NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ KHUẤY ĐẾN CHẤT LỢNG MẠ COMPOSITE CHROME

Mạ composite đó là lớp mạ điện bình thường nhưng trong đó cấu tạo các hạt cực nhỏ của một hay vài chất, những hạt này đồng kết tủa từ một dung dịch huyền phù.

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 1 h tt p : // ww w . l r c - t nu . e du . v n I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP ************ NGUYN TIN TI NGHIấN CU NH HNG CA CH KHUY N CHT LNG M COMPOSITE CHROME CHUYấN NGNH: CễNG NGH CH TO MY LUN VN THC S K THUT NGI HD KHOA HC: PGS.TS.NGUYN NG BèNH Thỏi Nguyờn 2009 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 2 h tt p : // ww w . l r c - t nu . e du . v n Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM I HC THI NGUYấN CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM TRNG HKT CễNG NGHIP c lp T do Hnh Phỳc ********** THUYT MINH LUN VN THC S K THUT NGHIấN CU NH HNG CA CH KHUY N CHT LNG M COMPOSITE CHROME NGI HD KHOA HC : PGS.TS.NGUYN NG BèNH HC VIấN : NGUYN TIN TI LP : CHK10 CHUYấN NGNH : CH TO MY NGY GIAO TI : NGY HON THNH : KHOA T SAU I HC NGI HNG DN HC VIấN HIU TRNG DUYT 4 4 6 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn - 3 h tt p : // ww w . l r c - t nu . e du . v n Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Công nghệ CTM MC LC Ni dung Phn m u Trang 4 Ch ng I: Tng quan v m in 9 1.1. C s chung 9 1.2. C ch m 16 1.3. Thnh phn dung dch v ch m 17 1.3.1. Ion kim loi m 17 1.3.2. Cht in ly 17 1.3.3. Cht to phc 18 1.3.4. Ph gia hu c 18 1.3.5. Mt dũng in catt D c 19 1.3.6. Khuy 20 1.4. A nt 21 1.5. M Crụm 22 1.5.1. Cỏc loi lp m crụm 23 1.5.2. c im ca quỏ trỡnh m crụm 25 1.5.3. Cu to v tớnh cht lp m crụm 26 1.5.4. Cỏc dung dch m crụm 27 a. M crụm t dung dch cú anion SO 2- 27 b. M crụm t dung dch cú anion F - 30 c. M crụm t dung dch cú anion SO 2- v SiF 2- 31 d. M crụm t dung dch cú tetracronat 32 1.5.5. M crụm en 33 1.5.6. M crụm xp 34 1.5.7. Kt lun 35 1.6. M composite 36 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 Ch ƣ ơng 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 Ch ƣ ơng IV: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh h ƣ ởng chế 53 khuấy đến chất lƣợng lớp mạ 4.1.Kế hoạch thực nghiệm đối xứng 53 4.1.1.Kế hoạch trung tâm hợp thành 53 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 Ch ƣ ơng V: Kết luận chung và h ƣ ớng tiếp theo của đề tài 63 Tài liệu tham khảo Phụ lục I . T ớnh c p t hit c a ti PHN M U 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 20àm 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. Lớp mạ composite chrome có những tính chất của lớp mạ điện bình thường như tính dẫn nhiệt, dẫn điện, chịu mài mòn, ngoài ra nó còn có tính chất của phi kim loại như độ cứng cao, tính chịu ăn mòn cao, chịu mòn cao. Trong 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. I I . N ộ i dun g n g h iê n c ứ u 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: Ch ƣ ơng 1: Tổng quan về mạ điện. Nghiên cứu tổng quan về mạ điện. Ch ƣ ơng 2: Ảnh h ƣ ởng của chế độ khuấy trong mạ composite Chrome. ra. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hình thành lớp mạ và các hiện tượng xảy - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ composite Chrome. Ch ƣ ơng 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 Ch ƣ ơng 4: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh h ƣ ởng chế độ khuấy đến chất lƣợng lớp mạ Ch ƣ ơng 5: Kết luận và h ƣ ớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài I I I . Đ ố i t ƣ ợ n g và p h ạm vi n g h iê n c ứ u 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. I V. P h ƣ ơ n g p h áp n g h iê n c ứ u 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 n g h ĩa kh oa h ọ c và ý n g h ĩa t h ự c t iễ n c ủ a l u ậ n vă n 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. [...]... bình của lớp mạ (µm) 3 trọng lượng riêng của kim loại mạ ( g/cm ) 2 Dc - mật độ dòng điện ( A/dm ) t - thời gian mạ (h) C - đương lượng điện hoá kim loại mạ (g/Ah) H - hiệu suất dòng điện (%) - Chất lượng của lớp mạ phụ thuộc đồng thời và tổng hợp vào nhiều yếu tố như : nồng độ dung dịch và tạp chất, các phụ gia bóng, san bằng, thấm ướt, độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anốt,... bị cho mạ composite các hạt cứng cần được giữ lơ lửng trong dung dịch điện phân nhờ khuấy bằng cơ khí, cơ học, từ tính và dòng chảy Mạ composite có thể mạ trên tất cả các nền vật liệu mà mạ điện thực hiện được Chiều dày của lớp mạ phụ thuộc vào kích cỡ của hạt, bản c hất của hạt và bản chất của kim loại mạ - Các kim loại mạ thường dùng mạ với hạt là: Co, Cu, Au, Cr, Fe, Pb, Ni, Zn và hợp kim của chúng... cấu trúc của lớp mạ tạo lên các tính chất cơ lý đặc biệt, nâng cao tính ổn định về cấu trúc ở nhiệt độ cao hơn mạ composite có thể thực hiện trên bất cứ chi tiết có hình dáng phức tạp nào và có thể đảm bảo độ chất lượng mạ mà không cần thiết bị rất hiện đại Mạ composite có thể chia thành năm nhóm: - Mạ composite hạt mịn trên nền kim loại - Mạ composite sử dụng sợi ứng lực trên nền kim loại - Mạ composite. .. chọn hình dáng của catốt, vị trí, điện thế và các cầu nối ion Catốt thay đổi từ vị trí thẳng đứng sang vị trí nằm ngang, 0 nghiêng catốt đi một góc 5 cũng làm tăng mức độ tham gia vào lớp mạ của các hạt cứng Chế độ khuấy, kích thước của hạt, bản chất kim loại mạ và vị trí của catốt 1 3 T hà nh p hầ n d ung dịc h và c hế đ ộ mạ Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ ,chiều dày tối... lớp mạ có tính chịu va đập và mài mòn cao 0 Cao nhất là các lớp mạ thu được từ dung dịch loãng và mạ ở 60-68 C - Độ dẻo của lớp mạ crôm cũng phụ thuộc vào chế độ điện phân Mạ ở nhiệt độ thấp, mật độ dòng điện sẽ được mạ lớp crôm bóng hoặc mờ có độ giòn cao Mạ ở nhiệt độ cao, mật độ dòng điện thấp sẽ được lớp crôm sữa dẻo Chiều dày δ lớp mạ crôm có thể tính gần đúng theo công thức sau: δ = 4,6.H.t.Dc... Electroless - Mạ composite lớp và thớ - Mạ composite quang học Trong số năm nhóm trên thì mạ composite hạt mịn trên nền kim loại đang được sự quan tâm nghiên cứu ở nước ta Lớp mạ compos ite ở dạng này được hình thành khi vật liệu không tan ở dạng hạt mịn được đưa vào bể mạ của quá trình mạ thông thường Trong quá trình điện phân các hạt mịn sẽ tham gia vào lớp mạ cùng với kim loại nền và hình thành lớp mạ composite. .. lớp mạ c r ôm - Tuỳ theo chế độ điện phân mà lớp mạ crôm sẽ có tính chất rất khác nhau, dựa theo tính chất này để chia thành ba nhóm lớp mạ crôm: - Lớp mạ crôm xám , có cơ lý tính kém nên không dùng - Lớp mạ crôm bóng, có độ cứng cao, chịu va đập tốt - Lớp mạ crom sữa, có độ xốp bé nhất và đàn hồi nhất - Crôm kết tủa điện có tính chất cơ lý khác hẳn với crôm hoả luyện Tỷ trọng của crôm phụ thuộc vào chế. .. độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anốt, của bể mạ, và chế độ thuỷ động của dung dịch… Vì vậy muốn điều khiển chất lượng lớp mạ phải khống chế đồng thời cả dung dịch mạ lẫn cách thức mạ, trong dải đó sẽ cho lớp mạ đạt chất lượng tốt: bóng, không gai nhám, cấu trúc đồng đều….Để đánh giá một dung dịch mạ tốt xấu đến đâu phải làm thí nghiệm so sánh trong những bình thử quy định... lệ 70/1 đến 80/1 cho lớp mạ cứng nhất là mạ ở nhiệt độ cao nhưng không sáng bóng, ở các tỷ lệ khác cho dòng điện rất thấp, lớp mạ dễ bị lỏi, có nhiều dấu chấm nâu, đen , thậm chí không mạ được - Người ta chỉ dùng dung dịch mạ crôm thành 3 loại theo nồng độ của chúng như trong Bảng 1.3 Bảng 1.3: Các dung dịch mạ crôm chứa anion SO4 Nồng độ các cấu tử, g/l Loại dung dịch 2- Chế độ mạ 2 0 Nhiệt độ C CrO3... hay khi mạ ở nhiệt độ quá thấp 3+ - Tạp chất sắt có nồng độ từ 8-10 g/l trở lên cũng gây tác hại như Cr , khi nồng độ quá lớn, đông thời còn làm mờ và chấm nâu trên lớp mạ Ion Cu cũng có tác hại tương tự Tạp chất NO3 rất có hại cho bể Crôm, chỉ cần 0,10,2 g/l đã làm kết tửa bị mờ xỉn Bảng 1.4: Chế độ điện phân để tạo các kiểu lớp mạ crôm khác nhau Chế độ mạ crôm Các kiểu lớp mạ crôm 0 2 Nhiệt độ, C