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 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên; Trƣờng Cao đẳng Nghề Cơ khí nông 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 nông nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2008), Kỹ thuật bề mặt ứng dụng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Số 4(48) Tập 2, Hội thảo Khoa học Công nghệ Toàn quốc, Công 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 Công 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 công 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 thông số sai khác so với yêu 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 thông số bề mặt: hình dáng (hình trụ, hình côn, hình răng, hình then, hình ren, hình prôphil, 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 mòn, độ bám lớp phủ với nền, tính chịu mỏi, tính đàn hồi); độ xác (cấp xác); độ nhám; tính hoàn chỉnh; dạng nhiệt luyện hay hóa nhiệt luyện; có mặt vật liệu phủ; cấu trúc (tổ chức tế vi); thành phần hóa học;… - Các thông 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 thông 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 (thông số phụ) Trong gia công khí, chất lƣợng bề mặt gia công 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 thông 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 yếu tố bên a Các yếu tố bên Các yếu tố bên 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, không 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) môi trƣờng ăn mòn 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 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; 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 công 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 Mòn 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 mòn, xâm thực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Một số công thức tính mòn cổ điển theo kinh nghiệm Trong thời gian dài, cƣờng độ mòn (Ih) đƣợc tính theo số công 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 mòn đƣợc tính theo công thức sau: I h  209E 1,31 (1.8) Đối với số vật liệu phi kim loại, cƣờng độ mòn 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 môi trường ăn mòn 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 môi trƣờng bên Tùy theo cách quan sát tƣợng, trình ăn mòn 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 mòn điện hóa theo trình Ăn mòn khí Ăn mòn không khí PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH ĂN MÒN KIM LOẠI Phân loại theo môi trƣờng Ăn mòn đất Ăn mòn 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 mòn k.khí ẩm Ăn mòn k.khí khô Ăn mòn axit Ăn mòn kiềm Ăn mòn d.dịch muối Ăn mòn nƣớc sông Ăn mòn nƣớc biển Ăn mòn dạng vết đốm Ăn mòn dạng vết loét Ăn mòn điểm Ăn mòn xuyên tinh thể Hình 1.2: Phân loại trình ăn mòn 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: mòn; hƣ hỏng học hƣ hỏng hoá nhiệt Mòn dạng hƣ hỏng hay gặp Dựa vào mức độ mòn, mòn lại chia thành ba nhóm: mòn đều, mòn không sinh ôvan, côn (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 mòn (hoá 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 data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 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... phụ) Trong gia công khí, chất lƣợng bề mặt gia công 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... 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;