“ Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch và nhiệt độ dưới tác động của sóng siêu âm đến việc tẩy rửa thép tấm

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Lời nói đầu
Ăn mòn kim loại gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân. Theo báo cáo của Ủy
ban ăn mòn và bảo vệ Anh thì thiệt hại do ăn mòn ở Anh chiếm 3,5% tổng sản lượng quốc
dân. Ở Mỹ thì chi phí này vào năm 1982 được đánh giá khoảng 126 tỷ đô la mỗi năm {2].
Ở Việt Nam có khí hậu nóng ẩm và tỉ lệ sử dụng kim loại trong công nghiệp còn rất lớn
cho nên thiệt hại do ăn mòn có thể lớn hơn nữa.
Ăn mòn còn gây lãng phí về nguồn tài nguyên. Theo tính toán, ở Anh cứ 90 giây thì
có 1 tấn thép bò biến hoàn toàn thành gỉ. Ngoài việc lãng phí kim loại thì năng lượng tiêu
tốn để sản xuất 1 tấn thép này từ quặng sắt đủ cung cấp cho 1 gia đình trung bình trong 3
tháng.
Ăn mòn còn gây những bất lợi đáng kể cho con người và thậm chí ảnh hưởng đến
tính mạng do ăn mòn làm hư hỏng, sụp đổ các công trình dân dụng.
Thực tế cho thấy hầu hết tất cả các chi tiết kim loại khi sử dụng đều phải được bảo
vệ chống gỉ sét khi sử dụng, đặc biệt là đối với thép vì thép được sử dụng rộng rãi và khả
năng chống ăn mòn của thép là rất kém.
Tẩy rửa bề mặt là khâu quyết đònh đến sự đồng đều, tránh được các khuyết tật, đảm
bảo được các yêu cầu đặc biệt cho sản phẩm. Bề mặt phải được tẩy thật sạch để chắc
chắn rằng liên kết phân tử giữa kim loại nền và lớp bảo vệ bề mặt . Việc tẩy rửa không
hoàn hảo dẫn đến tồn tại các khuyết tật trong và sau khi xi mạ, phun phủ …
Hầu hết bề mặt chi tiết kim loại khi sản xuất ra thường có các loại dầu mỡ bôi
chống gỉ hay thuốc đánh bóng, vết bẩn bám dính vào. Lớp dầu mỡ này làm cản trở trợ
dung bám lên bề mặt chi tiết, làm giảm sự kết dính của chất bảo vệ lên bề mặt chi tiết.
Vì vậy phải tẩy sạch dầu mỡ, gỉ sét trước khi gia công bảo vệ bề mặt là một nguyên công
rất quan trọng trong quá trình gia công bảo vệ bề mặt kim loại.
SVTH: PHAN CHÍ SỸ



Trang 1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Có rất nhiều phương pháp để tẩy rửa bề mặt kim loại, trong luận văn này tôi giới
thiệu và tìm hiểu thêm về một phương pháp tẩy rửa bằng dung dòch dưới tác động của
sóng siêu âm.
Thật ra, việc sử dụng siêu âm trong tẩy rửa vết bẩn đã được sử dụng khá phổ biến ở
nước ngoài. Ở nước ta chỉ mới sử dụng công nghệ này trong việc tẩy rửa các thiết bò y tế
chứ vẫn chưa được sử dụng trong công nghiệp .Trong luận văn này tôi giới thiệu về
phương pháp dùng sóng siêu âm trong tẩy rửa công nghiệp với nhiệm vụ “ Nghiên cứu
ảnh hưởng của thành phần dung dòch và nhiệt độ dưới tác động của sóng siêu âm đến việc
tẩy rửa thép tấm “ .
Tiến hành thí nghiệm để tìm ra điều kiện làm việc phù hợp, hóa chất tẩy rửa phù
hợp cho quá trình tẩy rửa dầu mỡ dưới sự tác động của sóng siêu âm.
Luận văn này chia ra làm 5 phần cơ bản:
 Chương 1: Tổng quan về việc tẩy rửa dầu mỡ và gỉ sét
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết sóng siêu âm và tẩy rửa dầu mỡ bằng sóng siêu âm
 Chương 3: Thiết bò và phương pháp nghiên cứu
 Chương 4: Thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm.
 Chương 5: Kết luận.
Do điều kiện thời gian còn hạn chế, nên luận văn chắc sẽ thiếu sót rất mong quý
thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để hoàn thiện hơn.

SVTH: PHAN CHÍ SỸ



Trang 2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Chương I
Tổng quan về tẩy rửa dầu mỡ và gỉ sét
Chất bẩn trên chi tiết có thể chia làm 2 loại chính:
• Chất bẩn hữu cơ (dầu khoáng, dầu mỡ, nhựa , chất dẻo và các loại polymer khác).
Những chất này có xu hướng bám dính (khuếch tán) trên toàn bộ bề mặt chi tiết.
• Chất bẩn vô cơ ( bụi bẩn , gỉ sét và các oxit khác ) thường hình thành ở bề mặt các
chi tiết không được bảo quản tốt, hoặc do nhiệt độ.
1.1.Tổng quan về tẩy dầu mỡ:
Các phương pháp tẩy mỡ phổ biến hiện nay:
 Tẩy dầu mỡ trong dung môi
 Tẩy dầu mỡ trong dung dòch kiềm .
 Tẩy dầu mỡ điện hóa.
 Tẩy dầu mỡ bằng siêu âm.
1.1.1.Tẩy dầu mỡ trong dung môi:
Tẩy dầu mỡ bằng dung môi là phương pháp tẩy rửa hiệu quả để loại bỏ các tạp chất
hữu cơ trên bề mặt chi tiết, do đa số các chất hữu cơ đều tan trong dung môi hữu cơ. Quá
trình này có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng ( nhúng, tưới ) hoặc đun nóng ( chi tiết đặt
trong dòng hơi dung môi ). Sau khi tẩy rửa bằng dung môi hữu cơ, bề mặt chi tiết sẽ kỵ
nước nên cần phải tẩy đưa chi tiết qua một công đoạn tẩy kiềm để thấm ùt bề mặt chi
tiết trước khi xử lý nguyên công kế tiếp.
Dung môi tẩy rửa dầu ở nhiệt độ phòng thường dùng là hydrocacbon clo hóa
( perchlor – ethyene, trichroethylene, trichlorotrifluoroethylene,…), các sản phẩm dầu mỏ (
dầu hỏa, xăng ..), rượu ( ethanol, methanol, isopropanol..) hoăïc các dung môi khác

( acetone, benzen, toluone,…). Tuy nhiên, hiện nay các hydrocacbon clo hóa rất ít được sử
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

dụng do tính độc hại và rất đắt tiền, các dung môi như acetone, benzen, toluone rất dễ
cháy nên khi sử dụng phải rất thận trọng .
Các dung môi dùng để tẩy nóng thường là hydrocacbon halogene hóa, tuy nhiên các
dung môi này hiện nay đã cấm sử dụng do vấn đề bảo vệ môi trường. Để thay thế hiện
nay người ta dùng các dung môi hydrocacbon không bò halogene hóa, nhưng hơi của các
chất này khi trộn lẫn với oxy không khí dưới áp suất khí quyển rất dễ bò bốc cháy khi bắt
lửa nên khi sử dụng phải rất thận trọng và đảm bảo an toàn phòng chống cháy.
Có 3 phương pháp chính được dùng trong tẩy rửa bằng dung môi :

•

Phương pháp hơi dung môi.

•

Phương pháp tẩy lạnh.

•

Phương pháp tẩy vết.

1.1.2.Tẩy dầu mỡ trong dung dòch kiềm :
Tẩy dầu mỡ trong dung dòch kiềm là một trong những phương pháp thường dùng nhất
để tẩy rửa dầu mỡ trên bề mặt kim loại trước khi xử lý: chi tiết được tưới hoặc nhúng
trong dung dòch tẩy rửa dầu mỡ rồi rửa lại bằng nước ( tốt nhất là nước ấm ).
Nguyên lý của quá trình tẩy rửa dầu mỡ trong dung dòch kiềm dựa trên tính không
tan vào nhau của dầu và nước: lớp dầu mỡ bò bóc khỏi bề mặt kim loại nhờ sức căng bề
mặt, tạo thành các giọt dầu mỡ ở dạng nhũ tương trong dung dòch tẩy rửa.
Quá trình tẩy rửa dầu mỡ xảy ra bốn giai đoạn: xà phòng hóa, dòch chuyển, tạo nhũ
tương và phân tán. Xà phòng hóa là phản ứng thủy phân trong pha lỏng chuyển chất béo
thành các muối của axít béo và glycerin. Trong giai đoạn dòch chuyển các thành phần đã
xà phòng hóa sẽ tách ra khỏi bề mặt nhờ các chất hoạt động bề mặt. Giai đoạn nhũ tương
hóa và phân tán nhằm giữ các hạt chất béo trong dung dòch nước và ngăn chúng tái kết
hợp lại với nhau.

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Thành phần của dung dòch tẩy rửa dầu mỡ trong dung dòch kiềm gồm các chất vô cơ,
phụ gia và chất hoạt động bề mặt.
KOH và NaOH thường được sử dụng trong phương pháp này do tính kiềm cao
của chúng ( pH 12 – 14 ), phản ứng xà phòng hóa mạnh và chiếm từ 70 – 90% khối lượng

dung dòch tẩy rửa. Tuy vậy, những hóa chất trên không an toàn khi sử dụng cho kim loại
mềm như Al và Zn ( ăn mòn ). NaOH và KOH không có tác dụng đối với mỡ khoáng, khó
rửa sạch. Các muối silicat kim loại kiềm ( pH 11 – 12.5 ) cũng góp phần cho tính tẩy rửa
của dung dòch. Các muối silicat kim loại kiềm ( pH 11 – 12.5 ) cũng góp phần cho tính
tẩy rửa của dung dịch. Na2SiO3 và NaSi2O5 tẩy mỡ tốt, dễ tạo huyền phù và phân tán. Tuy
nhiên, khi silicat bò khô lại trên bề mặt sẽ hình thành silicagen khó rửa và làm lớp mạ khó
bám.
Các muối photphat kim loại kiềm có pH khá thấp 9.5 – 11.5. Nhóm này cũng
góp phần kim loại không bò ăn mòn và liên kết các phân tử nước nặng làm cho chúng
không tác động đến quá trình tẩy rửa vì chúng làm giảm độ cứng của nước .
Muối cacbonat ( pH 9 – 9.5 ) thường dùng để trung hòa các phần tử acid.
Na2CO3 và K2CO3 có tác dụng tạo huyền phù và nhũ tương tốt, dễ rửa, ngăn chặn một
phần không ăn mòn kim loại, nhưng khi pH giảm thấp hơn 10, chúng mất tác dụng tẩy
rửa, ưu điểm của các muối cacbonat là dễ tìm, rẻ tiền thân thiện với môi trường.
Chất thấm ướt góp phần vào quá trình tẩy rửa bởi tác động giảm sức căng bề
mặt của dung môi, làm cho dung môi có khả năng thấm ướt qua các vết bẩn và tẩy rửa
chúng. Khi các chất bẩn đi vào dung dòch, các chất thấm ướt sẽ tạo nhũ với nó, ngăn cản
chất bẩn không bám trở lại chi tiết.
Các chất hoạt động bề mặt là những muối của acid Cacbocylic Alkyl Sunfat ,
Sunfônat , alkylaryt Sunfônat , rượu...
Cấu tạo các chất hoạt động bề mặt : gồm 2 phần

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Phần ưa nước và phần kò nước . Hai nhóm này có tính chất đối lập nhau trong 1 phân
tử .
Nhóm ưa nước : lôi kéo phân tử vào nước , chiếm ưu thế dễ hòa tan trong nước .
Khi 2 nhóm này trong phân tử đạt đến 1 cân bằng nào đó về tính tan và tính kò nước ,
chất xuất hiện tính chất làm giảm sức căng bề mặt trên thoáng với không khí hoặc bề mặt
ngăn cách với các chất khác . Các chất này được gọi là các chất bề mặt nhưng không phải
là chất hoạt động bề mặt nào cũng có tính tẩy rửa . Khả năng tẩy rửa chỉ có đối với
nhữmg phân tử phần của mạch .
Tính thấm ướt và tính tan bọt của các chất hoạt động bề mặt là 2 tính chất quan trọng
, nó làm dễ thấm ướt với nước đối với các vật . Tính tạo bọt tạo điều kiện các chất bẩn
phân tán dễ trong môi trường và làm tăng bề mặt tiếp xúc với bề mặt cần tẩy rửa .
Phần kỵ nước ( gốc hrôcacbon ) " hấp thụ " hay " hòa tan " lên các hạt dầu mỡ,
còn phần ưa nước của các phân tử chất tẩy rửa hướng ra ngoài với nước , tương tác này tạo
thành hạt keo tích điện âm , các hạt keo này cùng dấu không kết hợp với nhau được và
cũng không trở lại bề mặt ban đầu được chúng tạo thành dung dòch nhủ tương bền vững .
1.1.3. Tẩy dầu, mỡ bằng phương pháp điện hoá:
Tẩy dầu điện hóa là quá trình thực hiện trong dung dòch kiềm nóng, kết hợp tác động
hóa học của dung dòch tẩy rửa và tác động cơ của việc thoát khí sinh ra từ phản ứng điện
hóa. Sự kết hợp này cho phép loại bỏ một cách hiệu quả các tạp chất bề mặt. Chi tiết có
thể được treo vào anốt (tẩy dầu anốt – thoát khí oxy) hoặc treo vào catốt ( tẩy dầu catốt –
thoát khí hrô ).
Khi tẩy dầu bằng phương pháp điện hoá, ngoài quá trình xà phòng hoá, hoà tan, nhũ
tương hoá của dung dòch còn có thêm tác dụng cơ học lên màng dầu bám trên thành kim
loại do các khí thoát ra trên điện cực.
Trên catốt :

4H2O + 4e → 4OH- + 2H2

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Trên anốt :

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

4OH- + 4e → 4OH- + 2H2

Lượng hydrô thoát ra ở catốt nhiều gấp đôi lượng oxy thoát ra ở anốt, do đó tác động
cơ sẽ hiệu quả hơn nếu chi tiết được nối với catốt. Tuy nhiên, sự có mặt của hydrô sẽ làm
giòn thép khi xử lý nhiệt các loại thép cacbon cao. Khi tẩy dầu anốt, oxy sinh ra sẽ oxy
hóa các tạp chất hữu cơ, nhưng cũng oxy hóa luôn đa số kim loại và hợp kim, do đó sau
khi tẩy dầu phải khử thụ động chi tiết. Để tận dụng ưu điểm của hai phương pháp, chi tiết
có thể luân phiên tẩy dầu anốt, đảo điện để tẩy dầu catốt trong một số chu kì ( thường là
10 giây ) và kết thúc là tẩy dầu anốt.
Trong một số trường hợp, khi chi tiết khó xử lý, có thể tẩy dầu catốt trong dung dòch
cyanua. Khi đó có thể làm việc ở nhiệt độ phòng và tránh được sự oxy hóa chi tiết, tuy
nhiên dung dòch cyanua rất độc hại nên ít được sử dụng.
1.1.4. Tẩy dầu mỡ bằng phương pháp siêu âm :
Dùng siêu âm để tẩy gỉ có ưu điểm là khả năng tẩy sạch vết dầu mỡ ở những chỗ
không thể tới được của chi tiết cần tẩy một cách nhanh chóng.
Năng lượng tần số cao được phát ra bởi một máy phát và được tạo ra thành một công
suất lớn trên một bộ phận chuyển đổi chấn tử siêu âm. Những chấn tử siêu âm này sẽ biến
năng lượng điện này thành năng lượng cơ học rung động tần số cao với tốc độ 40000

lần/giây, tạo ra sự qua lại của các sóng có áp lực cao thấp trong dung dòch tẩy. Chất lỏng
được nén lại ở sóng có áp lực cao, và sau đó được giãn ra khi sóng có tần số thấp. Trong
khi chất lỏng bò nén rồi giãn ra thì các bọt khí chân không sinh ra từ vô số các tiểu phân
nhỏ từ từ lớn ra đến một kích thước tới hạn. Tiếp theo đó, làn sóng có tần số cao tới, các
bọt khí sẽ bò ép lại và nổ tung. Năng lượng nổ này rất lớn nhưng an toàn cho chi tiết và
người bởi vì nó chỉ là năng lượng cục bộ. Năng lượng này chỉ phá vỡ vết gỉ sét trên chi
tiết.
1.2 . Tẩy gỉ sét trên bề mặt kim loại :
Tẩy gỉ là quá trình tẩy các loại oxit khác loại trên bề mặt kim loại. Bề mặt kim loại
thường dễ bò oxi hóa, tạo một lớp gỉ bao phủ bên ngoài gồm ( từ trong ra ngoài ) FeO,
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Fe3O4, Fe2O3 và các hydrôxyt của sắt (II) và (III). Do đó phải tẩy lớp gỉ này, để các chất
bảo vệ bề mặt có thể bám dính chắc chắn và tăng tính thẩm mỹ cho bề mặt kim loại.
Quá trình gỉ sét bề mặt kim loại thực chất là quá trình ăn mòn kim loại. Hầu hết các
chi tiết máy, các công trình kinh tế, văn hóa nghệ thuật đều làm việc trong môi trường khí
quyển, do đó quá trình ăn mòn kim loại trong môi trường khí quyển rất đáng được quan
tâm. Ăn mòn khí quyển liên quan đến nồng độ oxy, hơi nước mà trong đó các chất ô
nhiễm là động lực trực tiếp của quá trình mòn. Hai dạng ăn mòn khí quyển được đề cập
sau đây là : ăn mòn khí quyển ẩm khô và ăn mòn khí quyển ẩm ướt.
Trong môi trường khí quyển có thể có các chất ô nhiễm thể khí như SO 2, SO3, H2S,
Cl2, nguy hiểm nhất là SO2. Khi phân tích sản phẩm ăn mòn thấy có mặt là các muối

sunfat kim loại như: sunfat sắt, sunfat kẽm, bò hydro hóa.
Ta thấy chỉ riêng hơi nước không có chất ô nhiễm SO 2, cũng như chỉ riêng SO 2 mà
không có hơi nước thì không nguy hiểm.

Hình 1.1: Ảnh hưởng của SO2 và độ ẩm đến tốc độ ăn mòn sắt.
1) không khí

2) không khí + 0,01% SO2 3) không khí + 0,01% SO2 + hơi nước

Cấu trúc của lớp gỉ sét trên bề mặt thép:

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Gỉ sét dạng chân chim (gỉ giun) là dạng gỉ phát triển theo đường hẹp từ một điểm lan
ra xung quanh.
Trong quá trình phát triển các đường gỉ từ các điểm khác nhau có thể gặp nhau tại
một điểm. Tốc độ phát triển của các đường ăn mòn khoảng 30 đến 60 µm / ngày.
Các quá trình ăn mòn trong môi trường ẩm khô được khuyếch đại lên khi lượng ẩm
tăng. Các kết quả thống kê cho thấy, không phải tốc độ ăn mòn luôn tăng tỉ lệ thuận với
độ ẩm mà vai trò của nước ngưng tụ chỉ tập trung vào hai tác động cơ bản sau đây:
- Nước làm phá hủy lớp bảo vệ là sản phẩm ăn mòn hoặc được tạo thành từ các
công nghệ xử lý bề mặt.

- Nước làm hòa tan và chuyển SO2, SO3 thành axit sunfurơ và axit sunfuric.
Các thí nghiệm cho thấy, cứ 1g H 2SO4 tạo thành trên 1 m 2 ( thì pH ≈ 2 ) khi đó sẽ ăn
mòn sắt. Nếu có mặt cả anion Cl- thì tác hại của ăn mòn tăng lên.
Ăn mòn khí quyển đối với thép cacbon thường:
Sản phẩm của quá trình ăn mòn thép cacbon là: FeSO 4, γFeOOH và Fe3O4 theo các
phản ứng sau:
 2 γFeOOH + 4H+

2Fe2+ + 1/2O2 + 3H2O
Fe

+ H2SO4 + 6 γFeOOH

3Fe3O4 + 3/4O2 + 9/2H2O

 FeSO4

+ 2Fe2O3 + 4H2O

 9 γFeOOH

1) Ăn mòn sắt trong không khí ẩm

2) Ăn mòn thép trong không khí ẩm

Hình 1.2. Ăn mòn sắt và thép trong không khí ẩm
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 9

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Trên hình cho ta thấy từ ngoài vào mẫu thép bò ăn mòn trong môi trường khí quyển
có ẩm và chất ô nhiễm SO 2 gồm hai vùng: Vùng ngoài là FeOOH và vùng trong là Fe 3O4
có ngậm dung dòch FeSO4.
1.2.1.Tẩy gỉ bằng phương pháp phun cơ học:
Tẩy gỉ cơ học là quá trình phun các vật liệu mài với tốc độ cao vào bề mặt chi tiết
như phun cát, bắn bi …
Hiệu quả của tẩy gỉ cơ học phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu mài và tốc độ phun.
Các vật liệu mài có thể là kim loại ( gang thép nhôm đồng … ) hoặc không kim loại ( cát,
thủy tinh …) ở dạng tròn, góc hoặc hình trụ …
Vòêc lựa chọn vật liệu mài dựa trên tính xâm thực ( khả năng truyền động năng khi
hạt mài va chạm bề mặt chi tiết – phụ thuộc vào hình dáng của hạt mài ), độ bền va đập
của hạt mài, khối lượng hạt mài và kích thước hạt mài.
1.2.2. Đánh bóng cơ học:
Đánh bóng cơ học là quá trình ứng dụng ma sát cùa vật liệu mài trên bề mặt nền để
đánh bật các vết gỉ sét làm chi tiết có bề mặt bóng và láng.
Khi đánh bóng cơ trên kim loại, cấu trúc của bề mặt bò biến đổi đáng kể dẫn đến các
tính chất bề mặt của nền cũng sẽ biến đổi. Đánh bóng cơ học làm tăng khả năng chống ăn
mòn của kim loại vì làm giảm đáng kể số lượng điểm bắt đầu ăn mòn. Đây là nguyên
công bắt buộc phải thực hiện trước khi phủ hóa học và điện hóa mòn.
Chất lượng đánh bóng cơ phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu mài ( dựa trên khuyến
cáo của nhà sản xuất ) và tốc độ đánh bóng ( kim loại càng cứng thì tốc độ mài càng thấp
và ngược lại ).
Bột mài chia làm nhiều loại:

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

+ Loại thô từ 160 - 250μm dùng để mài thô.
+ Loại vừa từ 40 – 160μm dùng để mài tinh.
+ Loại mòn từ 3 – 40μm dùng để đánh bóng.
1.2.3. Tẩy gỉ bằng ngọn lửa:
Đây là một phương pháp mới để làm bong lớp gỉ, dùng ngọn lửa oxy – acetylen
phun lên bề mặt thép, do lớp oxit và nền giãn nở nhiệt khác nhau nên lớp oxit sẽ tự bong
ra ra khỏi lớp kim loại nền. Phương pháp này tuy hiệu quả nhưng khá chậm và thường
không áp dụng đối với lá thép vì lá thép sẽ cong vênh do chênh lệch nhiệt độ.
1.2.4. Đánh bóng điện hóa:
Đánh bóng điện hóa là quá trình hòa tan các điểm nhấp nhô trên bề mặt để làm
bóng bề mặt chi tiết. Trong quá trình này chi tiết đóng vai trò là anốt trong một bình điện
phân chứa axít có nồng độ cao và sử dụng mật độ dòng điện cao.
1.2.5. Tẩy gỉ bằng phương pháp hóa học :
Tẩy gỉ hóa học là phương pháp dùng axit để hòa tan các sản phẩm ăn mòn: các oxit,
hydrôxyt. Các axit thường dùng là HCl và H 2SO4. HCl chủ yếu hòa tan các oxyt. H2SO4
chủ yếu hòa tan sắt nền và khí hydro thoát ra làm tơi lớp oxyt rồi rơi ra.
Dung dòch tẩy là các acid mạnh như axit sulfuric, axit chlohydric…có thêm các chất
ức chế hữu cơ để hạn chế sự hoà tan kim loại nền và giảm sự thoát hydro gây giòn vật
liệu.
Các chất tẩy gỉ thường dùng:

H2SO4:
Ởû nhiệt độ thường, oxit kim loại hòa tan yếu trong dung dòch H 2SO4. Tăng nồng độ
H2SO4 không làm tăng khả năng hòa tan oxit kim loại của nó mà ngược lại còn giảm.
Thực tế, khi nồng độ dung dòch H 2SO4 lớn hơn 60%, lớp oxit hầu như không hòa tan. Tác
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

dụng hòa tan oxit của H2SO4 nóng mạnh hơn nhưng cũng gây ăn mòn rất mạnh nền sắt
thép và gây giòn hydro. Vì vậy nếu sử dụng H 2SO4 làm chất tẩy gỉ chỉ gia nhiệt lên 50 –
600C, không vượt quá 750C, đồng thời phải cho thêm chất làm chậm.
Tác dụng giữa H2SO4 loãng với gỉ và nền sắt như sau:
Fe2O3

+

3H2SO4 =

Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe3O4

+

4H2SO4 =

Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4 H2O

FeO

+

H2SO4

=

FeSO4

+

H2O

Fe

+

H2SO4

=

FeSO4

+

H2 ↑ ( ưu tiên )

H2

=

2FeSO4

Fe2(SO4)3 +

2Fe2(SO4)3 +

2Fe

=

+ H2SO4

6FeSO4

HCl:
Ởû nhiệt độ thường, khả năng hòa tan lớp oxit của dung dòch HCl mạnh, còn tác dụng
hoà tan nền sắt thì lại yếu do đó sử dụng HCl là rất thích hợp vì tránh được sự ăn mòn
nền và giảm dòn do thấm hydro. HCl có nhược điểm là bốc hơi rất mạnh nên mau gây ăn
mòn thiết bò, ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đế sức khỏe người công nhân làm việc
nên cần phải có các phương pháp bảo vệ và trang bò các biện pháp phòng độc.
Tác dụng giữa HCl loãng với gỉ và nền sắt như sau:
Fe2O3 +

6HCl

=

2FeCl3 + 3H2O

Fe3O4 +

8HCl

=

2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

FeO

+ 2HCl

=

FeCl2

+ H2O

Fe

+

=

FeCl2

+ H2 ↑

2HCl

2FeCl3 +

H2

2FeCl3 +

Fe

=

2FeCl2 + 2HCl

= 3FeCl2

HNO3

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

HNO3 là thành phần quan trọng trong dung dòch đánh bóng điện hóa. Hỗn hợp HNO 3
và HF dùng để tẩy lớp oxit trên chì, thép không rỉ, hợp kim nền nikel, nền sắt, nền cobalt.
Hỗn hợp HNO3 và H2SO4 để đánh bóng đồng và hợp kim đồng.
HF
HF có thể hòa tan hợp chất có chứa silic, hòa tan lớp oxit của nhôm, crôm. Vì vậy
HF được dùng để tẩy thép không rỉ, các vật liệu đặc biệt…Tuy nhiên HF rất độc và bay hơi
mạnh, sử dụng HF phải có thiết bò hút độc tốt, khi sử dụng phải cẩn thận, không để tiếp
xúc với da.
H3PO4
H3PO4 có tác dụng ăn mòn kém, vì vậy để tăng cường ăn mòn cần phải gia nhiệt. Ưu
điểm của việc sử dụng H3PO4 là dung dòch của nó bám trên bề mặt chi tiết tạo thành lớp
màng muối photphat bảo vệ sự ăn mòn tiếp theo. H 3PO4 cũng được sử dụng trong công
nghệ đánh bóng điện hóa nhưng thông thường là dùng để tẩy gỉ mối hàn, tẩy gỉ cấu kiện
trước khi sơn.
Hỗn hợp H3PO4 với HNO3, H2SO4, CH3COOH và CrO3 được dùng để đánh bóng cho
nhôm, đồng, các loại thép…
Chất làm chậm
Sự có mặt của chất làm chậm làm giảm bớt sự ăn mòn nền kim loại của chất tẩy gỉ
và tránh sự giòn hydro. Tuy nhiên, chất làm chậm tạo màng trên bề mặt nên phải rửa sạch
sau khi tẩy gỉ. Chất làm chậm thường là các chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh hay nitơ trong
thành phần cấu tạo. Một số chất làm chậm được sử dụng nhiều là: n-butylamine,
quinoline, hexamine, upotrophine, thiourethane…
1.2.6. Tẩy gỉ có hỗ trợ sóng siêu âm :
Cũng như phương pháp tẩy gỉ điện hoá, dung dòch để tẩy gỉ siêu âm cũng là các dung
dòch xâm thực mạnh như H2SO4, HCl…Ở đây, lực cơ học tác động lên lớp gỉ là do thiết bò
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 13

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

tạo sóng siêu âm gây nên. Các chấn tử siêu âm biến năng lượng điện thành năng lượng cơ
học dao động với tần số cao giống như sóng âm. Sóng này lan truyền trong toàn khối chất
lỏng làm chất lỏng bò giãn nén ở các vò trí khác nhau. Khi chất lỏng bò nén rồi giãn liên
tục, các bọt “khí” chân không được sinh ra, sáp nhập với nhau thành các phân tử lớn hơn
rồi bò chính làn sóng siêu âm đánh vỡ. Mật độ năng lượng sinh ra khi một bọt chân không
bò vỡ vô cùng lớn tuy nhiên do các bọt này rất nhỏ nên năng lượng này không gây nguy
hiểm cho chi tiết mà chỉ đủ sức làm bong lớp gỉ ra nhanh hơn. Phương pháp này có ưu
điểm là sóng siêu âm có thể len vào các khe nứt nhỏ và làm sạch chúng.
1.2.7. Tẩy nhẹ và trung hòa:
Tẩy chi tiết trong dung dòch acid loãng trước khi đem đi mạ gọi là tẩy nhẹ, hay còn
gọi là tẩy gỉ bổ sungï. Mục đích của tẩy nhẹ là tẩy đi màng oxit, hydroxit mỏng khi để chi
tiết ngoài không khí. Lớp oxit phải được tẩy hoàn toàn thì lớp mạ mới bám chắc lên bề
mặt vật liệu nền.
Tẩy nhẹ cho chi tiết bằng sắt thép thường tiến hành ở nhiệt độ phòng trong dung dòch
sau:
H2SO4

(d = 1.84)

30-50ml/l

HCl

(d = 1.19)

50-100ml/l

CrO3

2.5 g/l

Trung hòa các sản phẩm đã được tẩy gỉ là khâu làm sạch hết acid hay bazơ còn bám
trong các ngóc ngách của chi tiết nhằm tránh sự ăn mòn trở lại.
Sau khi tẩy bằng dung dòch acid thì phải trung hòa bằng các dung dòch kiềm.: NaOH
10-50g/l hoặc NaCO3 20-50g/l hoặc NaPO4 10-20g/l.
Tẩy gỉ trong dung dòch kiềm thì trung hòa bằng các dung dòch acid: H 2SO4 30-50 ml/l
hoặc HCl 50-100ml/l hay KHC4H4O6 4g/l.

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 14


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Việc chọn lựa phương pháp tẩy rửa phù hợp với là điều hết sức cần thiết để có

thể tẩy các chất bẩn đạt hiệu quả và năng suất cao. Ta có thể quyết đònh dựa trên các yếu
tố sau:

Loại chất bẩn cần tẩy.
Vật liệu bị bám bẩn.
Trạng thái bề mặt chi tiết ( nhám , bóng, hay sần sùi…).
Kích thước chi tiết.
Tính bền ăn mòn của chi tiết.
Giá thành .
Tính thân thiện với môi trường.

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Chương 2
Cơ sở lý thuyết sóng siêu âm và tẩy rửa
bằng sóng siêu âm
2.1. Đặc trưng của dao động và sóng cơ học:
2.1.1. Dao động :
Dao động là một chuyển động được lặp lại nhiều lần theo thời gian; Ví dụ như tim
hoạt động như một cái bơm vừa hút đẩy máu đi liên tục đến các cơ quan theo một chu kỳ
nhất đònh. Hoạt động của tim là một chuỗi của những dao động. Quá trình hoạt động của
phổi để trao đổi khí giữa máu và không khí cũng là một qúa trình dao động.
Đặc điểm của dao động:
* Hệ phải có một vò trí cân bằng bền và hệ dao động qua lại hai bên vò trí đó. Độ
lệch cực đại của vật so với vò trí cân bằng gọi là biên độ.

* Khi hệ rời khỏi vò trí cân bằng bền, luôn luôn có một lực kéo hệ về vò trí cân bằng
bền gọi là lực hồi phục F = -kx với k hệ số hồi phục, x là độ dời của hệ so với vò trí cân
bằng.
* Hệ có quán tính cho nên khi chuyển đến vò trí cân bằng, do quán tính, nó tiếp tục
vượt qua vò trí cân bằng đó.
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

* Chu kỳ của một dao động là thời gian để hệ thực hiện hoàn chỉnh một dao động.
* Dao động điều hòa: Khi chu kỳ của dao động là ổn đònh và biên độ là không đổi ta
có dao động điều hòa.
Để đặc trưng cho tính tuần hòan của dao động, người ta còn dùng khái niệm tần số.
Tần số là một đại lượng có trò số bằng tổng số dao động mà hệ thực hiện được trong một
đơn vò thời gian. Dễ dàng thấy rằng, tần số f liên hệ chu kỳ T của dao động điều hòa theo
biểu thức:
f =

1
T

(2.1)

* Có hai dạng dao động được xem gần như dao động điều hòa là dao động của con

lắc lò xo và dao động của con lắc dây ( con lắc toán học ).
2.1.2. Phương trình dao động điều hòa:
Chúng ta thiết lập phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo, cụ thể là tìm sự
phụ thuộc của độ dời x của con lắc lò xo theo thời gian. Viết phương trình đònh luật 2
Newton đối với quả cầu có độ cứng lò xo là k ta có:
ma = F = − kx

(2.2)

Gia tốc a của quả cầu cho bởi:

a=

dv d 2 x
=
dt dt 2

(2.3)

d 2x k
+ x=0
dt 2 m

(2.4)

Vì k và m đều dương nên ta có thể đặt:
k
= ω2
m

(2.5)

khi đó (2.4) thành:
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 17


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

2

d x
+ ω02 x = 0
2
dt

(2.6)

Đây là một phương trình vi phân cấp hai thuần nhất, hệ số không đổi. Theo giải tích,
nghiệm của nó có dạng:
x = A cos(ω0t + ϕ )

(2.7)

Trong đó A > 0 là biên độ và là pha ban đầu phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu
của hệ.

Chu kỳ được tính từ (2.5):
x = A cos(ω0t + ϕ ) = a cos(ω0 [t + T0 + ϕ ])

(2.8)

T0ω0 = 2π
⇒ T0 =

2π
ω0
T0 = 2 p

hay theo (2.5)

m 2π
=
k ω0

(2.9)

2.1.3. Năng lượng dao đọäng điều hòa:
Dao động là một dạng chuyển động cơ học, vì vậy năng lượng dao động là cơ năng:
W = Wd − Wt
trong đó

m
= ω0 và
k

(2.10)

lần lượt là động năng và thế năng của lò xo.

Ta tính động năng của con lắc lò xo tại thời điểm t theo (2.7)
Wd =

1 2 1
mv = mA2ω02 sin(ω0t + ϕ )
2
2

(2.11)

Để tính thế năng, ta tính công của lực hồi phục F trong chuyển dời con lắc từ vò trí
cân bằng đến vò trí có toạ độ x:
x

x

0

0

At = ∫ Fdx = ∫ −kxdx = −

SVTH: PHAN CHÍ SỸ

kx 2
2

(2.12)


Trang 18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Công bằng độ biến thiên thế năng của con lắc lò xo từ vò trí cân bằng đến vò trí có
toạ độ x:
Wt0 − Wt = −
trong đó

kx 2
2

k
k
= ω02 là thế năng tại O,
= ω 2 là thế năng tại vò trí có toạ độ x.
m
m

Nếu ta quy ước thế năng của con lắc lò xo tại O bằng không, thì

Wt =

kx 2

2

(2.13)

Wt =

hay

Thay

1 2
kA cos(ωt + ϕ )
2

(2.14)

k
k
= ω02 và
= ω 2 ø từ (2.11) và (2.14) vào (1.10) ta được:
m
m

nhưng

k
= ω02 , do đo ù k = mω02 vậy:
m
W=

1 2 1
kA = mA2ω02
2
2

(2.15)

Cơ năng trong quá trình dao động điều hòa phụ thuộc vào biện độ và tần số của dao
động. Như vậy trong quá trình dao động điều hòa, năng lượng được bảo toàn. Điều này
phù hợp với đònh luật bảo toàn cơ năng, tuy là cơ năng bảo toàn, nhưng luôn có sự chuyển
hóa qua lại giữa động năng và thế năng.
2.1.4. Dao động cưỡng bức :
Trong cơ thể chúng ta những dao động thực sự là những dao động cưỡng bức, ví dụ
dao động của tim được thực hiện do sự co bóp liên tục của cơ tim; Khi tim ngừng co bóp cơ
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 19


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

thể ngừng hoạt động. Dao động của hệ cưỡng bức khá phức tạp vì đó là sự chồng chất của
dao động riêng tắt dần dưới tác dụng của nội lực và dao động cưỡng bức dưới tác dụng
của ngoại lực tuần hòan. Sau một thời gian đủ lớn dao động tắt dần không còn nữa; khi đó
dao động của hệ chỉ là dao động cưỡng bức. Thực nghiệm cũng chứng tỏ rằng dao động
cưỡng bức có chu kỳ bằng chu kỳ của ngoại lực tuần hòan tác dụng.
Cộng hưởng

Khi tần số góc của lực tuần hòan bằng tần số dao động riêng của hệ lúc đó biên độ
dao động cưỡng bức đạt giá trò cực đại, ta nói có hiện tượng cộng hưởng. Tần số góc của
lực tuần hòan được gọi là tần số cộng hưởng . Cộng hưởng được sử dụng trong một số
phương pháp trò bệnh bằng cách dùng ngoại lực từ các máy kích thích tuần hoàn (ví dụ như
các dòng điện xoay chiều tần số cao) lên một số bộ phận hoạt động kém hay bò tê liệt trên
cơ thể.
2.1.5. Sự truyền sóng:
Những dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất (đàn hồi) được gọi là sóng
cơ. Đặc điểm của quá trình lan truyền sóng cơ học trong một môi trường vật chất là sự
truyền sóng ứng với những kích động nhỏ không kèm theo quá trình vận chuyển vật chất
trong môi trường. Người ta gọi ngoại vật gây kích động là nguồn sóng, phương truyền của
sóng là tia sóng, không gian mà sóng truyền qua là trường sóng.
Người ta chia sóng cơ làm hai loại là sóng ngang và sóng dọc. Sóng ngang là sóng
mà phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với tia sóng. Thí dụ: sóng
truyền trên một sợi dây đàn khi ta rung nhẹ một đầu ( Hình 2.1a ). Sóng dọc là sóng mà
phương dao động của các phần tử của môi trường trùng với tia sóng. Thí dụ: khi ta nén vài
vòng của lò xo rồi bỏ tay ra ( Hình 2.1b ). Hình ảnh những đoạn này truyền dọc theo lò xo
chính là sóng dọc. Âm thanh là một dạng sóng dọc. Sóng dọc truyền được trong chất rắn
cũng như trong các môi trường lỏng và khí.

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 20


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Hình 2.1 . Sóng dọc và sóng ngang

Các đặc trưng của sóng
Vận tốc sóng
Vận tốc sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau một đơn vò thời gian. Trong
lý thuyết đàn hồi, người ta đã chứng minh được trong môi trường đẳng hướng, vận tốc
sóng dọc bằng:
v=

1
hay v =
αρ

∂
ρ

(2.16)

Trong đó ϑ , α , ρ lần lượt là hệ số đàn hồi, suất đàn hồi ( suất Young ) và khối lượng
riêng của môi trường;
Vận tốc sóng ngang được tính qua suất trượt G của môi trường theo công thức:
v=

G
ρ

(2.17)

Chu kỳ và tần số
Chu kỳ T và tần số f của sóng là chu kỳ và tần số của các phần tử dao động của môi

trường.
Bước sóng

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 21


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Hình 2.2. Bước sóng

Năng lượng của sóng
Giả sử xét một phần tử của môi trường đồng nhất và đẳng hướng, có thể tích
Z=

1
ρ v (2π f ) 2
2

Z=

1
1
ρ v (2π f ) 2 thì năng lượng của sóng trong thể tích nhỏ Z = ρ v (2π f ) 2 đó được tính
2
2

, nằm trên phương truyền sóng y. Nếu hàm sóng có dạng

theo biểu thức:
∆W = ∆V ρω 2 A2 sin 2 (ωt −

2π y
)
λ

(2.18)

Năng lượng của sóng cũng có tính chất tuần hoàn theo thời gian và không gian với
chu kỳ T và bước sóng Z =

1
ρ v (2π f ) 2 .
2

Mật độ năng lượng sóng w0 là năng lượng của sóng đi qua một đơn vò thể tích của
môi trường. Từ (2.18) ta suy ra:

w0 =

∆W
2π y
= ρω 2 A2 sin 2 (ωt −
)
∆V
λ

SVTH: PHAN CHÍ SỸ

(2.19)


Trang 22


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Ta thấy mật độ năng lượng sóng biến thiên theo thời gian. Ta có thể tính giá trò trung
bình của nó trong một chu kỳ. Vì giá trò trung bình củatrong một chu kỳ bằng 1/2 nên theo
(2.19) mật độ trung bình của sóng bằng:
w0 =

1
ρω 2 A2
2

(2.20)

Mật độ năng lượng sóng trung bình chính là năng lượng dao động của một đơn vò thể
tích môi trường mà sóng đi qua. Đôi khi người ta còn dùng khái niệm cường độ sóng đó là
năng lượng sóng đi qua một đơn vò diện tích của môi trường:

I=

∆E 1 v∆E
= ρ
(2π f ) 2 A2 = ZA2
∆S 2 ∆S

(2.21)

Z được gọi là âm trở của môi trường

Z=

1
ρ v (2π f ) 2
2

(2.22)

Trong y học người ta dùng sóng âm (siêu âm) cho truyền qua một số bộ phận của cơ
thể, vận tốc truyền của sóng âm trong các bộ phận đó cho ta những thông tin quang trọng
về khối lượng riêng về độ đồng nhất. Ví dụ như cho siêu âm đi qua một mảnh xương,vận
tốc truyền sóng âm qua xương đó giúp ta biệt được hàm lượng Canxi và sự phân bố Canxi
trong mẫu xương đó.

2.2. Lý thuyết âm thanh:
2.2.1. Âm và sóng âm :
Âm thanh là sóng cơ học có biên độ nhỏ mà thính giác của con người có thể nhận
biết được. Thí dụ: sóng âm phát ra từ một nhánh âm thoa, một dây đàn, một mặt trống
đang rung động. Mỗi âm đơn có một tần số riêng.
Đơn vò tần số là Hertz ( viết tắt là Hz ). Hertz là tần số của một quá trình dao động
âm mà cứ mỗi giây vật thực hiện được một dao động. Dao động âm có tần số khoảng từ

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 23


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

20 - 20.000 Hz. Những dao động cơ có tần số dưới 20 Hz gọi là hạ âm, trên 20.000 Hz gọi
là siêu âm. Như vậy, sóng âm nghe được có bước sóng từ 20m ( 2cm trong chân không )
f < 20 Hz

20 Hz < f < 20.000 Hz

Hạ âm

Âm (nghe được)

f > 20000 Hz
Siêu âm

Về phương diện vật lý, âm nghe được hay không nghe được không có gì khác nhau
về bản chất. Chúng chỉ khác nhau về phương diện tác dụng sinh lý đối với màn nhỉ. Thực
nghiệm chứng tỏ âm thanh đi thành tia và nó cũng bò phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và hấp
thụ như tia sáng. Vì vậy, ta có thể nghe được tiếng động phản xạ từ vách đá, tiếng động
bên ngoài đi vào trong một ngôi nhà đóng kín cửa; Hai người cách nhau một bức tường có
thể trò chuyện với nhau dễ dàng.
2.2.2.. Các đặc điểm của sóng âm:

Thực nghiệm xác nhận mọi vật rắn khi thực hiện những va chạm nhỏ với các vật
khác đều tạo ra âm thanh. Khi ta vỗ tay, khi ta khảy dây đàn, khi chân ta đá vào một qủa
bóng, tất cả các trường hợp đó đều tạo ra những âm thanh xác đònh.
Vận tốc truyền âm:
Sự truyền âm trong một môi trường đàn hồi không phải là tức thời; ta có thể nhận
thấy ánh chớp trước khi nghe được tiếng sấm. Thực nghiệm chứng tỏ trong một môi trường
đồng chất và đẳng hướng thì âm thanh truyền với vận tốc không đổi. Vận tốc truyền âm
thanh thay đổi khi âm thanh truyền qua các môi trường khác nhau (chất rắn, chất lỏng
hoặc chất khí).
@ Trong chất khí:
- Vận tốc truyền âm không phụ thuộc vào áp suất khối khí.
- Vận tốc tỉ lệ với

1
với ρ là khối lượng riêng của chất khí.
ρ

Vận tốc tỉ lệ với nhiệt độ, vì khi nhiệt độ tăng thì thể tích của khối khí tăng, khối
lượng riêng bò giảm. Ta có:

SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 24


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

v = v0 1 + α T

GVHD : TS NGUYỄN NGỌC HÀ

với a = 1/273 (2.23)

v là vận tốc truyền âm ở nhiệt độ toC ; v0 là vận tốc truyền âm ở 0oC.
Để tính sự phụ thuộc chính xác của vận tốc vào nhiệt độ và cả khối lượng riêng ta
dùng công thức Laplace:

v=

C p Pp (1 + α t )
Cv

(2.24)

ρ

trong đó P0 = 1,013.105 N/m2 là áp suất khí quyển, khối lượng riêng của chất khí,
tính bằng kg/m3:; CP và CV là nhiệt dung riêng đẳng áp và đẳng tích của không khí; v là
vận tốc của âm thanh trong chất khí ở nhiệt độ t 0C
@Trong chất lỏng:
Người ta thấy là vận tốc truyền âm truyền trong chất lỏng lớn hơn nhiều so với khi
truyền trong chất khí và không khác nhau nhiều trong những môi trường chất lỏng khác
nhau. Vận tốc đó vào khoảng 1.400 -> 1.500 m/s lớn gấp 3 đến 4 lần vận tốc trong chất
khí.
@ Trong vật rắn:
Vận tốc truyền âm trong vật rắn lớn gấp 10 -> 15 lần vận tốc truyền âm trong không
khí, tức là vào khoảng 3.000 đến 4.500 m/s.
2.2.3. Cường độ của âm:
Cường độ của âm là một tính chất mà dựa vào đó ta có thể phân biệt một âm mạnh

hay yếu. Rõ ràng cường độ âm gắn liền với biên độ và năng lượng của dao động âm. Ví
dụ như ta đánh mạnh vào dây đàn thì âm thanh phát ra sẽ to và dễ cảm nhận hơn là đánh
nhẹ vào nó.
Cường độ của âm là đại lượng phụ thuộc vào khả năng cảm nhận âm thanh của con
người mà ta gọi là cảm giác âm. Cảm giác âm do những sự biến đổi áp suất không khí ở
gần lỗ tai, những sự biến đổi ấy liên quan đến năng lượng dao động âm tiếp nhận bởi
màng nhó trong một đơn vò thời gian. Như vậy, cường độ âm biến đổi tỉ lệ với công suất
SVTH: PHAN CHÍ SỸ


Trang 25