Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý bề mặt tạo lớp men hệ cobalt chịu axit trên chi tiết thép

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2011
Đề tài:
NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỀ MẶT
TẠO LỚP MEN HỆ COBALT CHỊU AXIT TRÊN CHI TIẾT THÉP
Ký hiệu: 01.11.HT/HĐ-KHCN
Chủ nhiệm đề tài: Lục Vân Thương
9152
Hà Nội, 12-2011
i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU v
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2
1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của Đề tài 2
1.1.1. Tính cấp thiết của Đề tài 2
1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài 2
1.2. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 2
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu 2
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu 2
1.2.3. Nội dung nghiên cứu 2
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 3
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 11
1.4. Kết luận chương 1 16
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 18
2.1. Khái niệm về men 18

2.2. Phân loại men 18
2.3. Các tính chất của men 23
2.3.1. Độ nhớt 23
2.3.2. Sức căng bề mặt 24
2.3.3. Sự giãn nở của men 25
2.3.4. Lớp trung gian giữa xương và men, vai trò và sự hình thành lớp này 27
2.3.5. Độ cứng của men 29
2.3.6. Tính chất điện của men 31
2.3.7. Độ bền hoá 33
2.3.8. Sự tạo men màu 34
ii

2.4. Công thức men 35
2.5. Kết luận chương 2 46
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 47
3.1. Quy trình chế tạo men 47
3.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu 47
3.1.2. Thiết bị sản xuất men 50
3.1.2.1. Máy trộn 50
3.1.2.2. Các bể chứa 50
3.1.2.3. Máy nghiền thô 51
3.1.2.4. Lò nung 52
3.1.2.5. Máy nghiền bi (nghiền tinh) 52
3.1.2.6. Máy ly tâm 52
3.1.2.7. Sàng rung 53
3.1.3. Lựa chọn phương pháp sản xuất men 53
3.1.4. Tính toán bài men 54
3.1.5. Phối liệu nguyên liêu tạo men 56
3.1.6. Chế tạo men 57
3.2. Quy trình kỹ thuật tráng men lên chi tiết sắt 57

3.2.1. Chuẩn bị mẫu 57
3.2.1.1. Gia công mẫu 57
3.2.1.2. Làm sạch mẫu chi tiết 57
3.2.2. Tráng men 60
3.2.2.1. Dụng cụ tráng men 60
3.2.2.2. Các bước tráng men 60
3.2.2.3. Kiểm tra và xử lý chi tiết sản phẩm tráng lại 62
3.2.3. Sấy, nung chi tiết 62
3.2.3.1. Sấy chi tiết 62
3.2.3.2. Nung chi tiết 63
iii

3.2.4. Kiểm định chất lượng men 65
3.3. Kết luận chương 3 65
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 67
4.1. Chế tạo men phủ chi tiết sắt 67
4.1.1. Tính toán lựa chọn bài phối trộn men 67
4.1.2. Chế tạo men 70
4.2. Thực nghiệm tráng men lên chi tiết 71
4.2.1. Chuẩn bị 71
4.2.1.1. Dụng cụ và thiết bị 71
4.2.1.2. Chuẩn bị men 72
4.2.1.3. Chuẩn bị chi tiết mẫu 73
4.2.2. Tráng men lên chi tiết mẫu 77
4.2.3. Nung chi tiết 78
4.2.4. Kết quả 79
4.3. Kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm 80
4.4. Kết luận chương 4 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 86
iv

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA


1) Lục Vân Thương Thạc sỹ Viện Nghiên cứu Cơ khí
2) Ngô Xuân Cường Thạc sỹ Viện Nghiên cứu Cơ khí
3) Phạm Văn Nghi Kỹ sư Nhà máy Z195
4) Hoàng Văn Lợi Cử nhân Viện Nghiên cứu Cơ khí
5) Vũ Thị Mỹ Cử nhân Viện Nghiên cứu Cơ khí
6) Ngô Văn Dũng Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí
7) Nguyễn Đ
ình Sao Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí
8) Phạm Thanh Hoài Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí
9) Đỗ Quang Chiến Kỹ sư Viện Nghiên cứu Cơ khí

v


DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
A. Danh sách hình
Hình 1. Ống thép phủ men chịu axit (91T01) 8
Hình 2. Cút 90
o
thép phủ men chịu axit 9
Hình 3.‘TÊ’ thép phủ men chịu axit 10
Hình 4. ‘Đột thu’ thép phủ men chịu axit 11
Hình 5. Khoang lò tráng men gốm cao cấp 12
Hình 6. Bộ trao đổi nhiệt 14

Hình 7. a) Bộ khuấy trộn; b) Silo chứa hóa chất 14
Hình 8. Ống nối khí thải 14
Hình 9. Lò phản ứng 15
Hình 10. Biểu đồ phạm vi trạng thái của men 26
Hình 11. Độ bền chống cào, rạch 30
Hình 12. Ảnh hưởng của các oxyt thêm vào men chì Bor đến độ bền khi mài 31
Hình 13. Ảnh hưởng c
ủa các phụ gia đối với độ dẫn điện 33
Hình 14. Phương pháp frit 38
Hình 15. Ảnh một loại Frit 39
Hình 16. Một khối men bị chảy lỏng 41
Hình 17. Minh hoạ cách xác định hiện tượng thấm ướt của men 44
Hình 18. Bể chứa cánh khuấy 51
Hình 19. Máy nghiền 51
Hình 20.a) Lò quay; b) Lò buồng 52
Hình 21. Máy nghiền bi 52
Hình 22. Thiết bị sàng 53
Hình 23. Nguyên liệu thô 71
Hình 24. Men bán thành phẩm 71
Hình 25. Men thành phẩm 71
Hình 26. Pha chế men 72
Hình 27. Chi tiế
t mẫu ống nối thẳng 73
Hình 28. Chi tiết mẫu côn thu 73
vi

Hình 29. Chi tiết mẫu sau khi gia công chế tạo 74
Hình 30. Quá trình tẩy dầu làm sạch chi tiết 74
Hình 31. Dùng giấy ráp đánh bóng chi tiết 75
Hình 32. Ngâm trong dung dịch axit 75

Hình 33. Chi tiết sau khi được tẩy sạch bằng dung dịch axit 76
Hình 34. Khay dung dịch trung hòa axit 77
Hình 35. Chi tiết sau khi tráng men 77
Hình 36. Sấy chi tiết sau khi tráng men 78
Hình 37. Chi tiết sau khi nung 79
Hình 38. Sản phẩm chi tiết 80
Hình 39. Kiểm tra chiều dày lớp tráng men 81
Hình 40. Kiểm tra độ cứng lớp tráng men 81

B. Danh sách bảng biểu
Bảng 1. Thành phần của loại men này dao động trong phạm vi sau: 19
Bảng 2. Thành phần men dễ chảy 20
Bảng 3. Thành phần men của sứ xốp nằm trong giới hạn sau: 20
Bảng 4. Men Bor có giới hạn sau: 21
Bảng 5. Những men dễ chảy không frit có thành phần sau: 21
Bảng 6. Men không chì hoặc nghèo chì thường có thành phần sau: 21
Bảng 7. Thành phần men muối dao động như sau: 22
Bảng 8. Thành phần hoá học và tỷ lệ 24
Bảng 9. Hằng s
ố nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất dễ nóng chảy 41
Bảng 10. Hằng số nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất khó nóng chảy 42
Bảng 11. Bảng tra cứu nhiệt độ nóng chảy (°C) của men theo hệ số K 42
Bảng 12. Số liệu để tính sức căng bề mặt của men ở 900°C 44
Bảng 13. Bảng tính toán hệ số giãn nở nhiệt của men dùng ở 400 - 500°C 45
Bảng 14. Bả
ng trọng lượng mol các nguyên liệu cơ bản thường 54
Bảng 15. Trọng lượng nguyên tử và trọng lượng mol các ôxyt thường dùng 55





1

MỞ ĐẦU

Hàng năm ở nước ta nhu cầu sử dụng các sản phẩm thép tráng men là
rất lớn. Đặc biệt là những sản phẩm thép tráng men dùng trong môi trường
axit đậm đặc và trong môi trường có tính ăn mòn hoá học cao. Những sản
phẩm này hiện nay chủ yếu là nhập từ nước ngoài.
Men dùng để tráng lên thép dùng trong môi trường axit là loại men có
tính chịu axit hay còn gọi là men chịu axit. Loại men này được phối liệu từ rất
nhiều loại hoá ch
ất kết hợp với nhau: Quắc zit, Tràng thạch, Đá vôi, Soda và
một số chất khác.
Ở nước ta chưa có cơ sở nào sản xuất chính thức về loại men này, vì
vậy việc nghiên cứu xây dựng bài phối liệu men dùng để tráng lên nền thép
dùng trong môi trường axit ở trong nước, từng bước có khả năng thay thế
được các chế phẩm nhập ngoại phục vụ cho các nhu cầu sản xuất trong các cơ
sở sả
n xuất thuốc nổ, khai khoáng (tuyển khoáng) được đặt ra và đã được tiến
hành thực hiện nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm – Viện Nghiên cứu Cơ khí
với đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý bề mặt tạo
lớp men hệ Cobalt chịu axit trên chi tiết thép”.



2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN


1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của Đề tài
1.1.1. Tính cấp thiết của Đề tài
- Chi tiết thép có lớp men chịu axit được sử dụng nhiều trong các nhà
máy hóa chất, vật liệu nổ, ở trong nước. Do các chi tiết làm việc trong môi
trường axit nên thời gian hay tuổi thọ của chi tiết không được bền, vì vậy nhu
cầu sửa chữa thay thế là rất cao.
- Hiện nay, tại nhà máy Z195 – Bộ Quốc Phòng chuyển sản xuất thuốc
nổ là đơn vị có nhu cầu sử dụng sửa chữa và thay thế chi tiết thép có lớp men
chịu axit. Và đây là đơn vị mà đề tài có thể áp dụng thực tế được.
1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài
Trên cơ sở công nghệ đã được tìm hiểu tại PTN TĐ và với nguyên vật
liệu được sử dụng trong nước, nghiên cứu tính toán xác lập các bài phối liệu
tối ưu, thiết kế
và chế tạo sản phẩm men hoàn chỉnh tương ứng với từng
chủng loại chi tiết phục vụ quá trình phủ bề mặt, thiết lập Quy trình công
nghệ nâng cao chất lượng lớp tráng men đối với một số chi tiết điển hình.
1.2. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các chi tiết máy làm việc trong môi trường
axit H
2
SO
4
đậm đặc.
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hệ men chịu axit phủ trên nền thép, dùng trong dây chuyền
vận chuyển axit.
1.2.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo men trên thế giới và trong

nước.


3

- Nghiên cứu đặc tính các loại men Cobalt đối với một số vật liệu chế
tạo chi tiết máy thông dụng.
- Tính toán lựa chọn các thông số cho quá trình tạo men Cobalt từ các
loại vật liệu khác nhau.
- Tạo men Cobalt trên một số loại chi tiết thông dụng đang được sử
dụng tại Việt nam.
- Nghiên cứu thiết lập QTCN cụ thể tạo ra loại men Cobalt thông dụng.
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, công nghệ men sắt đã được ứng dụng trong một số công ty
chuyên sản xuất sản phẩm đồ gia dụng như:
- Công ty Cổ phần Sắt tráng men - Nhôm Hải Phòng là doanh nghiệp
hàng đầu trong cả nước về sản xuất các mặt hàng Nhôm, Nhôm lá,
Sắt tráng men, Men và inox.
- Công ty Cổ phần Kim Khí Thăng Long chuyên sản xuất, kinh doanh
các sản phẩm kim khí gia dụng và chi tiết cho các ngành công
nghiệp khác từ kim loại tấm lá mỏng bằ
ng công nghệ đột dập. Sau
đó sản phẩm được bảo vệ và trang trí bề mặt bằng công nghệ Mạ,
Men, Sơn, Ðánh bóng và nhiều công nghệ tiên tiến khác.
Hiện nay việc sản xuất men sắt chủ yếu phục vụ cho công nghệ tráng
men các đồ gia dụng như bát sắt, ca sắt, khay sắt, chậu sắt, và một số dụng cụ
y tế. Tất cả các sản phẩm này có chiều dày rất mỏng, công ngh
ệ thì đã được
hoàn thiện từ lâu.

Trên phương diện công nghiệp, men được sử dụng thông dụng như là
một biện pháp bảo vệ cho các loại vật liệu thép (thép và gang) thường bị hư
hỏng nhanh, bị han gỉ và ăn mòn: việc tráng men bảo vệ chúng kịp thời, tránh
được chi phí cao cho việc bảo dưỡng và thay thế.


4

Trong những năm gần đây những ứng dụng của men đã phát triển mở
rộng đối với cả những sản phẩm có tính chất bề mặt ít bị ăn mòn hơn (nhôm,
đồng, inox): nhằm khẳng định giá trị mỹ thuật và giá trị ứng dụng, và ngoài ra
cũng là một biện pháp bảo vệ cho những vật liệu này. Vì những lý do đó men
thủy tinh ngày càng được sử dụng rộ
ng rãi trong gia đình: từ chảo rán đến
những dụng cụ nhà bếp, từ đồ vệ sinh đến các thiết bị điện tử và những tấm
kết cấu trong xây dựng.
Thành phần hóa học của các chủng loại men phụ thuộc vào tính chất
của bề mặt cần bao phủ và các đặc điểm cần được tăng cường trong thành
phẩm.
Nhìn chung tất cả các loại men đều
đảm bảo:
- Tính bền vững
+ Đối với lửa
+ Đối với nhiệt độ lạnh (-50°C) và nóng tới (450°C)
+ Đối với việc thay đổi nhiệt độ đột ngột
+ Đối với sự ăn mòn của axít và kiềm ở nhiệt môi trường xung quanh,
của việc hòa tan chất hữu cơ và của các tác nhân trong không khí làm xước và
ăn mòn (Thang độ cứng 5.5 - 7.5)
- Vệ sinh và vô hại
+ Bề mặt kín ngă

n cản việc vi khuẩn cấy và phát triển cũng như mốc và
dơ bẩn.
+ Trơ đối với các hóa chất, không hấp thụ mùi và không tạo ra những
chất có hại
- Dễ dàng làm sạch
+ Không cần bảo dưỡng một cách đặc biệt
- Bề ngoài
+ Có thể tạo mầu sắc đa dạng, có thể làm bóng, mờ.
+ Bề mặt nhẵn, đều tuyệt vời.


5

- Bền mầu
+ Mầu sắc tồn tại bền lâu, rực rỡ và sáng chói với thời gian, nhất là
dưới hiệu ứng ánh sáng, tia tử ngoại và các tác nhân không khí.
- Không gây ô nhiễm đối với môi trường
+ Men là một sản phẩm tự nhiên và thân thiện với môi trường, hoàn
toàn có khả năng tái chế.
+ Enamel /Men được chế tạo từ thành phần chính là ô xít silicon (SiO
2
)
khoảng (45-55%) và nhiều thành phần khác như: Al
2
O
3
(3-5%), B
2
O
3

(8-
14%), Na
2
O/K
2
O (15-18%), CaO (5-10%; từ CaFe
2
), P
2
O
5
(đến 2%), ngoài ra
có thể thêm MnO
2
cũng như các o xít khác nhằm tăng độ bám của men vào
sắt như: Chrom hoặc Cobalt, TiO
2
hoặc ZrO
2
.
Men có thể ở hai dạng, dạng thể bột và dạng thể nước. Đối với mỗi một
loại men ướt hay men bột chúng cần có những thiết bị và công nghệ phù hợp
để thực hiện việc tráng và nung men cho bình nước nóng.
Men sau khi đã được phun vào bình nước nóng sẽ được nung trong
nhiệt độ khoảng từ 800 đến 850
o
C, khi đó các phân tử men tan chảy hòa
quyện vào nhau và thẩm thấu đều lên bề mặt thép lõi bình nước nóng.
Men có thể bị vỡ, bị bung ra trong quá trình vận chuyển hay sử dụng, ít
hay nhiều điều đó còn phụ thuộc vào chất lượng men cũng như công nghệ và

quy trình sản xuất.
Để có thể tráng men tốt thì cần thiết phải sử dụng loại thép làm lõi phù
hợp. Sau đây là yêu cầu thép tráng men theo tiêu chuẩn Châu Âu:
- Thành phần hóa học:
EN10025 C [%] Mn [%] P [%] S [%] Si [%]
S235J 0.17 1.40 0.035 0.035
S275J 0.18 1.50 0.035 0.035



6

- Các tính chất cơ học (theo tiêu chuẩn EN10025):
EN10025 Lực uốn
Re [MPa]
Lực kéo
Rm [MPa]
<3mm
Lực kéo
Rm [MPa]
>3mm
Độ giãn
dài A80
[%]
<3mm
Độ giãn
dài A80
[%]
>3mm
S235J 235 360-510 340-470 21 25

S275J 275 430-580 410-560 18 22

- Hiện nay hầu hết các loại men trên thị trường có thêm thành phần
Titanium Dioxide (TiO
2
) để tăng độ bám của men vào sắt và bền vững với các
nguyên tố hóa học, tuy nhiên đó là Titanium Dioxide (TiO
2
) chứ không phải
là kim loại Titanium. Titanium Dioxide (TiO
2
) tồn tại nhiều trong thiên nhiên,
dễ khai thác và giá thành rẻ.
Đối với mỗi loại vật liệu khác nhau việc nghiên cứu và thiết lập một
quy trình công nghệ tạo men phù hợp đảm bảo chất lượng lớp bề mặt và khả
năng làm việc là hết sức cần thiết.
Phòng thí nghiệm trọng điểm CN Hàn và XLBM là đơn vị đã bắt đầu
nghiên cứu tạo ra loại men với thành phần chủ
yếu là Cobalt tráng lên thép
cho các thiết bị và dụng cụ làm việc trong môi trường chịu axít phục vụ nhu
cầu hiện nay ở trong nước.
Dưới đây là một số sản phẩm trong nước đang sử dụng, dùng công
nghệ phủ men lên nền thép sử dụng trong môi trường axit với các điều kiện
làm việc:
+ Áp suất: -1 đến 10 bar
+ Nhiệt độ: -10 đến 200
o
C
+ Lưu thể: H
2

SO
4
(70÷96%)
- Ống thép phủ men chịu axit (91T01)


7

TT Kích thước danh nghĩa
φ
n
x t (PN10)
Số lượng
1 ND25 x L100
φ33.7 x 3.6
05
2 ND25 x L150
φ33.7 x 3.6
10
3 ND25 x L200
φ33.7 x 3.6
10
4 ND25 x L250
φ33.7 x 3.6
10
5 ND25 x L300
φ33.7 x 3.6
04
6 ND25 x L1000
φ33.7 x 3.6

10
7 ND25 x L2000
φ33.7 x 3.6
04
8 ND40 x L100
φ33.7 x 3.6
04
9 ND40 x L150
φ33.7 x 3.6
04
10 ND40 x L250
φ48.3 x 3.6
10
11 ND40 x L300
φ48.3 x 3.6
04
12 ND40 x L500
φ48.3 x 3.6
04
13 ND40 x L1000
φ48.3 x 3.6
10
14 ND40 x L2000
φ48.3 x 3.6
04
15 ND50 x L100
φ33.7 x 3.6
04
16 ND50 x L150
φ33.7 x 3.6

04
17 ND50 x L200
φ33.7 x 3.6
04
18 ND50 x L1000
φ60.3 x 3.6
04
19 ND50 x L2000
φ60.3 x 3.6
02
20 ND80 x L150
φ88.9 x 5.6
04
21 ND80 x L200
φ88.9 x 5.6
04
22 ND80 x L250
φ88.9 x 5.6
04
23 ND250 x L1000
φ273 x 10
02


8



Hình 1. Ống thép phủ men chịu axit (91T01)


- Cút 90
o
thép phủ men chịu axit
TT Đường kính
danh nghĩa
C
φ
n
x t (PN10)
Kiểu Số lượng
(cái)
1 ND25 90
φ33.7 x 3.6
a 10
2 ND40 105
φ48.3 x 3.6
a 10
3 ND40 (45
o
) 70
φ48.3 x 3.6
a 02
4 ND50 115
φ60.3 x 3.6
a 05
5 ND80 135
φ88.9 x 5.6
a 03
6 ND150 195
φ168.3 x 7.1

a 01
7 ND250 315
φ273 x 10
b 02
8 ND450
φ457 x 10
b 02


9


Hình 2. Cút 90
o
thép phủ men chịu axit

- Các ‘TÊ’ thép phủ men chịu axit
TT Đường kính danh
nghĩa
C
φ
n
x t (PN10)
Số lượng
(cái)
1 ND25 180
φ33.7 x 3.6
05
2 ND40 210
φ48.3 x 3.6

02
3 ND40 (45
o
) 230
φ60.3 x 3.6
02
4 ND50 02
5 ND80 270 02
6 ND150 270/115 01
7 ND250 270/125 01



10


Hình 3.‘TÊ’ thép phủ men chịu axit
- Các ‘Đột thu’ thép phủ men chịu axit
TT D1 D2 L Số lượng
1 40 25 140 03
2 50 25 140 05
3 50 40 140 01
4 50 40 140 02
5 80 25 160 02
6 80 40 160 01
7 80 50 160 01
8 100 50 175 01
9 100 80 175 01
10 150 80 225 01
11 250 200 300 01

12 400 250 450 (275) 01 (02)
13 500 250 600 (300) 01
14 800 450 750 (350) 01




11


Hình 4. ‘Đột thu’ thép phủ men chịu axit
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Rất khó xác định chính xác khi nào nghề đồ gốm ra đời, người ta cho
rằng nghề gốm bắt đầu tại vùng Trung Đông và Ai Cập khoảng 4500 - 4000
năm TCN. Khoảng 4000 - 3000 năm TCN đã hình thành một số trung tâm
gốm ở vùng này.
Thời Trung Cổ ở Châu Âu đã có những trung tâm rất lớn sản xuất đồ
gốm như Faenza ở Ý (từ đó dó danh từ faience hay còn g
ọi là sành), hay
Mallorca là một hòn đảo ở Địa Trung Hải (từ đó có tên mặt hàng majolica,
cũng có nghĩa là sành.
Ở Châu Âu mãi đến năm 1709, một người Đức là Johann Friedrich
Bottger đã sản xuất được đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc. Năm 1759 người
Anh Josial Wedgwood sản xuất được sành dạng đá (một loại sành có xương
mịn, trắng, kết khối tương đối tốt, chất lượng hơn hẳn sành thông th
ường tuy
chưa bằng đồ sứ). Trong ¼ cuối cùng của thế kỷ 18 sành dạng đá đã đẩy lùi
mặt hàng majolica. Trong thế kỷ 19 ở châu Âu mặt hàng này thay thế cho đồ
sứ đắt tiền.
Ngày nay, việc tạo men trên bề mặt của các chi tiết thép, gang hay hợp

kim được áp dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp sản suất đồ gia dụng
như:


12

Hãng Samsung đã ứng dụng công nghệ men gốm diệt khuẩn vào việc
sản xuất các lò vi sóng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng lâu bền cũng như an
toàn vệ sinh thực phẩm tại mỗi gia đình. Lớp men này được sản xuất ở nhiệt
độ cao khoảng 830
o
C để cho một bề mặt trơn nhẵn và cứng, khó có thể trầy
xước bằng các vật nhọn sắc. Phủ trên lớp men còn là lớp bảo vệ kháng khuẩn,
biến mặt trong khoang lò hoạt động giống như một chất diệt khuẩn và khử
mùi hoàn hảo, có thể loại bỏ các mầm bệnh. Công nghệ tráng men diệt khuẩn
độc đáo này đã giúp Samsung giành được chứng nhận đầu tiên trên thế giớ
i về
khả năng tự diệt khuẩn làm sạch từ tổ chức nghiên cứu công nghệ sinh học
Hohenstein, Đức. Samsung cũng là công ty đầu tiên trên thế giới sử dụng loại
vật liệu này vào các lò vi sóng.


Hình 5. Khoang lò tráng men gốm cao cấp
Hãng Huper Optik sử dụng công nghệ của Đức để tạo ra loại phim
tráng men gốm đầu tiên trên thế giới kiểm soát năng lượng mặt trời. Tận dụng
kỹ thuật tiên tiến kết hợp nâng cao phương pháp kiểm soát, các lớp men mịn
được lắng đọng trên bề mặt phim trong suốt tạo nên một hàng rào cản nhiệt,
ánh sáng chói và tia cực tím hiệu quả. Công nghệ duy nhất đã được
đăng ký
bản quyền của Huper Optik cho phép sản phẩm phim của chúng tôi vượt trội



13

hơn hẳn các loại phim tráng kim, phim phủ bột và phim phủ màu thông
thường đang có mặt trên thị trường.
Trên phương diện công nghiệp, men được sử dụng thông dụng như là
một biện pháp bảo vệ cho các loại vật liệu thép (thép và gang) thường bị hư
hỏng nhanh, bị han gỉ và ăn mòn: việc tráng men bảo vệ chúng kịp thời, tránh
được chi phí cao cho việc bảo dưỡng và thay thế.
Trong những năm gần đây nhữ
ng ứng dụng của men đã phát triển mở
rộng đối với cả những sản phẩm có tính chất bề mặt ít bị ăn mòn hơn (nhôm,
đồng, inox): nhằm khẳng định giá trị mỹ thuật và giá trị ứng dụng, và ngoài ra
cũng là một biện pháp bảo vệ cho những vật liệu này. Vì những lý do đó men
phủ lên chi tiết thép ngày càng được sử dụng rộng rãi trong gia đình: từ chảo
rán
đến những dụng cụ nhà bếp, từ đồ vệ sinh đến các thiết bị điện tử và
những tấm kết cấu trong xây dựng, hệ thống trao đổi nhiệt, lò phản ứng và tầu
thuyền,
+ Thiết bị tráng men đã được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa học
được hơn một thế kỷ và giữ vai trò quan trọng cho sự phát triển của ngành.
Phạm vi của thiết bị
được sử dụng là rất rộng và bao gồm trong các lò phản
ứng, xử lý và bồn chứa, cột, bộ lọc, máy sấy, bộ trao đổi nhiệt, ống nước và
nhiều hơn nữa.
Men được sử dụng rộng rãi cho các Silo và bồn chứa trong ngành công
nghiệp: cung cấp tiện ích bảo vệ chống ăn mòn và mài mòn, chống cháy và
tấn công bằng axit và các chất gây ô nhiễm môi trường.



14

Hình 6. Bộ trao đổi nhiệt
a) b)
Hình 7. a) Bộ khuấy trộn; b) Silo chứa hóa chất


Hình 8. Ống nối khí thải


15




Hình 9. Lò phản ứng


16

Công nghệ tạo men trên bề mặt chi tiết máy và các thiết bị, dụng cụ
được ứng dụng rộng rãi trên thế giới bằng các công thức pha chế khác nhau
để tạo nên những sản phẩm có màu sắc và tính chất chịu ăn mòn khác nhau.
Hiện nay công nghệ tạo men là một trong những công nghệ tiên tiến
được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và được đánh giá
là một trong những công nghệ ứng dụng quan tr
ọng, đặc biệt trong lĩnh vực
quân sự và hóa chất.

1.4. Kết luận chương 1
- Ý nghĩa và tính cấp thiết: Hiện nay việc sản xuất men phủ lên bề mặt
chi tiết sắt thép chủ yếu phục vụ cho công nghệ tráng men các đồ gia dụng
như bát sắt tráng men, ca sắt tráng men, khay sắt tráng men, chậu sắt tráng
men, và một số dụng cụ y tế. Tất cả các sản phẩm này có chiều dày rất mỏng
(
≤ 1mm), công nghệ thì đã được hoàn thiện từ lâu. Vì vậy việc nghiên cứu chế
tạo loại men phủ và nung thành phẩm chi tiết thép có chiều dày lớn (3-6mm)
là rất cần thiết.
- Nhu cầu của công nghiệp: Trong những năm gần đây những ứng dụng
của men đã phát triển mở rộng đối với cả những sản phẩm có tính chất bề mặt
ít bị ăn mòn hơn (nhôm, đồng, inox): nh
ằm khẳng định giá trị mỹ thuật và giá
trị ứng dụng, và ngoài ra cũng là một biện pháp bảo vệ cho những vật liệu
này. Vì những lý do đó men ngày càng được sử dụng rộng rãi trong gia đình
và công nghiệp: từ chảo rán đến những dụng cụ nhà bếp, từ đồ vệ sinh đến
các thiết bị điện tử và từ những đường ống vận chuyển hóa chất đế
n những
tấm kết cấu trong xây dựng hệ thống trao đổi nhiệt, lò phản ứng và tầu
thuyền,
- Mục tiêu, nhiệm vụ của Đề tài: Trên cơ sở công nghệ đã được tìm
hiểu tại PTN TĐ và với nguyên vật liệu được sử dụng trong nước, nghiên cứu
tính toán xác lập các bài phối liệu tạo men, thiết kế và chế tạo sản phẩm men
hoàn chỉnh tương ứng v
ới từng chủng loại chi tiết phục vụ quá trình phủ bề


17

mặt, thiết lập Quy trình công nghệ nâng cao chất lượng lớp tráng men đối với

một số chi tiết điển hình.


18


CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

2.1. Khái niệm về men
Men là một lớp vật liệu dạng thủy tinh chiều dày 0,15 – 1,0 mm phủ lên
bề mặt chi tiết. Lớp vật liệu này hình thành trong quá trình nung và có tác
dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít đặc, nhẵn, bóng. Nhờ vậy, men
có ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng độ bền hoá, bền cơ và bền điện của sản
phẩm đồ
ng thời nó còn có ý nghĩa lớn đối với việc trang trí sản phẩm.
2.2. Phân loại men
Trước đây men được phân loại theo sản phẩm (ví dụ như: men sành,
men sứ, men sắt ) sự phân loại này thực tế không thật hợp là vì men dùng cho
sành cũng có thể dùng để tráng lên trên bề mặt sản phẩm sành dạng đá hoặc
sứ. Ngày nay men được phân loại theo phạm vi nhiệt độ.
2.2.1. Phân loại theo thành phần
a) Men chì:
- Men không chứa Bor
- Men chì đơn giản
- Men chì có chứa Bor
b) Men không chứa chì
- Men chứa Bor
- Men không chứa Bor
- Men kiềm (có hàm lượng kiềm cao)
Men có hàm lượng kiềm thấp (men sứ)

2.2.2. Phân loại theo cách sản xuất men
a) Men sống (thường gọi là men)
b) Men frit