Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính đến quá trình chế tạo anốt từ vật liệu ôxít sắt từ

TR

:
NGHIÊN

Chuyên n
51


I H C QU C GIA TPHCM
I H C BÁCH KHOA

PHAN THÀNH TH NG

TÀI:

Chuyên ngành: Công Ngh Ch T o Máy 2011
Mã s h c viên: 11044551

LU

TP. H Chí Minh, tháng 11


c: TS
ThS
:.................................................................................
: ................................................................................
.
TP. HCM ngày 27 tháng 12

2013

1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................

chuyên ngành sau khi lu

.


C GIA TP.HCM

T NAM
-

-

h phúc

MSHV: 11044551
17/07/1977

I.
II.
-

nén

III-

24/06/2013

IV-

22/11/2013

V-

TS.
ThS
Tp.HCM, ngày

(

)

.


TS.
Minh
.
Khi

i

cịn

. Tuy nhiên,
giáo TS.

giúp

ngày hơm

nay,

,
y và

Em

ThS.
và

trong

h
t Nga

Chi nhánh Phía Nam; Phịng Thí
; Trung tâm

.

h

.

h, ngày 22

Cao

- Cơng


các
t

3 O4 )

.V
là

3 O4

+ Pb) và

:

20÷30) vịng/phút, t

3÷4

(1÷5) %, t

,á

(750÷950) 0C, t

(1÷2) mm/s, n

2

(2÷4) t
(3÷4

,t

,

1000A/m2

giao bão hịa Plackell-Burman

các

thơng

.
T

: cân phân tích Precisa,

Gallenkamp,

6

Nobertherm, m

kéo nén Model WDW-T300, m
t

Solartron Model 1280Z-2003,

Jeol - 5410 L
-

.

:

3
.

X1(%)

;
X2(t

2

t X3(0C)

)

chì

nén Y

:
Y = -27,99925 + 0,5485X1 + 6,98X2 + 0,06354X3

0,00118X2X3

0,865 X 22 - 0,0000322 X 32
-

nén
;

9240C,

4,24 %
1000 A/m2.

ép 3,4 t

2

0,06475 X 12 -


ABSTRACT
This thesis aims to identify the main technological parameters of the anode
manufacturing process, utilizing powder metallurgy technology, and build the relationships of the parameters which affect to the durability of the anode from the iron oxide
material (Fe3O4) and optimize these technological parameters by experiments. Material of anode is a mixture of Fe3O4 and Pb with conditional values; composition of lead

(1÷5)%, mixing speed (20 ÷ 30) r/min, mixing time (3÷4) hours, compression pressure (2÷4) Ton/cm2, compression speed (1÷2) mm/s, sintering temperature
(750÷950)0C, sintering time (3÷4) hours, based on checking current density satisfaction ( 1000A/m2) to optimize technological parameters improve the compressive
strength of the anode. Utilize planning model of saturable orthogonality of Plackell Burman to select the most influential factors through some of regression equations of
first degree; mixture planning B, to build on the influence relationship of the main parameters.
Experimental equipments: analytical weighing Precisa, eccentric mixer, drying
equipment Gallenkamp, the standard sieve, hydraulic presses from 40 Tons, sintering
furnace Select - Horn, hard testing Model WDW-T300, measure machine for totally
electrochemical impedance Solartron-Model 1280Z-2003, scanning electron microscopy Jeol -

and a number of other devices. Results are as below:

- There are three main parameters which have greatest effects on the durability
of ferromagnetic anode; the ratio of lead in the mixture, squeeze pressure to shape and
sintering temperature.
- The relationship of the effects of three main technological parameters ratio of
Lead X1(%), compressional pressure X2(ton/cm2) and sintering temperature X3(0C) to
the durability Y(Mpa) of the anode is as follow:
Y = -27,99925 + 0,5485X1 + 6,98X2 + 0,06354X3

0,00118X2X3

0,06475 X 12 -

0,865 X 22 - 0,0000322 X 32
- Regarding the optimization of three main technological parameters, in order to
get the best durability of anode, the values of three parameters is as following: composition of lead 4,24 (%), compression pressure 3,4 (Ton/cm2), sintering temperature 924
(0C), current density checked meets 1000 A/m2.


Tơi tên: Phan

- Sinh ngày: 17/07/1977
Khóa 2011
51
Chí Minh

24/06

2/11/2013.
Tơi xin cam
Sau

Bách Khoa TP.

.

Sau

.
TP. HCM, ngày 22


M CL C
...................................................................................... 1
...... 1
......................................................................... 1
.................................................................................. 2
................. 4
........................................ 4
.................................................................................... 6

........ 6
................................................................... 8
.......................................................... 8
..................................... 8
................................. 13
................................................................ 14
.................................... 16
..................................................... 17
........................................................ 17
.......................................................... 17
................................................................................. 18
.................................................................................... 19
.......................................................................... 19
............................................................................. 19

........................................................................................................................... 20
2.1

3O4)............................................................................. 20

2.1.1

............................................................................. 20
......................... 21
................................................... 21
............................................................... 22
..................................................................................... 23

2.1.6 Tính c

................................................................................. 23


............................................................................. 23
................................................................ 26
.............................................................. 26
....................................................................... 30
............................... 34

............................................................................................................ 40
................................................ 40
............................................................... 41
................................................................... 43
....................................................................... 47
HÍNH

........................................................................................................................... 53
.................................................................................... 53
........................................................................................ 54
........................................................................................ 54
.................................................................................. 54
................................................................... 54
................................................................................... 55
........................................................................................... 56
........................................................................................ 56
t .......................................................................................... 56
............................................................................. 57
....................................................................................... 58
..................................................................................................... 60
.............................................. 60

............................................................................ 60
...................................................................................... 61
....................................................................... 61
......................................................................................... 62


.................................................................................................. 62
3.7.6 Rây....................................................................................................... 62
........................................................................................... 63
....................................................................................... 64
.......................................................................... 65
............................................................. 66
...................................................... 66
......................................................... 74
............................................................................................ 77

............................................................................................... 79
......................................................................................... 79
............................................................................. 79
4.3

....................................................................................... 80

4.4

............................................................................................ 81
............................................................. 82
............................... 88
................................................................ 93

4.8

......................................................... 94
............................................................................................ 98
............................................................ 99
......................................................................................................... 99
..................................................................................................... 100
...................................................................................... 101
......................................................................................... 104
....................................................................... 104
........ 104
.............................................................. 106
T
T

............................................................. 106

.X.......................................................................... 106


T

.X)-1 ..................................................................... 107
............................................................... 107
............................................................... 108
............................................................... 108


Hình 1.1 Gi

quá th (E- logI) c

c bi n [2] .................................. 3

Hình 1.2 Gi

c v i pH=7 [2] ................................ 3
nguyên t c b o v c a h th ng ICCP [3] ............................................ 4
quá th c

c bi n v

Hình 1.5 H th ng ICCP b o v ch

n b o v IP [2] .............. 5
tàu [2] ............................................ 7

Hình 1.6 H th ng ICCP ch

ng ng d u [2] ......................................... 7

Hình 1.7 H th ng ICCP ch

u [4] ........................................... 7

Hình 1.8 An t h p kim silic ......................................................................................... 9
Hình 1.9 An t graphit .................................................................................................. 9
Hình 1.10 An t nhơm ................................................................................................ 10
Hình 1.11 An t h p kim chì-b c ................................................................................ 10
Hình 1.12 An t Platin ................................................................................................ 11

Hình 1.13 An t h n h p ơxít kim lo i ........................................................................ 11
Hình 1.14 An t ceramic ............................................................................................. 12
Hình 1.15 An t polyme d

n ............................................................................... 12

Hình 1.16 An t ơxít s t t thiêu k t ........................................................................... 13
Hình 2.1 C u trúc tinh th

ng g p c a Fe3O4 [14] ............................................... 20

quy trình cơng ngh bi n d ng t o hình v t li u b t [12] ................... 26
Hình 2.3 Nguyên lý ho

ng c a máy tr n b t l c giác [13].................................... 29

Hình 2.4 Nguyên lý ho

ng c a máy tr n b t ch V [13] ...................................... 29
n ép t o hình chi ti t máy b ng b t kim lo i: .... 30

Hình 2.6 Bi

s ph thu c c a m

Hình 2.7 S phân b m

v t ép vào áp l c ép [12] ......................... 30

khác nhau trong m t v t ép [12] .................................... 31

Hình 2.8 Mơ hình ép b t kim lo i m t chi u t o hình m

bi n d ng c a

các l x p (b) theo A.P. Kolikov [12] ........................................................................ 32
ng cong lý thuy

lgP [13] ........................................................... 34

Hình 2.10 Mơ hình khu ch tán c a hai h t khi thiêu k t [15] ..................................... 35
nung các h t r n hình c u ti p xúc nhau [15] ........................ 35
n tích ti p xúc các h t và s c u hóa các l x p do s khu ch


tán b m t các nguyên t [15] .................................................................................... 37
l n lên c a các tinh th [15]............................................................. 37
quy trình công ngh ch t o an t t v t li u ơxít s t t .................... 40
th

n th

c m u 1%Pb [23] .................................................... 41

th

n th

c m u 5%Pb [23] .................................................... 41

Hình 2.17 C u trúc t vi m u (ttr n = 3h) v

i X1000 [24] ...................... 42

Hình 2.18 C u trúc t vi m u (ttr n = 4h) v

i X1000 [24] ...................... 42

ép m t phía...................................................................................... 43
ép hai phía. ...................................................................................... 44
phân ph m

v t li u b t theo m t ngang v t th khi ép [13] ..... 45

Hình 2.22 M u b h ng khi l c ép l
Hình 2.23 M i quan h gi a m t
Hình 2.24 M u b ơxi hóa do nhi
Hình 2.25 M i quan h gi a m
Hình 2.26 M i quan h gi

n/cm2 ................................................. 47
i và nhi

thiêu k t [13] ................... 49

nung th p........................................................ 49
i và th i gian thiêu k t [15] .................. 50

b

i (2) v i th i gian thiêu

k t [15] ...................................................................................................................... 50
c m u an t t o hình...................................................................... 53
Hình 3.2 S n ph m an t l p vào h th ng ICCP......................................................... 53
Hình 3.3 Máy tr n v t li u G-5U18-K ....................................................................... 54
Hình 3.4 B khn ép ................................................................................................ 55
Hình 3.5 Máy ép thu l c 60 t n ................................................................................ 55
Hình 3.6 Máy s y Gallenkamp ................................................................................... 56
Hình 3.7 B rây chu n ............................................................................................... 56
Hình 3.8 Lị thiêu k t d ng ng (Nobertherm)............................................................ 57
Hình 3.9 Mơ hình thí nghi m b o v cat t ................................................................. 60
Hình 3.10 B t ơxít s t t ............................................................................................ 61
Hình 3.11 B t chì....................................................................................................... 61
Hình 3.12 H n h

c tr n ch t k t dính PVA ....................................................... 62

Hình 3.13 Rây b t...................................................................................................... 63
Hình 3.14 V t li u theo m u th c nghi m .................................................................. 63
Hình 3.15 Ch t Parafin .............................................................................................. 64


Hình 3.16 Ép t o hình ................................................................................................ 64
Hình 3.17 Ph canxi ơxít lên m u thiêu k t ................................................................ 65
Hình 3.18 M u s n ph m sau thiêu k t....................................................................... 66
th bi u di

n th

c m u M 1 ............................................... 67

th bi u di

n th

c m u M 2 ............................................... 68

th bi u di

n th

c m u M 3 ............................................... 69

th bi u di

n th

c m u M 4 ............................................... 70

th bi u di

n th

c m u M 5 ............................................... 71

th bi u di

n th

c m u M 6 ............................................... 72

th bi u di

n th

c m u M 7 ............................................... 73

th bi u di

n th

c m u M 8 ............................................... 74

th các

ng chính ....................................................................... 77

th Pareto c a các
Hình 4.1 Thi t b

ng ............................................................... 77
-

.................................................... 81

Hình 4.2 Thi t b phân tích XRD ............................................................................... 82
Hình 4.3 M u th c nghi m ........................................................................................ 82
Hình 4.4 M u th c nghi m ki m tra........................................................................... 94
Hình 4.5 Hình nh SEM m

i 2000X. .......................................... 95

Hình 4.6 Hình nh SEM m

i 2000X. .......................................... 95

Hình 4.7 Hình nh SEM m

i 2000X. .......................................... 95

Hình 4.8 Ph EDS m u M 01 an t ơxít s t t ............................................................. 96
Hình 4.9 Ph EDS m u M 02 an t ơxít s t t ............................................................. 96
Hình 4.10 Ph EDS m u M 03 an t ơxít s t t ........................................................... 96
Hình 4.11 Quan h gi a hi
v im

dòng an

n th an t - cat

n th an t -

n c c so sánh

ng NaCl 3,5 % ........................................................... 97


B ng 1.1

............................................................. 15

B ng 2.1 M i quan h gi a m

và áp l c ép b t t o hình [12] .............................. 33

B ng 3.1 B ng s k t h p các d u [20] ...................................................................... 58
B ng 3.2 B ng giá tr mã hóa các nhân t .................................................................. 59
B ng 3.3 B ng quy ho ch th c nghi m ch n l c........................................................ 59
B ng 3.4 B ng ma tr n quy ho ch.............................................................................. 59
B ng 3.5 M

n

n th

c m u M 1 ................ 66

B ng 3.6 M

n th

c m u M 2 ................ 67

B ng 3.7 M

n th

c m u M 3 ................ 68

B ng 3.8 M

n th

c m u M 4 ................ 69

B ng 3.9 M

n th

c m u M 5 ................ 70

B ng 3.10 M

n th

c m u M 6 .............. 71

B ng 3.11 M

n th

c m u M 7 .............. 72

B ng 3.12 M

n th

c m u M 8 .............. 73

B ng 3.13 B ng k t qu th c nghi m theo nhân t mã hóa. ....................................... 75
B ng 4.1 Các thông s ch t o th c nghi m gi c

nh ............................................ 80

B ng 4.2 Mi n giá tr các nhân t th c nghi m .......................................................... 81
B ng 4.3 K t qu th c nghi m v i các nhân t mã hóa. ............................................. 83
B ng 4.4 Các giá tr thu t

i quy. ...................................................... 87

B ng 4.5 K t qu ma tr n quy ho ch th c nghi m ..................................................... 89
B
B ng 4.7 K t qu

m l p..................................................................... 91
b n nén m u ki m tra ........................................................... 97


1.1

-

-

c gia

tác

c(

t

1.2

mòn,
[1].
1


.
1.3

các

là vùng có

cat

ơxi
[1].

x . H2O

:

M ne

Mn

:

D ne

D.ne

xít:

2H

M(H 2O)nx

(1.1)
(1.2)

2e

(1.3)

H2

2H2O 4e

2 H2O O2

(1.4)

4OH

4e

(1.5)

4OH
ng

:
:

Fe

Fe 2

:

O2

2H2O 4e

2H

2e

(1.6)

2e

H2

2

4OH

(1.7)
(1.8)


(E- logI)[2].

Hình 1.1 Gi

quá th (E- logI) c
Ecorr

c bi n [2]

n th

Icorr
;
(pt(1.6)),

ng
corr

(pt(1.7) và (1.8)),

thì

Icorr t

n icorr [2].

i corr

Icorr
dientich

Hình 1.2 Gi

(1.9)

c v i pH= 7 [2]
3


M
(Hình 1.2).
,

corr

Ag/AgCl

thép cacbon là -600 mV
i vùng pH = 7,

vù

r-

baix [2].
1.4

cat

1.4.1

ngồi (ICCP)
ICCP

Ngun

t

th

là
a

ICCP

.

ng
(Hình 1.3)[2].

Hình 1.3

ngun t c b o v c a h th ng ICCP [3]

ca
4


4e- + 2H2O + O2
c

4OH-

qu

(1.10)
ydro:

2H2O + 2e-

H2 + 2OH-

(1.11)

Hydro
giòn hydro. Hydro

giịn

,
clorua

.

.
2Cl-

Cl2 + 2e

(1.12)

b
(hình 1.4);
ng
2].

Hình 1.4

q th c a thép

c bi n v

Hình 1.4

n b o v IP [2]
IP . Trên

n

,

sát theo pt (1.6

vàng trên hình 1.4.

corr

(-500

-600)mV [2]
5

trong


1.4.2

:
-

:

P

(i c i k )
x100 %
ic

(1.13)

.
2

ic

).
2

ik

).

-

K

(i c

ik )
ik

(1.14)

x100 %

.
c, ik, ip

,

nhiên,

1.4.3

ICCP

ICCP
b

c

6


Hình 1.5 H th ng ICCP b o v ch

tàu [2]

Hình 1.6 H th ng ICCP ch

ng ng d u [2]

Hình 1.7 H th ng ICCP ch

ân c u [4]

7


1.4.4
dịng
.D

[5].
Chi phí/
ICCP

;
mơi
ICCP

,
[6].
1.5

ICCP

1.5.1

ICCP
ICCP
Các
ICCP

tan

tan, ít tan

và khơng

.
ICCP [8]:

n, s

2

ơ
0

/cm

C.

8


Hình 1.8 An t h p kim silic
graphite
76 A/m2

7 A/m2 trong mơi

Hình 1.9 An t graphit
ICCP

nhơm

khác

khác.

9