Nghiên cứu công nghệ mạ composite và ứng dụng mạ thử nghiệm các chi tiết nhằm nâng cao chất lượng bề mặt

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 bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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:
1. PGS.TS. Phan Quang Thế
2. 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 được 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 bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

1. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2008), Kỹ thuật bề mặt và ứng
dụng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Số 4(48) Tập 2, Hội thảo Khoa học Công nghệ Toàn
quốc, Công nghệ Vật liệu và bề mặt, Bộ giáo dục và đào tạo - Đại học Thái Nguyên.
2. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2010), Mạ composite TiO
2

một giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của lớp mạ Ni, Tạp chí Khoa học và
Công nghệ Số 72, Bộ giáo dục và đào tao - Đại học Thái Nguyên.
3. 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 và Công nghệ Số 72, Bộ
giáo dục và đào tao - Đại học Thái Nguyên.
4. Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2009), Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và
tuổi bền của dao Nitrit Bo phủ dùng tiện tinh thép hợp kim qua tôi; Đề tài cấp Bộ mã số
B-2007 TN 06-05.
5. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trần Minh Đức - Trương Đức Thiệp - và một số
cộng sự (2008) “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ tổ hợp kim loại composite coating,
nhằm nâng cao chất lượng chi tiết làm việc trong điều kiện ăn mòn và ma sát cao”; Đề
tài cấp Quốc gia mã số KC.02.18/06-10.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU


1.1. Khái niệm chất lƣợng bề mặt chi tiết
khi  .

 [3,8,78]:
 .
- Các thông số bề mặt: hình dáng 
hình ren, hình prôphil, ); kích
  dà
- lý 
);  ; ; 
;  trúc ; 
;.
- Các thông số bên trong         
 ; 
 là




t-  
c
. - lý - .



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
1.2. Hƣ hỏng và phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy
1.2.1. Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng của chi tiết máy


 [1,39,76]:







a. Các yếu tố bên ngoài

* Các yếu tố vật lý:  c

* Các yếu tố hóa học: c c

* Các yếu tố lý - hóa: cùn


c
) và mô. 

gxem 
b. Các yếu tố bên trong
các thô


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
1.2.2. Ma sát và mài mòn chi tiết máy

, 
nhau (khi  

 Ma
quá tr
hình 1.1; ngoài 
 [4,39].


Hình 1.1: Tổng quan về phân loại ma sát
Đối
tƣợng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Một số đặc trưng cơ bản của ma sát
* Lực ma sát
Cho  úng t

Nms
FF


(1.1)
ng 

F
ms
= F
t
(1.2)

* Mômen ma sát
Mômen ma sát  sau
M
ms
= F
ms
.R (1.3)
* Công ma sát (năng lượng ma sát)
Nng l
ms
, E
ms
)  sau
- 



ms
T
S
msmsms
SdFE
T
ms
W
(1.4)
- n:




L
L
Lmsms
dME


L
ms
W
(1.5)
-  



X
X
Xmsms
dME


X
ms
W
(1.6)
Trong ó: F
N
- ng 
R- cánh tay òn t
ms.
; S

ms
- quãng 
L
- góc
ln; 
X
- góc xoay.

i


t
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
Một số công thức tính mòn cổ điển theo kinh nghiệm

h



 
m
dn
h
p
I
H

(1.7)


dn




1,31
209
h
IE


(1.8)


3 0,27
1,72
8,4.10 .
h
h bh
I HV
Ie




(1.9)
yme:

3 0,27

4 0,5
1,42.10 .
8,6.10 .
h
h bh
I HV
Ie




(1.10)

dn
- - 
-  - mô 
HV- ke; e
bh
- 
1.2.3. Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn

 

 
mòn kim ll [39,78].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6

Hình 1.2: Phân loại các quá trình ăn mòn
PHÂN
LOẠI
CÁC
QUÁ
TRÌNH
ĂN
MÒN

KIM
LOẠI
Phân

theo

tính
phá


Phân

theo
quá
trình

Phân

theo
môi

 


















khí

không khí





hóa






n mòn trong k.khí khô





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
1.2.4. Các phương pháp phục hồi chi tiết máy
Nh , c 
máy, nay ng
   h
 ng pháp khác nhau [1,28,76].
ng pháp phân
   c
và h 
 
thành ba nhóm: mòn 

H   
x
H - 

Trên c i h  trên, các ph
h  
-   hình 1.3.
1.3 cho   phng
pháp khác nhau.    
th
ng
pháp  [36].

t

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8

















Hình 1.3: Phân loại các phương pháp phục hồi chi tiết máy
1.
 

  


 

[31].
          
  




hóa - 

(loại bỏ hƣ hỏng)




chính chi

Ghép thêm






không tháo







Không khôi

 ban




- 
- 
- 
- 
- 
-
GC

khí
G.C

G.C






Hàn

Dán



tán
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9


pha

 [8]. ,          ;
, 

1.3. Mạ điện composite
1.3.1. Những vấn đề cơ bản về mạ điện composite

t 

. 
  [23].



 
mài mòn và 
 và  [31]:
- 
- 
- 
- 
- trong 



  Cr, Ni, Cu, Pb, Au, Zn, 
cacTi, Ta, Si, W, B, Ni, Cr; các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
bW,
grafit, m
các 
 có 

 
 


            
compos


 

 [75].
1.3.2. Mạ điện compsite trên nền niken (Ni)
n N

2
O
3
,

TiO
2
,

cacbit và
fit, MoS
2
,

WS
2
 [42,57],
-TiO
2
có : 

2

-TiO
2
-Al
2
O
3
.

Các lcomposite 




[52,55,68].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Các 
2
O
3
met 

Al
2
O
3
trong matrix Ni. Khi 
Al
2
O
3
thì kh 

0
F, trong khi 
Ni-TiO
2
và Ni-Al
2
O
3
 800

0

43,49,67].
1.4. Tình hình nghiên cứu mạ điện composite trong và ngoài nƣớc
Combination electro-


, 
 
193
23].


-K

,  và . H
g [23,51].
-
, 

sát-
f
2


-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12


9,62].
-B, Ni-Co, Ni-Cr, 
 
                 




- 
niken -

-


6,52].
-  


g/l
2
-Cr/graf

-65].
-
ma t. -

g/l g/l




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
g/l và 15g/l.





47,58,66].
             -
     -Al
2
O
3
, nikel/alumina nano-particles composite
coating, Ni- [66].
              

: 


 

 


 -  .
1.5. Ứng dụng lớp mạ composite
Lớp mạ composite chịu mài mòn




-
       
tro [40].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
-Graf
sát, khi có graf

2
không khí

 [74].
Lớp mạ composite chống ăn mòn
- 

   -SiO
2
, Cr-Al
2
O
3
           
2
,
Al
2

O
3
, [70].

-

2
, TiO
2
, Al
2
O
3

--
2
O
3

2


ZrO
2
.

dính, l, l [74].
1.6. Cơ sở lý thuyết mạ điện composite
1.6.1. Nguyên lý mạ điện composite
Trong quá             

ào
  
 [15,23,29,71,74]:
: Sự chuyển động của các phần tử pha phân tán và các ion trong
dung dịch huyền phù đến catot.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15





Hình 1.4: Sơ đồ các lực tác dụng lên hạt ở giai đoạn 1
Các kí 
1
- 
2
- - 

3
- 
4
- 

5
- 

6
- Acsimet;
F
7
-  d- 



               
        


Sự bám dính của các phần tử pha thứ hai (các hạt) lên bề mặt catot.
             
àt
vào  

Gradp
F
6
F
1

d


F
5
F
2

F
3
F
4
F
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16

 (Coulomb)








Sự chôn lấp (che, phủ) của kim loại kết tủa lên các hạt.



 


  

 k



c 

             
             

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17

.
. 
1.6.2. Các thông số đánh giá chất lượng lớp mạ

- 




a. Độ dày và độ đồng đều của lớp mạ
C
 , 


c, l
14,16].
b. Độ ăn mòn của lớp mạ

o công



 
 -Fog
CCT 600 ()

. 
 
 [59,61,67].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
c. Độ bám của lớp mạ


. 
sinh ra , 
 ,

 . 
  [16,37]

o

90
o


o
.


n tíc
2
)


Ph
o



 
lò nung NABERTHERM - 
1.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ
a. Ảnh hưởng của dòng điện [52,75]
            
. 




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19





 




cân 
 

            các cation cùng

ion M
1
n+

2
n+

 

2
n+


 




2
O
3
, khi D
c

= 2A/dm
2

2
O
3




2
O
3
l.




b. Ảnh hưởng của độ pH
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20

+
, ion H
+


+



+

-

; 

+


+

+

 [21,70]:


+
thì: Ni
2+
+ OH
-
 Ni(OH)
2

Ni(OH)
2
 NiO + H
2
O


+
: 2H
+
+ Ni(OH)
2
 Ni
2+
+ H
2
O
2H
+
+ NiO  Ni
2+
+ H
2
O
Trong quá 

                
+



 


 


 quá cao (ion H
+
) 

3
3


3
BO
3

       

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
 
 [71].
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ




 [56].


: 



 quá cao  

 Dung d 


. , 

d. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch


 [17,26,30,34,60].
* Ion kim loại

k- M)
M

M
n+
+ ne
Cu

Cu
2+
+ 2e
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
               




2+


2+
+ 2e



     i  ra      (  
) và 


cao 
 

 [26].
* Chất điện ly [34]

NiSO
4


Ni
2+
+ SO
4
2-
(1)

CH
3
COOH  CH
3
COO
-
+ H
+
(2)
2

3
COO
-
).
1





+

clohydric
HCl

H
+
+ Cl
-


+


[H
+
]



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên