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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGHUYÊN -*** - TRƢƠNG ĐỨC THIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ COMPOSITE VÀ ỨNG DỤNG MẠ THỬ NGHIỆM CÁC CHI TIẾT NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 62.52.04.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp - Đại học Thái Nguyên; Trƣờng Cao đẳng Nghề Cơ khí nơng nghiệp Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Quang Thế TS Trần Minh Đức Phản biện 1: GS.TSKH Phạm Văn Lang Phản biện 2: PGS.TS Trần Thế Lục Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Thái Nguyên Họp tại: Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia; - Thư viện Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên; - Thư viện Trường Cao đẳng Nghề Cơ khí nơng nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2008), Kỹ thuật bề mặt ứng dụng, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Số 4(48) Tập 2, Hội thảo Khoa học Công nghệ Tồn quốc, Cơng nghệ Vật liệu bề mặt, Bộ giáo dục đào tạo - Đại học Thái Nguyên Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2010), Mạ composite TiO2 giải pháp kỹ thuật nâng cao khả làm việc lớp mạ Ni, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Số 72, Bộ giáo dục đào tao - Đại học Thái Nguyên Nguyễn Duy Cương - Nguyễn Đăng Bình - Bùi Chính Minh - Trương Đức Thiệp (2010), Nguồn xung cung cấp cho cơng nghệ mạ, Tạp chí Khoa học Công nghệ Số 72, Bộ giáo dục đào tao - Đại học Thái Nguyên Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2009), Nghiên cứu mối quan hệ chế độ cắt tuổi bền dao Nitrit Bo phủ dùng tiện tinh thép hợp kim qua tôi; Đề tài cấp Bộ mã số B-2007 TN 06-05 Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trần Minh Đức - Trương Đức Thiệp - số cộng (2008) “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ tổ hợp kim loại composite coating, nhằm nâng cao chất lượng chi tiết làm việc điều kiện ăn mòn ma sát cao”; Đề tài cấp Quốc gia mã số KC.02.18/06-10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm chất lƣợng bề mặt chi tiết Các chi tiết bị hỏng thơng số sai khác so với u cầu kỹ thuật Dƣới trình bày khái niệm thông số chi tiết [3,8,78]: Thông số chi tiết gồm: thông số bề mặt, thông số bên - Các thơng số bề mặt: hình dáng (hình trụ, hình cơn, hình răng, hình then, hình ren, hình prơphil, hình cầu, hình phẳng, hình rãnh, dạng mặt phẳng nhẵn); kích thƣớc (đƣờng kính, chiều dài, chiều rộng, chiều dày, chiều sâu, diện tích); tính chất - lý (độ cứng, tính chống mịn, độ bám lớp phủ với nền, tính chịu mỏi, tính đàn hồi); độ xác (cấp xác); độ nhám; tính hồn chỉnh; dạng nhiệt luyện hay hóa nhiệt luyện; có mặt vật liệu phủ; cấu trúc (tổ chức tế vi); thành phần hóa học;… - Các thơng 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 thơng số bề mặt chi tiết trình bày đƣợc xem nhƣ đặc trƣng cho chất lƣợng bề mặt chi tiết Trên thực tế, tùy vào lĩnh vực nghiên cứu, thông số đƣợc quan tâm nhiều (thông số chính) hay (thơng số phụ) Trong gia cơng khí, chất lƣợng bề mặt gia cơng đƣợc đánh giá hai yếu tố đặc trƣng: tính chất - lý lớp kim loại bề mặt độ nhám bề mặt Khi nghiên cứu ma sát, chất lƣợng 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 thơng số có quan hệ lẫn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2 Hƣ hỏng phƣơng 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 tƣợng (chi tiết, máy) thay đổi Chúng phân chia theo số cách Dƣới trình bày cách phân loại [1,39,76]: Các nguyên nhân dẫn đến thay đổi trạng thái đối tƣợng (dẫn đến hƣ hỏng đối tƣợng) đƣợc chia thành hai nhóm: nguyên nhân nhân tạo (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 đƣợc chia thành hai nhóm: yếu tố bên ngồi yếu tố bên a Các yếu tố bên ngồi Các yếu tố bên ngồi chia thành ba nhóm: * Các yếu tố vật lý: lực, nhiệt,… yếu tố tác dụng lên đối tƣợng (chi tiết) với cƣờng độ (độ lớn) khác * Các yếu tố hóa học: chất khí, khơng 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 trƣờng hợp chi tiết hay cặp lắp gép chịu tác dụng lúc số yếu tố nhƣng nguyên tắc chủ đạo yếu tố: yếu tố hay gặp lực (lực ma sát) mơi trƣờng ăn mịn Các yếu tố nguyên nhân dẫn đến giảm chất lƣợng bề mặt chi tiết máy Khi chất lƣợng bề mặt giảm giới hạn cho phép, chi tiết xem nhƣ bị hỏng b Các yếu tố bên Các yếu tố bên đƣợc chia thành hai nhóm: thông số (yếu tố) bề mặt; thông số bên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.2 Ma sát mài mòn chi tiết máy Ma sát tƣợng xuất lực ngẫu lực có tác dụng cản trở chuyển động, xu hƣớng chuyển động tƣơng đối hai vật bề mặt (khi xét hai vật rắn có liên kết với nhau) Ma sát cịn đƣợc hiểu mát lƣợng học trình: khởi động, chuyển động, dừng Ma sát đƣợc phân loại dựa vào đối tƣợng, trình, chuyển động trạng thái nhƣ hình 1.1; ngồi cịn dựa vào tác dụng ma sát: ma sát có lợi ma sát có hại [4,39] Đối tƣợng Hình 1.1: Tổng quan phân loại ma sát Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Một số đặc trưng ma sát * Lực ma sát Cho đến kỷ XX, lực ma sát đƣợc tính gần theo cơng thức Fms  FN (1.1) Ở trạng thái tĩnh (trƣớc có chuyển động tƣơng đối), lực ma sát lực tác dụng theo phƣơng tiếp tuyến: Fms = Ft (1.2) * Mômen ma sát Mômen ma sát đƣợc viết nhƣ sau Mms = Fms.R (1.3) * Công ma sát (năng lượng ma sát) Năng lƣợng ma sát (Wms, Ems) đƣợc viết nhƣ sau - Đối với ma sát trƣợt: Wms T  EmsT  F dS ms (1.4) Wms L  EmsL   M ms d L (1.5) ms S ms - Đối với ma sát lăn: L - Đối với ma sát xoay: Wms X  Ems X  M ms d X (1.6) X Trong đó: FN- lực pháp tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tƣơng đối; R- cánh tay đòn tƣơng ứng với lực ma sát Fms.; Sms- quãng đƣờng ma sát; L- góc lăn; X- góc xoay Mịn q trình thay đổi hình dáng, khối lƣợng, kích thƣớc bề mặt vật thể, làm mát thay đổi vị trí tƣơng 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 tƣợng khuếch tán, hấp thụ, hợp kim hóa, ăn mịn, xâm thực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Một số cơng thức tính mịn cổ điển theo kinh nghiệm Trong thời gian dài, cƣờng độ mòn (Ih) đƣợc tính theo số cơng thức kinh nghiệm sau: Ih p   dn m (1.7) H Công thức thƣờng đƣợc sử dụng biến dạng đàn hồi, pdn nhỏ gần 0,14 MPa, độ cứng lớn (HB ≈ 8500 MPa) Theo số tác giả khác, cƣờng độ mịn đƣợc tính theo cơng thức sau: I h  209E 1,31 (1.8) Đối với số vật liệu phi kim loại, cƣờng độ mịn đƣợc tính nhƣ sau: I h  8, 4.103.HV 0,27 (1.9) 1,72 I h  ebh Đối với polyme: I h  1, 42.103.HV 0,27 (1.10) 0,5 I h  8, 6.104.ebh 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- môđun đàn hồi vật liệu; HV- độ cứng Vicke; ebh- lƣợng bốc vật liệu 1.2.3 Ảnh hưởng mơi trường ăn mịn Do tác động môi trƣờng, nhiều chi tiết máy (đặc biệt chi tiết kim loại) bị hỏng bị ăn mòn dẫn đến máy bị hỏng Ăn mòn kim loại tƣợng tự phá hủy vật liệu kim loại tác dụng hóa học tác dụng điện hóa kim loại với mơi trƣờng bên Tùy theo cách quan sát tƣợng, q trình ăn mịn kim loại phân loại nhƣ hình 1.2 [39,78] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ăn mòn hóa học Phân loại Ăn mịn điện hóa theo q trình Ăn mịn khí Ăn mịn khơng khí PHÂN LOẠI CÁC Q TRÌNH ĂN MỊN KIM LOẠI Phân loại theo mơi trƣờng Ăn mịn đất Ăn mịn chất lỏng Ăn mòn lựa chọn Ăn mòn ngầm (dƣới bề mặt) Phân loại theo đặc tính phá hủy Ăn mòn tinh thể Ăn mòn cục Ăn mòn nứt nẻ Ăn mòn rạn nứt Ăn mòn k.khí ƣớt Ăn mịn k.khí ẩm Ăn mịn k.khí khơ Ăn mịn axit Ăn mịn kiềm Ăn mòn d.dịch muối Ăn mòn nƣớc sơng Ăn mịn nƣớc biển Ăn mịn dạng vết đốm Ăn mòn dạng vết loét Ăn mòn điểm Ăn mịn xun tinh thể Hình 1.2: Phân loại q trình ăn mịn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.4 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy Nhƣ trình bày trên, có nhiều nguyên nhân dẫn đến hƣ hỏng chi tiết máy, có nhiều dạng hƣ hỏng chi tiết máy Hiện có nhiều phƣơng pháp phục hồi cho phép phục hồi đƣợc nhiều loại hƣ hỏng, chí dạng hƣ hỏng đƣợc phục hồi nhiều phƣơng pháp khác [1,28,76] Để phân loại phƣơng pháp phục hồi dựa vào phƣơng pháp phân loại hƣ hỏng Ở cách hƣ hỏng đƣợc chia thành ba nhóm: mịn; hƣ hỏng học hƣ hỏng hố nhiệt Mịn dạng hƣ hỏng hay gặp Dựa vào mức độ mịn, mịn lại chia thành ba nhóm: mịn đều, mịn khơng sinh ơvan, (đây loại thƣờng gặp bề mặt làm việc bề mặt chi tiết), vết xƣớc sây sát nhỏ Hƣ hỏng học (cơ khí) gồm: vết nứt, thủng, gãy, vỡ, uốn, xoắn, vết xƣớc sây sát lớn Hƣ hỏng hoá - nhiệt gồm: gỉ, rỗ bị ăn mịn (hố học điện hoá), cháy, tạo cặn dầu, cặn nƣớc, cong vênh (do giãn nở nhiệt) Trên sở phân loại hƣ hỏng nhƣ trên, phƣơng pháp phục hồi (loại bỏ hƣ hỏng) đƣợc chia thành ba nhóm: loại bỏ mòn (phục hồi cặp lắp ghép); loại bỏ hƣ hỏng hoá - nhiệt loại bỏ hƣ hỏng học nhƣ hình 1.3 Từ hình 1.3 cho thấy hƣ hỏng đƣợc loại bỏ nhiều phƣơng pháp khác Để phục hồi hoàn toàn chi tiết (chi tiết có nhiều loại hƣ hỏng) thƣờng phải sử dụng tổ hợp nhiều phƣơng pháp phục hồi khác Hiệu phục hồi chi tiết phụ thuộc đáng kể vào phƣơng pháp gia công chúng lựa chọn phƣơng pháp hay tổ hợp phƣơng pháp phục hồi hợp lý [36] Việc chọn phƣơng pháp phục hồi hợp lý số trƣờng hợp làm tăng chất lƣợng (tuổi thọ) chi tiết phục hồi so với chi tiết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii Lời cảm ơn Lời đầu tiên, Nghiên cứu sinh xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hƣớng dẫn khoa học thứ PGS.TS Phan Quang Thế - Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Thầy định hƣớng chiến lƣợc, đóng góp động viên Nghiên cứu sinh trình tiến hành làm đề tài viết luận án Nghiên cứu sinh xin đƣợc cảm ơn đến Thầy hƣớng dẫn khoa học thứ hai TS Trần Minh Đức - Phó Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, tham gia đóng góp ý kiến đốc thúc tiến độ, điều cần thiết cho hình thành, hoàn thiện kỳ hạn luận án Nghiên cứu sinh xin đƣợc cảm ơn Ban Giám hiệu; Khoa Sau đại học; Khoa Cơ khí; Trung tâm thí nghiệm Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho Nghiên cứu sinh trình nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin ghi nhận cảm ơn hợp tác, giúp đỡ tới Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam; Viện Vật lý - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội; Bộ môn Vật liệu - Học viện KT Quân sự; Nhà máy Z-153 Bộ Quốc phịng; Cơng ty TNHH Kỹ thuật Hà Nội; Công ty TNHH Phúc Hà - Khu Công nghiệp Tân Quang - Văn Lâm - Hƣng Yên; Công ty TNHH Khuôn mẫu thành viên Vĩnh Thành - Khu Công Nghiệp Quang Minh; Nhà máy Dƣợc phẩm số - Công ty Cổ phần Dƣợc TW MEDIPLANTEX;… Nghiên cứu sinh xin đƣợc cảm ơn Ban Giám hiệu, tập thể Khoa Điện, tập thể Khoa Cơ khí,… Trƣờng Cao đẳng nghề Cơ khí nơng nghiệp nơi Nghiên cứu sinh công tác, tạo điều kiện thuận lợi quý giá cho Nghiên cứu sinh hoàn thành đề tài mình./ Nghiên cứu sinh TRƢƠNG ĐỨC THIỆP Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Danh mục từ viết tắt x Phần mở đầu xv Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm chất lƣợng bề mặt chi tiết 1.2 Hƣ hỏng phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy 1.2.1 Nguyên nhân dẫn đến hƣ hỏng chi tiết máy 1.2.2 Ma sát mài mòn chi tiết máy 1.2.3 Ảnh hƣởng mơi trƣờng ăn mịn 1.2.4 Các phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy 1.3 Mạ điện composite 1.3.1 Những vấn đề mạ điện composite 1.3.2 Mạ điện compsite niken (Ni) 10 1.4 Tình hình nghiên cứu mạ điện composite nƣớc 11 1.5 Ứng dụng lớp mạ composite 13 1.6 Cơ sở lý thuyết mạ điện composite 14 1.6.1 Nguyên lý mạ điện composite 14 1.6.2 Các thông số đánh giá chất lƣợng lớp mạ 17 1.6.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng lớp mạ 18 Kết luận Chƣơng 28 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO DÂY CHUYỀN MẠ ĐIỆN COMPOSITE 29 2.1 Lựa chọn dây chuyền cơng nghệ mạ điện composite Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 29 iv 2.2 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lựa chọn thiết bị dây chuyền mạ điện composite 30 2.2.1 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống khuấy 30 2.2.2 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống lắng, lọc 43 2.2.3 Thiết kế, chế tạo chỉnh lƣu 54 2.2.4 Thiết kế, chế tạo, lựa chọn số trang thiết bị khác 55 Kết luận Chƣơng 56 Chƣơng NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƢỢNG LỚP MẠ COMPOSITE 57 3.1 Mục đích nghiên cứu 57 3.2 Phƣơng pháp thí nghiệm 58 3.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm lựa chọn dung dịch mạ thí nghiệm 58 3.2.2 Xác định yếu tố thí nghiệm (Yếu tố đầu vào) 59 3.2.3 Lựa chọn hàm mục tiêu (Thông số đầu ra) 60 3.2.4 Thiết kế thí nghiệm 61 3.2.5 Tiến hành thí nghiệm 61 3.3 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng số thông số đến chất lƣợng lớp mạ composite Ni-Al2O3 63 3.3.1 Ảnh hƣởng mật độ dòng điện 63 3.3.2 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy 69 3.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ 72 3.3.4 Ảnh hƣởng độ pH 74 3.3.5 Lựa chọn thông số công nghệ hợp lý 77 3.4 Kết so sánh lớp mạ niken thƣờng (khơng có hạt) với lớp mạ niken composite Ni-Al2O3 (có hạt) 77 3.4.1 Kết so sánh độ bám dính 77 3.4.2 Kết so sánh độ bền ăn mòn 78 3.4.3 Kết so sánh độ cứng 81 3.4.4 Kết so sánh độ mài mịn 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v Kết luận Chƣơng Chƣơng 87 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN COMPOSITE 4.1 Cơ sở chung lựa chọn phƣơng pháp phục hồi 89 89 4.2 Nghiên cứu ứng dụng mạ composite (Ni-Al2O3) phục hồi chày dập thuốc dạng viên 94 4.2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất thuốc viên ngành dƣợc 94 4.2.2 Sơ đồ cấu tạo máy dập thuốc dạng viên 96 4.2.3 Nguyên lý làm việc 96 4.2.4 Cơ chế mòn chày, cối dập thuốc dạng viên 98 4.2.5 Yêu cầu kỹ thuật giải pháp nâng cao chất lƣợng khuôn chày 101 4.2.6 Xây dựng quy trình mạ composite (Ni-Al2O3) phục hồi chày dập thuốc dạng viên 103 4.2.7 Kiểm tra chất lƣợng lớp mạ nhờ chạy thử 109 4.2.8 Sơ đánh giá hiệu kinh tế công nghệ mạ phục hồi 111 4.3 Ứng dụng quy trình mạ composite (Ni-Al2O3) để mạ số chi tiết khác 112 Kết luận Chƣơng 113 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 114 Kết luận 114 Hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 118 http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 (Phụ lục 2.3): Các thông số kỹ thuật hệ thống khuấy 128 Bảng 2.2: Kết hai mẫu mạ 43 Bảng 2.3 (Phụ lục 2.22): Bảng tính dây chuyền mạ điện composite (Xƣởng mạ)…………………………………………………………….140 Bảng 3.1: Thành phần dung dịch mạ composite Ni-Al2O3 59 Bảng 3.2: Các mức thay đổi thơng số thí nghiệm 61 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng mật độ dòng điện (Dc) 68 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng tốc độ khuấy (n) 71 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng nhiệt độ dung dịch mạ (T) 73 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng độ pH dung dịch mạ………………………………… 76 Bảng 3.7: Kết thử nghiệm mẫu phun mù muối 81 Bảng 3.8: Kết đo độ cứng hai mẫu 82 Bảng 3.9: Kết thử nghiệm mài mòn hai mẫu 85 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp quy trình mạ phục hồi chày dập thuốc dạng viên mạ composite Ni-Al2O3 108 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Tổng quan phân loại ma sát Hình 1.2: Phân loại q trình ăn mịn Hình 1.3: Phân loại phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy Hình 1.4: Sơ đồ lực tác dụng lên hạt giai đoạn 15 Hình 2.1a: Sơ đồ dây chuyền mạ điện thơng thƣờng 29 Hình 2.1b (Phụ lục 2.1): Một số sở mạ 126 Hình 2.2 Sơ đồ dây chuyền mạ điện composite 30 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống khuấy 32 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống khuấy 33 Hình 2.5: Sơ đồ ngun lý tính tốn hệ thống khuấy 34 Hình 2.6: Cấu tạo rung 37 Hình 2.7: Sơ đồ tính Lmax 40 Hình 2.8: Ảnh hƣởng số thông số đến chiều cao phun Lmax 42 Hình 2.9 (Phụ lục 2.4): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy 129 Hình 2.10 (Phụ lục 2.5): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy sục khí 129 Hình 2.11 (Phụ lục 2.6): Chiều dày lớp mạ mẫu (01x50) 130 Hình 2.12 (Phụ lục 2.7): Chiều dày lớp mạ mẫu (02x50) 130 Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lắng, lọc dung dịch mạ điện composite 45 Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lắng, lọc 46 Hình 2.15: Độ chênh áp bể mạ (1) bể lắng (2) 47 Hình 2.16: Sơ đồ quỹ đạo chuyển động hạt chảy tầng lý tƣởng 50 Hình 2.17: Sơ đồ quỹ đạo lắng hạt chảy rối 50 Hình 2.18 (Phụ lục 2.8): Xác định khả chảy ống xiphông 130 Hình 2.19 (Phụ lục 2.9): Bộ chỉnh lƣu 130 Hình 2.20 (Phụ lục 2.10): Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu 131 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii Hình 2.21 (Phụ lục 2.11): Sơ đồ khối kênh tạo xung điều khiển hệ thống chỉnh lƣu 132 Hình 2.22 (Phụ lục 2.12): Sơ đồ khối nguyên lý phần gửi xung truyền xung điều khiển hệ chỉnh lƣu 133 Hình 2.23 (Phụ lục 2.13): Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh PID khối tổng hợp tín hiệu điều khiển sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ 134 Hình 2.24 (Phụ lục 2.14): Sơ đồ nguyên lý thiết kế kênh tạo xung điều khiển 135 Hình 2.25 (Phụ lục 2.15): Sơ đồ nguyên lý thiết kế phần hợp xung truyền xung điều khiển 136 Hình 2.26 (Phụ lục 2.16): Sơ đồ nguyên lý thiết kế điều khiển PID mạch tổng hợp tín hiệu điều khiển mạch bảo vệ 137 Hình 2.27 (Phụ lục 2.17): Xƣởng mạ 138 Hình 2.28 (Phụ lục 2.18): Bể mạ Ni-Al2O3 138 Hình 2.29 (Phụ lục 2.19): Dây chuyền mạ Ni-Al2O3 139 Hình 2.30 (Phụ lục 2.20): Cơ cấu điều khiển phận khuấy 139 Hình 2.31 (Phụ lục 2.21): Mạ phục hồi chày dập thuốc dạng viên 140 Hình 3.1: Thiết bị phân tích JEOL JSM-6490 (Mỹ) 62 Hình 3.2: Các mẫu phân tích cấu trúc mặt cắt ngang 64 Hình 3.3: Phân tích SEM-EDX tại10 điểm (Line Scan) cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (mẫu M1) 65 Hình 3.4 (Phụ lục 3.1): Phân tích SEM-EDX vùng cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (mẫu M1) 142 Hình 3.5 (Phụ lục 3.2): Phân tích SEM-EDX điểm cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (Mẫu M1) 142 Hình 3.6 (Phụ lục 3.3): Phân tích SEM-EDX 10 điểm (Line Scan) cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (Mẫu M3) 142 Hình 3.7 (Phụ lục 3.4): Phân tích SEM-EDX vùng cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (Mẫu M3) 143 Hình 3.8 (Phụ lục 3.5): Phân tích SEM-EDX 10 điểm (Line Scan) cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (Mẫu M6) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 143 ix Hình 3.9 (Phụ lục 3.6): Phân tích SEM-EDX vùng cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (Mẫu M6) 143 Hình 3.10 (Phụ lục 3.7): Phân tích SEM-EDX tại10 điểm (Line Scan) cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (mẫu M12) 144 Hình 3.11 (Phụ lục 3.8): Phân tích SEM-EDX vùng cấu trúc mặt cắt ngang lớp mạ Ni-Al2O3 (mẫu 12) 144 Hình 3.12: Ảnh hƣởng mật độ dịng điện 68 Hình 3.13: Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy với vận tốc 150v/ph 69 Hình 3.14 (Phụ lục 3.9): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy với vận tốc 300v/ph 145 Hình 3.15 (Phụ lục 3.10): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy với vân tốc 450v/ph 145 Hình 3.16 (Phụ lục 3.11): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ khuấy với vận tốc 600v/ph 146 Hình 3.17: Ảnh SEM tổ chức nguyên tố lớp mạ Ni-Al2O3 70 Hình 3.18: Ảnh hƣởng tốc độ khuấy 71 Hình 3.19: Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ mạ với nhiệt độ phịng 72 Hình 3.20 (Phụ lục 3.12): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ mạ với nhiệt độ 400C 146 Hình 3.21 (Phụ lục 3.13): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ mạ với nhiệt độ 500C 147 Hình 3.22 (Phụ lục 3.14): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ mạ với nhiệt độ 600C 147 Hình 3.23: Ảnh hƣởng nhiệt độ dung dịch mạ 74 Hình 3.24: Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ Ni-Al2O3 mạ với độ pH = 75 Hình 3.25 (Phụ lục 3.15): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ Ni-Al2O3 mạ với độ pH = Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 148 http://www.lrc-tnu.edu.vn x Hình 3.26 (Phụ lục 3.16): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ Ni-Al2O3 mạ với độ pH = 148 Hình 3.27 (Phụ lục 3.17): Ảnh SEM thành phần nguyên tố lớp mạ Ni-AL2O3 mạ với độ pH = 149 Hình 3.28: Ảnh hƣởng độ pH dung dịch 76 Hình 3.29: Lị nung NABERTHERM 77 Hình 3.30: Ảnh chụp mẫu sau thử nghiệm sốc nhiệt 78 Hình 3.31: Thiết bị thử nghiệm ăn mịn (TaiWan) 79 Hình 3.32: Ảnh chụp mẫu trƣớc thử nghiệm độ bền phun mù muối 80 Hình 3.33: Ảnh mẫu sau 24h phun mù muối 80 Hình 3.34: Ảnh mẫu sau 48h phun mù muối 80 Hình 3.35 (Phụ lục 3.18): Ảnh mẫu sau 72h phun mù muối 149 Hình 3.36 (Phụ lục 3.19): Ảnh mẫu sau 96h phun mù muối 149 Hình 3.37: Thiết bị đo độ cứng 81 Hình 3.38: Ảnh mẫu sau mài để đo độ cứng 82 Hình 3.39 (Phụ lục 3.20): Bản vẽ mẫu thử dạng đĩa chốt tỳ chế tạo thép 150 Hình 3.40: Nguyên lý đo mài mịn 83 Hình 3.41 : Thiết bị thử mài mịn TE 97 83 Hình 3.42 : Mẫu sau thử mài mịn 84 Hình 3.43: Đồ thị thử nghiệm mài mịn mẫu 85 Hình 3.44: Đồ thị thử nghiệm mài mịn mẫu 86 Hình 4.1: Ảnh hƣởng kế hoạch sản xuất đến giá thành chi tiết phục hồi 92 Hình 4.2: Cấu tạo phận máy dập thuốc dạng viên loại GZPK 96 Hình 4.3 (Phụ lục 4.1): Máy dập thuốc dạng viên GZPK300 156 Hình 4.4 (Phụ lục 4.2): Máy dập thuốc dạng viên ZP33C 156 Hình 4.5 (Phụ lục 4.3): Máy dập thuốc dạng viên ZPD25 157 Hình 4.6: Vị trí hao mịn chày dập thuốc GZPK-3037 97 Hình 4.7: Cơ chế tác dụng lực lên khuôn chày 98 Hình 4.8: Chày bị hỏng 107 Hình 4.9: Mạ composite Ni-Al2O3 chày dập thuốc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 109 http://www.lrc-tnu.edu.vn xi Hình 4.10: Chày sau mạ 110 Hình 4.11 (Phụ lục 4.4): Kiểm tra chi tiết hao mòn (trƣớc mạ) 157 Hình 4.12 (Phụ lục 4.5): Rửa chi tiết 158 Hình 4.13 (Phụ lục 4.6): Hoạt hóa bề mặt chi tiết 158 Hình 4.14 (Phụ lục 4.7): Rửa (làm sạch) chi tiết điện hóa 158 Hình 4.15 (Phụ lục 4.8): Kiểm tra chi tiết sau mạ 159 Hình 4.16 (Phụ lục 4.9): Khử ứng suất dƣ (tủ sấy) cho chi tiết 159 Hình 4.17 (Phụ lục 4.10): Ống DEKKO mạ Ni-Al2O3 159 Hình 4.18 (Phụ lục 4.11): Đầu bịt xe ga mạ Ni-Al2O3 160 Hình 4.19 (Phụ lục 4.12): Linh kiện đồ gá mạ Ni-Al2O3 160 Hình 4.20 (Phụ lục 4.13): Biên kiểm tra sơ chày thuốc dập viên phục hồi 161 Hình 4.21 (Phụ lục 4.14): Biên bàn giao ống DEKKO 162 Hình 4.22 (Phụ lục 4.15): Biên bàn giao đầu bịt xe ga 163 Hình 4.23 (Phụ lục 4.16): Biên bàn giao linh kiện đồ gá mạ 164 Hình 4.24 (Phụ lục 4.17): Kính hiển vi điện tử quyét VEGA SBU EasyProbe 165 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT FN - lực pháp tuyến Fms - lực ma sát R - cánh tay đòn Mms - mô men ma sát Sms - quãng đƣờng ma sát L - góc lăn X - góc xoay Wms (Ems) - lƣợng ma sát pdn - áp lực danh nghĩa bề mặt tiếp xúc H - độ cứng vật liệu tiếp xúc m - số mịn E - mơ đun đàn hồi vật liệu HV- độ cứng Vicke ebh - lƣợng bốc vật liệu Ih - cƣờng độ mòn  - độ nhớt động học dung dịch r - bán kính tay quay l - chiều dài biên n - số vòng quay trục (tốc độ khuấy) φ - góc quay tay quay ω - vận tốc góc ĐCT - điểm chết ĐCD - điểm chết dƣới wmax - vận tốc lớn rung hd - khoảng cách từ điểm chết dƣới (ĐCD) rung đến đáy bể h'tr - khoảng cách từ ĐCD rung đến vị trí rung có vận tốc lớn htr - khoảng cách từ ĐCT rung đến vị trí rung có vận tốc lớn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xiii hb - khoảng cách từ ĐCD đầu biên đến vị trí đầu biên có vận tốc lớn a - chiều rộng rung b - chiều dài rung Nl - số lỗ rung Sl - diện tích lỗ rung d - đƣờng kính lỗ Hd - chiều cao dung dịch mạ bể Lmax - khoảng cách từ đáy bể đến điểm cao dung dịch phun ρ0 - khối lƣợng riêng dung dịch ρ1 - khối lƣợng riêng hạt dh - đƣờng kính hạt g - gia tốc trọng trƣờng u - tốc độ lắng tự hạt L - chiều dài bể lắng B - chiều rộng bể lắng H0 - chiều cao bể lắng Nb - số lƣợng bể Qlt, Qtt - lƣu lƣợng lý thuyết lƣu lƣợng thực tế Dc - mật độ dòng điện T - nhiệt độ dung dịch mạ pH - độ pH dung dịch mạ KT - hệ số tuổi thọ (hệ số độ bền) thp tm - thời gian làm việc (khối lƣợng công việc) chi tiết phục hồi chi tiết đến trạng thái giới hạn 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 cơng sau phục hồi M - chi phí nguyên vật liệu cho phục hồi Nk - kế hoạch sản xuất năm sở (số chi tiết) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xiv Rph Rm - chi phí bảo trì máy trạng thái có khả làm việc bị phá vỡ chi tiết phục hồi chi tiết khoảng thời gian [0,tph] [0, tm] Pph Pm- chi phí (tổn thất) khác cho bảo trì máy làm việc với chi tiết phục hồi chi tiết G.C - gia công PL - phụ lục TB - trung bình CCDD - chiều cao dung dịch A - ampe; s - giây; h - giờ; v/ph - vòng/phút; g/l - gam/lít Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xv PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nƣớc ta thời kỳ hội nhập, thời kỳ công nghiệp hóa - đại hóa phấn đấu đến năm 2020 trở thành nƣớc công nghiệp Ngành công nghệ vật liệu ba mũi nhọn kinh tế trí thức đóng vai trò quan trọng phát triển đất nƣớc Công nghệ xử lý bề mặt đƣợc triển khai áp dụng rộng rãi công nghiệp, nhằm nâng cao khả sử dụng chi tiết cách xử lý làm biến đổi tính chất lý vùng bề mặt, mạ lên bề mặt làm việc chi tiết lớp vật liệu có tính chất lý đặc biệt Mạ composite biện pháp công nghệ bề mặt sử dụng phƣơng pháp mạ điện thông thƣờng tạo lớp vật liệu composite gồm kim loại hạt cứng có khả giảm ma sát, chịu nhiệt, chịu mài mòn chịu ăn mòn tốt Hiện nƣớc ta kỹ thuật bề mặt đƣợc quan tâm phát triển đặc biệt mạ điện Tuy nhiên mạ composite chƣa đƣợc quan tâm triển khai mức đáp ứng yêu cầu ngày cao cơng nghiệp đề tài: “Nghiên cứu công nghệ mạ composite ứng dụng mạ thử nghiệm chi tiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt” cần thiết cấp bách Thành cơng đề tài góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lƣợng sản phẩm khí làm việc mơi trƣờng ma sát mịn cao nhiều lĩnh vực cơng nghiệp Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích Xây dựng quy trình mạ composite hạt Al2O3 niken nhằm nâng cao tính chống ăn mịn cho sản phẩm khí, đồng thời mạ thử nghiệm số chi tiết nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt để tăng tuổi thọ chi tiết tăng khả nội địa hóa sản xuất khí 2.2 Đối tượng nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xvi Đối tƣợng nghiên cứu đề tài gồm: mạ composite hạt Al2O3 niken; Công nghệ thiết bị mạ điện thông thƣờng, mạ composite nói chung mạ composite Ni-Al2O3 nói riêng; Xây dựng xƣởng mạ cỡ nhỏ; Máy dập thuốc dạng viên; Mạ phục hồi chày dập máy dập thuốc viên mạ (mạ lần đầu) cho số chi tiết, Ý nghĩa khoa học thực tiễn 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Đã bổ sung đƣợc số lý thuyết kết công nghệ mạ composite hạt Al2O3 niken Các kết nghiên cứu đề tài tài liệu khoa học để thiết lập dẫn công nghệ thiết kế dây chuyền mạ điện composite, triển khai công nghệ mạ composite Việt Nam 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đã đƣa đƣợc thông số công nghệ hợp lý mạ composite hạt Al2O3 niken Đã triển khai mạ phục hồi số chi tiết chứng minh đƣợc tính ƣu việt lớp mạ composite Ni-Al2O3 so với lớp mạ niken thƣờng Các kết nghiên cứu cho phép mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ mạ composite vào sản xuất công nghiệp Việt Nam, góp phần tạo sản phẩm tốt, giá thành hạ Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu chung kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu đƣợc định hƣớng nhờ kết nghiên cứu lý thuyết; Phƣơng pháp tổng quan tài liệu, lấy ý kiến chuyên gia; Phƣơng pháp mơ hình hóa; Phƣơng pháp phân tích mẫu; Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng lớp mạ; Tổng hợp kết quả, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... bề mặt chi tiết, sau gia công khí bề mặt chi tiết phải đƣợc đánh bóng theo qui định, trƣớc mạ chi tiết phải đƣợc ngâm rửa hóa chất điện hóa dung dịch kiềm cần tiến hành mạ Để làm bề mặt chi tiết. .. mạ thƣờng với lớp mạ composite Trên sở nghiên cứu lựa chọn thông số công nghệ hợp lý để mạ chi tiết cụ thể, đồng thời làm sở nghiên cứu (tối ƣu hóa thơng số cơng nghệ) Nghiên cứu thử nghiệm mạ. .. 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