Anốt hóa nhôm và một số hợp kim bề mặt

ANỐT HĨA CỨNG CHO NHƠM VÀ MỘT SỐ HỢP KIM NHƠM ÐỂ CẢI THIỆN CÁC TÍNH CHẤT BỀ MẶT HARD ANODIZING OF ALUMINIUM AND ITS ALLOYS TO IMPROVE SURFACE PROPERTIES Nguyễn Thuý Ái, Nguyễn Thanh Lộc, Ðặng Vũ Ngoạn Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường Ðại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, Việt Nam TĨM TẮT Anốt hóa cứng biết đến qui trình hiệu để tạo lớp phủ cứng chịu mài mòn Al hợp kim Lớp phủ có bề dày (75-100 m) lớn lớp phủ anốt hóa thơng thường Tuy nhiên qui trình anốt hóa cứng lại đòi hỏi số điều kiện riêng biệt nhiệt độ thấp, mật độ dòng cao dung dịch điện phân đặc biệt Các đòi hỏi gây khó khăn cho việc thiết kế vận hành qui trình Do việc tìm qui trình tạo lớp phủ cứng nhiệt độ cao cần thiết Trong báo này, qui trình anốt hóa cứng hổn hợp dung dịch axít formic axít oxalic nghiên cứu Nhôm kỹ thuật 99,8%, Hợp kim Al-Mg-Si (6061) đại diện cho nhóm hợp kim biến dạng khơng hóa bền nhiệt luyện Hợp kim Al-Cu (Ðura) đại diện cho nhóm hợp kim biến dạng hóa bền nhiệt, chứa pha thứ hai hóa bền Ảnh hưởng thơng số điện hóa đến bề dày, độ cứng, độ xốp, độ chịu mài mòn lớp phủ khảo sát ABSTRACT Hard anodizing is known as an efficient process to produce a hard and wear resistance coating over aluminum and its alloys The thickness of this coating is thicker (75-100 mm) than the one obtained from normal anodizing However the process requires some special conditions such as very low temperature, high current density and particular electrolytes That brings out a lot of difficulties in process setting up and operation Therefore, it is necessary to find a new process which can produce a harder coating at higher temperature In this paper, hard anodizing over aluminum, Duralumin and 6061 alloy in a mixture of oxalic acid and formic acid was studied The effects of electrochemical parameters on coating thickness, hardness, porosity and wear reasistance were also investigated ÐẶT VẤN ÐỀ Hiện nay, giới có xu hướng thay dần hợp kim sắt thép thơng thường vật liệu nhơm tính ưu việt loại vật liệu (nhẹ, bền ăn mòn dễ tạo hình, v.v.) Ðặc biệt công nghệ hàng không, tàu biển, ôtô,v.v…giúp giảm đáng kể khối lượng phương tiện điều dẫn tới tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất hoạt động giảm thiểu tác nhân ô nhiễm môi trường Trong đó, anốt hóa khâu quan trọng để xử lý sản phẩm nhôm Những năm gần đây, cơng nghệ anốt hóa đặc biệt quan tâm phát triển mạnh mẽ khía cạnh cơng nghệ tạo lớp phủ anốt hóa có độ dày (>50 µm) độ cứng cao (trên 3500 MPa) khác với lớp phủ anốt hóa trước thường mỏng khơng có khả chịu mài mòn Lớp phủ anốt hóa cứng: dày, chịu mài mòn tốt, có độ xốp định nên có khả ngấm dầu bơi trơn ứng dụng phổ biến lĩnh vực kỹ thuật công nghiệp để tăng cường khả hoạt động cho chi tiết chịu mài mòn bề mặt pitông, xylanh, bánh động nước, v.v Cơng nghệ anốt hóa cứng áp dụng thành công nhiều nước giới như: Anh, Mỹ, Thụy Sĩ, Hàn Quốc,v.v.Trong nước, công nghệ anốt hóa cứng quan tâm nghiên cứu chưa phổ biến ứng dụng rộng rãi Các nghiên cứu chủ yếu thực dung dịch sulfuric, với độ cứng 4000 MPa gặp nhiều khó khăn việc phải làm lạnh dung dịch điện phân xuống tới 50C Do đó, đề tài đặt với mục đích tìm kiếm hệ dung dịch có khả anốt hóa sâu, tạo lớp phủ có độ cứng cao có khả anốt hóa cứng nhiệt độ thường Ở Việt Nam, cơng nghệ anốt hóa cứng ứng dụng nhiều việc tăng bền phục hồi chi tiết từ nhôm hợp kim nhôm Cụ thể sau: • Cơng nghệ anốt hóa cứng dùng để nâng cao tuổi thọ, chế tạo phục hồi in offset thay trước phải nhập từ nước với giá cao Các in anốt hóa có tuổi thọ tăng lên rõ rệt từ 5000-10000 lần so với 500-1000 lần so với chưa anốt hóa [15] • Ðối với chi tiết đơi piston, xecmăng, xylanh, van trượt phần tử khí nén, chi tiết bạc lót bơm, v.v.thì anốt hóa khâu xử lý khơng thể thiếu để tạo bề mặt chịu mài mòn tốt có khả tự bơi trơn • Ðặt biệt cơng nghiệp dệt, sợi có nhiều chi tiết máy nhôm cần tăng cứng tăng bền như: túi góp sợi, gàng kéo sợi, góp sợi, v.v PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Các thông số công nghệ tối ưu chọn theo giá trị độ cứng cao nhất; giá trị độ dày dùng để đánh giá mức độ phù hợp độ dày lớp phủ anốt hóa cứng theo tiêu chuẩn ASTM (độ dày lớp anốt hóa cứng dùng kỹ thuật phải lớn 50 µm) nhận xét quy luật ảnh hưởng thơng số điện hóa đến lớp phủ Các giá trị tối ưu đưa số liệu phù hợp khoảng giá trị khảo sát (được thể số in đậm) Chọn vật liệu làm mẫu Mẫu anốt hóa chọn đại diện cho số nhóm hợp kim tiêu biểu Cụ thể sau: ♦ Nhôm kỹ thuật 99,8% ♦ Hợp kim Al-Mg-Si (6061) đại diện cho nhóm hợp kim biến dạng khơng hóa bền nhiệt luyện ♦ Hợp kim Al-Cu (Ðura) đại diện cho nhóm hợp kim biến dạng hóa bền nhiệt, chứa pha thứ hai hóa bền Thành phần nguyên tố hóa học mẫu nghiên cứu (phân tích máy quang phổ phát xạ Spectromax) sau: Bảng 1: Thành phần nhôm kỹ thuật Nguyên Thành Nguyên Thành tố phần % tố phần % Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Cr Pb Sn 0,044 0,093 0,001 0,002 0,002 0,005 0,002 0.002