Lớp mạ tổ hợp Crôm đƣợc hình thành từ chất điện ly để mạ kim loại nhƣng có thêm một lƣợng bột của pha thứ 2 có khả năng phân tán cao trong dung dịch. Trong quá trình mạ trên bề mặt Catôt kim loại mạ sẽ kết tủa (pha thứ nhất), các hạt khi chuyển động sẽ va chạm vào bề mặt catôt sẽ bị che phủ bởi kim loại mạ (hình thành pha thứ hai) và lớp mạ tổ hợp đƣợc hình thành.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
44
Quá trình điện phân đƣợc khuấy trộn liên tục nhờ thế các hạt cứng đƣợc phân tán chuyển động không ngừng. Với các bể lớn quá trình khuấy đƣợc thực hiện bằng máy bơm, với các bể nhỏ có thể dùng máy khuấy.
Sự khác cơ bản của lớp mạ tổ hợp so với lớp mạ điện bình thƣờng là sự có mặt của các hạt pha thứ 2 trong lớp mạ, vì thế đã gây ra sự thay đổi về cấu tạo, dẫn đến sự thay đổi về cơ tính, tính chống mài mòn của lớp mạ.
Lớp mạ Niken cùng với sự kết tủa của các chất nhƣ: SiC, TiC, TaC, WC, Al2O3, … có những ứng dụng cụ thể trong kỹ thuật đóng tầu, mỏ, địa chất và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Khi sử dụng Crôm, sự tạo thành lớp mạ tổ hợp khó hơn so sự thoát khí hydro trên bề mặt catot làm ngăn cản quá trình đồng kết tủa của các hạt pha thứ 2, đặc biệt khi các hạt có kích thƣớc lớn. Ngoài ra có lý thuyết cho rằng Crôm là chất có điện giải có khả năng san bằng tế vi cao cũng gây khó khăn cho các hạt của pha thứ 2.
1.6.5.1 Quá trình tạo thành lớp mạ tổ hợp.
Năm 1929 C.G Fink và J.D Prince thu đƣợc lớp mạ tổ hợp Cu trong dung dịch axit có chứa các hạt Grafit. Năm 1939 Bajmakov đã thu đƣợc lớp mạ tổ hợp với sự đồng kết tủa của các hạt phi kim. Trong các năm sau đó nhiều tác giả đã nghiên cứu tạo ra lớp mạ Niken với sự kết tủa của pha thứ 2 nhƣ: Al2O3, SiO2, TiC, TiO2, WC … kim loại nền pha thứ nhất các hạt pha thứ hai Hình1.14- Mô hình lớp mạ composite
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
45
Theo nhiều tác giả quá trình tạo thành lớp mạ tổ hợp chia làm 3 giai đoạn: *. Giai đoạn 1. Sự chuyển các phân tử (các hạt) của pha thứ 2 đến bề mặt catot. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng sự khuấy trộn, sự điện ly, sự khuếch tán hay sự lắng xuống của các hạt với catot nằm ngang hay nằm nghiêng.
*. Giai đoạn 2. Sự dính các phân tử (các hạt) lên bề mặt catot. Quá trình dính các hạt lên bề mặt catot diễn ra nhờ lực hút tĩnh điện, nhờ lực hấp thụ có tính lý hoá và trọng lực.
*. Giai đoạn 3. Sự che phủ các phân tử bằng kim loại kết tủa. Việc che phủ các hạt nhờ sự kết tủa của kim loại lên catot, nhƣng chỉ một phần các hạt đó đƣợc che phủ. Sự phân bố các hạt của pha thứ 2 trong lớp mạ phụ thuộc vào quá trình và điều kiện kết tủa của kim loại lớp mạ.
1.6.5.2 Sơ đồ mạ tổ hợp Crôm.
Quá trình hình thành lớp mạ tổ hợp Crôm khó khăn nhất là sự tạo khí hydro trên bề mặt catot nhiều làm cản trở việc hình thành lớp mạ. Vì vậy sơ đồ mạ tổ hợp Crôm cần đảm bảo 2 yếu tố:
1. Quá trình khuấy trộn phải đảm bảo sự di chuyển của các hạt thuộc pha thứ 2 đến bề mặt catot là đồng đều.
2. Quá trình khuấy tốc độ của dung dịch phải đủ lớn để làm sạch đƣợc bề mặt của catot.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
46
Sơ đồ mạ tổ hợp Crôm nhƣ sau:
+ + _ Bơm Catot Anot Dung dịch mạ
Hình 1.15- Sơ đồ bể mạ khuấy bằng bơm phun
Bể chứa
_
Hình 1.16. Sơ đồ bể mạ khuấy bằng bơm sục
Bơm + Van điều chỉnh Bộ phận lọc dung dịch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
47
1.6.5.3 Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình mạ tổ hợp Crôm
Quá trình mạ tổ hợp Crôm rất phức tạp, các yếu tố ảnh hƣởng rất nhiều, nhƣng các yếu tố chính ảnh hƣởng đến quá trình mạ nhƣ sau:
* Thành phần và chất điện ly. * Quá trình hình thành lớp mạ. * Điều kiện điện phân.
- Mật độ dòng
- Nhiệt độ dung dich điện phân - Quá trình khuấy.
Hình1.17. Sơ đồ bể mạ khuấy bằng cánh quạt
-
+ +
C¸nh qu¹t khuÊy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
48
Các lớp mạ tổ hợp không chỉ có các tính chất điển hình của kim loại nhƣ tính dẻo, tính dẫn nhiệt, dẫn điện mà còn có các tính chất của các phi kim loại nhƣ độ bề hoá học cao, độ cứng cao, tính chịu mài mòn cao.
1.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG I.
Trong chƣơng này đã nghiên cứu khảo sát và đạt đƣợc kết quả nhƣ sau: Nghiên cứu tìm hiểu tổng quan lý thuyết về mòn, phân loại, các cơ chế do mòn nhƣ: Mòn do dính, Mòn do cào xƣớc, Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo, Mòn do cào xƣớc bằng nút tách, Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion), Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion), Mòn do mỏi, Mòn hoá học
Nghiên cứu tìm hiểu tổng quan về một số đặc điểm, dung dịch và các yếu tố ảnh hƣởng đến lớp mạ của niken và crom.
Tìm hiểu các thành phần tính chất đặc biệt của lớp mạ trong công nghệ mạ điện, mạ composite của niken và crom.
Từ những vấn đề nêu trên có thể nói rằng việc nghiên cứu ‘Ứng dụng mạ composite nhằm nâng cao tuổi thọ của chày dập thuốc viên’ là cần thiết và cấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
49
CHƢƠNG II
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MÒN VÀ CƠ CHẾ MÒN CỦA CHÀY CỐI DẬP THUỐC VIÊN
2.1. Mòn chày cối dập thuốc viên
Sản phẩm chày và cối đƣợc lắp trên các loại máy dập viên nhƣ máy ZP 33 dùng để ép viên dạng hình tròn, caplet, đa giác, hình trái cây.. từ những nguyên liệu dạng bột đa dạng với áp lực cực đại 40(KN). Hình dạng và kích thƣớc các loại chày dập thuốc viên có nhiều loại khác nhau, phụ thuộc vào kiểu dáng loại thuốc nhƣ Vitaminb, Vitaminc, sat fumarat, Clarithromycin v..v.
Trong quá trình làm việc thì bộ phận chày cối thƣờng xuyên bị mài mòn và hƣ hỏng phải thay thế thƣờng xuyên.
Hiện tƣợng mòn xảy ra do các tƣơng tác cơ, điện, hoá và nói chung chịu xúc tác của nhiệt ma sát. Do tƣơng tác cơ học các vết nứt có thể xuất hiện do hiện tƣợng bẻ gãy các liên kết phân tử trong chất dẻo, sự trƣợt trong kim loại, sự phá vỡ biên giới hạt trong ceramics hoặc sự phá huỷ bề mặt của composite hoặc vật liệu nhiều pha. Các vết nứt này sẽ phát triển và tạo ra các hạt mòn.
Mòn bao gồm sáu hiện tƣợng chính tƣơng đối khác nhau và có chung một kết quả là sự tách vật liệu từ các bề mặt trƣợt đó là : Dính, cào xƣớc, mỏi bề mặt, va
Kiểu loại ZP33 Số dập viên (sets) 33 Áp lực cực đại(KN) 40
Đƣờng kính viên cực đại (mm) 12 Chiều rộng cực đai(mm) 15
Độ dầy cực đại của viên(mm) 6 Tốc độ quay vòng(r/min) 11-28 Năng suất sản phẩm(pc/h) 43000-110000 Động cơ(kW) 2.2 Kích thƣớc sản phẩm(mm) 950×960×1600 Trọng lƣợng (kg) 850 Hình 2.1. Máy dập viên ZP 33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
50
chạm, hoá, an mòn và điện. Các dạng mòn khác thƣờng gặp nhƣ fretting hay ăn mòn fretting là sự kết hợp của các dạng mòn dính, hạt cứng và va chạm
Trong thực tế mòn xảy ra do một hoặc nhiều cơ chế. Trong nhiều trƣờng hợp mòn sinh ra do một cơ chế nhƣng có thể phát triển do sự kết hợp với các cơ chế khác làm phức tạp hoá sự phân tích hỏng do mòn
Trong nghành công nghiệp dƣợc phẩm. Mòn của chày cối dập viên chủ yếu là hiện tƣợng phá huỷ bề mặt của quá trình tách vật liệu từ hai bề mặt trong chuyển động trƣợt tƣơng đối với nhau, xảy ra do sự tƣơng tác nhấp nhô bề mặt.
Bề mặt làm việc của chày cối tiếp xúc trực tiếp với các hóa chất có độ ăn mòn cao. Hiện tƣợng xảy ra khi trƣợt xảy ra giữa hai bề mặt, lớp màng do ăn mòn hoá học bị cuốn đi vì thế các phản ứng hoá học lại tiếp tục xảy ra. Mòn hoá học vì vậy cần hai điều kiện để phát triển cả phản ứng hoá học và chuyển động trƣợt tƣơng đối để làm vỡ lớp màng hoá học.
2.2. Cơ chế mòn của chày cối dập thuốc viên
2.2.1. Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên loại viên C
Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM
Bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên C có đƣờng kính =6mm, hình ảnh trên thấy đƣợc quá trình mòn theo cơ chế Dính xảy ra tại chổ tiếp xúc ở các đỉnh
Hình 2.2.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên C.
Hình 2.2.b.Điểm mòn vùng giữa bề mặt đƣợc phóng to
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
51
nhấp nhô dƣới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trƣợt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trƣợt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời.
Hình ảnh mòn tại vùng giữa bề mặt làm việc của chày đƣợc phóng to và quan sát thấy những dãi trƣợt này tạo thành các mảnh mòn dạng lá mỏng. Biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng ở vùng tiếp xúc, mảnh mòn sinh ra có dạng hình chêm và dính sang bề mặt đối tiếp.
Hình 2.2.c. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên C. Hình ảnh mòn vùng biên của chày, là những lớp mảnh mòn dạng lá mỏng hình thành theo từng vùng khác nhau.
2.2.2. Cơ chế mòn của chày dập thuốc viên Fe
Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM
Hình 2.3.a. Mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên
Fe
Hình 2.3.b. Điểm mòn vùng giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
52
Bề mặt làm việc của chày dập thuốc viên Fe có đƣờng kính =8mm, hình ảnh trên thấy đƣợc quá trình mòn xảy ra theo cơ chế mòn hóa học và dính gây nên. Đầu tiên vùng mòn xuất hiện là do dính sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xƣớc; ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các mãnh trên bề mặt; ứng suất dƣ trong lòng kim loại gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trƣờng hoạt tính cao. Hình ảnh phóng to tại điểm mòn dễ dàng nhận thấy mòn xảy ra theo từng mảnh tạo nên các điểm mòn dạng hình lổ hỏng lớn trên bề mặt làm việc của chày.
Tính chất đặc biệt của viên thuốc Fe ảnh hƣởng rất lớn đến vùng mòn, vùng mòn đƣợc phát triển và hình thành trên diện rộng lên bề mặt tiếp xúc của chày, hình ảnh trên cho ta thấy điều đó.
Hình 2.3.c. Mòn cận giữa bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe
Hình 2.3.d. Điểm mòn đƣợc phóng to
Hình 2.3.e. Mòn vùng cận biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe
Hình 2.3.f. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của Chày dập thuốc viên Fe
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
53
Hình ảnh (2.3.e và 2.3.f) mặt cắt ngang bề mặt làm việc vùng cận biên và vùng biên cho ta thấy bề mặt dần xuất hiện những lớp mỏng vật liệu bị mòn dần.
2.2.3. Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên C
Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM
Cối dập thuốc viên C Đƣờng kính đầu bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe là =6,2mm. Hình ảnh trên thấy đƣợc quá trình mòn xảy ra hiện tƣợng tạo rãnh do hạt cứng trƣợt và gây ra biến dạng dẻo, vật liệu bị biến dạng bị dồn sang hai bên của rãnh mà không bị tách ra góp phần hình thành mầm các vết nứt tế vi. Quá trình làm việc của cối chịu tải làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các màng mỏng.
Hình 2.4.c. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C Hình 2.4.a. Mòn vùng giữa bề mặt
làm việc của cối dập thuốc viên C
Hình 2.4.b. Ảnh phóng to mòn vùng giữa bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên C
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
54
2.2.4. Cơ chế mòn của cối dập thuốc viên Fe
Thực nghiệm bằng các ảnh chụp mặt cắt ngang bề mặt làm việc từ máy SEM
Bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe có đƣờng kính =8,2 mm, hình ảnh trên thấy đƣợc quá trình mòn xảy ra theo cơ chế mòn hóa học và dính gây nên. Đầu tiên mòn là do dính sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xƣớc; ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các lỗ trên bề mặt; ứng suất dƣ trong lòng kim loại gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trƣờng hoạt tính cao. Hình ảnh phóng to tại điểm mòn dễ dàng nhận thấy mòn xảy ra theo từng mảnh tạo nên các điểm mòn dạng hình lổ hỏng lớn trên bề mặt làm việc của chày.
Hình 2.5.c. Mòn vùng biên bề mặt làm việc của cối dập thuốc viên Fe Hình 2.5.a. Mòn vùng giữa bề mặt
làm việc của cối dập thuốc viên Fe
Hình 2.5.b. Hình phóng to điểm mòn vùng giữa bề mặt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
55
2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG II.
Trong chƣơng này đã nghiên cứu khảo sát và đạt đƣợc kết quả nhƣ sau: Nghiên cứu thực nghiệm quá trình mòn và cơ chế mòn của chày cối dập thuốc viên.
Khảo sát thực nghiệm các cơ chế mòn, phân tích hình ảnh từ máy SEM thấy đƣợc bề mặt làm việc từ các vùng làm việc khác nhau. Từ đó phân tích đƣợc những hƣ hỏng mài mòn của chày cối chủ yếu là mòn theo cơ chế dính, cào xƣớc và mòn hóa học gây ra.
Từ thực tiển khảo sát các cơ chế mòn nhƣ trên thì việc nghiên cứu ‘Ứng dụng mạ composite nhằm nâng cao tuổi thọ của chày dập thuốc viên’ là vấn đề
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
56
CHƢƠNG III
CHẾ TẠ0 CHÀY VÀ MẠ COMPOSITE HẠT AL2O3 TRÊN NỀN NIKEN
3.1. Chế tạo chày dập thuốc viên.
Trong quá trình sản xuất thuốc viên, bên cạnh những yêu cầu về máy móc, thiết bị thì nhu cầu về chày, cối phục vụ cho việc dập thuốc là rất lớn bởi vì đây là những chi tiết phải thay thế thƣờng xuyên. Sau một thời gian sử dụng vùng làm việc của chày cối sẽ bị mòn ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bề mặt và làm thay đổi hình dạng yêu cầu của viên thuốc.
Trƣớc đây, sản phẩm chày, cối phải nhập ngoại nên có giá thành tƣơng đối cao. Trong những năm vừa qua Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã nghiên cứu và chế tạo thành công sản phẩm chày cối phục vụ cho ngành dƣợc khắp cả nƣớc.
- Bộ sản phẩm chày cối dập thuốc viên :
Dùng để làm những viên thuốc nén dạng viên, phần đầu của chày tiếp xúc