Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome

I . Tính cấp thiết của đề tài

PHẦN MỞ ĐẦU


Mạ composite đó là lớp mạ điện bình thường nhưng trong đó cấu tạo các hạt cực nhỏ của một hay vài chất, những hạt này đồng kết tủa từ một dung dịch huyền phù. Huyền phù được tạo ra bằng cách trộn lẫn một lượng bột xác định vào chất điện phân mạ kim loại. Các chất bột có kích thước hạt cùng kích cỡ với hạt tinh thể, dao động trong khoảng 0,01 đến 20m sẽ đồng kết tủa cùng kim loại mạ và phân bố đồng đều trong toàn thể tích mạ những hạt cho vào là những hạt có độ rắn cao, khó nóng chảy, bền về phương diện hoá học cũng như cơ học. Các lớp mạ composite không chỉ có các tính chất của các phi kim loại như độ bền hoá học cao, độ cứng cao, tính chịu mài mòn cao.
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và đặc biệt là tính chất bề mặt nói riêng, đã góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo nhiều bề mặt chi tiết máy theo yêu cầu của công nghệ cao. Một trong những ứng dụng mang tính phổ biến trong lĩnh vực tạo ra lớp mạ trên bề mặt chi tiết máy nhằm giảm ma sát, tăng khả năng chống mòn trên bề mặt tiếp xúc, nâng cao tính ổn định và cấu trúc toả nhiệt cao. Với những bề mặt có yêu cầu cao về công nghệ, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá thì mạ composite Chrome là một phương pháp như vậy.
Nghiên cứu trong và ngoài nước: Năm 1929 C.G Fink và J.D Prince thu được lớp mạ tổ hợp Cu trong dung dịch axít có chứa các hạt Grafit. Năm 1939
Bajmakov đã thu được lớp mạ tổ hợp với sự đồng kết tủa của các hạt phi kim loại. Trong các năm sau đó nhiều tác giả đã tạo ra lớp mạ Niken với sự kết tủa của pha thứ hai như: AL2O3, SiO2, TiC, TiO2,WC .ở trong nước có đề tài cấp nhà nước nghiên cứu về mạ tổ hợp do PGS.TS. Nguyễn Đăng Bình chủ trì.
Lớp mạ composite chrome có những tính chất của lớp mạ điện bình thường như tính dẫn nhiệt, dẫn điện, chịu mài mòn, ngoài ra nó còn có tính chất của phi kim loại như độ cứng cao, tính chịu ăn mòn cao, chịu mòn cao. Trong


quá trình mạ composite các hạt của pha thứ hai được đưa đến bề mặt catốt nhờ sự điện ly và nhờ sự khuấy trộn dung dịch. Quá trình khuấy tạo ra vận tốc của các hạt đến bề mặt catốt, nếu vận tốc này phù hợp sẽ tạo điều kiện cho quá trình bám dính để hình thành lớp mạ, nếu vận tốc quá lớn hay quá nhỏ sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng lớp mạ.
Ý nghĩa của khuấy:

Khuấy để tăng chuyển động tương đối giữa catốt và dung dịch nên được phép dùng mật độ dòng điện catốt cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn, ngoài ra nó còn làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực, san bằng pH và nhiệt độ trong toàn khối dung dịch cũng như tại nơi gần điện cực, nó giúp các hạt của pha thứ hai đồng đều trong dung dịch và chuyển động đến bề mặt catốt (nhất là khi các hạt của pha thứ hai là trung tính và có trọng lượng riêng lớn).
Có thể nói rằng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bề mặt, đã góp phần tạo lên sự linh hoạt và hiệu quả trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Trong việc tạo ra bề mặt chi tiết đáp ứng công nghệ cao thì mạ composite Chrome là một trong những phương pháp điển hình.
Thực tế mạ composite Chrome là phương pháp đang được ứng dụng trong sản xuất động cơ máy bay, động cơ tuabin khí hiện đại, công nghiệp ôtô, vũ trụ và hạt nhân.
Vì vậy một trong những vấn đề cần được nghiên cứu để có thể khai thác hiệu quả hơn việc sử dụng mạ composite Chrome là : Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome.
I I . Nội dung ng hiê n c ứ u

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và các phụ lục luận văn này có nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về mạ điện.

Nghiên cứu tổng quan về mạ điện.

Chương 2: Ảnh hưởng của chế độ khuấy trong mạ composite Chrome

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hình thành lớp mạ và các hiện tượng xảy

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ

composite Chrome.

Chương 3: Thiết kế hệ thống khuấy

Tính toán thiết kế hệ thống khuấy theo nguyên lý hút, sục dung dịch cho bể mạ composite thể tích 0,4m3

Chương 4: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh hưởng chế độ khuấy đến chất lượng lớp mạ
Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài





MỤC LỤC
Nội dung

Phần mở đầu Trang

4
Chương I: Tổng quan về mạ điện 9
1.1. Cơ sở chung 9
1.2. Cơ chế mạ 16
1.3. Thành phần dung dịch và chế độ mạ 17
1.3.1. Ion kim loại mạ 17
1.3.2. Chất điện ly 17
1.3.3. Chất tạo phức 18
1.3.4. Phụ gia hữu cơ 18
1.3.5. Mật độ dòng điện catốt Dc 19
1.3.6. Khuấy 20
1.4. A nốt 21
1.5. Mạ Crôm 22
1.5.1. Các loại lớp mạ crôm 23
1.5.2. Đăc điểm của quá trình mạ crôm 25
1.5.3. Cấu tạo và tính chất lớp mạ crôm 26
1.5.4. Các dung dịch mạ crôm 27
a. Mạ crôm từ dung dịch có anion SO 2- 27

b. Mạ crôm từ dung dịch có anion F- 30


c. Mạ crôm từ dung dịch có anion SO 2-


và SiF 2- 31


d. Mạ crôm từ dung dịch có tetracronat 32

1.5.5. Mạ crôm đen 33

1.5.6. Mạ crôm xốp 34

1.5.7. Kết luận 35

1.6. Mạ composite 36


Chương II: Ảnh hưởng của chế độ khuấy trong mạ composite chrome

2.1. Mạ tổ hợp crôm 37

2.2. Quá trình tạo thành lớp mạ tổ hợp 38

2.3. Sơ đồ mạ tổ hợp crôm 38

2.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mạ tổ hợp crôm 39

2.5. Ảnh hưởng của chế độ khuấy đến quá trình hình thành lớp mạ 39

2.5.1. Sơ đồ 1: Khuấy kiểu phun dung dịch từ trên xuống 39

2.5.2. Sơ đồ 2: Khuấy theo pp bơm, sục dung dịch từ trên xuống 41

2.5.3. Sơ đồ 3: Khuấy bằng cánh quạt 42

2.5.4. Sơ đồ 4: Khuấy bằng cơ khí 43

2.5.5. Sơ đồ 5: Khuấy bằng từ 43

2.5.6. Kết luận 44

Chương III: Thiết kế hệ thống khuấy 45

3.1. Tính toán thuỷ lực đường ống 45

3.1.1. Lý thuyết tính toán 45

3.1.2. Tính toán thuỷ lực đường ống hút 46

3.1.3. Tính toán thuỷ lực đường ống đẩy 48

3.1.4. Tính công suất bơm 49

3.2. Mô hình hệ thống khuấy 49

3.2.1. Tính toán hệ thống khuấy 50

3.2.2. Thiết kế 50

3.3. Kết luận 52

Chương IV: Tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh hưởng chế 53
khuấy đến chất lượng lớp mạ

4.1.Kế hoạch thực nghiệm đối xứng 53

4.1.1.Kế hoạch trung tâm hợp thành 53


4.1.2.Trung tâm hợp thành trực giao 54

4.2. Chế độ mạ 58

4.3.Quá trình thí nghiệm 58

4.3.1. Thí nghiệm lần 1 59

4.3.2. Thí nghiệm lần 2 60

4.3.3. Thí nghiệm lần 3 60

4.3.4. Thí nghiệm lần 4 60

4.3.5. Thí nghiệm lần 5 60

4.3.6. Thí nghiệm lần 6 61

4.3.7. Thí nghiệm lần 7 61

4.3.8. Thí nghiệm lần 8 61

4.3.9. Thí nghiệm lần 9 62

4.4. Kết luận 62

Chương V: Kết luận chung và hướng tiếp theo của đề tài 63

Tài liệu tham khảo

Phụ lục