Kết quả: Lớp phun phủ phục hồi chi tiết máy được tạo bởi lớp liên kết từ bột Ni- 164-2 và lớp phủ từ bột WC, Ceramic, ZRO – 182 với chiều dày tương ứng là 0,4 - 0,6 mm và độ cứng đạt 40÷55 HRC.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.5. Một số ứng dụng công nghệ plasma: 2.5.1. Hàn plasma:
-Hàn plasma có nhiệt độ hồ quang lên tới 15000-20000oC, không như hồ quang trong hàn thông thường có dạng hình cơn, hồ quang trong hàn plasma có dạng hình trụ, do đó nó có khả năng xuyên sâu vào bể hàn, nên có thể hàn vật dày không cần vát mép lớn. -Hàn bằng hồ quang plasma có thể nối các kim loại đen và mầu khác nhau: Nhôm và hợp kim titan, thép cacbon thấp và thép không gỉ, đồng, đồng thau, niken và các vật liệu không đồng dạng với chúng.
Hình 2.4. Hàn plasma [Nguồn internet]
2.5.2. Cắt bằng Plasma:
-Nguyên lý cắt plasma dựa trên sự tận dụng nhiệt độ rất cao và tốc độ truyển động lớn của khí từ miệng phun của đầu plasmatron để làm nóng chảy và thổi kim loại khỏi rãnh cắt. -Thông thường sử dụng hỗn hợp khí: 65% Ar + 35%H2; 80%N2+20%H2 Hình 2.5. Cắt plasma[Nguồn internet] 2.5.3. Xử lý bề mặt bằng Plasma :
– Phủ bề mặt chi tiết : Người ta đưa bột vật liệu phủ vào
dòng plasma (3000 – 30.000 độ C) được tạo thành giữa anot và katot (được làm nguội bằng nước trong súng phun). Khi dẫn luồng khí (Ar, He) có áp suất cao đi qua, bột chất phủ nóng chảy được phun vào bề mặt kim loại.
- Đánh bóng : Chi tiết cần gia công được đưa vào dung
dịch đặc biệt. Dưới tác dụng của dòng điện cao áp, ở bề mặt của các điện cực xuất hiện rất nhiều dịng microplasma phóng điện, kết quả là xảy ra sự đốt nóng và nung chảy các điểm nhọn nhô ra và bề mặt được làm nhẵn.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.5.4.Xử lý khí thải ơtơ:
Hình 2.7. Xử lý khí thải ơtơ [1].
2.5.5.Khẩu trang plasma:
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.5.6.Chế tạo tấm thu năng lượng mặt trời:
Hình 2.9. Tấm thu năng lượng mặt trời [1].
2.5.7.Tôi và rửa sợi dây đồng:
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.5.8.Sản xuất điện và tạo lực đẩy:
Hình 2.11. Sản xuất điện và tạo lực đẩy [1].
2.5.9.Xử lý nước thải, khí thải, nước uống:
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.5.10. Máy gia tốc:
Máy gia tốc sử dụng plasma cho một tia laser hoặc một chùm hạt đi qua khối plasma
Phát sinh trường gia tốc
Hình 2.13. Máy gia tốc [1]
2.5.11. Các ứng dụng khác:
-Y tế:
Khử khuẩn da cơ thể người Điều trị vết thương hở. Khử trùng các thiết bị y tế Làm kính sát trịng
-Kinh doanh sản xuất: Sản xuất nhựa, công nghệ làm sạch bề mặt vật liệu, xử lý khí thải
-Giao thông vận tải: Phun plasma trên bề mặt các loại vật liệu được tráng, phủ để chống mài mịn và ăn mịn, xử lý khí thải động cơ Ứng dụng của Plasma.
-Hàn, cắt kim loại trong các lò luyện kim.
-Chế tạo vật liệu bao gồm cả việc cấy (etching) các mơ hình phức tạp dùng cho các các linh kiện vi điện tử và vi quang, dùng trong các công nghệ lắng đọng trong các lĩnh vực tạo ma sát, từ, quang, chất dẫn điện, chất cách điện, chất polyme, các màng mỏng xúc tác
-Đặc biệt với khả năng ion hóa tạo ta các chất có gốc oxi hóa mạnh tạo ra một khả năng trong việc áp dụng cơng nghệ plasma xử lý khí, xử lý nước……v…v.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.6. Ưu nhược điểm công nghệ plasma: Ưu điểm của công nghệ plasma: Ưu điểm của cơng nghệ plasma:
- Có thể gia công bất cứ kim loại nào, các loại vật liệu rất khó gia cơng với các phương pháp khác : thép không gỉ, hợp kim nhôm...
- Dễ dàng kết hợp với các máy tự động.
-Vùng Plasma trong cột hồ quang rất nhỏ, tăng khả năng gia cơng chính xác.
- Gia công các kim loại đặc biệt với tốc độ cao, khơng gây biến dạng vật liệu, vùng cắt ít bị cứng.
Nhược điểm của công nghệ plasma:
- Thiết bị phức tạp đắt tiền. - Hệ điều khiển số phức tạp.
Kết luận
Phát triển bễn vững, thân thiện với mơi truờng => Ngành cơ khí xanh. Cơng nghệ plasma là ngành công nghệ xanh.
Tạo điện năng.
Tạo động lực khơng khói, khơng chất thải ơ nhiễm. Xử lý chất thải, chất gây ô nhiễm môi trường. Ứng dụng nâng cao hiệu quả trong sản xuất thiết bị.
2.7. Các phương pháp xử lý bề mặt thường dùng:
Đối với các sản phẩm rèn dập nóng hay qua xử lý nhiệt luyện hoặc các sản phẩm đúc, bề mặt sản phẩm luôn bị bao phủ một lớp vảy các bon và xỉ than bám bẩn trên bề mặt hay sản phẩm đúc có nhiều ba via hoặc dính cát. Ngồi ra đối với các phần thép kết cấu trước khi sơn chống rỉ lên bề mặt cần làm sạch bề mặt mục đích để sơn bám chắc và chống rỉ ơxi hóa bên trong làm bong lớp sơn. Để làm sạch các phần chi tiết đó người ta thường dùng các cách làm sạch như phun cát, phun bi, siêu âm, plasma…
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
2.7.1. Phương pháp phun bi: [Nguồn internet]
Các hạt bi thép cỡ nhỏ từ 0.8-1.2mm được bắn ra với vận tốc rất lớn lên bề mặt phần chi tiết cần làm sạch. Với lực tác động liên tục và lực va đập mạnh làm cho bề mặt chi tiết được làm sạch.
Phun bi có thể đạt độ nhẵn bóng bề mặt ▼5÷▼7, đối với vật liệu cứng (HRC 50-60 ) có thể đạt ▼10. Chiều sâu biến cứng có thể đến 1,5mm. Tại lớp biến cứng sinh ra ứng suất nén dưới 800N/mm2.
Ưu điểm:
-Có thể đạt độ chính xác cao.
-Tạo độ bám dính tương đối tốt trước khi sơn. Nhược điểm:
-Ảnh hưởng đến lớp biến cứng bề mặt.
-Chi phí cao.
- Phá vỡ cấu trúc bề mặt thép.
2.7.2. Phương pháp phun nước siêu cao áp: [Nguồn internet]
Cấu tạo cơ bản hệ thống máy phun nước siêu cáo áp bao gồm:
-01 động cơ diesel or động cơ điện truyền động cho 01 máy bơm nước cao áp. -01 đường ống cấp nước đầu vào,
-01 hệ thống ống cao áp đầu ra và súng phun. Áp lực các tia nước ra khỏi súng có thể lên tới 2500 bar, tuy nhiên do đầu súng có cấu tạo đặc biệt, các tia nước đi xuyên và xoay nên phản lực tác động lên người cầm súng phun nhỏ, đảm bảo an toàn lao động.
Trong lĩnh vực Công nghệ phun nước áp lực cao, người ta phân loại máy theo dải áp lực như sau:
-Từ 350 bar đến 700 bar được gọi là Bơm cao áp. Với dải áp lực này các lớp sơn rỗ tróc, hoặc dầu mỡ trên bề mặt sẽ được tẩy sạch.
-Từ 700 bar đến 1700 bar được gọi là Bơm trung cao áp. Với giải áp lực này gỉ sắt, rỗ bề mặt kim loại, sơn thông thường cũ sẽ được tẩy sạch.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
-Từ 1700 bar đến 2800 bar được gọi là bơm siêu cao áp. Với dải áp lực này toàn bộ lớp vật liệu bám trên bề mặt kim loại sẽ được tẩy sạch đưa bề mặt kim loại về trạng thái nguyên thủy ban đầu.
Ưu điểm:
Nước có mặt ở khắp mọi nơi, chiếm 3/5 trái đất, 2/3 cơ thể, dễ khai thác.
Thân thiện với môi trường, không độc hại, lượng chất thải nhỏ nên giảm tối đa chi phí xử lý chất thải.
Khơng có bụi nên khơng làm ảnh hưởng đến mơi trường, thiết bị máy móc xung quanh.
Khơng mài mịn, phá vỡ cấu trúc bề mặt thép.
Dễ sử dụng ở những khơng gian kín, hẹp.
Rửa trôi tất cả các hạt bụi trong các hốc lõm và muối trên mặt thép triệt tiêu nguyên nhân gây ăn mòn từ trong ra.
Tuy nhiên, với phương pháp làm sạch bằng nước có một số nhược điểm sau:
Bề mặt kim loại bị ẩm ướt.
Tạo rỉ cấp tính ngay sau khi khơ bề mặt.
2.7.3. Phương pháp phun cát: [Nguồn internet]
Một bề mặt thép bị gỉ hoặc “bẩn” có thể làm sạch một cách có hiệu quả bằng phương pháp phun cát tức là các hạt cát, đá, sỏi nhỏ được đẩy tới với một tốc độ cao qua miệng ống phun sẽ tác động lên bề mặt để làm sạch gỉ và các chất bẩn dính trên nó.
Kích thước một hạt mài (cát, sỏi) khoảng từ 0,3 đến 1,5 mm (12 – 60 mils) là kích thước được kiểm nghiệm hiệu quả nhất đạt được các tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt theo quy định, đặc biệt có hiệu qủa khi làm sạch bề mặt bị lõm sâu.(Việc sử dụng hạt sỏi trong quá trình chuẩn bị bề mặt thường sử dụng nhiều hơn và hiệu qủa hơn dùng bằng cát).
Việc chuẩn bị bề mặt đạt hiệu qủa cao, nhanh chóng và kinh tế hay khơng cịn phụ thuộc vào mức độ gỉ sét, mức độ rỗ của bề mặt cần làm sạch. Một bề mặt tơn cịn mới, phẳng chắc chắn chi phí cho việc làm sạch sẽ ít tốn kém hơn so với một bề mặt gỉ, rỗ nhiều.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Các chú ý trước khi phun cát:
* Mài phẳng cạnh sắc, góc, mối hàn.
* Mài láng những mối hàn gồ ghề, khuyết tật sắt thép, tẩy sạch ba vớ hàn…
* Các lỗ khoét nên có đường kính tối thiểu 30mm, được kiểm tra và chấp thuận trước khi làm sạch.
2.7.4. Phương pháp phun phủ plasma:
Bề mặt chi tiết máy trước khi phủ một lớp bảo vệ, ví dụ như xi mạ, nhuộm, sơn, chất bôi trơn… rất cần được làm sạch và tăng độ hấp thụ. Với phương pháp truyền thống, chi phí để tẩy rữa bề mặt chi tiết là rất cao, hiệu suất thấp đồng thời ảnh hưởng rất lớn đến mơi trường do sử dụng một số hóa chất độc hại. Ngồi ra, sản phẩm sau khi phủ lớp bảo vệ, độ bám dính khơng cao do lực liên kết giữa chi tiết và chất phủ thấp. Để khắc phục những nhược điểm trên, giải pháp bắn plasma lên bề mặt chi tiết ở nhiệt độ và áp suất khí quyển được ứng dụng. Với phương pháp này, bề mặt chi tiết được làm sạch và đồng thời tăng độ hấp thu nên ít tốn nguyên liệu phủ, sản phẩm đẹp, bền và chịu được điều kiện làm việc khắc nghiệt.Tóm lại, muc tiêu quan trọng của đồ án là xử lý bề mặt chi tiết, tức làm sạch và tăng khả năng hấp thụ chất phủ làm cho sản phẩm đẹp, chịu lực tốt, bền với điều kiện sử dụng thay đổi, giảm thời gian sản xuất, giảm chi phí sản xuất.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Hình trên: Kết quả xử lý bề mặt kim loại bằng Plasma, những giọt nước bên trái là nơi bề mặt chưa xử lý, vũng nước bên phải là nơi bề mặt đã xử lý (từ một giọt nước giống bên trái tự động loan ra do độ hấp thụ bề mặt sau xử lý)
Ứng dụng công nghệ plasma với phản ứng plasma trong mơi trường khí trơ tạo ra các phần tử electron, ion và phân tử oxy hóa bậc cao. Trong mơi trường plasma, dưới tác động của điện trường các phần tử này sẽ chuyển động với một động năng rất lớn. Thành phần bụi và chất bẩn (hữu cơ và vô cơ) bám trên bề mặt chi tiết được làm sạch bởi sự va đập các hạt vào bề mặt và các vi khuẩn, nấm bị tẩy bởi quá trình oxy hóa bậc cao. Hơn thế nữa, khi các hạt này va chạm với bề mặt chi tiết nó sẽ truyền cho bề mặt chi tiết một năng lượng từ đó kích thích các phần tử trên bề mặt hoạt động mạnh dẫn đến kết quả bề mặt cần bám dính của chi tiết có khả năng “ăn” chất phủ rất tốt. Do đó bề mặt chi tiết sau khi xử lý sạch và có độ hấp thụ rất cao. Plasma xảy ra trực tiếp trên bề mặt chi tiết nên quá trình xử lý nhanh và hiệu quả. Tóm lại, với cơng nghệ plasma, quy trình phủ bề mặt chi tiết đạt hiệu quả cao kinh tế, bền và thân thiện với môi trường.
Ứng dụng: Sơn, xi mạ, đánh vani gỗ, ván ép, bôi trơn (giảm ma sát), dệt nhuộm, tráng bạc...
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Các định nghĩa cơ bản.
3.1.1. Ion hoá: Định nghĩa: Định nghĩa:
Ion là một nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị mất hay thu nhận thêm được một hay nhiều electron. Một ion mang điện tích âm, khi nó thu được một hay nhiều electron, được gọi là anon hay Điện Tích Âm, và một ion mang điện tích dương khi nó mất một hay nhiều electron, được gọi là cation hay Điện Tích Dương. Q trình tạo ra các ion gọi là ion hóa.
3.1.2. Năng lượng ion hố:
Năng lượng ion hóa của một nguyên tử hay một phân tử là năng lượng cần thiết để tách một điện tử từ nguyên tử hay phân tử đó ở trạng thái cơ bản. Một cách tổng quát hơn, năng lượng ion hóa thứ n là năng lượng cần thiết để tách điện tử thứ n sau khi đã tách (n-1) điện tử đầu tiên. Trạng thái cơ bản chính là trạng thái mà tại đó, ngun tử khơng chịu ảnh hưởng của bất kỳ một từ trường ngoài nào cả. Tức là 1 nguyên tử kim loại ở trạng thái cơ bản sẽ có dạng khí, và cấu hình electron của nó cũng là cấu hình cơ bản: tn theo nguyên lí Pauli, Nguyên lí vững bền và qui tắc Hund.
3.1.3. Bậc Ion hóa:
Bậc bậc ion hóa là tỉ số giữa nồng độ các hạt mang điện với nồng độ các hạt khí trong mơi trường.
) 1 ( 0 , n nei β : bậc ion hóa.
ne,I : nồng độ các hạt mang điện.
n0 : nồng độ các hạt khí trong mơi trường. Để plasma có tính ion hóa mạnh thì:
) 2 ( ei eo
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Để plasma có tính ion hóa yếu thì:
3 ei eo
ei: Tiết diện hiệu dụng, đặc trưng cho quá trình tương tác giữa điện tử với ion. eo : Tiết diện hiệu dụng, đặc trưng cho quá trình tương tác giữa điện tử với hạt trung hòa.
Theo quan điểm nhiệt động học có hai loại là plasma cân bằng và plasma không cân bằng:
Plasma cân bằng (hoặc plasma đẳng nhiệt) là trong đó các hạt có cùng nhiệt độ,trung hịa về điện vì các hạt mang điện mất đi ln được bù lại do q trình ion hóa, nó tồn tại mà khơng cần lấy năng lượng từ bên ngồi.
Plasma khơng cân bằng (hoặc plasma bất đẳng nhiệt): khơng trung hịa về điện, nhưng sự phá vỡ trung hịa đó khơng phải là lớn, nó tồn tại cần có năng lượng từ bên ngồi, nếu khơng nhận được năng lượng từ bên ngồi thì plasma sẽ tự mất đi
Vậy điều kiện gần trung hòa là một trong những điều kiện cơ bản của plasma ta có thể định nghĩa “plasma là một tập hợp các ion, điện tử và các hạt trung hòa tương tác với nhau và với trường bức xạ”.
Nếu bỏ qua lực tương tác phân tử ta có:
) 4 ( ) ( 2 kT r e Zie
r : khoảng cách trung bình giữa các hạt
3 1 1 N r N: nồng độ của plasma N=ne+ ni
Xét một hạt bất kỳ: Một lớp điện tích hình cầu sinh ra xung quanh hạt, độ dày của lớp này phụ thuộc vào nhiệt và nồng độ hạt. Độ dày của lớp tiếp xúc phải giúp nó chứa đủ số hạt khác dấu, có khả năng làm màn chắn trường cho hạt. Bán kính của hình cầu đó được gọi là bán kính Debye.
Thế Coulomb: r e Zie 0
Chương 3: Cơ sở lý thuyết Thế Debye: D r r e Zie exp D: là bán kính Debye Khi r=DThì e 0
Vậy trường của lớp điện tích bao quanh hạt đã làm màn chắn trường của hạt đó trên khoảng cách xác định
Trong trường hợp tổng qt thì bán kính Debye được tính bằng cơng thức