nghiên cứu công nghệ mạ composite và ứng dụng thử nghiệm các chi tiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt

1 Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm chất lượng bề mặt chi tiết Các chi tiết bị hỏng thông số sai khác so với yêu cầu kỹ thuật Dưới trình bày khái niệm thông số chi tiết [3,8,78]: Thông số chi tiết gồm: thông số bề mặt, thông số bên - Các thông số bề mặt: hình dáng (hình trụ, hình côn, hình răng, hình then, hình ren, hình prôphil, hình cầu, hình phẳng, hình rãnh, dạng mặt phẳng nhẵn; kích thước (đường kính, chiều dài, chiều rộng, chiều dày, chiều sâu, diện tích); tính chất lý (độ cứng, tính chống mòn, độ bám lớp phủ với nền, tính chịu mỏi, tính đàn hồi); độ xác (cấp xác); độ nhám; tính hoàn chỉnh; dạng nhiệt luyện hay hóa nhiệt luyện; có mặt vật liệu phủ; cấu trúc (tổ chức tế vi), thành phần hóa học;… - Các thông số bên trong: độ cứng; tính chịu mỏi; tính đồng (rỗ, vết nứt,…); tính đàn hồi; cấu trúc (tổ chức tế vi); thành phần hóa học; Các thông số bề mặt chi tiết trình bày coi đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết Trên thực tế, tùy vào lĩnh vực nghiên cứu, thông số quan tâm nhiều (thông số chính) hay (thông số phụ) Trong gia công khí, chất lượng bề mặt gia công đánh giá hai yếu tố đặc trưng: tính chất - lý lớp kim loại bề mặt độ nhám bề mặt Khi nghiên cứu ma sát, chất lượng bề mặt bao gồm: thông số hình học bề mặt (trạng thái hình học bề mặt) Tính chất - lý - hóa lớp bề mặt Trạng thái ứng suất lớp bề mặt Các thông số có quan hệ lẫn 1.2 Hư hỏng phương pháp phục hồi chi tiết máy 1.2.1 Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng chi tiết máy Có nhiều nguyên nhân (yếu tố) làm thông số đối tượng (chi tiết, máy) thay đổi Chúng phân chia theo số cách Dưới trình bày cách phân loại [1,39,76]: Các nguyên nhân dẫn đến thay đổi trạng thái đối tượng (dẫn đến hư hỏng đối tượng) chia thành hai nhóm: nguyên nhân nhân tạo (người thiết kế, chế tạo, sử dụng sửa chữa) nguyên nhân tự nhiên Ở chủ yếu quan tâm đến nguyên nhân tự nhiên Các nguyên nhân tự nhiên chia thành hai nhóm: yếu tố bên yếu tố bên a Các yếu tố bên Các yếu tố bên chia thành ba nhóm: * Các yếu tố vật lý: lực, nhiệt,… yếu tố tác dụng lên đối tượng (chi tiết) với cường độ (độ lớn) khác * Các yếu tố hóa học: chất khí, không khí, chất lỏng,… yếu tố tác dụng lên chi tiết nhiệt độ khác * Các yếu tố lý - hóa: lúc yếu tố vật lý hóa học tác dụng lên chi tiết Trong nhiều trường hợp chi tiết hay cặp lắp gép chịu tác dụng lúc số yếu tố nguyên tắc chủ đạo yếu tố: yếu tố hay gặp lực (lực ma sát) môi trường ăn mòn Các yếu tố nguyên nhân dẫn đến giảm chất lượng bề mặt chi tiết máy Khi chất lượng bề mặt giảm giới hạn cho phép, chi tiết coi bị hỏng b Các yếu tố bên Các yếu tố bên chia thành hai nhóm: thông số (yếu tố) bề mặt; thông số bên 1.2.2 Ma sát mài mòn chi tiết máy Ma sát tượng xuất lực ngẫu lực có tác dụng cản trở chuyển động, xu hướng chuyển động tương đối hai vật bề mặt (khi xét hai vật rắn có liên kết với nhau) Ma sát hiểu mát lượng học trình: khởi động, chuyển động, dừng Ma sát phân loại dựa vào đối tượng, trình, chuyển động trạng thái hình 1.1 Ngoài dựa vào tác dụng ma sát: ma sát có lợi ma sát có hại [4,39] Đối tượng Hình 1.1: Tổng quan phân loại ma sát Một số đặc trưng ma sát * Lực ma sát Cho đến kỷ XX, lực ma sát tính gần theo công thức: (1.1) Fms  FN Ở trạng thái tĩnh (trước có chuyển động tương đối), lực ma sát lực tác dụng theo phương tiếp tuyến: Fms = Ft (1.2) * Mômen ma sát Mômen ma sát viết sau: Mms = Fms.R (1.3) * Công ma sát (năng lượng ma sát) Năng lượng ma sát (Wms, Ems) viết sau: - Đối với ma sát trượt: dS ms (1.4) Wms L  E msL   M ms d L (1.5) Wms T  E msT  F ms S ms - Đối với ma sát lăn: L - Tương tự với ma sát xoay có: Wms X  E ms X  M ms d X (1.6) X Trong đó: FN- lực pháp tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối; R- cánh tay đòn tương ứng với lực ma sát Fms.; Sms- quãng đường ma sát; L- góc lăn; X- góc xoay Mòn trình thay đổi hình dáng, khối lượng, kích thước bề mặt vật thể, làm mát thay đổi vị trí tương đối bề mặt biến dạng, liên kết, bong tách, chảy dẻo, ion hóa tạo vùng vật liệu Mòn trình làm thay đổi chất vật liệu bề mặt tiếp xúc tượng khuếch tán, hấp thụ, hợp kim hóa, ăn mòn, xâm thực Một số công thức tính mòn cổ điển theo kinh nghiệm Trong thời gian dài, cường độ mòn (Ih) tính theo số công thức kinh nghiệm sau: Ih p   dn m H (1.7) Công thức thường sử dụng biến dạng đàn hồi, pdn nhỏ gần 0,14 MPa, độ cứng lớn (HB ≈ 8500 MPa) Theo số tác giả khác, cường độ mòn tính theo công thức sau: I h  209 E 1,31 (1.8) Đối với số vật liệu phi kim loại, cường độ mòn tính sau: I h  8, 4.103.HV 0,27 1,72 I h  ebh (1.9) Đối với polime: I h  1, 42.103.HV 0,27 I h  8, 6.104.ebh0,5 (1.10) Trong đó: pdn- áp lực danh nghĩa bề mặt tiếp xúc; H- độ cứng vật liệu tiếp xúc; m- số mòn phụ thuộc vào chất vật liệu; E- mô đun đàn hồi vật liệu; HV- độ cứng Vicke; ebh- lượng bốc vật liệu 1.2.3 Ảnh hưởng môi trường ăn mòn Do tác động môi trường, nhiều chi tiết máy (đặc biệt chi tiết kim loại) bị hỏng bị ăn mòn dẫn đến máy bị hỏng Ăn mòn kim loại tượng tự phá hủy vật liệu kim loại tác dụng hóa học tác dụng điện hóa kim loại với môi trường bên Tùy theo cách quan sát tượng, trình ăn mòn kim loại phân loại hình 1.2 [39,78] Ăn mòn hóa học Phân loại Ăn mòn điện hóa theo trình Ăn mòn khí Ăn mòn k.khí ướt Ăn mòn k.khí ẩm Ăn mòn không khí PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH ĂN MÒN KIM LOẠI Phân loại theo môi trường Ăn mòn k.khí khô Ăn mòn đất Ăn mòn axit Ăn mòn chất lỏng Ăn mòn lựa chọn Ăn mòn kiềm Ăn mòn d.dịch muối Ăn mòn nước sông Ăn mòn ngầm (dưới bề mặt) Phân loại Ăn mòn tinh thể theo đặc tính phá hủy Ăn mòn cục Ăn mòn nứt nẻ Ăn mòn nước biển Ăn mòn dạng vết đốm Ăn mòn dạng vết loét Ăn mòn điểm Ăn mòn xuyên tinh thể Ăn mòn rạn nứt Hình 1.2: Phân loại trình ăn mòn 1.2.4 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy Như trình bày trên: có nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng chi tiết máy, có nhiều dạng hư hỏng chi tiết máy Hiện có nhiều phương pháp phục hồi cho phép phục hồi nhiều loại hư hỏng, chí dạng hư hỏng phục hồi nhiều phương pháp khác [1,28,76] Để phân loại phương pháp phục hồi dựa vào phương pháp phân loại hư hỏng Ở cách hư hỏng chia thành ba nhóm: mòn; hư hỏng học hư hỏng hoá nhiệt Mòn dạng hư hỏng hay gặp Dựa vào mức độ mòn, mòn lại chia thành ba nhóm: mòn đều, mòn không sinh ôvan, côn (đây loại thường gặp bề mặt làm việc bề mặt chi tiết), vết xước sây sát nhỏ Hư hỏng học (cơ khí) gồm: vết nứt, thủng, gãy, vỡ, uốn, xoắn, vết xước sây sát lớn Hư hỏng hoá - nhiệt gồm: gỉ, rỗ bị ăn mòn (hoá học điện hoá), cháy, tạo cặn dầu, cặn nước, cong vênh (do giãn nở nhiệt) Trên sở phân loại hư hỏng trên, phương pháp phục hồi (loại bỏ hư hỏng) chia thành ba nhóm: loại bỏ mòn (phục hồi cặp lắp ghép); loại bỏ hư hỏng hoá - nhiệt loại bỏ hư hỏng học hình 1.3 Từ hình 1.3 cho thấy hư hỏng loại bỏ nhiều phương pháp khác Để phục hồi hoàn toàn chi tiết (chi tiết có nhiều loại hư hỏng) thường phải sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp phục hồi khác Hiệu phục hồi chi tiết phụ thuộc đáng kể vào phương pháp gia công chúng lựa chọn phương pháp hay tổ hợp phương pháp phục hồi hợp lý [36] Việc chọn phương pháp phục hồi hợp lý số trường hợp làm tăng chất lượng (tuổi thọ) chi tiết phục hồi so với chi tiết PHỤC HỒI CHI TIẾT (loại bỏ hư hỏng) Loại bỏ mòn Loại bỏ hư hỏng Loại bỏ hư hỏng (phục hồi cặp lắp ghép) hóa - nhiệt học (cơ khí) Không khôi phục kích thước ban đầu Kích thước sửa chữa Khôi phục kích thước ban đầu Ghép thêm chi tiết phụ GC GC GC Cơ khí Nguội Nhiệt Sử dụng vật liệu chi tiết Đắp thêm vật liệu lên chi tiết Sử dụng mối liên kết không tháo Sử dụng mối liên kết tháo - Hàn đắp kim loại Biến - Phun kim loại dạng - Mạ điện mạ hoá dẻo - Sử dụng polime Hàn Dán Đinh tán - Đúc kim loại lỏng Hình 1.3: Phân loại phương pháp phục hồi chi tiết máy Từ hình 1.3, mạ điện mạ hóa công nghệ vừa phục hồi chi tiết hỏng mòn (nguyên nhân lực ma sát) đồng thời phục hồi chi tiết hỏng bị gỉ, rỗ bị ăn mòn (nguyên nhân chủ yếu tác động môi trường) Lớp mạ bảo vệ tốt cho kim loại khỏi bị ăn mòn hóa học hay điện hóa, trang trí tăng vẻ đẹp sản phẩm Có số chi tiết máy nhu cầu thực tế hạ giá thành không cần dùng kim loại hay hợp kim đắt tiền để chế tạo, người ta dùng kim loại hay hợp kim rẻ tiền mạ lớp mạ lên tạo điều kiện cho việc tiêu thụ sản phẩm tốt,… [31] Mạ điện composite hướng phát triển mạ điện, ưu điểm mạ điện thường vừa trình bày trên, công nghệ tạo loại vật liệu (vật liệu composite) quan tâm lĩnh vực khí nói chung lĩnh vực vật liệu nói riêng, loại vật liệu đa pha kết hợp với theo sơ đồ thiết kế trước, nhằm tận dụng phối hợp tính chất ưu việt pha Các kết nghiên cứu lĩnh vực có tính cấp bách nước phát triển nước ta mà với nước phát triển giới [8] Tuy nước ta chưa có nghiên cứu lĩnh vực này, tác giả lựa chọn mạ điện compsite đối tượng nghiên cứu đề tài trình bày kỹ mục sau 1.3 Mạ điện composite 1.3.1 Những vấn đề mạ điện composite Mạ điện composite sở mạ điện thường, mạ composite có hạt cứng, có mặt hạt cải thiện tính chất lớp mạ tăng độ bền ăn mòn, mài mòn, chịu làm việc nhiệt độ cao, tăng độ cứng cho lớp mạ, mạ kim loại, polyme, cacbon, gốm Yêu cầu hạt dung dịch trạng thái lơ lửng có độ phân tán cao [23] Mạ composite biện pháp công nghệ cao nhằm tạo nên bề mặt chi tiết máy lớp mạ có hai pha, pha kim loại pha có dạng hạt cứng sợi nhằm tạo cho chi tiết máy có khả làm việc vượt trội so với lớp mạ điện thông thường Mạ điện composite cho phép chi tiết máy làm việc tốt nhiệt độ bình thường nhiệt độ cao, tăng khả chống mòn, chống ăn mòn cho chi tiết máy, giảm ma sát với bề mặt đối tiếp [31]: - Tăng khả chống mòn cho cặp đôi ma sát hợp kim - Tăng khả chống ăn mòn - Tạo nên lớp giảm ma sát bề mặt đối tiếp - Tăng độ bền vững tính vùng bề mặt làm việc nhiệt độ cao - Tạo nên lớp bề mặt sử dụng môi trường đặc biệt công nghiệp hạt nhân 10 Pha sử dụng mạ điện composite bao gồm kim loại hợp kim chúng như: Cr, Ni, Cu, Pb, Au, Zn, Pha cứng pha giảm ma sát hạt cứng bao gồm oxít Al, Zn, Ti; cacbit Ti, Ta, Si, W, B, Ni, Cr; nitrit B Si, hợp chất borides Ti, Zr, Ni, chất sulfides Mo, W, grafit, mica, kim cương Các hạt dẫn điện tham gia vào lớp mạ tốt hạt không dẫn điện, hạt có kích thước lớn dễ bị lắng, hạt nhỏ mịn dễ tạo keo, kết tụ thành khối dung dịch, hạt mềm có khả chống dính bôi trơn khô Mạ composite tạo lớp mạ có chiều dày đồng bề mặt chi tiết máy có hình dạng phức tạp Các thông số quan trọng trình mạ điện composite là: dung dịch điện phân, chất phụ gia, thể tích kích thước hạt cứng dung dịch, mật độ dòng điện, độ pH, tốc độ khuấy, nhiệt độ, Ngoài composite chế tạo phương pháp mạ lớp, lớp mạ composite chế tạo mạ nhiều lớp thực mà không thay đổi quy trình mạ ban đầu so với mạ lớp Cấu trúc thuộc tính lớp lớp mạ so với mạ lớp, không bị ảnh hưởng kỹ thuật khác Với công nghệ mạ lớp nâng cao hiệu sử dụng lớp mạ, lớp mạ trung gian bị ăn mòn, riêng lớp mạ đảm bảo bám dính tốt với không bị ăn mòn, lớp mạ giữ độ bóng [75] 1.3.2 Mạ compsite Ni Mạ composite Ni thực bể điện phân muối niken sulfate tiêu chuẩn niken sulfamate sử dụng hạt cứng Al2O3, TiO2, cacbit nitrit chịu nhiệt, grafit, MoS2, WS2, kim cương [42,57], Lớp mạ composite Ni-TiO2 có tính chất như: độ cứng, giới hạn bền giới hạn chảy tăng tham gia Ni-TiO2 vào lớp mạ Tuy nhiên tính chất học lớp mạ composite Ni-TiO2 so với lớp mạ composite Ni-Al2O3 Các lớp mạ composite có độ xốp thấp, khả chống ăn mòn cao trì tính nhiệt độ cao tốt so với lớp mạ kim loại thường Độ cứng lớp mạ composite hoàn toàn hạt cứng phân bố 76 Bảng 3.6: Ảnh hưởng độ pH dung dịch mạ Mức Độ pH Lượng hạt Al2O3 trung bình, % Mức 0,6 Mức 2,8 Mức 6,0 Mức 8,9 10 Lượng hạt Al2O3 TB, % 2 Độ pH dung dị ch Hình 3.28: Ảnh hưởng độ pH dung dịch Nhưng không nên cho pH cao pH cao làm ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ, ion niken dễ bị thủy phân thành hạt rắn niken hydroxit Ni(OH)2, hay niken oxit (NiO) Các hạt lẫn vào lớp mạ tạo thành điểm gắn bám bọt khí hydro lên bề mặt catot, gây khó khăn cho việc kết tủa kim loại mạ hạt, làm ảnh hưởng xấu tới lớp mạ (gây rỗ, xốp, nhám) Kết thí nghiệm tổng hợp ảnh hưởng độ pH dung dịch cho bảng 3.6 đồ thị ảnh hưởng độ pH dung dịch theo số liệu bảng 3.6 cho hình 3.28 Kết nghiên cứu cho thấy, pH = 5, lượng hạt Al2O3 lớn lớp mạ có tượng kết tủa hạt rắn niken hydroxit Ni(OH)2, hay niken oxit (NiO) Chính tác giả lựa chọn độ pH hợp lý 77 3.3.5 Lựa chọn thông số công nghệ hợp lý Qua kết nghiên cứu thông số (các thông số hợp lý) cho nghiên cứu là: mật độ dòng điện mạ Dc = A/dm2; tốc độ khuấy n = 150 v/ph; nhiệt độ dung dịch mạ T = 400C; độ pH = 3.4 Kết so sánh lớp mạ niken thường (không có hạt) với lớp mạ niken composite Ni-Al2O3 (có hạt) Tiến hành thử nghiệm khả bám dính, độ ăn mòn, độ cứng, độ mài mòn lớp mạ Ni-Al2O3 lớp mạ Ni thường Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Công ty TNHH Kỹ thuật Hà Nội, Phòng thí nghiệm - Trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên Giấy chứng nhận kết cho phụ lục chương (Phụ lục 3.21) Dưới trình bày kết 3.4.1 Kết so sánh độ bám dính Kiểm tra độ bám dính lớp mạ composite Ni-Al2O3 lớp mạ Ni thường phương pháp sốc nhiệt Thử nghiệm tiến hành ba mẫu, mẫu số mẫu số mạ composite Ni-Al2O3 kí hiệu (NA1, NA2), mẫu số tiến hành mạ niken thường ký hiệu (N) Điều kiện thử nghiệm: Tiêu chuẩn thử : ISO 2819-1980 (E) Thiết bị thử: Lò nung NABERTHERM - CHLB Đức (hình 3.29) Hình 3.29: Lò nung NABERTHERM 78 Qui trình thực hiện: Cắt mẫu Cho mẫu vào lò nung Cài đặt chương trình nhiệt Chờ nhiệt độ đạt đến 300oC Làm lạnh đột ngột nước nhiệt độ thường Tiến hành gia công cắt mẫu có lớp mạ Ni thành mẫu hình trụ với chiều cao khoảng 10 ÷ 20 mm, cho vào lò nung, cài đặt chương trình nhiệt, chờ nhiệt độ đạt đến 300oC 90 ph Khi nhiệt độ đạt đến 300oC gắp mẫu thả vào nước lạnh, sau sấy khô mẫu tiến hành quan sát bề mặt trực quan (hình 3.30), sau dùng kính lúp với độ phóng đại 10 lần để đánh giá kết NA1 NA2 N Hình 3.30: Ảnh chụp mẫu sau thử nghiệm sốc nhiệt Kết quả: kết quan sát bề mặt sau thử sốc nhiệt (hình 3.30) cho thấy lớp mạ composite Ni-Al2O3 lớp mạ Ni mẫu thử tượng bị bong tróc, lớp mạ mẫu bám với hạt Ni-Al2O3 không ảnh hưởng đến độ bám lớp mạ composite (giấy xác nhận cho phụ lục 3.21) 3.4.2 Kết so sánh độ bền ăn mòn Kiểm tra độ bền ăn mòn lớp mạ composite Ni-Al2O3 lớp mạ Ni thường phương pháp phun mù muối nhờ thiết bị thử ăn mòn (hình 3.31) Thử nghiệm tiến hành hai mẫu, mẫu số mạ composite NiAl2O3 dây chuyền thiết kế có kí hiệu (NA), mẫu số tiến hành mạ niken thường có ký hiệu (N) 79 Phương pháp thử: CASS TEST (thành phần dung dịch, chế độ tiêu chuẩn) - Dung dịch phun: NaCl  1%, CuCl2 0.026g/l - Độ pH : 3.1  3.3 (điều chỉnh CH3COOH) - CH3COOH: ml/l - Nhiệt độ buồng phun: 50  2oC - Nhiệt độ buồng bão hòa: 63oC - Tốc độ phun:  ml/h - Thời gian : 96 h Hình 3.31: Thiết bị thử nghiệm ăn mòn (TaiWan) Qui trình thực hiện: Các mẫu thép có lớp mạ Ni-Al2O3 (ký hiệu NA) Ni (ký hiệu N) chuẩn bị hình 3.32 cho vào thiết bị thử nghiệm tiến hành phun mù muối liên tục 96 h nhiệt độ 50 ± 2oC áp suất phun khoảng 0,07  0,17 MPa Việc đánh giá bề mặt trước sau thử ăn mòn tiến hành phương pháp quan sát hình, sau dùng kính lúp với độ phóng đại 10 lần để đưa kết 80 NA N Hình 3.32: Ảnh chụp mẫu trước thử nghiệm độ bền phun mù muối Kết ảnh quan sát bề mặt sau 24 h thử nghiệm (hình 3.33), sau 48 h (hình 3.34), sau 72 h - hình 3.35 (Phụ lục 3.18) sau 96 h - hình 3.36 (Phụ lục 3.19) Kết tổng hợp bảng 3.7 NA N Hình 3.33: Ảnh mẫu sau 24 h phun mù muối NA N Hình 3.34: Ảnh mẫu sau 48 h phun mù muối 81 Bảng 3.7: Kết thử nghiệm mẫu phun mù muối TT Tên mẫu NA N Quan sát bề mặt Sau 24 h Sau 48 h Sau 72 h Sau 96 h Bị xỉn màu, độ bóng giảm so với ban đầu, không xuất điểm gỉ đỏ Chưa thấy xuất điểm gỉ đỏ Chưa thấy xuất điểm gỉ đỏ Chưa thấy xuất điểm gỉ đỏ Bị xỉn màu, độ bóng giảm so với ban đầu, không xuất điểm gỉ đỏ Xuất nhiều điểm gỉ đỏ, chiếm khoảng 70  80% diện tích bề mặt Kết quả: Qua kết thí nghiệm khả chống ăn mòn (tính chống gỉ) lớp mạ composite Ni-Al2O3 cao nhiều so với lớp mạ Ni thường (sau 48 h lớp mạ niken hạt bắt đầu gỉ đỏ, lớp mạ composite Ni-Al2O3 đến 96 h chưa thấy xuất gỉ đỏ - giấy xác nhận cho phụ lục 3.21 3.4.3 Kết so sánh độ cứng Kiểm tra độ cứng lớp mạ composite Ni-Al2O3 có ký hiệu (NA1) lớp mạ Ni thường có ký hiệu (N) Phương pháp thử: PM - MET 01 Thiết bị thử: BUEHLER - Mỹ (hình 3.37) Hình 3.37: Thiết bị đo độ cứng 82 Qui trình thực Cắt mẫu Đổ nhựa Mài mẫu Đánh bóng Đo độ cứng Mẫu có lớp mạ Ni cắt đổ epoxy khuôn đúc, sau mài đánh bóng mẫu thiết bị STRUERS sản xuất Hà Lan ( hình 3.38), tiến hành xác định độ cứng thiết bị BUEHLER (Mỹ) N NA1 Hình 3.38: Ảnh mẫu sau mài để đo độ cứng Kết đo độ cứng hai mẫu (mẫu NA1- Mẫu mạ Ni-Al2O3; mẫu N -mẫu mạ Ni thường) cho bảng 3.8 Bảng 3.8: Kết đo độ cứng hai mẫu TT Tên mẫu NA1 N Độ cứng Thang đo HV 452,7 438,9 438,9 438,8 445,7 195,1 187,3 185,4 193,1 185,4 Thang đo HRC Trung bình HRC 46,2 45,2 45,2 45,2 45,7 45,5 Giá trị HV thấp, không chuyển sang HRC 83 Kết quả: Qua bảng kết đo độ cứng thiết bị BUEHLER hai loại mẫu cho thấy, mẫu mạ composite Ni-Al2O3 có độ cứng gấp lần so với độ cứng mẫu mạ Ni thường (giấy xác nhận cho phụ lục 3.21) 3.4.4 Kết so sánh độ mài mòn Hai mẫu thử chế tạo thép cacbon C45, gia công theo tiêu chuẩn ASTM G99:2010 với kích thước nêu hình 3.39 (Phụ lục 3.20), sau mạ với hai lớp mạ: lớp mạ composite Ni-Al2O3 lớp mạ Ni thường Kiểm tra độ mài mòn lớp mạ composite Ni-Al2O3 có ký hiệu (M1) lớp mạ Ni thường có ký hiệu (M2) Điều kiện thử nghiệm Thiết bị thử: TE 97 Friction and Wear Demonstrator - Anh Quốc Tiêu chuẩn thử: ASTM G99:2010 Mô tả: Có nhiều phương pháp đo độ mài mòn lớp mạ, với phương pháp sử dụng thiết bị chuẩn bị mẫu theo cách riêng phù hợp với phương pháp Ở phần thử nghiệm áp dụng tiêu chuẩn ASTM G99:2010: phương pháp đo mài mòn thiết bị dạng tì chốt (hình 3.40, hình 3.41) lên đĩa (Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus) Hình 3.40: Nguyên lý đo mài mòn Hình 3.41 : Thiết bị thử mài mòn TE 97 84 Tiến hành thử nghiệm độ bền mài mòn thiết bi TE 97 Friction and Wear Demonstrator hình 3.41 chế độ ma sát khô với thông số thử nghiệm sau: Tải trọng: 45 N Tốc độ vòng quay: 100 v/ph Đường kính vòng quay: 40 mm Điều kiện bôi trơn: Không Nhiệt độ: 25oC Trong thời gian thử nghiệm, thiết bị kết nối với máy tính, ghi tự động thay đổi thông số theo thời gian độ mài mòn (m) hệ số ma sát Trên hình 3.42 ảnh mẫu sau thử mài mòn Dựa giá trị độ mài mòn thu được, ta tính tốc độ mài mòn M1 M2 M1 M2 Hình 3.42 : Mẫu sau thử mài mòn 85 Kết quả: Kết thử nghiệm mài mòn tổng hợp bảng 3.9, hình 3.43 hình 3.44 Các kết thử nghiệm mài mòn thu cho thấy tốc độ mài mòn mẫu có giá trị khoảng 45% tốc độ mài mòn mẫu 2, điều khẳng định khả chịu mài mòn mẫu (lớp mạ composite Ni-Al2O3) cao khả chịu mài mòn mẫu (lớp mạ Ni thường) - giấy xác nhận cho phụ lục 3.21 Bảng 3.9: Kết thử nghiệm mài mòn hai mẫu Các thông số mài mòn TT Tên mẫu Tốc độ mài mòn trung bình, μm/m Hệ số ma sát trung bình Mẫu 0,00468 0,6566 Mẫu 0,00998 0,5459 Hình 3.43: Đồ thị thử nghiệm mài mòn mẫu 86 Hình 3.44: Đồ thị thử nghiệm mài mòn mẫu 87 Kết luận chương Bằng nghiên cứu thông qua thực nghiệm tác giả tiến hành thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số (thông số đầu vào), thông số thay đổi miền mức Thông qua kết (thông số đầu ra: lượng hạt, chất lượng lớp mạ,…) lựa chọn thông số (thông số đầu vào) hợp lý cho thí nghiệm thí nghiệm cụ thể sau: Khi mật độ dòng điện tăng làm tăng tốc độ mạ, tăng chiều dày lớp mạ, làm ảnh hưởng đến lượng hạt Al2O3 vào lớp mạ, nhiên dòng điện tăng đến gía trị định lượng hạt lại giảm xuống, với kết hoàn toàn phù hợp với quy luật mạ niken thông thường (khi mạ với dòng điện A/dm2 lượng hạt vào lớp mạ nhiều so với chế độ dòng điện khác) Tốc độ khuấy đảo dung dịch tăng lượng hạt Al2O3 lớp mạ giảm xuống, nguyên nhân khuấy mạnh làm giảm thời gian hội hạt tiếp xúc với bề mặt catot Nhưng mạ composite phải có khuấy để dung dịch trạng thái huyền phù hạt độ phân tán cao, cần lựa chọn tốc độ khuấy hợp lý (khoảng 150 v/ph - theo kết thực nghiệm) Nhiệt độ tăng làm tăng độ hòa tan thành phần dung dịch, song nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt dung dịch dẫn đến hạt dễ bị lắng xuống đáy, làm giảm lượng hạt sát bề mặt catot dẫn đến ảnh hưởng lượng hạt vào lớp mạ Do trình mạ cần chọn nhiệt độ hợp lý (theo kết thí nghiệm nhiệt độ mạ hợp lý 400C) Độ pH tăng lên làm giảm tính axit dung dịch (H+ dung dịch giảm) tức giảm lượng hydro thoát bề mặt điện cực, giảm cản trở lượng hạt vào lớp mạ Nhưng cần lưu ý không tăng độ pH cao dễ làm cho ion niken tạo thành niken oxit niken hydroxit làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng lớp mạ (theo kết thực nghiệm nghiên cứu độ pH = 4.0 hợp lý) 88 Thông qua thử nghiệm chất lượng lớp mạ composite Ni-Al2O3 lớp mạ Ni thường cho thấy, tính vượt trội lớp mạ composite Ni-Al2O3 so với lớp mạ niken thường về: Độ bám dính lớp mạ niken thường lớp mạ niken composite NiAl2O3 (lượng hạt Ni-Al2O3 lớp mạ không làm ảnh hưởng đến độ bám dính lớp mạ) Độ ăn mòn lớp mạ niken thường so với lớp mạ composite NiAl2O3 (trong điều kiện phun mù muối lớp mạ niken thường sau 48 h bị gỉ đỏ bề mặt, lớp mạ composite sau 96 h chưa thấy xuất điểm gỉ đỏ) Độ cứng lớp mạ composite Ni-Al2O3 cứng so với lớp mạ niken thường (lượng hạt Al2O3 lớp mạ làm tăng độ cứng cho lớp mạ) Khả chịu mài mòn lớp mạ composite Ni-Al2O3 cao lớp mạ niken thường (tốc độ mài mòn lớp mạ composite Ni-Al2O3 có giá trị khoảng 45% tốc độ mài mòn lớp mạ niken thường) Với kết khẳng định tính vượt trội lớp mạ composite NiAl2O3 so với lớp mạ nike thường, sở để triển khai, ứng dụng mạ composite cho mạ ban đầu mạ phục hồi chi tiết máy làm việc điều kiện mòn cao 89 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN COMPOSITE 4.1 Cơ sở chung lựa chọn phương pháp phục hồi Do có nhiều phương pháp phục hồi (như trình bày chương 1) nên dẫn đến kết luận sau: chi tiết (hư hỏng chi tiết) phục hồi số phương pháp số trường hợp nhiều phương pháp Về chất vấn đề lựa chọn phương pháp phục hồi hợp lý vấn đề tổng hợp, để giải cần phải quan tâm trước hết yếu tố sau [77,78]: Đặc điểm cấu trúc chi tiết Điều kiện làm việc chi tiết Giá trị hao mòn Giá thành phục hồi Các đặc điểm sử dụng trình phục hồi Giá chi tiết phục hồi Các đặc trưng cấu trúc - công nghệ chi tiết xác định nhờ đặc trưng cấu trúc chúng đặc trưng phụ thuộc vào kích thước, hình dáng, dạng nhiệt luyện, độ cứng lớp bề mặt làm việc, sai lệch kích thước hình học cho Điều kiện làm việc chi tiết đặc trưng lực tác dụng thời gian làm việc; với nhiệt, trình khác; môi trường, dạng ma sát hao mòn Các đặc trưng sử dụng trình phục hồi xác định độ bám lớp đắp với nền, tính chống mòn, độ bền động lực học tính gia công chi tiết phục hồi Các thông tin đặc điểm cấu trúc chi tiết, điều kiện làm việc đặc trưng sử dụng trình phục hồi cho phép xác định công nghệ phục hồi chi tiết máy Theo cách việc sử dụng tiêu chuẩn công nghệ, không đầy đủ để lựa chọn phương pháp phục hồi hợp lý nhiều chi tiết cụ thể 90 Cần phải sử dụng thêm tiêu chuẩn tuổi thọ (độ bền); tiêu chuẩn kinh tế; tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật Tiêu chuẩn tuổi thọ (độ bền): đặc trưng khối lượng công việc (thời gian làm việc) tương đối chi tiết phục hồi với chi tiết đến đạt đến trạng thái giới hạn Nó biểu diễn tỷ số: KT  t ph tm (4.1) Trong đó: KT- hệ số tuổi thọ (hệ số độ bền); tph tm- thời gian làm việc (khối lượng công việc) chi tiết phục hồi chi tiết đến trạng thái giới hạn Chỉ tiêu công nghệ tiêu độ bền thể tính kỹ thuật vấn đề đặt Hiệu kinh tế việc ứng dụng phương pháp phục hồi tính nhờ tiêu chuẩn kinh tế Tiêu chuẩn kinh tế: cho phép đặt cách định lượng khả ứng dụng phương pháp phục hồi Với mục đích sử dụng công thức sau: C = Ccb + Cđ + Cgc (4.2) Trong đó: Ccb- chi phí cho việc chuẩn bị đắp lớp vật liệu; Cđ- chi phí cho công việc đắp lớp vật liệu (những tác động công nghệ lên bề mặt chi tiết); Cgc- chi phí cho gia công sau phục hồi Mặt khác, số hạng phương trình cuối phụ thuộc vào quy mô nhà máy (cơ sở), phụ thuộc vào việc tổ chức sản xuất Ảnh hưởng yếu tố chi phí phục hồi chi tiết cụ thể đến giá chi tiết phục hồi xác định theo công thức sau: C  C cb (1  H1  H H '  H 2' H  H2 )  C ph (1  )  C gc (1  )M 100 100 100 (4.3) Trong đó: Ccb, Cph Cgc- chi phí lao động cho việc chuẩn bị chi tiết phục hồi, thân công việc phục hồi (có thể việc đắp vật liệu công thức (4.2) gia công kết thúc H1- chi phí gián tiếp xưởng cho gia công chuẩn bị gia công kết thúc (sau phục hồi) [...]... với lớp mạ composite Trên cơ sở nghiên cứu này có thể lựa chọn các thông số công nghệ hợp lý để mạ các chi tiết cụ thể, đồng thời làm cơ sở để cho các nghiên cứu tiếp theo (tối ưu hóa thông số công nghệ) Nghiên cứu thử nghiệm mạ điện composite cho một số chi tiết phục hồi và chi tiết mới (mạ lần đầu) trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên, để từ đó ứng dụng triển khai công nghệ mạ composite vào sản... bị chi tiết, phương pháp và thiết bị mạ Khai thác qui trình công nghệ mạ để nâng cao chất lượng lớp mạ là một vấn đề quan trọng đặc biệt trong sản xuất Những chỉ tiêu cơ bản để thiết kế phân xưởng 26 mạ là: việc lựa chọn qui trình công nghệ, chuẩn bị bề mặt các chi tiết để mạ, lựa chọn các trang thiết bị phù hợp, các phương tiện kiểm tra phù hợp với qui trình sản xuất mạ phủ, * Chuẩn bị chi tiết để mạ. .. khoa học - công nghệ, các ngành kỹ thuật, các lĩnh vực của đời sống xã hội,… 1.5 Ứng dụng lớp mạ composite Lớp mạ composite chịu mài mòn Những sản phẩm cơ khí, mạ khuôn, dụng cụ đo, xi lanh, các lớp mạ composite có khả năng chịu nhiệt độ cao; trong công nghiệp điện tử để mạ các tiếp điểm, có tính chịu mòn rất tốt so với lớp mạ đơn nhằm nâng cao tuổi thọ sử dụng cho các linh kiện điện tử Hợp chất Cu-SnC... để mạ [28,75] Công việc chuẩn bị bề mặt các chi tiết để mạ là một công đoạn vô cùng quan trọng, có rất nhiều phương pháp để làm sạch bề mặt chi tiết: cơ khí, hoá chất, điện hoá, hoặc đồng thời cùng sử dụng kết hợp các phương pháp đó Đặc biệt cần lưu ý với những chi tiết phục hồi, những chi tiết này phải được khử bỏ dầu, mỡ bằng dung môi để làm sạch Dùng các chất để làm sạch bề mặt chi tiết như, dầu... để đánh giá chất lượng lớp mạ a Độ dày và độ đồng đều của lớp mạ Chi u dày của lớp mạ là yếu tố quan trọng nhất để quyết định chất lượng lớp mạ Trong quá trình mạ, lớp mạ thường không bằng nhau trên bề mặt vật mạ mặc dù trong cùng một điều kiện mạ, nhưng tuổi thọ của lớp mạ lại được quyết định bởi vùng bề mặt có chi u dày lớp mạ mỏng, chi u dày tối thiểu chính là chi u dày quy định của lớp mạ mà mọi... giữa các điện tích và được tuân theo định luật cu lông Lực dính kết của các hạt lên bề mặt catot thường tỷ lệ với sức căng bề mặt (còn gọi là năng lượng bề mặt) và được xác định bằng thực nghiệm Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn này: bề mặt catot, khí hydro thoát ra ở bề mặt catot sẽ đẩy hoặc ngăn cản các phần tử vào catot, kích thước các hạt, bề mặt mạ kỵ nước (làm giảm độ bám phủ) Điện trường và độ... gia công cơ khí cố gắng giữ nguyên vẹn bề mặt các chi tiết, sau khi gia công cơ khí bề mặt chi tiết phải được đánh bóng theo đúng qui định, trước khi mạ chi tiết phải được ngâm rửa bằng hoá chất hoặc điện hoá trong dung dịch kiềm, và cần tiến hành mạ ngay Để làm sạch bề mặt chi tiết khỏi bị dính bẩn gỉ sắt, sơn người ta thường sử dụng biện pháp rửa bằng siêu âm Phương pháp dùng bột mịn nhỏ được sử dụng. .. mối liên kết bền vững và sự cấu trúc cục bộ không đồng nhất của các hạt Các hạt bám trên bề mặt vào lớp mạ được che phủ và chôn lấp cùng với kim loại kết tủa, kết thúc quá trình mạ ta được lớp mạ composite với nền là kim loại mạ cùng các hạt Các yếu tố ảnh hưởng của giai đoạn này: sự che phủ các hạt trên bề mặt catot bởi kim loại mạ kết tủa phụ thuộc vào tính chất của các hạt, thành phần và điều kiện... dẫn), nhiều chất phụ gia cũng làm tăng quá thế điện kết tủa 24 Trong mạ một số chất có khả năng hấp thụ lại là tạp chất trên bề mặt vật mạ ngăn cản sự liên kết giữa lớp mạ với bề mặt mạ, làm cho lớp mạ dễ bong Nhưng lại có một số chất có tác dụng hấp thụ làm cho lớp mạ có chất lượng như: chất làm bóng, làm cho lớp mạ nhẵn mịn, và có thể làm thay đổi quá trình tạo mầm Chất san bằng làm cho lớp mạ nhẵn,... để làm sạch mép gờ các chi tiết, các lò xo, bạc, các bánh răng và những vết gợn của bề mặt * Các phương pháp và thiết bị mạ điện Khi có sự khuếch tán pha trong chất điện phân nên cho phép lựa chọn các phương hướng chuyển động của các phần tử đến catot, qúa trình hình thành lớp mạ điện liên quan đến việc dẫn các phần tử trong dung dịch điện phân đến bề mặt chi tiết mạ Trong quá trình mạ cần phải hướng ... so thong so den chieu cao phun Lmax Lmax[m] 0.8 r 0.7 n 0.6 0.5 Nl 0.4 l Nl 0.3 d 0.2 l[m] r[m] n[v/ph] d[m] 330 350 370 0 .13 0 .15 0 .17 0.03 0.05 0.07 10 0 15 0 200 0. 013 0. 015 0. 017 Hình 2.8: Ảnh... = 17 mm = (17 .10 -3) m F d  3 ,14 (17 .10 3 ) = 226 .10 -6 (m2) (2.29) Lưu lượng lý thuyết (Qlt) xác định theo công thức: Qlt = F.V = 226 .10 -6 (m2).2,425 (m/s) = 650 .10 - 6(m3/s) = =650 .10 -6 .10 3.60=39... áp bể mạ (1) bể lắng (2) P1   0,3m 48 Lấy (22’) trùng với (00) → Z1 = Z2 = V12  , độ chênh mức dung dịch bể dung dịch Qua thiết diện (11 ’) có Z1 = 0; 2g bể lắng là: P1   H V22  ; có Qua