Tổng hợp Hóa bền Cơ khí

Cơ sở để xác định chuyển biến về tổ chức khi nung nóng thép là giản đồ trạng thái của hợp kim Fe – C được biểu diễn trong phần trước. Quá trình chuyển biến khi nung nóng được trình bày trên hình vẽ 4.1. Thép cùng tích với tổ chức duy nhất là péclít nên sau khi nung nóng trên đường A1 sẽ có tổ chức hoàn toàn là austenít và khi tiếp tục nung nóng không còn chuyển biến pha nào khác.

MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN CHƯƠNG I: BỀ MẶT VẬT LIỆU CƠ KHÍ Bài tập 1: Phân biệt dạng trạng thái bề mặt vật liệu: bề mặt thô (bề mặt ban đầu), bề mặt trước gia công, bề mặt sau gia công, bề mặt trước xử lý, bề mặt sau xử lý Bài tập 2: Hãy tìm hiểu quan hệ chất lượng bề mặt thép tốc độ ăn mòn Bài tập 3: Với môi trường cho trước phải chọn vật liệu nào? Bài tập 4: Định luật Faraday trình điện phân Tiểu luận 1: Cùng ngun lý điện hóa áp dụng cơng nghệ khác như: - Công nghệ làm bề mặt kim loại điện hóa - Cơng nghệ mạ điện - Công nghệ tạo kim loại bột điện hóa Hãy cho biết giống khác công nghệ Nêu rõ đặc trưng điển hình cơng nghệ CHƯƠNG II: QUY TRÌNH TỔNG QT NHẰM XỬ LÝ BẢO VỆ VÀ HĨA BỀN BỀ MẶT VẬT LIỆU KIM LOẠI Bài tập 1: Tại bột kim cương dùng đánh bóng/mài bóng được cho tất kim loại hợp kim trừ hợp kim FeC Tiểu luận 1: Nguyên lý vận hành phạm vi ứng dụng phương pháp phun cát xử lý bề mặt Tiểu luận 2: Siêu âm gì? Ngun lý tạo thành sóng siêu âm Nêu số ứng dụng thực tiển sóng siêu âm Chuyên đề 1: Tìm hiể u bản chấ t của quá trình là m sa ̣ch bề mă ̣t thép dung dich ̣ NaOH kế t hơ ̣p với sóng siêu âm CHƯƠNG III: MẠ ĐIỆN Bài tâ ̣p 1: Ma ̣ đồ ng bằ ng dung dich ̣ Cu-CN, CuSO4 + H2SO4 - Quy triǹ h ma ̣ - Tiń h toá n bề dày lớp ma ̣ với thời gian cho trước theo đinh ̣ luâ ̣t Faraday - Tính toá n thời gian với bề dà y lớp ma ̣ cho trước theo đinh ̣ luâ ̣t Faraday Bài tâ ̣p 2: Ma ̣ điê ̣n cho Ni bằ ng dung dich ̣ Watt và các biế n thể của dung dich ̣ này Nêu những khuyế t tâ ̣t dung dich ̣ ma ̣ Ni Quy trình pha chế dung dich, ̣ các yêu cầ u về an toàn và bảo vê ̣ môi trường pha chế dung dich ̣ CHƯƠNG VI: KHUẾCH TÁN Bài tập 1: Bài tập vật liệu đại chương V Tiể u luâ ̣n 1: Hai đinh ̣ luâ ̣t Fick I và Fick II Dựa định luật khuếch tán, xác định quan hệ thời gian thấm C, nhiệt độ thấm, chiều dày lớp thấm Tiểu luận 2: Tại thấm Nitơ nhiệt độ không 5600C mà không thấm nhiệt độ cao Bài tập 2: Hãy phân tích q trình khuếch tán nung nóng thép tích: > 𝐴𝑐1 P 0,8%C As Tiểu luận 3: Công nghệ sơn tĩnh điện Xử lý bề mặt trước sơn > 𝐴𝑐3 [Fe3C + F] 0,8%C As CHƯƠNG I: BỀ MẶT VẬT LIỆU CƠ KHÍ Bài tập 1: Phân biệt dạng trạng thái bề mặt vật liệu: bề mặt thô (bề mặt ban đầu), bề mặt trước gia công, bề mặt sau gia công, bề mặt trước xử lý, bề mặt sau xử lý BÀI LÀM Khái niệm bề mặt chi tiết Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Bề mặt chi tiết phần ranh giới phân chia chi tiết máy môi trường làm việc với chi tiết máy khác cấu, phận - Điều kiện làm việc: + Chịu ảnh hưởng trực tiếp tác động mơi trường tác động cơ, lý hóa + Là nơi tiếp nhận tải trọng nên thường xuyên chịu ma sát, mài mòn cấu + Dễ bị biến dạng tróc rỗ bề mặt - Khả làm việc chi tiết máy phụ thuộc nhiều vào chất lượng trạng thái lớp bề mặt Trạng thái bề mặt tiêu tập hợp nhiều tính chất quan trọng lớp bề mặt: + Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) + Trạng thái tính chất lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng ) + Phản ứng lớp bề mặt môi trường làm việc (tính chống mòn, khả chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi ) Những khái niệm số tiêu đánh giá trạng thái bề mặt: a Độ nhám bề mặt (hình học tế vi, độ bóng) - Trong q trình hình thành phơi phoi kim loại tạo vết xước cực nhỏ bề mặt gia công Như vậy, bề mặt có độ nhám - Độ nhám bề mặt gia công đo chiều cao nhấp nhơ Rz sai lệch profin trung bình cộng Ra lớp bề mặt * Chiều cao nhấp nhô Rz : trị số trung bình tổng giá trị tuyệt đối chiều cao đỉnh cao chiều sâu đáy thấp profin tính phạm vi chiều dài chuẩn đo l - Trị số Rz xác định sau: Rz  (h1  h3  h9 )  (h2  h5  h10 ) Hình 1.1: Độ nhám bề mặt chi tiết - Chiều dài chuẩn l chiều dài phần bề mặt chọn để đo độ nhám bề mặt, khơng tính đến dạng mấp mơ khác có bước lớn l * Sai lệch profin trung bình cộng Ra: trung bình số học giá trị tuyệt đối khoảng cách từ điểm profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình Ra  n  yi n i 1 - Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc chi tiết máy - Nhám nhỏ bề mặt nhẵn, khả chống lại ăn mòn tốt: bề mặt nhẵn bóng lâu bị gỉ - Độ nhám bề mặt sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt phạm vi chiều dài chuẩn ngắn l Theo tiêu chuẩn Nhà nước độ nhẵn bề mặt chia làm 14 cấp ứng với giá trị Ra, Rz (cấp 14 cấp nhẵn nhất, cấp cấp nhám nhất) - Trong thực tế sản xuất, người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo mức độ: thô (cấp ÷ 4), bán tinh (cấp ÷ 7), tinh (cấp ÷ 11), siêu tinh (cấp 12 ÷ 14) Trong thực tế, thường đánh giá nhám bề mặt hai tiêu b Độ sóng bề mặt Độ sóng bề mặt chu kỳ khơng phẳng bề mặt chi tiết máy quan sát phạm vi lớn độ nhám bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Người ta dựa vào tỷ lệ gần chiều cao nhấp nhơ bước sóng để phân biệt độ nhám bề mặt độ sóng bề mặt chi tiết máy h L H - Độ nhám bề mặt ứng với tỷ lệ: l/h = ÷ 50 - Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ: L/H = 50 ÷ 1000 Trong đó: L: khoảng cách đỉnh sóng l: khoảng cách đỉnh nhấp nhơ tế vi H chiều cao sóng h: chiều cao c Ðộ cứng Ðộ cứng khả vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén - Nếu giá trị lực nén, lõm biến dạng mẫu lớn, sâu độ cứng mẫu đo Ðo độ cứng phương pháp thử đơn giản nhanh chóng để xác định tính chất vật liệu mà không cần phá hủy chi tiết - Ðộ cứng đo nhiều phương pháp khác dùng tải trọng ấn viên bi thép nhiệt luyện cứng mũi côn kim cương mũi chóp kim cương lên bề mặt vật liệu cần thử, xác định kích thước vết lõm in bề mặt vật liệu đo Thường dùng loại độ cứng Brinen (HB), độ cứng Rockwell (HRC, HRB HRA), độ cứng Vícke (HV) Phân biệt dạng trạng thái bề mặt vật liệu a Trạng thái bề mặt thô (bề mặt ban đầu) Bề mặt thô bề mặt ban đầu (bề mặt nguyên thủy) chưa qua q trình gia cơng cắt gọt hay xử lý bề mặt Bề mặt thô thường tạo từ phương pháp chế tạo phôi thô đúc phương pháp gia công không phôi khác rèn, dập, cán, kéo, hàn… - Nhìn chung, sau chế tạo phương pháp gia công không phoi, phơi thường có kích thước thơ, xù xì, rổ khí, nứt, chai cứng, hình dạng hình học có nhiều sai lệch méo mó, ovan, cong vênh… độ bóng bề mặt độ xác Sau cần phải qua gia cơng cắt gọt dùng Tuy nhiên có nhiều trường hợp khơng cần qua gia công cắt gọt không cần thiết (bề mặt thô bề mặt lắp ghép) đạt độ xác độ nhẵn bề mặt cần thiết nhờ gia công phương pháp đặc biệt đúc áp lực, đúc xác theo mẩu chảy hay rèn khn xác… - Bề măt phôi sau đúc phôi sau chế tao áp lực hai trạng thái bề mặt phôi thô thường gặp Sau ta đánh giá trạng thái bề mặt hai phương pháp chế tạo phơi - Phơi sau đúc: + Bề mặt có nhiều khuyết tật (rổ khí, rổ xỉ, lẫn tạp chất, nứt…) + Độ bóng độ xác bề mặt + Bề măt chi tiết có tổ chức hạt tính khơng đồng điều làm giảm khả chiệu lực chi tiết + Bề mặt phôi bị nhám cục + Vật đúc nguội từ vào trong, kim loại bề mặt nguội nhanh tạo nên cấu trúc tinh thể hạt nhỏ, kim loại phía nguội chậm nên cấu trúc hạt to nên bề mặt ngồi thường cứng - Phơi sau chế tạo áp lực: thường chia thành gia công chế tạo phơi nóng gia cơng chế tạo phơi nguội + Nhìn chung phơi sau chế tạo áp lực (cán, kéo,…) thường có bề mặt có độ bóng, độ xác cao đúc, khó biến dạng, tạo thớ kim loại theo phương cán, kéo + Phôi sau chế tạo áp lực thường có bề mặt bị biến cứng hóa bền mạng tinh thể bề mặt trược bị xô lệch, bị vặn vẹo, vụn cản trở trượt nên tạo biến cứng lớp bề mặt, cần phải qua trình ủ kết tinh lại để phục hồi tính dẻo bề mặt + Gia cơng chế tạo phôi nguội: gia công thấp nhiệt độ kết tinh lại Độ nhẵn bóng, độ xác chất lượng bề mặt thường cao (thường tốt phơi đúc) Bề mặt có tính tốt, phơi khó biến dạng, dể biến cứng bề mặt, dể bị nứt nẻ Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN + Gia cơng chế tạo phơi nóng: gia công cao nhiệt độ kết tinh lại Khi chế tạo phôi phương pháp gia công nóng thường hạn chế chi tiết nhỏ mỏng dể bị chảy thủng, bề mặt dể bị oxy hóa than, giảm độ nhẵn độ xác b Trạng thái bề mặt trước gia công Bề mặt trước gia công thường bề mặt thô (bề mặt ban đầu) cần gia công bề mặt mà chưa đạt độ bóng, độ xác yêu cầu (bề mặt phôi sau nhiệt luyện, bề mặt phôi sau cán, kéo…) cần phải gia công cắt gọt lại Vậy nên bề mặt trước gia cơng thường có trạng thái bề mặt giống với trạng thái bề mặt phôi thô (phôi ban đầu) Tuy nhiên bề mặt phôi sau nhiệt luyện thường có độ bền, cứng cao có lớp oxy hóa bề mặt c Trạng thái bề mặt sau gia công - Bề mặt chi tiết sau gia cơng thường có độ phẳng, độ xác cao Tuy nhiên không phẳng cách lý tưởng mà có nhấp nhơ Những nhấp nhơ kết trình biến dạng dẻo bề mặt chi tiết sau gia công kim loại vết lưởi cắt để lại bề mặt chi tiết gia công, chế độ cắt, rung động thống cơng nghệ q trình cắt tính chất vật liệu gia cơng, thơng số dụng cụ cắt dung dịch trơn nguội… Ngồi có vết xướt, vết trầy q trình gia cơng - Ta thường xét đến giai đoạn gia cơng có phoi là: giai đoạn thứ gia công thô, tức lấy phần lượng dư gia công, giai đoạn người ta ý đến sai số hình dáng, kích thước, chất lượng bề mặt gia công; giai đoạn hai gồm bước gia công bán tinh, gia công tinh hớt bỏ lượng nhỏ lượng dư gia cơng lại để đạt độ xác hình dáng, kích thước chất lượng bề mặt gia công theo yêu cầu kỹ thuật vẽ chi tiết Ta xét trang thái bề mặt q trình gia cơng thơ gia cơng tinh chi tiết Gia cơng thơ: độ bóng, độ xác thường người ta quan tâm tới chất lượng bề mặt gia công gia đoạn Gia cơng tinh: có độ bóng, độ xác cao Bảng 1.1: Độ xác độ nhẵn đạt qua phương pháp gia công Phương pháp gia công Cấp xác Độ nhẵn bề mặt Tiện tinh Tiện thơ 4÷6 Doa tinh (dụng cụ thép gió) Khoan, kht rộng lỗ 4÷6 4÷5 Phay (dao mặt trụ dao mặt đầu) 2÷4 6÷7 Phay xọc 2÷4 6÷7 Cắt ren taro có mài 1÷2 7÷8 Cắt ren taro khơng mài 4÷5 Mài thơ 5÷7 Mài tinh 2÷3 7÷8 Mài mỏng 1÷2 8÷10 d Trạng thái bề mặt trước xử lý Bề mặt trước xử lý bề mặt sau gia công bề mặt thô đạt yêu cầu độ nhám độ xác bề mặt Nên trạng thái bề mặt trước xử lý thường giống trang thái bề mặt sau gia công Những bề mặt trước xử lý thường đem nhiệt luyện để tăng tính Bề mặt trước xử lý có độ xác, độ phẵng cao bề mặt nhìn kính hiển vi rỗ không phẳng, làm tăng khả xâm nhiễm tổng diện tích bề mặt lên nhiều lần e Trạng thái bề mặt sau xử lý - Trước tiên hành phương pháp mạ hóa bền bề mặt, người ta thường mài bóng đánh bóng bề mặt (mài bóng đánh bóng làm cho bề mặt kim loại khơng vết xước, có độ phẳng độ bóng cao) phương pháp chà nhám, phun cát đánh bóng điện hóa Trong đánh bóng điện hóa làm cho bề mặt mịn, phẳng, khơng có nét đặc biệt soi kính hiển vi, có độ bóng láng, độ phản chiếu độ sáng cao - Q trình đánh bóng làm giảm đáng kể diện tích bề mặt bị xâm nhiễm loại bỏ tất vết nứt vi mô đường nứt bên Đánh bóng điện hóa thường làm giảm kết đo độ nhám bề mặt so với chưa đánh bóng điện hóa 50% Chất lượng bề mặt hoàn thiện phụ thuộc vào chất lượng vật liệu đánh bóng Một số thép hợp kim hay nhơm hợp kim khơng thể đánh bóng gương Một số vật đúc có dính xỉ hay bị rỗ khó đánh bóng gương - Tùy theo phương pháp xử lý mà tính chất trang thái bề mặt xử lý có đặc điểm khác Nhưng nhìn chung bề mặt sau xử lý có độ xác, độ bóng cao, tính tốt, chiệu mài mòn cao Bài tập 2: Hãy tìm hiểu quan hệ chất lượng bề mặt thép tốc độ ăn mòn BÀI LÀM Tìm hiểu sơ lược ăn mòn: Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Về nghĩa rộng ăn mòn dùng phá huỷ vật liệu bao gồm kim loại vật liệu phi kim loại có tương tác hoá học vật lý chúng với mơi trường ăn mòn gây Có thể đơn cử số tượng ăn mòn sau: + Sự chuyển hoá thép thành gỉ thép thép tiếp xúc với khơng khí ẩm + Sự rạn nứt đồng thau, kim loại đồng tiếp xúc với môi trường amoniac + Sự lão hoá vật liệu polyme tác dụng tia cực tím, tác dụng dung môi, nhiệt độ v.v + Sự ăn mòn thuỷ tinh mơi trường kiềm gây v.v - Ở quan tâm đến vấn đề ăn mòn kim loại, kim loại vật liệu sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp, có số ưu điểm hẳn vật liệu khác: độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao; độ bền học cao, độ co giảm, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao đặc biệt từ dễ dàng chế tạo thiết bị, máy móc v.v Dạng ăn mòn kim loại phổ biến gỉ sắt Gỉ sắt (có thành phần Fe2O3.nH2O) không bền xốp nên không bảo vệ sắt khỏi bị ăn mòn Hằng năm khoảng 10% kim loại khai thác bị ăn mòn, khơng sử dụng Có thể chống ăn mòn kim loại cách sơn, tráng men, tạo màng bảo vệ, mạ lớp kim loại khó bị ăn mòn crom, niken cách sử dụng protectơ Hình: Gỉ sắt - ví dụ quen thuộc ăn mòn - Do tính ưu việt vốn có kim loại kim loại xâm nhập vào hầu hết ngành công nghiệp dùng để chế tạo thiết bị, cấu kiện, máy móc ngành sau đây: khí chế tạo máy; cơng nghiệp lượng - nhà máy nhiệt điện; nhà máy điện ngun tử; cơng nghiệp quốc phòng - chế tạo vũ khí; cơng nghiệp hàng khơng - chế tạo máy bay; giao thông vận tải - chế tạo phương tiện giao thông: tầu biển, ô tô, xe hoả, cầu cống v.v ; công nghiệp xây dựng: xây dựng nhà, đặc biệt nhà cao tầng khu ven biển, cầu cảng; cơng nghiệp dầu khí - thiết bị khai thác chế biến dầu khí v.v Sự ăn mòn ngầm hiểu ăn mòn kim loại tác động hoá học vật lý mơi trường xâm thực làm suy giảm tính chất vật liệu làm giảm chất lượng, giảm thời gian khai thác máy móc, thiết bị cấu kiện, đương nhiên gây tổn thất lớn kinh tế quốc gia, đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển Vậy việc nghiên cứu ăn mòn bảo vệ kim loại vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn - Về định nghĩa ăn mòn kim loại phát biểu nhiều dạng khác Trên quan điểm nhìn nhận vấn đề ăn mòn kim loại phá huỷ kim loại gây thiệt hại thì: ăn mòn kim loại trình làm giảm chất lượng tính chất kim loại tương tác chúng với môi trường xâm thực gây Song cần phải lưu ý mục đích hồn thiện sản phẩm đơi tượng ăn mòn lại có tác dụng tích cực Ví dụ oxi hố nhơm để tạo bề mặt nhơm có lớp oxit nhơm bền vững chống lại ăn mòn nhơm mơi trường gây ra, mặt khác làm tăng vẻ đẹp, trang trí cho sản phẩm Việc xử lý bề mặt kim loại phương pháp hoá học điện hố để làm tăng độ bóng sản phẩm, gắn liền với hồ tan bề mặt kim loại (đánh bóng sản phẩm thép khơng gỉ, đánh bóng vật mạ trước mạ điện v.v ) Hình: Ăn mòn thép - Trong điều kiện dùng định nghĩa sau ăn mòn kim loại: Ăn mòn kim loại phản ứng không thuận nghịch xảy bề mặt giới hạn vật liệu kim loại môi trường xâm thực gắn liền với mát tạo bề mặt kim loại thành phần mơi trường cung cấp - Nếu xem tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hố ăn mòn kim loại định nghĩa sau: Ăn mòn kim loại q trình xảy phản ứng oxi hố khử mặt giới hạn tiếp xúc kim loại mơi trường chất điện li, gắn liền với chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo khử thành phần môi trường sinh dòng điện Phân loại dạng ăn mòn a Theo chế q trình ăn mòn - Ăn mòn hố học : q trình ăn mòn tác dụng hố học kim loại với mơi trường - Ăn mòn điện hố: q trình ăn mòn tác dụng điện hố học kim loại với mơi trường; phản ứng điện hóa xảy vùng khác bề mặt kim loại: vùng anốt vùng catốt Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện điện cực kim loại, mơi trường ăn mòn, nhiệt độ … b Theo điều kiện q trình ăn mòn - Ăn mòn khí : ăn mòn kim loại khí thường xảy nhiệt độ cao - Ăn mòn khí : ăn mòn kim loại khí tự nhiên - Ăn mòn chất điện giải : ăn mòn kim loại xảy chất lỏng dẫn điện - Ăn mòn đất - Ăn mòn dòng điện ngồi: ăn mòn điện hố tác dụng dòng điện chiều bên ngồi - Ăn mòn tiếp xúc: dạng ăn mòn điện hố gây kim loại có điện khác tiếp xúc với - Ăn mòn ứng suất: dạng ăn mòn tác dụng đồng thời mơi trường ăn mòn ứng suất học Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Ăn mòn sinh vật: số môi trường số vi sinh vật hoạt động tiết chất làm tăng q trình ăn mòn c Theo đặc trưng dạng ăn mòn * Ăn mòn tồn bộ: tồn bề mặt kim loại bị ăn mòn - Ăn mòn đều: tốc độ ăn mòn bề mặt kim loại - Ăn mòn khơng đều: tốc độ ăn mòn khơng bề mặt kim loại - Ăn mòn chọn lựa: phá huỷ pha cấu trúc hợp kim, hay cấu tử hợp kim * Ăn mòn cục bộ: vài phần bề mặt kim loại bị ăn mòn - Ăn mòn vết: tạo thành vết dài bề mặt kim loại - Ăn mòn hố: ăn mòn tạo thành hố có chỗ sâu, chỗ nơng - Ăn mòn điểm: ăn mòn dạng điểm khác đường kính 0,1 – 1,2 mm - Ăn mòn bề mặt: ăn mòn ban đầu bề mặt ưu tiên bề mặt - Ăn mòn tinh thể: ăn mòn nguy hiểm khơng thay đổi dạng bề mặt bên ngoài, làm giảm nhanh độ bền độ dẻo kim loại - Ăn mòn nứt: tác động đồng thời hai nhân tố ăn mòn học Kim loại nứt giới hạn hạt mà xuyên qua tinh thể Tốc độ ăn mòn Có loại tốc độ ăn mòn thường gặp là: - Độ giảm khối lượng mẩu/ đơn vị diện tích/ đơn vị thời gian: nghĩa tính theo lượng kim loại (tính theo gam) bị ứng với đơn vị thờigian đơn vị diện tích mẫu (về đơn vị theo quy ước) theo công thức sau: ∆𝑚 𝐴 𝐼 𝑔 𝐾= = 𝑖( ) 𝑆 𝜏 𝑛𝐹 𝑚 ℎ - Độ sâu ăn mòn/ đơn vị thời gian hay bề dày lớp kim loại ăn mòn/ đơn vị thời gian: 𝛿 𝐾 ∆𝑚 𝐴 𝑚 𝑣= = = = 𝑖( ) 𝜏 𝑑 𝑑𝑆𝜏 𝑛𝐹𝑑 ℎ Trong đó: ∆m độ giảm khối lượng (g) S diện tích (m2) τ thời gian điện phân (giây) A nguyên tử lượng nguyên kim loại (g/mol) F số Faraday (F = 96500 C/mol) i mật độ dòng ăn mòn (A/m2) n số điện tử trao đổi d khối lượng riêng kim loại (g/cm³) Quan hệ chất lượng bề mặt thép tốc độ ăn mòn a Ảnh hưởng chất lượng bề mặt đến tính tốc độ mòn học * Ảnh hưởng độ nhám bề mặt Do thông thường bề mặt hai chi tiết tiếp xúc có nhấp nhơ tế vi nên giai đoạn đầu trình làm việc, hai bề mặt tiếp xúc số đỉnh cao nhấp nhơ; diện tích tiếp xúc thực phần diện tích tính tốn Tại đỉnh tiếp xúc đó, áp suất lớn, thường vượt giới hạn chảy, có vượt giới hạn bền vật liệu áp suất làm cho điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi làm biến dạng dẻo nhấp nhơ, biến dạng tiếp xúc Khi hai bề mặt có chuyển động tương xảy tượng trượt dẻo đỉnh nhấp nhô, đỉnh nhấp nhơ bị mòn nhanh làm khe hở lắp tăng lên tượng mòn ban đầu Trong điều kiện làm việc nhẹ vừa, mòn ban đầu làm cho chiều cao nhấp nhơ giảm 65 ÷ 75%; lúc diện tích tiếp xúc thực tăng lên áp suất tiếp xúc giảm Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, q trình mài mòn trở nên bình thường chậm, giai đoạn mòn bình thường (giai đoạn này, chi tiết máy làm việc tốt nhất) Cuối giai đoạn mòn kịch liệt, bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng Mối quan hệ lượng mòn thời gian sử dụng cặp chi tiết ma sát với tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu biểu thị sau: Độ mòn [u] Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Các đường đặc trưng a, b, c ứng với ba độ nhám ban đầu khác bề mặt tiếp xúc Đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu nên giai đoạn mòn ban đầu xảy nhanh nhất, cường độ mòn lớn giai đoạn mòn ban đầu Thực nghiệm chứng tỏ rằng, giảm tăng độ nhám tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc chi tiết máy đạt lượng mòn ban đầu nhất, qua đó, kéo dài tuổi thọ chi tiết máy (Đường ứng với điều kiện làm việc nhẹ Đường ứng với điều kiện làm việc nặng) Lượng mòn ban đầu ứng với giá trị Ra điểm Ra1, Ra2 giá trị tối ưu Ra Nếu Ra nhỏ giá trị tối ưu Ra1, Ra2 bị mòn kịch liệt phấn tử kim loại dễ khuếch tán Ngược lại, giá trị Ra lớn trị số tối ưu Ra1, Ra2 lượng mòn tăng lên nhấp nhơ bị phá vỡ cắt đứt * Ảnh hưởng lớp biến cứng bề mặt - Lớp biến cứng bề mặt chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn - Biến cứng bề mặt làm hạn chế khuếch tán ôxy không khí vào bề mặt chi tiết máy để tạo thành ôxyt kim loại gây ăn mòn kim loại Ngồi ra, biến cứng hạn chế q trình biến dạng dẻo tồn phần chi tiết máy, qua hạn chế tượng chảy tượng mài mòn - Ngồi phương pháp gia cơng cắt gọt, người ta dùng phương pháp gia công biến dạng dẻo để biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép * Ảnh hưởng ứng suất dư lớp bề mặt - Ứng suất dư lớp bề mặt chi tiết máy nói chung khơng có ảnh hưởng đáng kể tới tính chống mòn chi tiết máy làm việc điều kiện ma sát bình thường b Ảnh hưởng tới tính ăn mòn hóa học lớp bề mặt chi tiết máy * Ảnh hưởng độ nhám bề mặt - Các chỗ lõm bề mặt độ nhám tạo nơi chứa tạp chất axit, muối Các tạp chất có tác dụng ăn mòn hóa học kim loại Q trình ăn mòn hóa học lớp bề mặt chi tiết theo sườn nhấp nhô hình thành nhấp nhơ - Như vậy, bề mặt chi tiết máy nhám bị ăn mòn hóa học (vì khả chứa tạp chất ít), bán kính đáy nhấp nhơ lớn khả chống ăn mòn hóa học lớp bề mặt cao - Có thể chống ăn mòn hóa học cách phủ lên bề mặt chi tiết máy lớp bảo vệ phương pháp mạ phương pháp khí làm lớp bề mặt * Ảnh hưởng lớp biến cứng bề mặt Biến cứng tăng tính chống ăn mòn giảm biến cứng tăng thay đổi hạt không đồng Hạt ferrit biến dạng nhiều hạt peclit, điều làm cho lượng nâng cao khơng điện tích hạt thay đổi khác Hạt ferrit biến cứng nhiều trở thành anốt Hạt peclit bị biến cứng trở thành catốt Lúc này, tạo pin ăn mòn nên ăn mòn tăng * Ảnh hưởng ứng suất dư lớp bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Ứng suất dư khơng ảnh hưởng đến tính chống mòn làm việc nhiệt độ bình thường Còn nhiệt độ cao có ảnh hưởng Bài tập 3: Với môi trường cho trước phải chọn vật liệu nào? BÀI LÀM Chọn mơi trường khí để phân tích ăn mòn mơi trường chọn vật liệu phù hợp với môi trường Ăn mòn mơi trường khí - Hiện tượng ăn mòn kim loại điều kiện khí ẩm ăn mòn điện hố Do ngưng tụ ngưng đọng nước bề mặt kim loại có màng mỏng nước, hồ tan khí CO2 SO2 tạo dung dịch có pH thấp kim loại bị ăn mòn cách dễ dàng Hơn nữa, hồ tan oxi khơng khí vào màng mỏng chất điện li yếu tố quan trọng q trình ăn mòn điện hố hồ tan kim loại - Ăn mòn khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau đây: a Độ ẩm - Độ ẩm điều kiện cần phải có để xảy tượng ăn mòn điện hố, chưa phải điều kiện đủ Để xảy tượng ăn mòn điện hố bề mặt phải tồn lớp màng mỏng chất điện li gồm màng mỏng nước chất điện li hồ tan, ví dụ Cl–, 𝐶𝑂32− , 𝑆𝑂32− … Tuỳ theo độ ẩm bề mặt mà người ta phân loại ăn mòn khí quyển: + Ăn mòn khí khô - kim loại tác dụng trực tiếp với oxi tạo màng oxit cực mỏng, xem phản ứng hố học, khơng gây tượng ăn mòn kim loại đáng kể, có tạp chất ăn mòn tốc độ ăn mòn tăng lên + Ăn mòn khí ẩm - điều kiện ẩm với độ ẩm tương đối H < 100%, thường lớn 70%, bề mặt kim loại có lớp màng mỏng nước có tạp chất xảy ăn mòn theo chế điện hố Ví dụ Cu, Ni, Zn bị ăn mòn khí độ ẩm tương đối lớn 60% - Đương nhiên tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào độ ẩm tương đối khơng khí, độ ẩm khí tính hút ẩm sản phẩm ăn mòn - Cần nhắc lại độ ẩm tương đối H tính cơng thức sau: 𝑃 𝐻 = 100% 𝑃0 Trong đó: H - độ ẩm tương đối; P - áp suất riêng phần nước khí nhiệt độ khảo sát; Po - áp suất bão hoà nước nhiệt độ khảo sát – Ăn mòn khí ướt - q trình ăn mòn kim loại xảy độ ẩm tương đối gần 100%, có giọt nước ngưng tụ bề mặt kim loại, có giọt mưa, tạo lớp chất điện li bề mặt kim loại Hiện tượng ăn mòn kim loại xảy theo chế điện hóa b Ảnh hưởng chất nhiễm bẩn - Các chất nhiễm làm gia tăng ăn mòn khí tính chất dung dịch điện ly tăng độ ổn định lớp màng nước ngưng tụ từ khí - Các màng ẩm nước tạo bề mặt kim loại, ví dụ độ ẩm cao, sương mù thường chứa tạp chất: khí oxi khí CO2 hồ tan (ở miền nơng thơn, miền núi), khí CO2, SO2, oxit nitơ (NxOy), khí H2S (vùng công nghiệp), ion Cl– (vùng biển, ven biển) Các tạp chất góp phần làm tăng tốc độ phá huỷ kim loại Hình: Tổn thất trọng lượng (g/m2) thép cacbon theo thời gian (ngày) Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - SO2 chất ô nhiễm thường gặp hấp thụ lớp nước bề mặt tạo H2SO4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn thép cacbon khí Khơng có SO2 lớp sản phẩm ăn mòn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mòn thấp Khi có mặt SO2 lớp màng có tính bảo vệ nên tổn thất khối lượng tăng đáng kể Ngồi khí SO2, khí CO2, NO2, Cl–…khi hòa tan vào lớp nước bề mặt tạo nên môi trường axit gây ăn mòn c Nhiệt độ - Nhiệt độ có ăn mòn khác tới ăn mòn khí Nhiệt khơng khí bình thường giữ tốc độ ăn mòn tương đối thấp làm tăng ngưng tụ nàng nước bề mặt dẫn đến ăn mòn Việc phơi ngồi ánh sáng mặt trời làm tăng nhiệt độ sấy khô bề mặt dẫn đến giảm ăn mòn Do bề mặt che phủ thường ăn mòn nhanh bề mặt phơi nắng trực tiếp - Sự kết hợp độ ẩm cao, nhiệt trung bình cao có mặt chất gây ô nhiễm công nghiệp muối biển mang theo khơng khí làm tăng tốc độ ăn mòn khí Do tốc độ ăn mòn cao vùng biển nhiệt đới bán nhiệt đới Thiếu yếu tố tốc độ ăn mòn thấp d Cơ chế ăn mòn điện hố mơi trường khí - Ăn mòn mơi trường khí ăn mòn điện hố với q trình catot, nhiều trường hợp khử oxi - Anot: Me – ze → Mez+ - Catot 𝑧 𝑂 + ze + z𝐻2 → 2z0𝐻 − 2 - Động học trình hoà tan kim loại phụ thuộc vào chiều dày lớp màng ẩm bề mặt kim loại Với môi trường khơng khí khơ, độ ẩm thấp, độ dày màng ẩm khoảng 10 nm chế ăn mòn xảy chủ yếu theo chế hoá học Với độ dày lp mng m c 10 nm ữ1 àm, trờn b mặt có lớp chất điện li, ăn mòn kim loại bị khống chế trình anot, màng mỏng khuếch tán diễn nhanh, nghĩa q trình catot diễn nhanh Nếu có sản phẩm ăn mòn dạng oxit bao phủ lên bề mặt trình anot diễn phức tạp Nếu bề mặt lớp màng mỏng ẩm có độ dày từ µm đến mm, oxi khơng khí xâm nhập vào bề mặt kim loại khó khăn Vì q trình ăn mòn kim loại bị khống chế phản ứng catot Khi lớp màng ẩm có độ dày lớn mm ăn mòn kim loại xảy tương tự trường hợp kim loại hoà tan dung dịch chất điện li (Cột sắt Đêli Ấn Độ tồn 2500 năm, thành phần tạp chất cột thép: Si – 0,05%, S – 0,006%, P – 0,114%, C – 0,08%, Mn – vết Cột thép có độ bền chống ăn mòn cao thép bề mặt kim loại luôn khô ráo) Ăn mòn khí vùng thành phố khu công nghiệp - Ở thành phố khu công nghiệp có số khí thải chủ yếu SO2 từ lò đốt than, đốt dầu Khi khí thải hồ tan vào nước axit hố mơi trường nước làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại - Tốc độ ăn mòn khí tính theo cơng thức: P = atb(g /m2 ) Trong đó: P tốc độ ăn mòn; a, b hệ số; t thời gian năm Ăn mòn khí biển - Trong khí biển ln ln có ion Cl–, tốc độ ăn mòn kim loại tăng đáng kể so với miền nông thôn Đối với ăn mòn khí quyển, ngồi tạp chất gây ăn mòn thời gian lưu ẩm (TOW) tức khoảng thời gian khơng khí có độ ẩm tương đối H > 80% nhiệt độ lớn 0oC đóng vai trò quan trọng qyết định tốc độ ăn mòn kim loại Những màng mỏng nước mưa sương bề mặt kim loại thường có độ ẩm gần 100% Ở vùng nơng thơn khí tạp chất có hại tốc độ ăn mòn kim loại nhỏ Việc nghiên cứu biện pháp chống ăn mòn khí có ý nghĩa thực tế Có thể nêu lên số biện pháp sau: + Tạo lớp bao phủ, sơn hữu cơ, có lớp phủ vơ cơ, xi mạ ngăn cách kim loại với môi trường gây ăn mòn Ví dụ sơn phủ bảo vệ cầu sắt, tàu thuyền, cấu kiện khác: ô tô, tàu hoả, mạ phụ tùng ô tô, xe máy … + Chọn kim loại có độ bền chống ăn mòn cao: thép không gỉ, loại hợp kim + Đối với cấu kiện nhỏ lưu giữ kho có mặt loại chất ức chế bay bảo quản khơng khí khơ Chọn vật liêu tiêu chí chọn vật liệu: Trong mơi trường khí ta chọn thép hợp kim thấp có độ bền cao Nguyên nhân (tiêu chí) chọn: - Thép hợp kim thấp có độ bền cao có chứa vài % Cu, Cr, Ni, Si P khơng có độ bền cao mà cải thiện độ bền ăn mòn khí Cu đóng vai trò việc nâng cao độ bền ăn mòn, nguyên tố khác tăng cường tác dụng có lợi Cu moi trường Các nguyên tố làm cho màng sản phẩm ăn mòn bề mặt xít chặt dẫm đến bề mặt Trang MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN che kín khơng cho chất ăn mòn xâm nhập sâu Sự cải thiện độ bền ăn mòn khí thép chứa Cu thép HSLA biểu diển hình sau: - Trên bề mặt thép hợp kim thấp tạo lớp oxit Fe3O4 có cấu trúc chặt sít ngăn cản tác động môi trường làm giảm trình gỉ hố Lớp bảo vệ bền mơi trường khí nơng thơn khu công nghiệp thay đổi thời tiết nắng mưa Thép gọi “thép thời tiết” dùng rộng rãi cơng nghiệp xây dựng Khi có mặt ion Cl– vùng khí hậu biển ven biển nhúng vào nước, lớp oxit khơng bền vững Trong điều kiện khí hậu biển thường sử dụng thép hợp kim hố có chứa ngun tố Al, Cr Mo - Thép hợp kim thấp nhạy cảm với tượng ăn mòn nứt tiếp xúc với môi trường chứa ion 𝑁𝑂3− , OH− NH3 lỏng Bài tập 4: Định luật Faraday trình điện phân BÀI LÀM Sơ lược trình điện phân a Định nghĩa Sự điện phân q trình oxi hóa, q trình khử xảy bề mặt điện cực có dòng điện chiều qua dung dịch chất điện li hay chất điện li trạng thái nóng chảy b Cơ chế điện phân Hình 2: Mơ hình điện phân - Điện cực nối với cực âm máy phát điện (nguồn điện chiều) gọi cực âm hay catot (catod) Trang 10 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Hình: Biểu đồ nhiệt nung + Thời gian giữ nhiệt dài kích thước hạt tăng theo hàm bậc hai Hình: Biểu đồ thời gian giữ nhiệt - Thép di truyền hạt bé: + Là loại thép nung khoảng A1 < t0 < (900 – 9500) với thời gian giữ nhiệt 3-8h hạt không lớn lên lớn lên không đáng kể + Khi t0 > (900 – 9500) hạt lớn nhanh Trang 53 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Các chuyển biến Peclit thành Austenit nung liên tục thép tích Hình: Đồ thị chuyển biến nung nóng liên tục - Là trình nung mà nhiệt độ tăng theo thời gian - Nhận xét q trình nung nóng liên tục: + Tốc độ nung chậm nhiệt độ bắt đầu chuyển biến kết thúc chuyển biến thấp, thời gian chuyển biến dài + Tốc độ nung cao nhiệt độ chuyển biến cao, thời gian chuyển biến ngắn Tóm tắc lại chế hình thành As nung thép tích Q trình xảy có ba đơng lượng mà ba đơng thành phần hố học nguyên nhân chủ yếu để tạo ba đơng lượng Q trình ba đơng tạo vùng có thành phần cacbon gần 0,8% ranh giới Xe F ln có hàm lượng cacbon cao nên thuận lợi cho trình tạo mầm Do vậy, mầm As xuất ranh giới pha F Xe Các mầm As phát triển, thực trình chuyển biến P thành As Tốc độ phát triển mầm As phía Xe F khác Nhận thấy C nên v vỡ F bị hoà tan hết trước sau Xe bị hồ tan hết vào  Q trình mơ tả hình vẽ bên dưới: Trang 54 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Độ hạt  biểu diễn độ hạt giản đồ trạng thái Khi nung nóng nhiệt độ Ac1 thép xảy chuyển biến P Chuyển biến có chế trình kết tinh Tạo mầm phát triển mầm Các mầm  tạo bề mặt phân chia pha F Xe Như vậy, biên giới pha F Xe P nhiều nên nảy sinh nhiều mầm  kết thúc chuyển biến có  nhỏ Chuyển biến P  làm nhỏ hạt Sau thu  nhỏ mịn nhiệt độ Ac1, tiếp tục nâng cao nhiệt độ, hạt  tiếp tục phát triển nhờ trình sát nhập hạt với Sự phát triển hạt  phụ thuộc vào nhiệt độ nung thời gian giữ nhiệt Nhiệt độ nung cao, thời gian giữ nhiệt dài hạt  lớn Tiểu luận 3: Công nghệ sơn tĩnh điện Xử lý bề mặt trước sơn BÀI LÀM I CÔNG NGHỆ SƠN TĨNH ĐIỆN Giới thiệu công nghệ sơn tĩnh điện Trang 55 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Công nghệ sơn tĩnh điện (Electro Static Power Coating Technology) công nghệ đại phát minh TS Erwin Gemmer vào đầu thập niên 1950 Qua nhiều cải tiến nhà khoa học, nhà sản xuất chế tạo thiết bị bột sơn giúp cho công nghệ sơn tĩnh điện ngày hoàn chỉnh chất lượng mẫu mã tốt - Có loại cơng nghệ sơn tĩnh điện: + Công nghệ sơn tĩnh điện khô (sơn bột): Ứng dụng để sơn sản phẩm kim loại: sắt thép, nhôm, inox + Công nghệ sơn tĩnh điện ướt (sử dụng dung môi): Ứng dụng để sơn sản phẩm kim loại, nhựa gỗ, - Mỗi công nghệ có ưu khuyết điểm khác nhau: + Đối với cơng nghệ sơn tĩnh điện ướt có khả sơn nhiều loại vật liệu hơn, lượng dung môi không bám vào vật sơn khơng thu hồi để tái sử dụng, có gây ô nhiễm môi trường lượng dung môi dư, chi phí sơn cao + Đối với cơng nghệ sơn khơ sơn loại vật liệu kim loại, bột sơn không bám vào vật sơn thu hồi (trên 95%) để tái sử dụng, chi phí sơn thấp, gây nhiễm mơi trường Khái niệm sơn tĩnh điện - Hầu hết nhà khoa học giới công nhận rằng: có cơng nghệ đại phát minh đưa vào sử dụng phục vụ sản xuất, thay cho công nghệ cũ mà cho chất lượng cao, vừa hạ giá thành sản phẩm chi phí đầu tư lúc ban đầu lại công nghệ cũ – Sơn tĩnh điện - Sơn tĩnh điện gọi sơn khơ tính chất phủ dạng bột sử dụng tích điện tích (+) qua thiết bị gọi súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn tích điện tích (-) để tạo hiệu ứng bám dính bột sơn vật sơn Sơn tĩnh điện công nghệ cho ta ưu điểm kinh tế mà đáp ứng vấn đề mơi trường cho tương lai tính chất khơng có chất dung mơi Do vấn đề nhiễm mơi trường khơng khí nước hồn tồn khơng có sơn nước Trang 56 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Tóm lại: Q trình sơn tĩnh điện q trình phủ lớp chất dẻo hữu lên bề mặt vật liệu cần phủ Sử dụng súng phun, hạt bột sơn vật cần sơn tích điện trái dấu Nhờ tác động lực đẩy khí nén lực hút ion trái dấu làm phân tử sơn bám chặt lên bề mặt vật liệu cần sơn Khái niệm bột sơn tĩnh điện - Lịch sử hình thành bột sơn tĩnh điện: Nguyên lý phủ sơn hợp chất hữu (organic Polymer) dạng bột gia nhiệt phủ lên bề mặt kim loại nghiên cứu đưa vào áp dụng thử Châu Âu nhà khoa học Tiến sĩ Dr Erwin Gemmer vào đầu thập niên 1950, đến khoảng năm 1964 qui trình sơn tĩnh điện (Electrostatic Powder Spray) thành công thương mại hóa sử dụng rộng rãi ngày Qua nhiều thập niên đóng góp, cải tiến nhà khoa học nhà sản xuất cách chế biến bột sơn giúp cho cơng nghệ Sơn Tĩnh Điện ngày hồn chỉnh chất lượng mẫu mã tốt - Dưới phần tóm tắt qua nhiều thập niên sơn tĩnh điện ảnh hưởng rộng rãi nó: + 1966 – 1973 Bốn loại hóa học khởi điểm- Epoxy, Hybrid, Polyurethane, TGIC - giới thiệu thị trường Một vài loại Melamine Acrylic chưa thành công Đầu thập niên 1970 Sơn Tĩnh Điện phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Châu Âu + Đầu thập niên 1980 Phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Bắc Mỹ Nhật Giữa thập niên 1980 Phát triển nhanh sử dụng rộng rãi Viễn Đông (thềm Lục Địa Thái Bình Dương) + 1985 – 1993 Những loại bột sơn giới thiệu thị trường Có đủ loại Acrylic hỗn hợp loại bột sơn tung Trang 57 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Bột sơn tĩnh điện nguyên liệu dùng công nghệ sơn tĩnh điện, bao gồm thành phần nhựa, bột màu chất phụ gia - Phân loại bột sơn tĩnh điện: Bột sơn tĩnh điện gồm 04 loại phổ biến: bóng (Gloss), mờ (Matt), cát (Texture), nhăn (Wrinkle) sử dụng cho hai điều kiện nhà ngồi trời - Điều kiện bảo quản: Như nói trên, điều kiện để bảo quản bột sơn tĩnh điện an tồn khơng sợ cháy nổ dạng bột khơ khơng chứa dung mơi khơng tốn nhiều chi phí, cần đáp ứng đầy đủ điều kiện sau bảo quản bột sơn an toàn hiệu nhất: - Để nơi khơ ráo, thống mát - Nhiệt độ bảo quản 330C (rất phù hợp với thời tiết khí hậu Việt Nam) - Chỉ nên chất lên cao tối đa lớp Cơ chế sơn tĩnh điện - Bột sơn tích điện tích qua súng sơn tĩnh điện - Vật cần sơn tích điện tích (trái dấu với bột sơn) - Bột sơn vật sơn đặt điện trường súng phun vật sơn - Khi phun sơn áp lực nén, hạt sơn bay điện trường bám dính vào vật sơn lực hút tĩnh điện - Cơ chế tĩnh điện gồm có chế: + Tích điện corona + Tích điện ma sát a Tích điện corona - Là phương pháp sử dụng truyền thống - Bột sơn tích điện (-), vật sơn nối đất (+) - Dưới điện áp 40-100kV, vòi phun xảy ion hóa khơng khí - Các ion tự tích điện (-) cho bột sơn theo tỉ lệ định trước phun vào - Lực hút tĩnh điện tạo lớp màng bám vật sơn, bột giữ lại đến chảy tác động tạo màng - Các hạt bột không tích điện thu hồi tái sử dụng Trang 58 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Các ion (-) tự thừa nhanh chóng di chuyển đến (+) - Tùy vào điện áp ban đầu, vật sơn trung hòa điện, lượng ion (-) (+) lớn xảy ion hóa ngược - Các ion (-) tự thừa nhanh chóng di chuyển đến (+) - Tùy vào điện áp ban đầu, vật sơn trung hòa điện, lượng ion (-) (+) lớn xảy ion hóa ngược - Hạt sơn tích điện di chuyển theo đường sức từ - Với bề mặt phức tạp, bên ngồi có mật độ đường sức từ cao nhất, bên chứa đường sức từ Trang 59 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN  Màng sơn không đồng độ dày, gọi tượng Faraday-cage b Tích điện ma sát - Sự tích điện (+) xảy ma sát hạt chuyển động nòng súng phun - Khơng cần điện áp cao, tạo ion tự tạo điện trường - Hiệu ma sát phụ thuộc vào cọ xát hạt vào nòng súng phun - Điều chỉnh khả ma sát cách điều chỉnh luồng khí nén qua súng tỉ lệ bột / khơng khí để có hiệu suất tối ưu - Tích điện ma sát tạo điện trường với phân bố đường sức từ đồng Trang 60 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN  Màng sơn đồng độ dày Thông số quan trọng Bảng: So sánh tích điện corona tích điện ma sát Các ưu nhược điểm Tích điện corona Tích điện ma sát Hiệu ứng Faraday-Cage Tồn đáng kể Gây khó khăn với màng sơn dày Ion hóa ngược Tồn ion tự nhiều Ảnh hưởng xấu đến tính chất dòng chảy Ít xảy Đặc tính dòng chảy tốt Dễ dàng phủ lớp mỏng với dòng chảy tốt Khối lượng bột súng phun lớn, điện áp sử dụng cao Ít phụ thuộc điều kiện sản xuất Lượng bột dùng súng phun hơn, điện áp sử dụng thấp Phụ thuộc nhiều vào điều kiện sản xuất Kỹ thuật sơn - Không xảy ra, kể lớp phủ dày Có thể sử dụng cho tất loại bột Yêu cầu loại bột phù hợp Ứng dụng Qui trình cơng nghệ sơn tĩnh điện - Thiết bị phun sơn: gồm súng sơn điều khiển súng sơn: có loại: + Súng sơn cầm tay + Súng sơn tự động - Bộ điều khiển gồm: + Lò sấy + Buồng phun sơn + Thiết bị thu hồi + Máy rây bột - Quy trình cơng nghệ hệ thống sơn tĩnh điện bột gồm bước sau: + Xử lý bề mặt (Pre-treatment) + Làm khô (Drying) + Phun sơn (Spray Painting) + Sấy (Paint Baking) a Các bước chi tiết quy trình: - Bước 1: Xử lý bề mặt sản phẩm trước sơn: + Mục đích:  Sản phẩm dầu mỡ công nghiệp  Sản phẩm rỉ sét  Sản phẩm không rỉ sét trở lại thời gian chưa sơn  Tạo lớp bao phủ tốt cho việc bám dính lớp màng sơn kim loại Trang 61 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN + Sản phẩm (kim loại) trước sơn tĩnh điện phải xử lý bề mặt Thông thường sản phẩm sơn tĩnh điện kim loại + Ta xét bề mặt sắt, thép: Việc xử lý bề mặt sản phẩm nhằm mang lại yêu cầu sau: Sản phẩm dầu mỡ công nghiệp (do việc gia cơng khí) Sản phẩm rỉ sét Sản phẩm không rỉ sét trở lại thời gian chưa sơn Tạo lớp bao phủ tốt cho việc bám dính lớp màng sơn kim loại + Do yêu cầu mà việc xử lý bề mặt kim loại trước sơn thường xử lý theo phương pháp nhúng sản phẩm vào bể hóa chất Hệ thống bể hóa chất bao gồm bể sau: Bể chứa hóa chất tẩy dầu mỡ, bể rửa nước, bể chứa axit tẩy rỉ sét, thông thường H2SO4 HCl, bể rửa nước, bể chứa hóa chất định hình bề mặt, bể chứa hóa chất Photphat hóa bề mặt, bể rửa nước Các bể xây phủ nhựa Composite, hay làm thép không rỉ Vật sơn đựng rọ làm lưới thép không rỉ, di chuyển nhờ hệ thống balang điện qua bể theo thứ tự - Bước 2: Sấy khô bề mặt sản phẩm trước sơn + Sản phẩm sau xử lý hóa chất phải làm khơ trước sơn, lò sấy khơ sản phẩm có chức sấy khơ nước để nhanh chóng đưa sản phẩm vào sơn + Thơng thường lò sấy có dạng hình khối Sản phẩm treo xe gòng đẩy vào lò Lò có nguồn nhiệt bếp hồng ngoại tuyến Burner, nguyên liệu đốt Gas - Bước 3: Sơn sản phẩm + Sản phẩm sau xử lý hóa chất sấy khô đưa vào buồng phun thu hồi sơn Do đặc tính sơn tĩnh điện bột dạng sơn bột, nên khả bám dính sơn lên bề mặt kim loại nhờ lực tĩnh điện, mà buồng phun sơn đóng vai trò quan trọng thu hồi lượng bột sơn dư, bột sơn thu hồi trộn thêm vào bột sơn để tái sử dụng Phần thu hồi đặc tính kinh tế ưu việt sơn tĩnh điện + Buồng phun sơn có loại:  Loại súng phun: Sử dụng súng phun, vật sơn treo, móc tay vào buồng phun  Loại súng phun: Vật sơn di chuyển băng tải vào buồng phun, súng phun phía đối diện phun vào mặt sản phẩm Để sơn thu hồi bột sơn, ta cần có thiết bị phun sơn tĩnh điện, hệ thống cấp khí gồm máy nén khí máy tách ẩm  Buồng sơn: Kích thước buồng phun mẫu: - Kích thước: D 4500mm x R 1000mm x C 2000 mm - Vách tole 1.5 mm (Sơn Tĩnh điện) - Cửa đứng sơn: 800 mm x 1000 mm - Filter lọc bột sơn: (D 900mm x f 320mm) - Quạt thu hồi bột sơn - Hệ thống rủ bột khí điện chế độ - Đáy sàn inax 201 - Tủ điện điều khiển hệ thống điện - đèn chiếu sáng  Súng sơn Trang 62 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Trang 63 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN - Bước 4: Sấy định hình hồn tất sản phẩm + Sau phun sơn, sản phẩm đưa vào lò sấy Nhiệt độ sấy: 1800C – 2000C 10 phút + Lò có nguồn nhiệt bếp hồng ngoại tuyến Burner, nguyên liệu đốt Gas + Cuối khâu kiểm tra, đóng gói thành phẩm b Thu hồi bột sau sơn: - Hệ thống thu hồi: Dùng Filter cyclone - Cách sử dụng lại bột thu hồi: Để sử dụng bột thu hồi cách hiệu ta phải trộn bột thu hồi với bột theo tỉ lệ 1:1 Nếu bột có lẫn tạp chất độ tích điện yếu ta phải sử dụng máy rây bột Do qui trình xử lý bề mặt tốt, qui trình phosphat kẽm bám lên bề mặt kim loại, nên sản phẩm sau sơn tĩnh điện có khả chống ăn mòn cao tác động mơi trường Màu sắc sản phẩm sơn tĩnh điện đa dạng phong phú sơn bóng hay nhám sần, vân búa hay nhũ bạc Vì vậy, sản phẩm sơn tĩnh điện đáp ứng cho nhu cầu nhiều lĩnh vực có độ bền thẩm mỹ cao, đặc biệt mặt hàng dân dụng, trang trí nội thất, thiết bị dụng cụ ngành giáo dục, y tế, xây dựng, điện lực, Ưu nhược điểm công nghệ sơn tĩnh điện: a Ưu điểm - Về kinh tế: + 99% sơn sử dụng triệt để (bột sơn dư trình phun sơn thu hồi để sử dụng lại) + Khơng cần sơn lót + Làm dễ dàng khu vực bị ảnh hưởng phun sơn hay phun sơn không đạt yêu cầu + Tiết kiệm thời gian hồn thành sản phẩm - Về đặc tính sử dụng: + Quy trình sơn thực tự động hóa dễ dàng (dùng hệ thống phun sơn súng tự động) + Dễ dàng vệ sinh bột sơn bám lên người thực thao tác thiết bị khác mà không cần dùng loại dung môi sơn nước - Về chất lượng: Trang 64 - - MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN + Tuổi thọ thành phẩm lâu dài + Độ bóng cao + Khơng bị ăn mòn hóa chất bị ảnh hưởng tác nhân hóa học hay thời tiết + Màu sắc phong phú có độ xác … Và nhiều lợi điểm khác mà người sử dụng q trình ứng dụng cơng nghệ sơn tĩnh điện nhận thấy Bảng so sánh sơn tĩnh điện sơn nước/ sơn dầu Sơn tĩnh điện Sơn nước/ Sơn dầu Khả chịu nhiệt cao bị ảnh hưởng môi - Dễ bị ảnh hưởng mơi trường (trời lạnh bề trường mặt sơn co lại) Có khả điều chỉnh độ dày mỏng màng- Khó điều chỉnh độ dày mỏng màng sơn sơn - Độ bao phủ thấp Độ bao phủ bề mặt cao Thu hồi tái sử dụng 99% - Chỉ thu hồi vấn đề mơi trường, khơng thể tái sử Độ bám cao dụng lại - Độ bám thấp (tỷ lệ thất cao khoảng 60%) Khơng sử dụng dung môi, không gây ô nhiễm môi - Phải sử dụng dung môi, gây ô nhiễm môi trường, chi trường… phí cao Dễ dàng tự động hố, tiết kiệm chi phí nhân cơng - Khó khăn việc lưu kho( xảy cháy Dễ dàng lưu trữ, khơng u cầu cơng nhân có tay nghề nổ) cao (khi khơng đạt u cầu làm lại dễ dàng) - Yêu cầu công nhân tay nghề cao, sửa đồi vật sơn không đạt yêu cầu Tạo thành phẩm nhanh (khoảng 10 – 15 phút) - Tạo thành phẩm chậm, nhiều thời gian (phụ Tuổi thọ trung bình sản phẩm cao (4 – năm) thuộc thời tiết) Có khả cách điện - Tuổi thọ trung bình sản phẩm thấp - Khơng có khả cách điện b Nhược điểm - Cần làm nóng vật cần sơn nhiệt độ cao (260oC) để làm nóng chảy bột - Khó điều chỉnh độ dày, khó sơn chi tiết phức tạp - Chỉ áp dụng cho vật liệu kim loại (đối với công nghệ sơn khô) Những khuyết tật thường gặp a Bẫy khơng khí: - Do bọt khí khơng sơn ướt, chúng di chuyển nằm lại gần sát bề mặt màng sơn - Nguyên nhân: súng phun gần, di chuyển súng chậm, áp suất khí nén thấp - Khắc phục: Dùng giấy nhám mịn chà xát để bỏ lớp sơn có bọng khí, phủ nhẹ lại lớp sơn, sau đánh bóng b Màng sơn phồng dộp: - Có tượng bị dộp, sần sùi, bong bóng bề mặt Thường xuất tháng sau sơn - Khắc phục: + Sau rửa cần sấy đủ thời gian thích hợp + Xả nước từ máy phun sơn tĩnh điện máy bơm khí + Xả lọc khí hệ thống cung cấp khí + Chú ý thời gian lần sơn + Chọn dung môi thích hợp + Để lớp sơn lót thật khơ tiến hành sơn lớp cuối b Vết loang màu trắng đục: - Các vệt đám mây màu trắng đục sữa bề mặt sau sơn muộn chút - Khắc phục: Trang 65 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN + Sấy cục khu vực bị loang, sơn phủ thêm lớp Trường hợp sơn khô với vùng bị loang nhỏ đánh bóng, với vết loang lớn phải đánh nhám sơn lại + Dùng dung môi tốt Có thể thêm chất làm chậm q trình khơ sơn (chỉ sơn môi trường ẩm cao) c Mắt cá: - Trên mặt sơn lên vết giống mắt cá, phun sơn lên bề mặt dính dầu mỡ, wax, silicone… - Khắc phục: + Khi sơn ướt dùng dung mơi bỏ lớp sơn đi, làm phủ lại Nếu sơn khô, làm nhám hết mắt cá phủ lại lớp sơn + Làm bề mặt thật cẩn thận trước sơn, máy nén khí phải có lọc, phải thay làm thường xuyên d Da cá sấu: - Trên mặt sơn xuất vết xù xì, gồ ghề da cá sấu xảy q trình khơ - Ngun nhân: Do dung môi sơn tác dụng lên sơn cũ, phủ thêm lớp sơn lên lớp sơn cũ - Khắc phục: Nhám sơn phủ lại, với lớp sơn cuối không nên phủ dày, chúng khô thật tiến hành sơn phủ hay sửa chữa bề mặt chúng Ngoài nên tránh sơn lớp cuối ướt Ứng dụng công nghệ sơn tĩnh điện: Hiện công nghệ sơn tĩnh điện ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp hàng hải, công nghiệp hàng không, công nghiệp chế tạo xe xe gắn máy,… đến lĩnh vực sơn trang trí, xây dựng công nghiệp, xây dựng dân dụng,… II XỬ LÝ BỀ MẶT TRƯỚC KHI SƠN TĨNH ĐIỆN Mục đích chung: - Sản phẩm dầu mỡ công nghiệp - Sản phẩm rỉ sét - Sản phẩm không rỉ sét trở lại thời gian chưa sơn - Tạo lớp bao phủ tốt cho việc bám dính lớp màng sơn kim loại Quá trình xử lý bề mặt trước sơn tĩnh điện - Sản phẩm (kim loại) trước sơn tĩnh điện phải xử lý bề mặt Thông thường sản phẩm sơn tĩnh điện kim loại - Ta xét bề mặt sắt, thép: Việc xử lý bề mặt sản phẩm nhằm mang lại yêu cầu sau: Sản phẩm dầu mỡ cơng nghiệp (do việc gia cơng khí) Sản phẩm rỉ sét Sản phẩm không rỉ sét trở lại thời gian chưa sơn Tạo lớp bao phủ tốt cho việc bám dính lớp màng sơn kim loại - Do yêu cầu mà việc xử lý bề mặt kim loại trước sơn thường xử lý theo phương pháp nhúng sản phẩm vào bể hóa chất Hệ thống bể hóa chất bao gồm bể sau: Bể chứa hóa chất tẩy dầu mỡ, bể rửa nước, bể chứa axit tẩy rỉ sét, thông thường H2SO4 HCl, bể rửa nước, bể chứa hóa chất định hình bề mặt, bể chứa hóa chất Photphat hóa bề mặt, bể rửa nước Các bể xây phủ nhựa Composite, hay làm thép không rỉ Vật sơn đựng rọ làm lưới thép không rỉ, di chuyển nhờ hệ thống balang điện qua bể theo thứ tự Phốt phát hóa bề mặt kim loại trước sơn tĩnh điện - Phốtphát hoá phương pháp gia công bề mặt kim loại áp dụng rộng rãi công nghiệp để xử lý bề mặt kim loại, coi phương pháp chuẩn bị bề mặt kim loại tốt trước sơn phủ nhúng dầu mỡ nhằm bảo vệ chi tiết kim loại đen - Màng phốtphát hoá chuyển hoá bề mặt kim loại thành lớp bề mặt khơng tính dẫn điện tính kim loại, có khả chống ăn mòn Nhờ tính chất người ta tạo cơng nghệ phốtphát hố để sử dụng nhà máy xử lý bề mặt kim loại - Mục đích: + Cải thiện bề mặt kim loại trước sơn phủ, sơn lót chống ăn mòn + Tạo bám dính cho lớp phủ nhựa, cao su + Để xử lý bề mặt kim loại trước gia cơng khí cán nguội, kéo dây + Để tăng khả chống ăn mòn lớp dầu mỡ, sáp - Tác dụng: + Tác dụng phổ biến thực tiễn nhằm kéo dài tuổi thọ màng sơn phủ Nếu kim loại trơ với vật liệu sơn phủ lớp phốt phát hố tạo lớp màng có nhiều lỗ xốp bám với kim loại Lớp lại “thấm” sơn tạo thành lớp phủ đặc gắn tốt với + Trong trường hợp chức màng phốtphát hoá là: Liên kết với kim loại, lớp màng sơn, làm tăng độ bền bám màng sơn, chống ăn mòn lớp sơn Trang 66 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN + Khi sử dụng màng phốtphát hóa làm lớp cho chất dẻo màng phốt phát hóa có tính chế tương tự - Ứng dụng: Ở nước công nghiệp phát triển việc xử lý bề mặt trước sơn phủ việc làm theo tiêu chuẩn bắt buộc để tăng cường độ bám màng sơn tăng cường khả bảo vệ màng điều kiện khí Trong cơng nghiệp sử dụng phổ biến màng phốtphát hoá kim loại nặng kẽm, sắt, măng gan Các chế phẩm để xử lý bề mặt dạng thương phẩm thuận tiện cho người sử dụng Phốt phát kẽm trước sơn tĩnh điện - Có vô số ứng dụng sơn tĩnh điện kết hợp với phosphate tiền xử lý Chúng bao gồm hoàn thiện tủ lạnh, bình áp lực để dập lửa, sân vườn nội thất, tủ bảng điện, hàng rào thép, bánh xe phụ tùng xe khác Mức độ thành công devolopment sơn tĩnh điện phần lớn chi phối kết tiến q trình thân thiện mơi trường khác chất rắn cao có chứa, sơn nước dựa hai thành phần hệ thống thị trường toàn thể - Nguyên tắc sơn tĩnh điện để áp dụng lớp phủ hữu cơ, dạng bột mịn-chia với bề mặt công việc phủ nhiệt độ môi trường xung quanh cao Sau phim hình thành tan bột bề mặt chất - Sơn tĩnh điện sử dụng ngày vắng mặt dung mơi dễ bay tham gia Xóa đói tất vấn đề nước thải khơng khí Việc chống ăn mòn lớp phủ bột nhiều lần tốt so với độ dày tương đương với loại sơn thơng thường Chống lại điều này, phải nói việc trì giá trị màu đưa là, chất q trình này, khó khăn cho sơn tĩnh điện Trong nhà máy chạy sử dụng sơn tĩnh điện phun, bột phun thu thập bị tái chế đó, giá trị màu tổ chức, kêu gọi standarts cao - Giới thiệu phốt phát kẽm phốt phát kẽm mangan biến đổi kết hợp với sơn tĩnh điện, cho phép cải thiện tiếp tục thể thử nghiệm khơng khí ăn mòn, muối phun thử nghiệm ngưng tụ nước theo chu kỳ, thử nghiệm phun muối thử nghiệm ngưng tụ nước Các tác dụng có lợi q trình biến đổi mangan đặc biệt chứng cho thép mạ kẽm Ngay trình gần giới thiệu, kết tốt tìm thấy nơi Cr (VI) rửa sử dụng để passivate phosphate Trong số trường hợp, sau rửa giải pháp dựa Cr (III) giải pháp crơm miễn phí sử dụng, hiệu suất số trung gian nước đơn giản rửa rửa Cr (VI) nước containin - Trong hầu hết nơi chống ăn mòn phơi xong phải đặc biệt cao, lớp phủ chuyển đổi áp dụng sử dụng phosphate kẽm Cách tiếp cận sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp ô tô số lĩnh vực ngành công nghiệp thiết bị điện tử Tương tự vậy, phosphating kẽm thường quy định lực lượng vũ trang, đặc biệt cho thiết bị tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt Hơn nữa, nhiều hoạt động sử dụng electrocoating bột sơn, đặc biệt kết thúc lớp tiếp xúc với thời tiết, pretreat phơi, có chứa phosphat kẽm - Kích hoạt bắt buộc phosphating kẽm vắng mặt nó, giá trị pH tương đối cao liên quan, lớp phủ dày thơ tinh thể hình thành không phù hợp tranh Điều kiện để rửa, đăng-rửa giai đoạn làm khô khác chút so phun phosphating - Làm thường dựa giải pháp kiềm kiềm mạnh khoảng nồng độ 1-5%, độ pH 10-13 So với chất tẩy rửa sử dụng chế độ phun, chất tẩy rửa sử dụng để ngâm có chứa lượng lớn silicat natri hydroxit Các bề mặt sử dụng thường xuyên bao gồm loại anion mạnh mẽ, tạo bọt, thường trộn với loại khơng ion - Q trình photphat hóa Làm giai đoạn: Nhiệt độ ( ° C): 55-95 Thời gian (phút): 5-10 Nước rửa: Nhiệt độ ( ° C): 15-30 Thời gian (phút): 0,5-1,5 Kích hoạt: Nhiệt độ ( ° C): 20-40 Thời gian (phút): 0,5-1,5 Phosphating: Nhiệt độ ( ° C): 40-60 Thời gian (phút): 3-10 Nước rửa: Nhiệt độ ( ° C): 15-30 Thời gian (phút): 0,5-1,5 Rửa: Nhiệt độ ( ° C): 20-40 : Thời gian (phút): 0,5-1,5 Trong chế độ nhúng , hệ thống phosphating kẽm kim loại kiềm không đáng kể khác từ khác Các bước cá nhân, thường thực Trang 67 ... trường khí ta chọn thép hợp kim thấp có độ bền cao Nguyên nhân (tiêu chí) chọn: - Thép hợp kim thấp có độ bền cao có chứa vài % Cu, Cr, Ni, Si P khơng có độ bền cao mà cải thiện độ bền ăn mòn khí. .. thường để tổng hợp vật liệu nano Trang 27 MAI CHÍ TÂM – 12104213 GVHD: TRẦN THẾ SAN Hình 9: Tổng hợp vật liệu nano phương pháp hóa sử dụng siêu âm cơng suất - Sử dụng điều kiện mạnh bên bọt khí sinh... Kỹ thuật hóa học tác động siêu âm ( hóa siêu âm) sử dụng để tổng hợp hợp kim có cấu trúc nano Suslick đồng lần chứng minh điều hợp kim Fe-Co,với nguyên liệu ban đầu Fe(Co), Co(Co1) Hỗn hợp Fe-Co