Ảnh hưởng của dung môi đến độ hạt nano-micro khi gia công bằng tia lửa điện

Trong nghiên cứu này, nhóm tác đã giả sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện với ba loại dung môi là nước, dầu hỏa và dầu gia công tia lửa điện để gia công chế tạo hạt nano - micro Niken. Sử dụng máy ảnh SEM để chụp kết quả về đường kính hạt, dùng phần mềm Smileview để phân tích đường kính hạt. Kết quả thấy rằng, khi dung môi là nước thì đường kính hạt là nhỏ nhất.

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI ĐẾN ĐỘ HẠT NANO-MICRO KHI GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN EFFECT OF LIQUID ON THE SIZE OF NANO-MICROPARTICLES PRODUCED BY EDM NGUYỄN TIẾN DŨNG1, NGUYỄN HỮU DĨNH2, NGUYỄN ANH XUÂN1 BÙI THỊ DIỆU THÚY1, NGUYỄN THỊ XUÂN HƯƠNG1 1Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Khoa Cơ sở - Cơ bản, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện với ba loại dung môi nước, dầu hỏa dầu gia công tia lửa điện để gia công chế tạo hạt nano - micro Niken Sử dụng máy ảnh SEM để chụp kết đường kính hạt, dùng phần mềm Smileview để phân tích đường kính hạt Kết thấy rằng, dung mơi nước đường kính hạt nhỏ Từ khóa: Gia cơng tia lửa điện; hạt nano-micro; Hạt niken; dung dịch gia công Abstract In this study, we was applied to produce Nickel microspheres with three types of dielectric liquids, such as deionized water, kerosene, and EDM fluid Using scanning electronic microscopy (SEM) to capture the result of the particle diameter, use Smileview software to analyze particle diameter The results found that when the dielectric liquid is water, the size of particles is smallest Keywords: Electrical discharge machining (EDM), nano-microparticles, niken particles, dielectric liquid Mở đầu Hiện có nhiều phương pháp gia cơng chế tạo hạt kim loại có kích thước nano – micro, sử dụng phương pháp điện phân, phương pháp ăn mòn hóa học, phương pháp siêu âm, phương pháp gia công tia lửa điện… Đối với phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo hạt nano – micro phương pháp tìm chưa nghiên cứu nhiều Phương pháp gia công tia lửa điện phương pháp đưa vào ứng dụng thời gần để gia công hạt kim loại có kích thước nano – micro, ưu điểm trội có khả gia cơng loại vật liệu kim loại cứng cách dễ dàng A.E.Berkowitz [1] tự thiết kế chế tạo hệ thống phòng thí nghiệm, sau tiến hành gia cơng hạt nano – micro niken Ngồi ra, Vasudevamurthy [2] sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo hạt thép không gỉ SUS 304, đồng thời phân tích ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến đường kính hạt Hong Juan [3,4] dùng phương pháp để chế tạo hạt Silic Liu Yifan [5] kết hợp gia công tia lửa điện để chế tạo hạt niken Một số nghiên cứu [6] ảnh hưởng cường độ dòng điện, hiệu điện đến độ hạt niken gia công phương pháp Bài báo đưa mơ hình chế tạo nano - micro tia lửa điện, tiến hành thí nghiệm để nghiên ảnh hưởng dung mơi đến độ hạt niken, từ tìm loại dung môi gia công cho độ hạt bé Phương pháp thí nghiệm Sử dụng hai niken làm hai điện cực lắp máy gia cơng tia lửa điện E46PM (Hình1) Trong thí nghiệm đổ đầy dung dịch gia công vào hộp gia công làm inox, giữ nguyên thông số gia cơng cường độ dòng điện, hiệu điện thế,… thay đổi dung mơi gia cơng Do niken có tính chất từ tính nên sử dụng nam châm vĩnh cửu để tách hạt niken khỏi dung môi gia công, dùng cồn tinh khiết để làm loại tạp chất 72 Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 Hình Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện: 1- Nguồn điện; 2- Hệ thống điều khiển trục chính; 3- Dụng cụ điện cực; 4- Dung dịch gia công; 5- Chi tiết gia công; 6- Bàn máy gia công Nghiên cứu ảnh hưởng dung môi gia công 3.1 Các thơng số làm thí nghiệm Với nghiên cứu ảnh hưởng dung môi, thay đổi ba loại dung môi dầu gia công tia lửa điện, dầu hỏa nước Các thông số công nghệ khác không thay đổi độ dài xung 300μs, điện áp 15A, hiệu điện 45V Vật liệu gia công Niken 99,99% cắt thành miếng 260mm*190mm*170mm, trước thí nghiệm làm giấy ráp Bảng Thơng số thí nghiệm dung mơi thay đổi Thí nghiệm Dung mơi Độ dài xung điện (s) Điện áp (A) Hiệu điện (V) A Dầu gia công EDM 300 15 45 B Dầu hỏa 300 15 45 C Nước 300 15 45 3.2 Kết thí nghiệm thảo luận Các hạt niken sau thí nghiệm đưa lên máy hiển vi điện tử SEM để chụp với độ phóng 200 lần (Hình 2) Sử dụng phần mềm Smileview để đo thống kê kích thước hạt kim loại ảnh, kết thống kê thể Bảng Thí nghiệm A Thí nghiệm B Thí nghiệm C Hình Hạt Niken thể SEM Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 73 Bảng Phân bố đường kính hạt dung mơi khác Đường kính (m) 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-65 65-70 Thí nghiệm A (%) 2,15 17,13 27,52 17,43 14,06 6,11 3,36 4,59 3,36 2,45 0,61 0,92 0,31 Thí nghiệm B (%) 0,54 7,22 22,48 30,26 18,8 10,63 7,36 1,5 0,95 0,26 0 0 Thí nghiệm C (%) 73,4 16,1 7,12 2,62 0,75 0 0 0 0 Hình Tỷ lệ phân bố đường kính hạt Niken dung mơi thay đổi Hình Hạt Niken thể SEM với mức phóng đại 3000 lần 74 Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 Bảng Độ nhớt động học dung môi khác Dung môi Nước Dầu gia công tia lửa điện Dầu hỏa Độ nhớt động học 10-6 (m2/s) 0,659 1,5-2,5 2,3-3,2 Dựa vào thống kê tỷ lệ phân bố đường kính hạt (Bảng 2), lập đồ thị thể tỷ lệ phân bố đường kính hạt Niken dung mơi thay đổi Hình Có thể thấy rằng, dung môi dầu gia công tia lửa điện dầu hỏa tỉ lệ phân bố đường kính hạt chủ yếu tập trung khoảng từ 10μm đến 30μm, chí có hạt có đường kính lớn, cỡ vài trăm micromet khơng thấy xuất hạt có kính thước nano Ngược lại, dung mơi nước, đường kính hạt tập trung chủ yếu 5μm xuất nhiều hạt nằm vài chục nanomet (Hình 4) Điều độ nhớt động học nước nhỏ nhiều so với dầu gia công tia lửa điện dầu hỏa (Bảng 3), mà trình gia cơng, vùng gia cơng có nhiệt độ cao làm cho kim loại bốc hơi, kim loại bốc vào dung môi gia công, dung môi nước khả phân tán kim loại bốc dễ dàng hơn, mà kích thước hạt nhỏ Còn dung mơi gia cơng dầu gia công tia lửa điện dầu hỏa khả phân tán kim loại bốc kém, chúng nhanh chóng tập trung lại với kết tinh tạo thành hạt có kích thước lớn Kết luận Bài viết thực số thí nghiệm để đưa ảnh hưởng dung môi đến độ hạt hạt niken gia công tia lửa điện Kết thu dung mơi nước kính thước hạt nhỏ nhất, chủ yếu nằm từ (0-5) μm xuất số lượng lớn hạt nằm vài chục nanomet TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Berkowitz, A.E., Harper, H.,Smith,D J.Hu,H.,Jiang,Q., Solomon, V C et al “Hollow metallic microspheres produced by spark erosion” [J] Applied Physics Letters,85, 940–942 2004 [2] Vasudevamurthy G, Knight T W “Effect of system parameters on size distribution of 304 stainless steel particles produced by Electrical Discharge Mechanism” [J] Materials Letters, 61: 4872-4874, 2007 [3] 洪捐, 汪炜, 冯海娣, 等 重掺杂硅微球的脉冲放电法制备研究[J] 电加工与模具, vol, 4: 19-22, 2011 [4] SONG Hongwei “Technical study and analysis of hollow micro-nano spheres produced by EDM”[J] Modern Manufacturing Engineering, (11)： 90-92, 2011 [5] LIU Yifan, et al “Effect of system parameters on the size distribution of hollow nickel microspheres in ultrasonic-aided electrical discharge machining process”[J] Particuology, (17):36-41, 2014 [6] Nguyễn Tiến Dũng “Ảnh hưởng thông số công nghệ đến đường kính hạt micro niken gia cơng tia lửa điện” HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC, 2016 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 26/7/2018 03/8/2018 10/8/2018 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 75 ... lý gia cơng tia lửa điện: 1- Nguồn điện; 2- Hệ thống điều khi n trục chính; 3- Dụng cụ điện cực; 4- Dung dịch gia công; 5- Chi tiết gia công; 6- Bàn máy gia công Nghiên cứu ảnh hưởng dung mơi gia. .. cứu ảnh hưởng dung môi, thay đổi ba loại dung môi dầu gia công tia lửa điện, dầu hỏa nước Các thông số công nghệ khác không thay đổi độ dài xung 300μs, điện áp 15A, hiệu điện 45V Vật liệu gia công. .. số thí nghiệm để đưa ảnh hưởng dung mơi đến độ hạt hạt niken gia công tia lửa điện Kết thu dung mơi nước kính thước hạt nhỏ nhất, chủ yếu nằm từ (0-5) μm xuất số lượng lớn hạt nằm vài chục nanomet