MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan 01 Lời cám ơn 02 MỤC LỤC 03 Danh mục các bảng biểu 06 Danh mục các sơ đồ, hình vẽ 07 MỞ ĐẦU 08 1. Tính cấp thiết của đề tài 08 2. Mục đích của đề tài 09 3. Đối tượng nghiên cứu 09 4. Phương pháp nghiên cứu 09 5. Ý nghĩa của đề tài 10 Phần 1 – TỔNG QUAN 13 1.1 Những vấn đề cơ bản về mạ Composite 13 1.2 Nguyên lý Mạ composite. 14 1.3 Mạ composite trên nền Ni 16 1.3.1 Mạ composite trên nền Ni 16 1.3.2 Ảnh hưởng của các thông số quá trình tới cơ tính của 17 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM lớp mạ 1.4 Kết luận 20 PHẦN 2 – THỰC HIỆN MẠ COMPOSITE Al 2 O 3 -Ni TRÊN MỘT SỐ CHI TIẾT VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LỚP MẠ 21 2.1. Thí nghiệm 21 2.1.1. Thiết bị thí nghiệm 21 2.1.2. Hóa chất 22 2.1.3. Chế độ và quá trình chuẩn bị 23 2.2. Kết quả thí nghiệm 24 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến độ cứng tế vi của lớp mạ composite Ni-Al 2 O 3 25 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến mật độ hạt cứng lớp mạ composite Ni-Al 2 O 3 28 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến độ bám dính của lớp mạ composite Ni-Al 2 O 3 37 2.3. Kết luận phần 2 41 PHẦN 3 – NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU MA SÁT MÀI MÒN CỦA CHI TIẾT ĐƯỢC MẠ Ni -Al 2 O 3 44 3.1: Chế tạo thiết bị ma sát trượt: 44 3.1.1 Thiết bị mặt phẳng nghiêng để xác định hệ số ma sát của chi tiết mạ Ni-Al 2 O 3 44 a) Cơ sở lý thuyết để xác định hệ số ma sát: 44 b) Tiến hành thí nghiệm so sánh hệ số ma sát giữa chi tiết được mạ tổ hợp composite Ni-Al 2 O 3 và chi tiết mạ Ni 50 Trang 2 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM đơn chất thông thường 3.1.2 Nguyên nhân khả năng giảm ma sát của mạ tổ hợp composite Ni-Al 2 O 3 so với mạ đơn chất thông thường. 53 3.2 Nghiên cứu khả năng làm việc của bộ khuôn dập thuốc viên được mạ tổ hợp composite Ni-Al 2 O 3 56 3.2.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất thuốc viên trong ngành dược phẩm. 56 3.2.2 Kết cấu bộ khuôn dập thuốc và nguyên lý làm việc 58 a) Kết cấu bộ khuôn dập 58 b) Nguyên lý làm việc 59 3.2.3. Cơ chế tác dụng lực và các dạng hỏng của bộ khuôn 62 3.2.4. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bộ khuôn 64 a. Các giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng bộ khuôn 64 b. Lựa chọn loại viên thuốc để thử nghiệm 65 c. Kết luận 66 3.2.5 Quy trình thử nghiệm 66 3.2.6 Kết luận phần 3 69 PHẦN 4 – KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu Trang Trang 3 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Bảng 2.0 Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite Ni-Al 2 O 3 22 Bảng 2.1 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al 2 O 3 , khi thay đổi tốc độ khuấy từ 140 v/p đến 312 v/p, nhiệt độ mạ 40°C, mật độ dòng điện 5A/dm 2 . 25 Bảng 2.2 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al 2 O 3 , khi thay đổi mật độ dòng điện: 3A/dm 2 , 5A/dm 2 , 7A/dm 2 , nhiệt độ mạ 40°C, tốc độ khuấy 210 v/p. 25 Bảng 2.3 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al 2 O 3 , khi thay đổi nhiệt độ mạ 35°C, 40°C, 45°C, 50°C, mật độ dòng điện 5A/dm 2 , tốc độ khuấy 210 v/p. 26 Bảng 2.4 Chiều dày lớp mạ phụ thuộc vào thời gian mạ 37 Bảng 3.1 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường 51 Bảng 3.2 Hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite Ni- Al 2 O 3 51 Bảng 3.3 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường khi ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao. 52 Bảng 3.4 Bảng hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite Ni-Al 2 O 3 khi ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao. 52 Bảng 3.5 Kết quả đo mòn đương kính đầu chày 68 DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ và sơ đồ Trang Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị mạ điện 14 Hình 1.2 Sơ đồ mô tả cơ chế các hạt cứng tham gia vào lớp mạ. 15 Hình 2.1 Bể chứa dung dịch điện phân 21 Hình 2.2 Hệ thống gia nhiệt tự động đóng ngắt điện 21 Hình 2.3 Hệ thống khuấy cơ học 22 Hình 2.4 Ảnh SEM hạt trung tính Al 2 O 3 sử dụng trong thí nghiệm và thành phần hóa học qua phân tích EDX. 23 Hình 2.5 Ảnh SEM thể hiện mức độ tham gia của các hạt Al 2 O 3 vào lớp mạ 30 Hình 2.6 EDS phân tích bề mặt lớp mạ trên hình (b) và (d) cho thấy Ni, Al 2 O 3 và Fe. 31 Hình 2.7 Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 35 0 C 32 Trang 4 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Hình 2.8 Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 40 0 C 32 Hình 2.9 Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 45 0 C 33 Hình 2.10 Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 50 0 C 34 Hình 2.11 Ảnh SEM mặt cắt ngang của lớp mạ sau 2 giờ mạ. 38 Hình 2.12 Ảnh SEM bề mặt và phân tích EDX thành phần lớp mạ sau 2h mạ. 38 Hình 2.13 Ảnh SEM thể hiện sự bám dính của lớp mạ tại góc của chi tiết. 39 Hình 2.14 Ảnh SEM thể hiện sự tham gia của hạt cứng trong lớp mạ 41 Hình 3.1 Thiết bị đo hệ số ma sát của các CTM 49 Hình 3.2 Thực hiện đo hệ số ma sát của các CTM 50 Hình 3.3: Thời điểm thực hiện đo góc ma sát của các CTM 50 Hình 3.4: Bộ khuôn dập thuốc 59 Hình 3.5: Kết cấu máy dập thuốc ZP 3 61 Hình 3.6 Cơ chế tác dụng lực lên bộ khuôn 60 Hình 3.7: Máy dập ZP 31 67 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp trên thế giới, các chi tiết máy phải làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt như nhiệt độ, áp suất, tốc độ cao, chịu ảnh hưởng của ma sát mài mòn lớn. Do vậy các chi tiết máy sau khi gia công sử dụng kỹ thuật mạ nhằm nâng cao chất lượng bề mặt được sử dụng ngày càng phổ biến. Chúng dần thay thế cho các chi tiết máy gia công truyền thống không có sự can thiệp của công nghệ bề mặt hỗ trợ. Những ưu việt của chi tiết được mạ có thể chỉ ra được ngay như: có độ bền và độ dai, khả năng chống va đập, chịu được ăn mòn về hóa học hay Ôxi hóa do môi trường….cao hơn hẳn [1], [2], [3]. Trang 5 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, ngành công nghệ bề mặt nói chung và kỹ thuật mạ cũng không ngừng tiến bộ và phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Kỹ thuật bề mặt nói chung và kỹ thuật mạ nói riêng đã trở thành một trong những ngành kỹ thuật đầy tiềm năng. Trong thập niên đầu tiên của thế kỷ XXI, sự chuyển giao công nghệ, kỹ thuật mạ tiên tiến từ các tập đoàn nước ngoài vào nước ta diễn ra hết sức mạnh mẽ. Mặt khác trong nền giáo dục sau đại học ở các nước công nghiệp phát triển kỹ thuật bề mặt cũng phát triển nở rộ tạo ra rất nhiều cơ hội nghiên cứu chuyên sâu cho các học viên cao học. Tuy nhiên tại thời điểm này, kỹ thuật mạ ở Việt Nam vẫn chủ yếu tập trung vào lĩnh vực mạ đơn thuần, tức là mạ các vật liệu ở dạng đơn chất như mạ Niken, Crôm, …lên vật dụng [4],[5]. Những cách mạ này có thể tăng được khả năng chống ăn mòn trên vật liệu tuy nhiên cơ tính bề mặt lại bị ảnh hưởng xấu đi. Mặt khác, các chi tiết được mạ ở dạng đơn chất có chất lượng bề mặt chỉ dừng lại ở mức độ trung bình. Vì vậy vấn đề mạ chi tiết theo trạng thái Composite ở nước ta là một vấn đề hết sức cấp bách, nhằm đáp ứng yêu cầu chế tạo ra các chi tiết mạ với cơ tính, khả năng chịu ăn mòn tốt, vừa đảm bảo chất lượng bề mặt cao [6], [7]. Vì vậy tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ Composite Al 2 O 3 -Ni trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn” Thành công của đề tài sẽ góp phần quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí làm việc trong môi trường ăn mòn của các lĩnh vực khác nhau. 2. Mục đích của đề tài Trang 6 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ Composite Al 2 O 3 -Ni khi chúng làm việc trong môi trường có các chất hóa học ăn mòn như Axit, muối, xút….Qua đó nhận xét những ưu điểm của lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni, phạm vi ứng dụng của các chúng đồng thời có những bước phát triển để khắc phục những tồn tại của những chi tiết mạ Composite Al 2 O 3 -Ni. 3. Đối tượng nghiên cứu Tạo ra lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni cho các chi tiết máy, nghiên cứu khả năng làm việc của các chi tiết máy được mạ so sánh với các chi tiết máy không có lớp mạ này. Rút ra những ưu việt của lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với triển khai thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết, qua đó triển khai thí nghiệm tạo ra lớp mạ trên các chi tiết máy. Thí nghiệm Phân tích các đặc tính cơ lý của lớp mạ. Thử nghiệm cho chi tiết làm việc trong môi trường có các chất hóa học ăn mòn. 5. Ý nghĩa của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học Về mặt khoa học đề tài rất phù hợp với xu thế phát triển trong và ngoài nước về công nghệ bề mặt. Do đó ý nghĩa khoa học của đề tài là thể hiện trong nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết máy được mạ Composite Al 2 O 3 -Ni, những tính năng vượt trội khi chi tiết được mạ so với các chi tiết không được mạ. Trang 7 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Ngày nay các chi tiết máy phải làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt như nhiệt độ, áp suất, tốc độ cao, chịu ảnh hưởng của ma sát mài mòn lớn. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đòi hỏi khoa học về công nghệ bề mặt phải tạo ra những chi tiết máy đáp ứng được những điều kiện khắc nghiệt này. Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa rất thực tiễn trong việc sản xuất, tạo ra các chi tiết có độ cứng và tuổi bền cao nhằm nâng cao tính kinh tế của chi tiết máy, hạ giá thành sản phẩm. Nội dung của luận văn bao gồm: Phần 1: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ bề mặt: - Các vấn đề cơ bản về mạ Composite. Khái quát về các hướng nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mạ Composite các chi tiết máy (tập chung vào mạ Composite Ni) để từ đó định hướng nội dung đề tài nghiên cứu. Phần 2: Thực hiện mạ Composite Al 2 O 3 -Ni trên một số chi tiết máy thông dụng phân tích các yếu tố ảnh hưởng đên đặc tính lớp mạ tổ hợp: - Tạo ra lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni trên các chi tiết dạng trục cơ bản. - Phân tích các đặc tính cơ lý của lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni trên các chi tiết máy. Trang 8 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM - Trên cơ sở phân tích SEM của lớp mạ nhận xét về các nhân tố ảnh hưởng đến đặc tính cơ lý của lớp mạ Composite Al 2 O 3 -Ni. Tối ưu về giá thành của sản phẩm. Phần 3: Chế tạo thiết bị ma sát trượt, nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết được mạ tổ hợp composite Al 2 O 3 -Ni - Chế tạo thiết bị ma sát trượt dựa trên các cơ cấu nguyên lý máy cơ bản như mặt phẳng nghiêng, cơ cấu bốn khâu bản lề… - Thực hiện đưa các chi tiết máy đã được mạ Composite Al 2 O 3 -Ni và chi tiết máy chỉ được mạ Ni thông thường vào thiết bị ma sát trượt, sau đó so sánh và đánh giá khẳ năng chịu ma sát mài mòn giữa chúng. Thử nghiệm cho các chi tiết ngay trong môi trường ăn mòn: Phần 4: Kết luận cho đề tài của luận văn Phần 1 – TỔNG QUAN 1.1. Những vấn đề cơ bản về mạ Composite Mạ composite là một biện pháp công nghệ cao nhằm tạo nên trên bề mặt chi tiết một lớp mạ có ít nhất hai pha; pha nền kim loại và pha có dạng hạt cứng hoặc sợi giúp chi tiết có khả năng làm việc vượt trội so với mạ điện thông thường. Mạ composite có các ưu điểm sau : 1. Tăng khả năng chống mòn, mòn cho các cặp đôi ma sát kim loại và hượp kim. 2. Tăng khả năng chống ăn mòn. 3. Tạo nên lớp giảm ma sát trên bề mặt đối tiếp. 4. Tăng độ bền vững về cơ tính vùng bề mặt. 5. Tạo nên lớp bề mặt có thể sử dụng trong các môi trường đặc biệt như trong công nghệ hạt nhân. Trang 9 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM - Pha nền sử dụng trong mạ điện composite bao gồm các kim loại hoặc hợp kim của chúng như: Cr, Ni, Cu, Pb, Co, Zn… Pha hạt cứng là các hạt Cac bit Ti, Ta, Si, W, Cr,…; Các Nitrit của B và Si, các hợp chất Borides của Ti, Zn Ni, các hợp chất sulfides của Mo, W, Mica, graphit, kim cương, các oxide của Al, Ti… - Chiều dày lớn nhất của lớp mạ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến sự thành công của quá trình mạ. Mạ composite có thể tạo ra lớp mạ đồng đều trên bề mặt các chi tiết máy có hình dạng phức tạp. - Các thông số quan trọng của quá trình mạ điện composite là: Dung dịch điện phân, các chất phụ gia, kích thước hạt cứng, độ PH, mật độ dòng điện, nhiệt độ mạ, hiệu quả của quá trình khuấy, tần số xung…. - Mạ composite ngày nay được sử dụng rộng rãi cho các chi tiết máy của động cơ máy bay, công nghiệp ô-tô, công nghiệp dược… 1.2. Nguyên lý Mạ composite. Mạ điện composite thường được thực hiện bằng các thiết bị mạ điện thông thường cộng thêm thiết bị khuấy để giữ các hạt trung tính lơ lửng trong dung dịch mạ và tham gia vào lớp mạ. Trang 10 [...]... Trang 13 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy mạ composite trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn, tuy nhiên qua các tài liệu đã công bố [10,11] tác giả nhận thấy có 3 yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới khả năng làm việc của chi tiết máy là - Độ bám dính của lớp mạ trên bề mặt chi tiết - Độ cứng tế vi của lớp mạ - Mật độ... tác giả nhận thấy việc nghiên cứu khả năng làm việc của các chi tiết máy được mạ tổ hợp composite Al2O3 trên nền Ni là chưa phổ biến, các công bố ưu điểm về khả năng làm việc của các chi tiết này của các tác giả nước ngoài cũng rất khó được kiểm chứng, hơn nữa khi chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát trượt lớn lại có các chất ăn mòn như sút, axit, muối thì rất thiếu các nghiên cứu cụ thể và kiểm... tế vi của lớp mạ composite (có thể tăng độ cứng đến 125%) sau đó là tốc độ khuấy và mật độ dòng điện (có thể tăng độ cứng đến 86%) Đây là những kết quả có ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc Chi u dày của lớp mạ có ý nghĩa to lớn đối với khả năng chống mòn và ăn mòn của lớp trong điều kiện ma sát, mòn và ăn mòn cao Các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra rằng khi chi u... giữ cho lớp mạ không bị rạn nứt Để tăng khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc làm việc trong môi Trang 26 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM trường ăn mòn, tăng độ cứng tế vi của lớp bề mặt là một giải pháp hữu hiệu Thay đổi các thông số của quá trình mạ như tốc độ khuấy, mật độ dòng điện, nhiệt độ mạ dẫn đến những thay đổi đáng kể về độ cứng tế vi của lớp mạ composite Ni -Al2O3 và Ni- TiO2 Nhiệt... kết quả Để tăng khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc làm việc trong môi trường ăn mòn, tăng độ cứng tế vi của lớp bề mặt là một giải pháp hữu hiệu Thay đổi các thông số của quá trình mạ như tốc độ khuấy, mật độ dòng điện, nhiệt độ mạ dẫn đến những thay đổi đáng kể về độ cứng tế vi của lớp mạ composite Ni -Al2O3 Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến độ cứng tế vi của lớp mạ composite (có thể tăng độ cứng... 1.4 Kết luận Qua các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có thể thấy mạ composite đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là mạ điện composite Al2O3 trên nền Ni hoàn toàn có thể áp dụng trong điều kiện nghiên cứu ở nước ta Trong năm 2010 trường ĐHKTCN Thái Nguyên cũng đã bảo vệ thành công một đề tài cấp nhà nước về mạ tổ hợp composite để nâng cao chất lượng làm việc của chi tiết. .. điện (có thể tăng độ cứng đến 86%) Đây là những kết quả có ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc Trang 18 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến mật độ hạt cứng lớp mạ composite Ni -Al2O3 Sự tham gia của các hạt trung tính Al2O3 vào lớp mạ Ni được xác định trên kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy)... nghiệm Trong quá trình thực hiện đề tài và cũng như tìm hiểu các công trình nghiên cứu trước đó về chất lượng chi tiết mạ composite việc điều khiển chế độ mạ có thể làm thay đổi hoàn toàn khả năng làm việc của chi tiết máy, nói một cách cụ thể hơn có nghĩa là đề tạo được độ bám dính, độ cứng tế vi, cũng như mật độ hạt tối ưu trong lớp mạ ta phải đưa ra được một bộ thông số về chế độ mạ chính xác Việc. .. của lớp mạ đạt tới khoảng 80-90 µm, khả năng bám dính của lớp mạ lên nền là thấp nhất và lớp mạ bắt đầu bong ra khỏi nền do sự tích lũy của ứng suất dư trong lớp mạ đã vượt quá liên kết giữa lớp mạ và nền thép hợp kim qua tôi Các hạt Al 2O3 phân bố tương đối đồng đều theo chi u dày của lớp mạ Ở tại các góc của chi tiết lớp mạ Al 2O3 liên kết rất với nền là tốt nhất Các chi tiết máy được mạ tổ hợp composite. .. tổ hợp composite Ni- Al 2O3 có hệ số ma sát giảm đáng kể so với các chi tiết chỉ được mạ đơn chất Ni, ngay cả trong môi trường với các chất ăn mòn mạnh là axit và muối Các bộ khuôn mạ Composite tổ hợp đã nâng cao được chất lượng một cách đáng kể Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá chính xác hơn Trang 27 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dufour, Jim . đề tài: Nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ Composite Al 2 O 3 -Ni trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn Thành công của đề tài sẽ góp phần quan trọng trong việc nâng. khí làm việc trong môi trường ăn mòn của các lĩnh vực khác nhau. 2. Mục đích của đề tài Trang 6 Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM Mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng làm việc của chi. thấy việc nghiên cứu khả năng làm việc của các chi tiết máy được mạ tổ hợp composite Al 2 O 3 trên nền Ni là chưa phổ biến, các công bố ưu điểm về khả năng làm việc của các chi tiết này của