểu thức so sánh chuẩn người ta sử dụng điện cực hyđrô tiêu chuẩn mà điện thế cân bằng của nó qui ước là bằng 0 ở mọi nhiệt độ Điện thế cân bằng p có thể xác định bằng biểu thức nhiệt động [12]:

p=0+RT/nF*lnfc Trong đó:

0- Điện thế tiêu chuẩn của kim loại đang xét R- Hằng số khí (j/mol.độ)

T- Nhệt độ 0K n- Điện tích của Cation F- Số Farađây

f- Hệ số hoạt động c- Nồng độ thể tích cation của dung dịch (g.ion/l) Công thức trên đúng với các trường hợp khi kim loại hoà tan chưa đến trạng thái bão hoà

Các cation có thể kết tủa trên điện cực Trong đánh bóng điện hoá người ta cũng quan tâm đến các quá trình trên biên giới điện cực- dung dịch mà kết quả có sự sinh khí Trong trường hợp tổng quát điện thế cân bằng của điện cực được tính theo công thức:

p=0+

Trong đó a0k, ab làhoạt độ tương ứng của cấu tử oxy hoá và hoàn nguyên a0k=

bok

aanFRT

ln

Đối với chất khí thì hoạt độ được thay bằng hệ số bay hơi Trạng thái cân bằng điện hoá của điện cực với dung dịch còn được đặc trưng bởi một thông số gọi là dòng trao đổi i0, giá trị của nó bằng giá trị tuyệt đối của dòng hoàn nguyên hoặc dòng ôxy hoá [11]

2.1.2 Các quá trình điện cực

Các quá trình xảy ra trên bề mặt điện cực ở điện thế khác với điện thế cân bằng gọi các quá trình điện cực Sự sai lệch giữa điện thế của điện cực với điện thế cân bằng gọi là quá thế  Quá trình điện cực chia làm 3 giai đoạn theo tuần tự:

- Sự dẫn vào ( hoặc đưa ra) các phần tử tham gia phản ứng tới mặt ngoài của tầng 2 lớp ( giai đoạn 1)[11]

- Phản ứng điện hoá riêng ở phần bền chặt của tầng 2 lớp ( Giai đoạn 2) - Tạo thành vật thể mới từ sản phẩm của phản ứng điện hoá thí dụ tạo thành phân tử H2 ở catốt ( Giai đoạn 3)

Tốc độ tổng quát của quá trình điện cực được xác định bằng tốc độ của giai đoạn chậm nhất Giai đoạn 3 thường xảy ra nhanh nhất và có thể bỏ qua

Nếu tốc độ của giai đoạn 1 là nhỏ nhất sẽ xuất hiện chế độ động học khuyếch tán, lúc này chế độ tổng quát của phản ứng bị giới hạn bởi các quá trình chuyển các ion bằng cách khuyếch tán và khuyếch tán là nguyên nhân duy nhất chuyển các ion vào sát điện cực Khi tốc độ phản ứng điện hoá trong tầng 2 lớp ( giai đoạn 2) nhỏ nhất sẽ xuất hiện chế độ động học điện hoá, ta sẽ xem kỹ chế độ động học điện hoá Trong trường hợp này quá thế trên điện cực gọi là quá thế điện hoá

Giả thiết tốc độ của giai đoạn 1 là lớn tức là việc đưa ra và đưa vào các phần tử phản ứng xảy ra rất nhanh Lúc này các sản phẩm phản ứng không tích tụ gần điện cực khi phản ứng ôxy hoá anốt kim loại xảy ra Trong trường hợp hoàn nguyên catốt các phần tử ban đầu tiến nhanh đến bề mặt catốt, nghĩa là trong thời gian xảy ra phản ứng ở bề mặt điện cực nồng độ các phần tử tham gia phản ứng ở catốt cũng như anốt không thay đổi

Người ta phân biệt hai dạng quá trình điện cực là quá trình hoàn nguyên xảy ra khi điện thế của điện cực tương ứng với quá thế âm của phản ứng và quá trình ôxy hoá xảy ra khi điện thế điện cực tương ứng với quá thế dương

2.1.3 Giai đoạn điện hoá của phản ứng điện cực

Ở trạng thái cân bằng quá thế = 0, khi này dòng ôxy hoá i0 và dòng hoàn nguyên ib bằng nhau Ở trong điều kiện không cân bằng các dòng trên phụ thuộc quá thế theo hàm số mũ và được xác định theo công thức[11]:

i0=K1exp(X.n.F/RT) (a/cm2) ib=K2C exp(-X.n.F/RT) (a/cm2) Trong đó:

K1, K2 là hằng số C- Nồng độ cation, g.ion/l , là hằng số: = = 0,5 Từ các công thức trên ta thấy: Khi X 0 thì dòng ôxy hoá tăng và dòng hoàn nguyên giảm và khi X 0 thì ngược lại

Dòng tổng đi qua điện cực là hiệu của dòng ôxy hoá và dòng hoàn nguyên: i= i0- ib

Khi quá thế có trị tuyệt đối lớn hơn (0,10,2) V có thể quá trình hoàn nguyên hoặc quá trình ôxy hoá trội hơn

Do vậy khi X 0 thì i0 ib và i= i0 = K1exp(X.n.F/RT) Khi X 0 thì ib i0 và i= -ib = K2Cexp(-X.n.F/RT) Sau khi lôgarit và nhóm các phần tử phụ thuộc và không phụ thuộc có thể viết tương ứng cho quá trình ôxy hoá ( quá trình anốt) và hoàn nguyên (quá trình catốt) theo hệ phương trình sau:

a=a1+b1lgia k=a2+b2lgik Hệ phương trình trên gọi là hệ Tapheli

Hệ số a phụ thuộc rất nhiều yếu tố được xác định bằng thực nghiệm Hệ số b được xác định tương đối chính xác theo công thức: b=2,3RT/0,5nF

Ở nhiệt độ 293 0K thì b= 0,116/n Như vậy khi có dòng điện chạy qua điện cực mà ở điện cực chỉ xảy ra phản ứng điện hoá thì trong phần sít chặt của tầng 2 lớp sẽ xuất hiện bước nhảy điện thế  Bước nhảy này bằng tổng đại số của điện thế cân bằng và quá thế điện hoá

=p+X

Trong tất cả các hệ thống có tính dẫn ion, sự điện phân xảy ra phù hợp với định luật Pharađây: Khối lượng sản phẩm của phản ứng được tạo ra khi lượng điện chạy qua bằng 1 culông gọi là đương lượng điện hoá  số đo là (g/A.s)

Đôi khi đương lượng điện hoá biểu diễn bằng cm3/A.h hoặc mm3/A.min Như vậy nếu trên điện cực chỉ có một phản ứng điện hoá và chuyển vật chất từ điện cực vào dung dịch hoặc ngược lại với phản ứng này thì lượng vật chất tham gia vào phản ứng trên một đơn vị diện tích là:

g= xid

2.1.4 Trạng thái của các ion trong dung dịch điện phân

Để xác định được những lực nào tác dụng lên các ion nằm trong không gian giữa các điện cực và xác định cơ chế chuyển dịch của các phần tử trong thể tích dung dịch điện phân và ở vùng sát điện cực cần xem xét các đặc trưng của trạng thái các ion trong dung dịch điện phân ở điều kiện đánh bóng điện hoá

Trong dung dịch nước của dung dịch điện phân có thể có các ion của các nguyên tố có trong thành phần của anốt Men+ , anion và cation dung dich điện phân An- và Kn+, các ion H+ và OH-

Trong thời gian làm việc của máy đánh bóng điện hoá, thể tích cơ bản bất kỳ của dung dịch điện phân ở phần trong của dòng dung dịch (trừ miền tầng 2 lớp) trung tính về điện Sự dịch chuyển của các ion trong dung dịch điện phân có thể được giả định do khuyếch tán, chuyển vị đối lưu, tác động của trường điện từ

i = niFDi(C1-C2)/l (A/cm2) Trong đó:

ni- Điện tích của ion loại i F- Hằng số Pharađay Di- Hệ số khuyếch tán của ion loại i (cm2/s) Dòng khuyếch tán tăng khi sự sai lệch nồng độ và hệ số khuyêch tán tăng, cũng như khi khoảng cách l giảm Hệ số khuyếch tán tăng theo hàm mũ khi nhiệt độ tăng và giảm khi nồng độ tăng

2.1.6 Dòng chuyển vị

Trường điện tác dụng lên các ion nằm trong khe hở giữa các điện cực Khi ta coi sự phân bố của điện thế giữa các điện cực là tuyến tính thì cường độ điện trường có thể đánh giá theo biểu thức:

E= U/ Trong đó: U- hiệu điện thế giữa các cực - khe hở cục bộ giữa catốt và anốt Trong đánh bóng điện hoá U 10 v và  0,1 mm thì: E 102 v/mmDòng chuyển vị chảy theo đường sức của điện trường và hướng của nó phụ thuộc vào dấu của điện tích ion

Dòng chuyển vị tổng bằng tổng các dòng chuyển vị ion tất cả các loại Giá trị của mỗi ion tỷ lệ với nồng độ của ion tương ứng

Trong đánh bóng điện hoá, giá trị của dòng chuyển vị có thể tính tương đối chính xác bằng độ dẫn điện riêng của dung dịch điện phân:

i= .E Trong đó  làđộ dẫn điện riêng của dung dịch điện phân

2.1.7 Sự chuyển đổi các ion bằng đối lưu

Tất cả các ion chuyển động cùng với các phần tử trung tính của chất lỏng trong chế độ thuỷ động lực rối hoặc tầng Dung dịch ở phía trong sâu của khe hở là trung hoà Do các ion khác dấu chuyển động với vai trò như nhau nên dòng chuyển dời đối lưu tổng bằng không Trong chế độ chảy tầng các ion bị cuốn theo chất lỏng chủ yếu dọc theo bề mặt các điện cực Trong chế độ chảy rối các ion tham gia vào chuyển động xoáy

2.1.8 Chuyển động của các ion trong từ trường

Dòng điện công tác tạo nên trong khe hở một từ trường không đều Các ion tác động bởi lực Lorenxơ, lực này bằng tích véc tơ tốc độ chuyển động của ion và mật độ từ thông tại điểm xét, có thể cho rằng lực Lorenxơ có hướng ngược hoặc thuận với đường sức của từ trường đi qua điểm xét Dấu và giá trị của nó phụ thuộc vào vị trí điểm xét ( khi các điều khác không đổi) Vì vậy lực Lorenxơ có thể tăng hoặc giảm dòng chuyển vị tại điểm ta đang xét Tuy nhiên vai trò của hiện tượng này là không đáng kể

2.1.9 Giai đoạn khuyếch tán của phản ứng điện cực

Ta xem xét các quá trình dịch chuyển của các ion ở vùng phần điện cực mà tại đó xảy ra phản ứng điện hoá Trong phản ứng này các ion có sẵn trong dung dịch điện phân hay mới chuyển vào đều tham gia Lớp dung dịch điện phân ở gần điện cực sẽ được làm giàu ion nhờ sự hoà tan anốt của kim loại và làm nghèo (khi hoàn nguyên hyđrô ở catốt) Như vậy sẽ xuất hiện gradien nồng độ và do đó sẽ xuất hiện khuyếch tán ở gần bề mặt điện cực

Vai trò của sự dịch chuyển chuyển vị các ion tham gia phản ứng ở gần bề mặt

cation của dung dịch điện phân Trong điều kiện đánh bóng điện hoá ở khoảng cách điện cực l< 10-4 mm, sự dịch chuyển khuyếch tán các ion tăng rất mạnh và ở vùng này sự dịch chuyển khuyếch tán có ưu thế hơn sự dịch chuyển chuyển vị Sự chảy dung dịch điện phân gần điện cực đã tạo tiền đề cho sự khuyếch tán tính từ điện cực hoặc vào điện cực bởi vì nồng độ các ion tham gia phản ứng ở bên trong lòng dung dịch điện phân là không đổi Ở phần điện cực, trên khoảng cách l nào đó xuất hiện một lớp gọi là lớp khuyếch tán biên Ở trong lớp này các ion tham gia phản ứng chuyển động từ điện cực hay tới điện cực chủ yếu do khuyếch tán Trong khoảng choán chỗ của lớp này sẽ xảy ra việc dàn đều nồng độ của các ion tham gia phản ứng từ giá trị nồng độ ion gần điện cực C đến nồng độ ion ở sâu trong khe hở C0.[12] Chiều dầy lớp khuyếch tán giảm khi tốc độ của dung dịch tăng Ở trong chế độ tĩnh khi i= const thì gradien nồng độ ở trong lớp khuyếch tán là tuyến tính khi dòng dung dịch chảy tầng và gần như tuyến tính khi dòng dung dịch chảy rối

Nếu tốc độ khuyếch tán nhỏ hơn tốc độ phản ứng điện hoá thì ở gần điện cực sẽ có sự thay đổi nồng độ ban đầu của các phần tử tham gia phản ứng khi có dòng điện đi qua Điều này dẫn đến việc xuất hiện quá thế nồng độ k và nó được xác định theo công thức:

Trong trường hợp tổng quát đại lượng bước nhảy điện thế trong lớp sít chặt ở điện cực có mặt phẳng sạch là tổng đại số của điện thế cân bằng quá thế nồng độ và quá thế điện hoá tức là: = p+k+ 

Khi k =  điện cực sẽ làm việc ở chế độ hỗn hợp Chế độ động học khuyếch tán hoặc điện hoá sẽ xuất hiện tương ứng với việc k>> hay >>k Vai trò của khuyếch tán trong việc hoà tan anốt là đẩy các phần tử tham gia phản ứng ra khỏi bề mặt điện cực Trong phản ứng hoàn

0

lg058,0

CCn

k





nguyên ở catốt khuyếch tán sẽ giúp đưa các phần tử tham gia phản ứng đến bề mặt catốt

2.1.10 Các phản ứng điện cực hỗn hợp

Trong trường hợp tổng quát trên một điện cực có thể đồng thời xảy ra một số phản ứng điện cực thí dụ trong đánh bóng điện hoá tại anốt ngoài phản ứng ôxy hoá anốt kim loại có thể xảy ra các phản ứng như: Tạo oxít, thoát khí ôxy và khí khác khi oxít hoá các anion và chúng dịch chuyển từ anốt vào dung dịch Giả thiết rằng ngoài phản ứng thứ nhất có thể xảy ra đồng thời phản ứng thứ hai với điện thế cân bằng là p2 (p1 p2)

Do phản ứng thứ nhất xảy ra ở những điều kiện xác định nên điện thế của điện cực: = p1+1+k1

Nếu điện thế  tương ứng với quá thế dương tức là -p2>0 thì phản ứng thứ hai là ôxy hoá, nếu - p2< 0 thì phản ứng thứ hai là hoàn nguyên

Các phản ứng xảy ra đồng thời gọi là phản ứng hỗn hợp Phản ứng thứ hai xảy ra sẽ làm giảm một phần dòng điện của phản ứng thứ nhất trong dòng điện cực tổng i Trong trường hợp phản ứng hỗn hợp người ta đánh giá hiệu suất dòng A đối với phản ứng thứ nhất Giá trị của A thường được biểu diễn bằng % và xác định theo công thức:

Hiệu suất dòng được tính tương ứng khi phản ứng hỗn hợp có đồng thời 3 hay nhiều hơn số phản ứng cùng xảy ra Trong trường hợp phản ứng hỗn hợp khối lượng sản phẩm phản ứng trên một đơn vị diện tích điện cực tỷ lệ với hiệu suất dòng A nghĩa là:

%100.

1



iiA





01

g