tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ composite al2o3 ni trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn

MỤC LỤC
Nội dung Trang
Lời cam đoan
01
Lời cám ơn
02
MỤC LỤC
03
Danh mục các bảng biểu
06
Danh mục các sơ đồ, hình vẽ
07
MỞ ĐẦU
08
1. Tính cấp thiết của đề tài
08
2. Mục đích của đề tài
09
3. Đối tượng nghiên cứu
09
4. Phương pháp nghiên cứu
09
5. Ý nghĩa của đề tài
10
Phần 1 – TỔNG QUAN
13
1.1 Những vấn đề cơ bản về mạ Composite
13
1.2 Nguyên lý Mạ composite.
14
1.3 Mạ composite trên nền Ni

16
1.3.1 Mạ composite trên nền Ni
16
1.3.2 Ảnh hưởng của các thông số quá trình tới cơ tính của 17
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
lớp mạ
1.4 Kết luận
20
PHẦN 2 – THỰC HIỆN MẠ COMPOSITE Al
2
O
3
-Ni TRÊN
MỘT SỐ CHI TIẾT VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LỚP MẠ
21
2.1. Thí nghiệm
21
2.1.1. Thiết bị thí nghiệm
21
2.1.2. Hóa chất
22
2.1.3. Chế độ và quá trình chuẩn bị
23
2.2. Kết quả thí nghiệm
24
2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến
độ cứng tế vi của lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

25
2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến
mật độ hạt cứng lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

28
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến
độ bám dính của lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

37
2.3. Kết luận phần 2
41
PHẦN 3 – NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU MA SÁT
MÀI MÒN CỦA CHI TIẾT ĐƯỢC MẠ Ni -Al
2
O
3
44
3.1: Chế tạo thiết bị ma sát trượt:
44
3.1.1 Thiết bị mặt phẳng nghiêng để xác định hệ số ma sát
của chi tiết mạ Ni-Al
2
O

3

44
a) Cơ sở lý thuyết để xác định hệ số ma sát:
44
b) Tiến hành thí nghiệm so sánh hệ số ma sát giữa chi
tiết được mạ tổ hợp composite Ni-Al
2
O
3
và chi tiết mạ Ni
50
Trang 2
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
đơn chất thông thường
3.1.2 Nguyên nhân khả năng giảm ma sát của mạ tổ hợp
composite Ni-Al
2
O
3
so với mạ đơn chất thông thường.
53
3.2 Nghiên cứu khả năng làm việc của bộ khuôn dập thuốc
viên được mạ tổ hợp composite Ni-Al
2
O
3
56
3.2.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất thuốc viên trong
ngành dược phẩm.

56
3.2.2 Kết cấu bộ khuôn dập thuốc và nguyên lý làm việc
58
a) Kết cấu bộ khuôn dập
58
b) Nguyên lý làm việc
59
3.2.3. Cơ chế tác dụng lực và các dạng hỏng của bộ khuôn
62
3.2.4. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bộ khuôn
64
a. Các giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng bộ khuôn
64
b. Lựa chọn loại viên thuốc để thử nghiệm
65
c. Kết luận
66
3.2.5 Quy trình thử nghiệm
66
3.2.6 Kết luận phần 3
69
PHẦN 4 – KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
72
PHỤ LỤC
74
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu Tên bảng biểu Trang
Trang 3

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Bảng 2.0 Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite Ni-Al
2
O
3
22
Bảng 2.1 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi tốc độ khuấy từ
140 v/p đến 312 v/p, nhiệt độ mạ 40°C, mật độ dòng điện 5A/dm
2
.
25
Bảng 2.2 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi mật độ dòng điện:
3A/dm
2
, 5A/dm
2
, 7A/dm
2
, nhiệt độ mạ 40°C, tốc độ khuấy 210
v/p.
25
Bảng 2.3 Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al

2
O
3
, khi thay đổi nhiệt độ mạ
35°C, 40°C, 45°C, 50°C, mật độ dòng điện 5A/dm
2
, tốc độ khuấy
210 v/p.
26
Bảng 2.4 Chiều dày lớp mạ phụ thuộc vào thời gian mạ 37
Bảng 3.1 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường 51
Bảng 3.2 Hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite Ni-
Al
2
O
3
51
Bảng 3.3 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường khi
ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao.
52
Bảng 3.4 Bảng hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite
Ni-Al
2
O
3
khi ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao.
52
Bảng 3.5 Kết quả đo mòn đương kính đầu chày 68
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ
Số hiệu Tên hình vẽ và sơ đồ Trang

Hình 1.1
Sơ đồ bố trí các thiết bị mạ điện
14
Hình 1.2
Sơ đồ mô tả cơ chế các hạt cứng tham gia vào lớp mạ.
15
Hình 2.1
Bể chứa dung dịch điện phân
21
Hình 2.2
Hệ thống gia nhiệt tự động đóng ngắt điện
21
Hình 2.3
Hệ thống khuấy cơ học
22
Hình 2.4
Ảnh SEM hạt trung tính Al
2
O
3
sử dụng trong thí nghiệm và thành
phần hóa học qua phân tích EDX.
23
Hình 2.5
Ảnh SEM thể hiện mức độ tham gia của các hạt Al
2
O
3
vào lớp mạ
30

Hình 2.6
EDS phân tích bề mặt lớp mạ trên hình (b) và (d) cho thấy Ni,
Al
2
O
3
và Fe.
31
Hình 2.7
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 35
0
C
32
Trang 4
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Hình 2.8
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 40
0
C
32
Hình 2.9
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 45
0
C
33
Hình 2.10
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 50
0
C
34

Hình 2.11
Ảnh SEM mặt cắt ngang của lớp mạ sau 2 giờ mạ.
38
Hình 2.12
Ảnh SEM bề mặt và phân tích EDX thành phần lớp mạ sau 2h
mạ.
38
Hình 2.13
Ảnh SEM thể hiện sự bám dính của lớp mạ tại góc của chi tiết.
39
Hình 2.14
Ảnh SEM thể hiện sự tham gia của hạt cứng trong lớp mạ
41
Hình 3.1
Thiết bị đo hệ số ma sát của các CTM
49
Hình 3.2
Thực hiện đo hệ số ma sát của các CTM
50
Hình 3.3:
Thời điểm thực hiện đo góc ma sát của các CTM
50
Hình 3.4:
Bộ khuôn dập thuốc
59
Hình 3.5:
Kết cấu máy dập thuốc ZP 3
61
Hình 3.6
Cơ chế tác dụng lực lên bộ khuôn

60
Hình 3.7:
Máy dập ZP 31
67
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp trên thế giới, các
chi tiết máy phải làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt như nhiệt
độ, áp suất, tốc độ cao, chịu ảnh hưởng của ma sát mài mòn lớn. Do vậy các chi
tiết máy sau khi gia công sử dụng kỹ thuật mạ nhằm nâng cao chất lượng bề mặt
được sử dụng ngày càng phổ biến. Chúng dần thay thế cho các chi tiết máy gia
công truyền thống không có sự can thiệp của công nghệ bề mặt hỗ trợ. Những ưu
việt của chi tiết được mạ có thể chỉ ra được ngay như: có độ bền và độ dai, khả
năng chống va đập, chịu được ăn mòn về hóa học hay Ôxi hóa do môi
trường….cao hơn hẳn [1], [2], [3].
Trang 5
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, ngành công nghệ bề mặt nói chung và kỹ
thuật mạ cũng không ngừng tiến bộ và phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu
của xã hội. Kỹ thuật bề mặt nói chung và kỹ thuật mạ nói riêng đã trở thành một
trong những ngành kỹ thuật đầy tiềm năng. Trong thập niên đầu tiên của thế kỷ
XXI, sự chuyển giao công nghệ, kỹ thuật mạ tiên tiến từ các tập đoàn nước ngoài
vào nước ta diễn ra hết sức mạnh mẽ. Mặt khác trong nền giáo dục sau đại học ở
các nước công nghiệp phát triển kỹ thuật bề mặt cũng phát triển nở rộ tạo ra rất
nhiều cơ hội nghiên cứu chuyên sâu cho các học viên cao học.
Tuy nhiên tại thời điểm này, kỹ thuật mạ ở Việt Nam vẫn chủ yếu tập trung
vào lĩnh vực mạ đơn thuần, tức là mạ các vật liệu ở dạng đơn chất như mạ
Niken, Crôm, …lên vật dụng [4],[5]. Những cách mạ này có thể tăng được khả
năng chống ăn mòn trên vật liệu tuy nhiên cơ tính bề mặt lại bị ảnh hưởng xấu
đi. Mặt khác, các chi tiết được mạ ở dạng đơn chất có chất lượng bề mặt chỉ

dừng lại ở mức độ trung bình. Vì vậy vấn đề mạ chi tiết theo trạng thái
Composite ở nước ta là một vấn đề hết sức cấp bách, nhằm đáp ứng yêu cầu chế
tạo ra các chi tiết mạ với cơ tính, khả năng chịu ăn mòn tốt, vừa đảm bảo chất
lượng bề mặt cao [6], [7].
Vì vậy tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ Composite Al
2
O
3
-Ni trong
điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn”
Thành công của đề tài sẽ góp phần quan trọng trong việc nâng cao chất lượng
sản phẩm cơ khí làm việc trong môi trường ăn mòn của các lĩnh vực khác nhau.
2. Mục đích của đề tài
Trang 6
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết mạ
Composite Al
2
O
3
-Ni khi chúng làm việc trong môi trường có các chất hóa học
ăn mòn như Axit, muối, xút….Qua đó nhận xét những ưu điểm của lớp mạ
Composite Al
2
O
3
-Ni, phạm vi ứng dụng của các chúng đồng thời có những bước
phát triển để khắc phục những tồn tại của những chi tiết mạ Composite Al
2

O
3
-Ni.
3. Đối tượng nghiên cứu
Tạo ra lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni cho các chi tiết máy, nghiên cứu khả
năng làm việc của các chi tiết máy được mạ so sánh với các chi tiết máy không
có lớp mạ này. Rút ra những ưu việt của lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với triển khai thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết, qua đó triển khai thí nghiệm tạo ra lớp mạ trên các
chi tiết máy.
Thí nghiệm Phân tích các đặc tính cơ lý của lớp mạ.
Thử nghiệm cho chi tiết làm việc trong môi trường có các chất hóa học ăn
mòn.
5. Ý nghĩa của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Về mặt khoa học đề tài rất phù hợp với xu thế phát triển trong và ngoài
nước về công nghệ bề mặt. Do đó ý nghĩa khoa học của đề tài là thể hiện trong
nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết máy được mạ Composite Al
2
O
3

-Ni,
những tính năng vượt trội khi chi tiết được mạ so với các chi tiết không được mạ.
Trang 7
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Ngày nay các chi tiết máy phải làm việc trong những điều kiện hết sức
khắc nghiệt như nhiệt độ, áp suất, tốc độ cao, chịu ảnh hưởng của ma sát mài
mòn lớn. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đòi hỏi khoa học về công nghệ bề mặt
phải tạo ra những chi tiết máy đáp ứng được những điều kiện khắc nghiệt này. Vì
vậy, đề tài này có ý nghĩa rất thực tiễn trong việc sản xuất, tạo ra các chi tiết có
độ cứng và tuổi bền cao nhằm nâng cao tính kinh tế của chi tiết máy, hạ giá
thành sản phẩm.
Nội dung của luận văn bao gồm:
Phần 1: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ bề mặt:
- Các vấn đề cơ bản về mạ Composite. Khái quát về các hướng nghiên
cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mạ Composite các chi tiết máy
(tập chung vào mạ Composite Ni) để từ đó định hướng nội dung đề tài nghiên
cứu.
Phần 2: Thực hiện mạ Composite Al
2
O
3
-Ni trên một số chi tiết máy thông
dụng phân tích các yếu tố ảnh hưởng đên đặc tính lớp mạ tổ hợp:
- Tạo ra lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni trên các chi tiết dạng trục cơ bản.
- Phân tích các đặc tính cơ lý của lớp mạ Composite Al

2
O
3
-Ni trên các chi
tiết máy.
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
- Trên cơ sở phân tích SEM của lớp mạ nhận xét về các nhân tố ảnh hưởng
đến đặc tính cơ lý của lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni. Tối ưu về giá thành
của sản phẩm.
Phần 3: Chế tạo thiết bị ma sát trượt, nghiên cứu khả năng làm việc của chi
tiết được mạ tổ hợp composite Al
2
O
3
-Ni
- Chế tạo thiết bị ma sát trượt dựa trên các cơ cấu nguyên lý máy cơ bản
như mặt phẳng nghiêng, cơ cấu bốn khâu bản lề…
- Thực hiện đưa các chi tiết máy đã được mạ Composite Al
2
O
3
-Ni và chi tiết
máy chỉ được mạ Ni thông thường vào thiết bị ma sát trượt, sau đó so sánh
và đánh giá khẳ năng chịu ma sát mài mòn giữa chúng. Thử nghiệm cho
các chi tiết ngay trong môi trường ăn mòn:

Phần 4: Kết luận cho đề tài của luận văn
Phần 1 – TỔNG QUAN
1.1. Những vấn đề cơ bản về mạ Composite
Mạ composite là một biện pháp công nghệ cao nhằm tạo nên trên bề mặt chi
tiết một lớp mạ có ít nhất hai pha; pha nền kim loại và pha có dạng hạt cứng
hoặc sợi giúp chi tiết có khả năng làm việc vượt trội so với mạ điện thông
thường. Mạ composite có các ưu điểm sau :
1. Tăng khả năng chống mòn, mòn cho các cặp đôi ma sát kim loại và hượp
kim.
2. Tăng khả năng chống ăn mòn.
3. Tạo nên lớp giảm ma sát trên bề mặt đối tiếp.
4. Tăng độ bền vững về cơ tính vùng bề mặt.
5. Tạo nên lớp bề mặt có thể sử dụng trong các môi trường đặc biệt như
trong công nghệ hạt nhân.
Trang 9
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
- Pha nền sử dụng trong mạ điện composite bao gồm các kim loại hoặc
hợp kim của chúng như: Cr, Ni, Cu, Pb, Co, Zn… Pha hạt cứng là các hạt
Cac bit Ti, Ta, Si, W, Cr,…; Các Nitrit của B và Si, các hợp chất Borides của
Ti, Zn Ni, các hợp chất sulfides của Mo, W, Mica, graphit, kim cương, các
oxide của Al, Ti…
- Chiều dày lớn nhất của lớp mạ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến
sự thành công của quá trình mạ. Mạ composite có thể tạo ra lớp mạ đồng đều
trên bề mặt các chi tiết máy có hình dạng phức tạp.
- Các thông số quan trọng của quá trình mạ điện composite là: Dung dịch điện
phân, các chất phụ gia, kích thước hạt cứng, độ PH, mật độ dòng điện, nhiệt độ
mạ, hiệu quả của quá trình khuấy, tần số xung….
- Mạ composite ngày nay được sử dụng rộng rãi cho các chi tiết máy của động
cơ máy bay, công nghiệp ô-tô, công nghiệp dược…
1.2. Nguyên lý Mạ composite.

Mạ điện composite thường được thực hiện bằng các thiết bị mạ điện thông
thường cộng thêm thiết bị khuấy để giữ các hạt trung tính lơ lửng trong dung
dịch mạ và tham gia vào lớp mạ.
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM

*) Cơ chế mạ composite
Cơ chế mạ composite là do: va chạm cơ học của các hạt trong quá trình
khuấy đẩy các hạt về phía ca tốt; tương tác tĩnh điện của các hạt điện cực kim
loại hay điện ly; đồng lắng đọng của các hạt bằng cơ chế liên kết hoá học với
điện cực, hay hai giai đoạn hấp thụ.
Hiệu quả của Katot là rất quan trọng trong việc xác định khả năng các hạt
cứng có tính trơ có thể tham gia vào lớp mạ được không. Nếu tốc độ mạ xảy ra
quá nhanh các hạt cứng khi đến cathode sẽ bị bật ra. Độ giảm hiệu điện thế trong
quá trình mạ điện (0,1 – 0,3 V/cm) là quá thấp để tạo nên cơ chế lắng đọng của
các hạt cứng và vì thế việc khuấy dung dịch điện phân là rất cần thiết để đẩy các
Trang 11
Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị mạ điện
a)Katot di động; b) bơm; c) khuấy không khí; d) chi tiết quay; e) khuấy cơ khí; f)
quay li tâm; quay nghiêng; h) rung điện từ hoặc siêu âm
Hạt cứng trung tính
Bước 1Dung dịch điện phân
Bước 2: Hình thành lớp mạ
composite
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
hạt cứng va chạm và gắn vào bề mặt cathode và sau đó tham gia vào lớp mạ.
Dung d?ch di?n phân
l?p m? composite t? h?p
Bu?c 1
H?t c?ng trung tính

Hình 1.2 Sơ đồ mô tả cơ chế các hạt cứng tham gia vào lớp mạ.
Theo Guglielmi có một mô hình toán học dựa trên hai bước hấp thụ kế tiếp.
- Bước 1: Các hạt trung tính bị kéo riêng rẽ đến Katot và chúng ở trạng
thái cân bằng với các hạt ở trạng thái huyền phù cho đến khi bị bao bọc bởi ion
và phân tử dung môi. Bước thứ nhất được tính toán dựa trên những đặc tính vật
lý là chủ yếu.
Trang 12
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Bước 2: Bước hấp thụ thứ hai mang đặc tính hóa học tạo nên liên kết chặt
chẽ các hạt với Katot. Những hạt này sau đó được bao phủ bởi lớp mạ kim loại.
1.3. Mạ composite trên nền Ni
1.3.1 Mạ composite trên nền Ni
Mạ composite trên nền Ni được thực hiện trong các bể điện phân muối
Niken Sulfate tiêu chuẩn hoặc Niken sulfamate sử dụng hạt cứng là Al
2
O
3
, TiO
2
,
Cacbit và Nitrit chịu nhiệt, graphit, MoS
2
, kim cương, thạch anh….Với Al
2
O
3
ở
dạng thù hình α hoặc γ với kích thước cỡ micro hoặc nano tham gia vào lớp mạ
cùng Ni. Trong mọi trường hợp, thể tích của Al
2

O
3
trong lớp mạ tỉ lệ thuận với tỉ
lệ phần trăm các hạt trong dung dịch điện phân. Trong một số trường hợp tỉ lệ
hạt có thể lên tới 200 mg/l. [8]
1.4. Kết luận
Qua các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có thể thấy mạ
composite đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là mạ điện composite
Al
2
O
3
trên nền Ni hoàn toàn có thể áp dụng trong điều kiện nghiên cứu ở nước ta.
Trong năm 2010 trường ĐHKTCN Thái Nguyên cũng đã bảo vệ thành công một
đề tài cấp nhà nước về mạ tổ hợp composite để nâng cao chất lượng làm việc của
chi tiết máy. Tuy nhiên tác giả nhận thấy việc nghiên cứu khả năng làm việc của
các chi tiết máy được mạ tổ hợp composite Al
2
O
3
trên nền Ni là chưa phổ biến,
các công bố ưu điểm về khả năng làm việc của các chi tiết này của các tác giả
nước ngoài cũng rất khó được kiểm chứng, hơn nữa khi chi tiết làm việc trong
điều kiện ma sát trượt lớn lại có các chất ăn mòn như sút, axit, muối thì rất
thiếu các nghiên cứu cụ thể và kiểm chứng rõ ràng.
Trang 13
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy mạ
composite trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn, tuy nhiên qua
các tài liệu đã công bố [10,11] tác giả nhận thấy có 3 yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới

khả năng làm việc của chi tiết máy là
- Độ bám dính của lớp mạ trên bề mặt chi tiết.
- Độ cứng tế vi của lớp mạ.
- Mật độ hạt cứng trong lớp mạ.
PHẦN 2 – THỰC HIỆN MẠ COMPOSITE Al
2
O
3
-Ni TRÊN MỘT
SỐ CHI TIẾT VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LỚP MẠ
2.1. THÍ NGHIỆM
2.1.1. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị mạ composite trên nền Ni bao gồm:
1. Bể chứa dung dịch điện phân (hình 2.1) dung
tích 60 lít, trong quá trình mạ lượng dung dịch
là 30 lít.
2. Hệ thống gia nhiệt tự động đóng ngắt điện (hình 2.2) có thể nâng và ổn
Trang 14
Hình 2.1
Hình 2.2
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
định nhiệt độ của dung dịch tới 80°C.
3. Hệ thống điều khiển tự động cung cấp dòng một chiều xung hoặc liên tục
cho bể mạ.
4. Hệ thống khuấy cơ học (hình 2.3) có thể điều
chỉnh vô cấp tốc độ khuấy từ 10 v/p đến 350
v/p.
2.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
*) Trong phần này tác giả tập trung nghiên cứu chế độ mạ Ni-Al
2

O
3
nhằm tạo độ bám dính tốt, độ cứng tế vi và mật độ hạt cứng tối ưu bằng thực
nghiệm.
Trong quá trình thực hiện đề tài và cũng như tìm hiểu các công trình
nghiên cứu trước đó về chất lượng chi tiết mạ composite việc điều khiển chế độ
mạ có thể làm thay đổi hoàn toàn khả năng làm việc của chi tiết máy, nói một
cách cụ thể hơn có nghĩa là đề tạo được độ bám dính, độ cứng tế vi, cũng như
mật độ hạt tối ưu trong lớp mạ ta phải đưa ra được một bộ thông số về chế độ mạ
chính xác. Việc này có thể thực hiện được một cách khoa học và chính xác dựa
Trang 15
Hình 2.3
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tuy nhiên với điều kiện và trình độ
hiện tại của bản thân tác giả cố gắng thực hiện dựa trên thực nghiệm bằng cách
thay đổi độc lập từng thông số của chế độ mạ và đưa ra điểm tối ưu của chất
lượng chi tiết mạ composite theo thông số đó. Ở đây em thực hiện thí nghiệm với
3 yếu tố điều khiển (Factor) là Tốc độ khuấy, Mật độ dòng điện, Nhiệt độ của
quá trình mạ.
Chế độ 1 : - Thay đổi tốc độ khuấy từ 140 v/p đến 312 v/p
Nhiệt độ mạ 40°C, mật độ dòng điện 5A/ dm
2
.
Chế độ 2 : - Thay đổi mật độ dòng điện: 3A/dm
2
, 5A/dm
2
, 7A/dm
2

Nhiệt độ mạ 40°C, tốc độ khuấy 210 v/p.
Chế độ 3 : - Thay đổi nhiệt độ mạ: 35°C, 40°C, 45°C, 50°C
Mật độ dòng điện 5A/dm
2
, tốc độ khuấy 210 v/p.
2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến độ cứng tế
vi của lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

*) Thực hiện thí nghiệm theo chế độ 1.
Thực hiện thí nghiệm theo chế độ mạ 1 trên 3 lần đo, mỗi lần đo thực hiện
với 6 đổi tốc độ khuấy khác nhau đồng thời so sánh với mẫu thí nghiệm chỉ mạ
Ni thông thường ta được bảng số liệu sau :
Bảng 2.1: Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi tốc độ khuấy
từ 140 v/p đến 312 v/p, nhiệt độ mạ 40°C, mật độ dòng điện 5A/ dm
2
.
Trang 16
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Lần đo Ni Ni-
Al
2
O
3

140 v/p
Ni-
Al
2
O
3
175 v/p
Ni-
Al
2
O
3
210 v/p
Ni-
Al
2
O
3
245 v/p
Ni-
Al
2
O
3
278 v/p
Ni-
Al
2
O
3

312 v/p
1 154 225 280 280 300 300 200
2 184 230 260 270 300 250 210
3 170 200 290 270 310 220 310
Trung
bình
170 218 273 273 303 256 240
*) Thực hiện thí nghiệm theo chế độ 2.
Thực hiện thí nghiệm theo chế độ mạ 2 trên 3 lần đo, mỗi lần đo thực hiện
với 3 mật độ dòng điện thí nghiệm khác nhau đồng thời so sánh với mẫu thí
nghiệm chỉ mạ Ni thông thường ta được bảng số liệu sau :
Bảng 2.2: Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi mật độ dòng điện:
3A/dm
2
, 5A/dm
2
, 7A/dm
2
, nhiệt độ mạ 40°C, tốc độ khuấy 210 v/p.
Lần đo Ni Ni-Al
2
O
3
3A/dm
2
Ni-Al

2
O
3
5A/dm
2
Ni-Al
2
O
3
7A/dm
2
1 154 250 280 170
2 184 210 270 200
3 170 160 270 200
Trung bình 170 206 273 190
*) Thực hiện thí nghiệm theo chế độ 3.
Thực hiện thí nghiệm theo chế độ mạ 3 trên 3 lần đo, mỗi lần đo thực hiện
với 4 nhiệt độ mạ thí nghiệm khác nhau đồng thời so sánh với mẫu thí nghiệm
chỉ mạ Ni thông thường ta được bảng số liệu sau :
Trang 17
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Bảng 2.3: Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi nhiệt độ mạ 35°C,
40°C, 45°C, 50°C, mật độ dòng điện 5A/dm
2
, tốc độ khuấy 210 v/p.
Lần đo Ni Ni-Al

2
O
3
35°C
Ni-Al
2
O
3
40°C
Ni-Al
2
O
3
45°C
Ni-Al
2
O
3
50°C
1 154 300 280 420 290
2 184 160 270 380 300
3 170 160 270 350 280
Trung
bình
170 206 273 383 290
Các kết quả đo độ cứng tế vi HV
10
đối với lớp mạ composite Ni-Al
2
O

3
,
cho thấy tốc độ khuấy, mật độ dòng điện và nhiệt độ dung dịch mạ có ảnh hưởng
đáng kể tới độ cứng tế vi của lớp mạ composite.
Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ
cứng tế vi của lớp mạ composite là đáng kể tuy nhiên mức độ ảnh hưởng là khác
nhau.
*) Nhận xét kết quả
Để tăng khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc làm việc trong môi
trường ăn mòn, tăng độ cứng tế vi của lớp bề mặt là một giải pháp hữu hiệu.
Thay đổi các thông số của quá trình mạ như tốc độ khuấy, mật độ dòng điện,
nhiệt độ mạ dẫn đến những thay đổi đáng kể về độ cứng tế vi của lớp mạ
composite Ni-Al
2
O
3
. Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến độ cứng tế vi của lớp
mạ composite (có thể tăng độ cứng đến 125%) sau đó là tốc độ khuấy và mật độ
dòng điện (có thể tăng độ cứng đến 86%). Đây là những kết quả có ý nghĩa to
lớn trong việc nâng cao khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc.
Trang 18
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến mật độ hạt
cứng lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

Sự tham gia của các hạt trung tính Al
2

O
3
vào lớp mạ Ni được xác định trên
kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy) Jeol 5410 LV tại trường
Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội.
*) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch điện phân (Thực hiện
thí nghiệm theo chế độ 3)
Trong quá trình thay đổi nhiệt độ dung dịch điện phân và phân tích SEM
cho thấy ở 4 nhiệt độ khác nhau là 35°C, 40°C, 45°C, 50°C trên máy phân tích
Bukka như sau:
Trang 19
Hình 2.7 Ảnh chụp bề
mặt lớp mạ với chế độ
mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm
2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 35
0
C
Al chiếm 14,5%
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Trang 20
Hình 2.8 Ảnh chụp bề
mặt lớp mạ với chế độ
mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm

2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 40
0
C
Al chiếm 14,0%
Hình 2.9 Ảnh chụp bề
mặt lớp mạ với chế độ
mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm
2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 45
0
C
Al chiếm 16,0%
Hình 2.10 Ảnh chụp
bề mặt lớp mạ với chế
độ mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm
2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 45
0
C

Al chiếm 12,0%
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Qua thực hiện thí nghiệm với 4 nhiệt độ khác nhau có thể thấy nhiệt độ
dung dịch điện phân tuy có làm thay đổi nhưng nói chung ít ảnh hưởng đến sự
tham gia của các hạt trung tính vào lớp mạ. Tuy nhiên nếu nhiệt độ dung dịch
điện phân mà quá cao lên tới trên 50
0
C như thể hiện trên hình 2.10 thì hiện
tượng đen bề mặt sảy ra lúc này lương Oxi tăng vọt trên bề mặt lớp mạ bởi các
bọt khí trong quá trình mạ xuất hiện nhiều và không kịp thoát ra khỏi bề mặt lớp
mạ. Qua hình 2.8 và 2.9 cũng chỉ ra đây với mạ Ni nên chú ý điều chỉnh nhiệt độ
dung dịch điện phân chỉ ở mức độ 40
0
C bời vì ở nhiệt độ này khả năng tham gia
vào lớp mạ của Ni là tốt nhất (chiếm tới hơn 70% thành phần lớp mạ)
*) Nhận xét kết quả
Cơ tính của lớp mạ composite phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong quá
trình mạ điện. Tuy nhiên, các thông số về nhiệt độ dung dịch điện phân và độ pH
nói chung ít ảnh hưởng đến sự tham gia của các hạt trung tính vào lớp mạ, tuy
nhiên cần chú ý khi mạ composite Ni-Al
2
O
3
nên duy trì nhiệt độ vào khoảng sấp
xỉ 40
0
C và độ pH từ 4 đến 4,2.
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến độ bám
dính của lớp mạ composite Ni-Al
2

O
3

Trong quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tốc độ khuấy, mật
độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch điện phân đến độ cứng tế vi và mật độ hạt trong
lớp mạ có thể sơ bộ rút ra khoảng nên dùng của các yếu tố này là tốc độ khuấy
trong khoảng từ 174 v/p – 240 v/p; mật độ dòng điện 4 A/dm
2
– 5 A/dm
2
; nhiệt
Trang 21
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
độ dung dịch điện phân là khoảng 40 ± 2
0
C. Do vậy khi nghiên cứu tới độ bám
dính của lớp mạ tác giả nhận thấy không nên thay đổi các yếu tố này theo các
chế độ 1, 2, 3 như trước nữa bởi lẽ nếu thay đổi các yếu tố này sẽ gây ảnh hưởng
rất lớn đến chất lượng và khả năng làm việc của lớp mạ.
Trong phần này người thực hiện chỉ quan tâm tới yếu tố ảnh hưởng đến độ
bám dính của lớp mạ composite trên nền chi tiết dựa trên ảnh hưởng của nhân tố
thời gian mạ. Các yếu tố tốc độ khuấy, mật độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch
điện phân được lựa chọn ở mức độ tối ưu cho độ cứng tế vi và mật độ hạt trong
lớp mạ composite. Tốc độ khuấy 235 v/p mật độ dòng điện 4 A/dm
2
và nhiệt độ
dung dịch điện phân là 40 ± 2
0
C.
Thực hiện với 6 mẫu thí nghiệm với thời gian mạ từ 30 phút đến 180 phút.

Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên bảng 7 dưới đây:
Bảng 2.4: Chiều dày lớp mạ phụ thuộc vào thời gian mạ
Thời gian mạ (phút)
30 60 90 120 150 180
Chiều dày lớp mạ (µm)
15 20 25 35 55 80
Chất lượng
Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt
Trang 22
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Hình 2.11: Ảnh SEM mặt cắt ngang của lớp mạ sau 2 giờ mạ.
Hình 2.12: Ảnh SEM bề mặt và phân tích EDX thành phần lớp mạ sau 2h mạ.
Trang 23
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Hình 2.13. Ảnh SEM thể hiện sự bám dính của lớp mạ tại góc của chi tiết.
Từ hình 2.11, hình 2.12 và hình 2.13 có thể thấy mức độ bám dính của lớp
mạ composite lên nền rất tốt (không có khe hở). Tuy nhiên, góc của chi tiết mức
độ bám dính của lớp mạ lên nền tốt hơn, có lẽ do hiệu ứng mũi nhọn nhưng trong
khuôn khổ đề tài nhận định này chưa được kiểm chứng để có thể kết luận
Trang 24
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Hình 2.14. Ảnh SEM thể hiện sự tham gia của hạt cứng trong lớp mạ với thời
gian mạ 3h.
*) Nhận xét kết quả.
Từ các kết quả trên có thể thấy lớp mạ composite Al
2
O
3
-Ni có khả năng
bám dính tốt trên nền thép hợp kim 09CrSi khi tăng thời gian mạ lên tới 3 giờ,

chiều dày lớp mạ đạt tới 80-90 µm. Các hạt Al
2
O
3
phân bố tương đối đồng đều
Trang 25