Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng mạ xoa

Luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, khóa luận, cao học, đề tài

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I ------------------------------------------- Phạm Thế Vinh Nghiên cứu ảnh hởng của một số thông số công nghệ đến chất lợng mạ xoa Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành : Cơ khí nông nghiệp M số : 4 18 01 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Hoàng Văn Châu TS. Đào Quang Kế Hà nội 2004 1 Lời cảm ơn Tôi xin chân trọng cảm ơn Tiến sĩ Hoàng Văn Châu và Tiến sĩ Đào Quang Kế là những ngời trực tiếp hớng dẫn tôi thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo trong khoa Cơ - Điện trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội và các cán bộ thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm cấp nhà nớc về Hàn và xử lý bề mặt Viện Nghiên cứu Cơ Khí thuộc Bộ Công nghiệp đ tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này. 2 Lời Cam đoan Tôi xin cam đoan rằng tất cả các số liệu và kết quả đ đợc nghiên cứu trong luận văn này đều đợc thực nghiệm và kiểm tra đánh giá trung thực, không có trong bất cứ tài liệu nào . Tôi xin cam đoan mọi thông tin đợc sử dụng trong luận văn nếu sử dụng tài liệu nào thì đều đợc trích dẫn đầy đủ và chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Phạm Thế Vinh 3 Mục lục Danh mục Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục i Danh mục các hình vẽ, bảng, ảnh ii Đặt vấn đề 1 Chơng 1. Tổng quan, mục đích và nội dung nghiên cứu 3 1.1. Đặc điểm, tình hình ứng dụng công nghệ mạ xoa 3 1.1.1. Đặc điểm của công nghệ mạ xoa 3 1.1.2. Tình hình ứng dụng công nghệ mạ xoa 5 1.2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 8 1.3. Giới hạn nội dung nghiên cứu 8 Chơng 2. Phơng pháp nghiên cứu 9 2.1. Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết 9 2.2. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 9 2.3. Phơng pháp xác định và xử lý số liệu thực nghiệm 10 2.4. Phơng pháp kiểm tra 11 Chơng 3. Nghiên cứu lý thuyết 12 3.1. Dung dịch điện ly, cơ sở tạo thành lớp mạ điện 12 3.1.1. Dung dịch điện ly 12 3.1.2. Sự hình thành lớp mạ 12 3.1.3. ảnh hởng của sự phân cực đối với mạ điện 15 3.1.4. Phân bố chiều dày lớp mạ 16 3.2. Cơ sở lý thuyết của mạ xoa 18 3.2.1. Cơ sở lý thuyết chung 18 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng lớp mạ xoa 22 3.2.2.1. ảnh hởng của điện áp mạ xoa 22 3.2.2.2. ảnh hởng của mật độ dòng điện mạ xoa 22 4 3.2.2.3. ảnh hởng của kim loại nền 24 3.2.2.4. ảnh hởng của dung dịch đến chất lợng mạ xoa 26 3.2.2.5. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch mạ xoa 38 3.2.2.6. ảnh hởng của tốc độ tơng đối giữa bút mạ và chi tiết 39 3.3. Công nghệ mạ xoa một số vật liệu cơ bản 40 3.3.1. Mạ đồng 40 3.3.1.1. Tính chất và ứng dụng của mạ đồng 40 3.3.1.2. Mạ Đồng sunfat 41 3.3.1.3. Mạ đồng xianua 42 3.3.1.4. Tẩy lớp mạ đồng 45 3.3.2. Mạ ni ken 46 3.3.2.1. Tính chất và phạm vi ứng dụng 46 3.3.2.2. Mạ niken mờ 46 3.3.2.3 . Mạ niken bóng 50 3.3.2.4. Mạ niken nhiều lớp 44 3.3.3. Phân loại lớp mạ 52 3.3.3.1. Lớp mạ bảo vệ 52 3.3.3.2. Lớp mạ trang trí 53 3.3.3.3. Lớp mạ kỹ thuật 53 3.3.4. Đánh giá chất lợng lớp mạ 53 3.3.4.1. Các thông số đánh giá chất lợng 53 3.3.4.2. Cơ sở lý thuyết về các phơng pháp kiểm tra lớp mạ 54 Chơng 4. Nghiên cứu thực nghiệm 59 4.1. Thiết bị công nghệ mạ xoa 59 4.1.1. Hệ thống thiết bị mạ xoa xách tay 100A LDC 59 4.1.2. Hệ thống bơm, lọc và gia nhiệt dung dịch 60 4.1.3. Đồ gá phụ trợ mạ xoa 61 4.2. Chọn các mẫu thí nghiệm 61 4.3. Lựa chọn dung dịch Mạ 62 5 4.3.1. Dung dịch mạ 62 4.3.1.1. Thành phần dung dịch tẩy rửa và hoạt hoá 62 4.3.1.2. Thành phần dung dịch mạ 63 4.4. Quy trình công nghệ mạ xoa 64 4.5. Một số công thức tính toán trong công tác thực nghiệm 65 4.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm 66 4.6.1. Kết quả mạ niken trên nền thép cácbon 66 4.6.1.1. Đánh giá kết quả ảnh hởng của mật độ dòng điện đến chất lợng mạ niken 68 4.6.1.2. Đánh giá ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến chất lợng của lớp mạ 73 4.6.2. Kết quả mạ đồng trên nền thép cácbon 78 4.6.2.1. Đánh giá kết quả ảnh hởng của mật độ dòng điện đến chất lợng mạ đồng 78 4.6.2.2. Đánh giá kết quả ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến chất lợng mạ đồng 82 4.6.3. Đánh giá kết quả mạ niken trên nền nhôm hợp kim 86 4.6.4. Đánh giá kết quả mạ đồng trên nền nhôm hợp kim 87 Kết luận và đề nghị 89 Tài liệu tham khảo 90 Phụ lục 92 6 Danh mục Các hình vẽ, bảng và ảnh Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị mạ xoa 100 A Hình 3.1. Đờng cong phân cực catôt Hình 3.2. Thay đổi dạng kết tủa theo mật độ dòng điện Hình 4.1. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ dày lớp mạ niken Hình 4.2. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ cứng lớp mạ niken Hình 4.3. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ nhám lớp mạ niken Hình 4.4. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ xốp lớp mạ niken Hình 4.5. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến độ dày lớp mạ niken Hình 4.6. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến độ cứng lớp mạ niken Hình 4.7. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến độ nhám lớp mạ niken Hình 4.8. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến độ xốp lớp mạ niken Hình 4.9. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ dày lớp mạ đồng Hình 4.10. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ cứng lớp mạ đồng Hình 4.11. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ nhám lớp mạ đồng Hình 4.12. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến độ xốp lớp mạ đồng Bảng 1.1. Các dạng phục hồi chi tiết Bảng 3.1. Đơng lợng điện hoá một số nguyên tố Bảng 3.2. Độ cứng của một số lớp mạ sau khi nhiệt luyện (HV) Bảng 3.3. Phân loại dung dịch mạ xoa Bảng 3.4. Điện thế và thời gian làm sạch bằng điện đối với các loại kim loại nền khác nhau Bảng 3.5. Thành phần và chế độ làm việc của một số loại dung dịch làm sạch bằng điện Bảng 3.6. Một số loại dung dịch mạ xoa Bảng 3.7. Lựa chon dung dịch mạ theo độ cứng lớp mạ Bảng 3.8. Những sự cố và biện pháp khắc phục khi mạ Đồng Sunfat Bảng 3.9. Thành phần và chế độ làm việc của dung dịch mạ đồng xianua Bảng 3.10. Những sự cố và biện pháp khắc phục khi mạ Đồng xianua 7 Bảng 3.11. Thành phần và chế độ làm việc tẩy lớp mạ đồng bằng phơng pháp điện hoá Bảng 3.12. Thành phần và chế độ làm việc của dung dịch mạ niken mờ Bảng 3.13. Những sự cố và biện pháp khắc phục khi mạ niken mờ Bảng 3.14. Những sự cố và biện pháp khắc phục khi mạ niken bóng Bảng 4.1. Một số thông số và thành phần dung dịch mạ LDC Bảng 4.2. Kết quả chất lợng mạ niken trên nền thép cacbon Bảng 4.3. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến chất lợng lớp mạ niken Bảng 4.4. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến chất lợng của lớp mạ niken Bảng 4.5. ảnh hởng của mật độ dòng điện đến chất lợng lớp mạ đồng Bảng 4.6. ảnh hởng của nhiệt độ dung dịch đến chất lợng của lớp mạ đồng Bảng 4.7. Kết quả thực nghiệm mạ niken trên nền nhôm Bảng 4.8. Kết quả thực nghiệm mạ đồng trên nền nhôm ảnh 4.1. Dụng cụ mạ cầm tay ảnh 4.2. Bộ nguồn và thiết bị gia nhiệt của máy mạ xoa 100 A ảnh 4.3. Mạ trên nền mẫu phẳng ảnh 4.4. Mạ trên nền Piston ảnh 4.5. Các mẫu phẳng sau khi mạ ảnh 4.6. ảnh chụp cắt lớp lớp mạ niken ảnh 4.7. Chụp kim tơng bề mặt lớp mạ niken với độ phóng đại 500 lần ảnh 4.8. Chụp kim tơng căt lớp niken với độ phóng đại 500 lần ảnh 4.9. Chụp kim tơng căt lớp đồng với độ phóng đại 500 lần ảnh 4.10. Chụp kim tơng bề mặt lớp mạ đồng với độ phóng đại 500 lần ảnh 4.11. Chụp cắt lớp các mẫu mạ đồng với các dòng điện khác nhau 8 đặt vấn đề Bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính nh khả năng chống gỉ, chịu mài mòn, chịu nhiệt v.v có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ và độ tin cậy của chúng, qua nghiên cứu ngời ta thấy rằng hầu hết các chi tiết máy bị h hỏng bắt đầu từ việc phá huỷ bề mặt ngoài của chúng. Do đó, việc tạo nên một lớp kim loại có độ bền cao trên bề mặt chi tiết nhằm bảo vệ bề mặt, đồng thời có thể phục hồi kích thớc của chúng sau một thời gian làm việc nhằm kéo dài thời gian sử dụng của máy móc thiết bị có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay thì bề mặt vật liệu đã đợc xử lý bằng những công nghệ hoá lý khác nhau. Công nghệ xử lý bề mặt có thể là các phơng pháp phủ nh phủ điện hoá, hoá học, mạ điện, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun plasma, phun nổ, phun siêu âm v.v và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa . Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện, là một nội dung quan trọng của công nghệ xử lý bề mặt. ở một số nớc trên thế giới, mạ xoa cũng giống nh các phơng pháp mạ điện khác, đợc công nhận là rất hữu ích trong việc mạ bảo vệ và phục hồi các chi tiết máy nói riêng và bảo vệ bề mặt vật liệu nói chung, đợc ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp và quân sự. Mạ xoa là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền chi tiết nó có những tính chất cơ, lý, hoá đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật mong muốn. Sự hình thành lớp mạ là quá trình kết tinh gián đoạn ion kim loại trong dung dịch mạ dới tác dụng của dòng điện một chiều, chỉ có sự kết tinh tại nơi tiếp xúc giữa bút xoa và chi tiết mạ. Sự dịch chuyển của bút xoa hạn chế sự lớn lên và xát nhập của các hạt tinh thể, do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều hạt tinh thể siêu mịn và lệch vị, dẫn tới nâng cao, củng cố độ cứng của lớp mạ. Mạ xoa là một trong những công nghệ bề mặt tiên tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thớc, vừa tạo đợc chất lợng bề mặt về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn v.v . Do đó nó đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành 9 kinh tế nh công nghiệp, nông nghiệp, hàng không, hàng hải, cơ giới công trình, thiết bị điện tử, khai thác mỏ v.v ở nớc ta hiện nay kỹ thuật mạ xoa còn rất mới mẻ, một vài nơi có thiết bị mạ xoa xong việc sử dụng và khai thác chúng còn nhiều hạn chế. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, để có thể ứng dụng rộng rãi kỹ thuật công nghệ mạ xoa trong các ngành kimh tế hiện nay, mục đích đề tài đặt ra là: Nghiên cứu ảnh hởng của một số thông số công nghệ đến chất lợng mạ xoa. Đề tài đợc thực hiện và hoàn thành tại Phòng thí nghiệm trọng điểm cấp nhà nớc Công nghệ hàn và xử lý bề mặt, Viện Nghiên cứu Cơ khí thuộc Bộ Công nghiệp và Bộ môn Công nghệ cơ khí, khoa Cơ - Điện, trờng Đại học Nông nghiệp I. 10 . trình mạ. Nghiên cứu tính chất cơ - lý - hoá của một số loại vật liệu mạ: mạ đồng, mạ niken, nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng. cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến chất lợng lớp mạ xoa 22 3.2.2.1. ảnh hởng của điện áp mạ xoa 22 3.2.2.2. ảnh hởng của mật độ dòng điện mạ xoa