Tiến Sĩ Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit Ni/hạt phân tán (Al2O3,PTFE)

Hà Mạnh Chiến
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . 1
DANH MỤC CÁC BẢNG . 2
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ . 3
MỞ ĐẦU . 7
CHƯƠNG 1– TỔNG QUAN 9
1.1 MẠ HOÁ HỌC NIP 9
1.1.1 PHẢN ỨNG MẠ HOÁ HỌC NIP 9
1.1.2 Quá trình kết tinh tạo màng NiP 10
1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mạ hóa học NiP . 12
1.1.4 Cấu trúc và tính chất lớp mạ . 14
1.2 Mạ Hoá học compozit . 17
1.2.1 Giới thiệu chung . 17
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ compozit 19
1.2.2.1 Ảnh hưởng của tính chất hạt phân tán . 19
1.2.2.2 Ảnh hưởng của thành phần dung dịch 20
1.2.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện mạ 22
1.2.3 Cấu trúc và các tính chất của lớp mạ hóa học Niken compozit . 22
1.2.3.1 Cấu trúc 22
1.2.3.2 Độ cứng 23
1.2.3.3 Khả năng chống mài mòn 23
1.2.3.4 Hệ số ma sát 23
1.2.3.5 Độ nhám bề mặt . 24
1.2.3.6 Khả năng chống ăn mòn của lớp mạ 25
1.3 Mạ Hoá học compozit NiP-PTFE và NiP-Al 2 O 3 26
1.3.1 Mạ hoá học NiP-PTFE 26
1.3.1.1 Thành phần dung dịch mạ 26
1.3.1.2 Chất hoạt động bề mặt . 26
1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành lớp mạ
NiP- PTFE . 29
1.3.2 Mạ hoá học NiP-Al 2 O 3 30
1.3.2.1 Thành phần dung dịch và hạt . 30
1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mạ NiP-Al 2 O 3 30
1.3.2.3 Cấu trúc và tính chất lớp mạ 31
1.3.3 Lực tương tác tại bề mặt lớp mạ hoá học compozit . 32
1.3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ hóa học compozit của một số tác giả đã xây
dựng trên thế giới 36


Nghiên cứu chế tạo lớp phủ NiP hệ phân tán PTFE và Al 2 O 3
Hà Mạnh Chiến
CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM . 41
2.1. Chuẩn bị mẫu và dung dịch . 41
2.1.1 Mạ hoá học NiP 41
2.1.2 Chuẩn bị mẫu . 41
2.1.3 Mạ hóa học compozit NiP-PTFE và NiP-Al 2 O 3 . 44
2.2 Các phương pháp nghiên cứu 45
2.2.1 Các phương pháp điện hoá . 45
2.2.2 Phương pháp phân tích SEM, EDS và TEM 46
2.2.3 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 48
2.2.4 Phương pháp đo độ cứng tế vi . 48
2.2.5 Phương pháp đo góc thấm ướt (phương pháp Wilhelmy plate)
49
2.2.6 Phương pháp đo khả năng chịu mài mòn 50
2.2.7 Phương pháp đo thế Zeta 50
2.2.8 Phương pháp kiểm tra độ bám dính của lớp mạ với nền 51
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 52
3.1 Nghiên cứu lớp mạ nền NiP 52
3.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới tốc độ và thành phần lớp
mạ 52
3.1.2 Phân tích cấu trúc lớp mạ NiP 53
3.1.3 Tính chất của lớp mạ NiP . 56
3.2 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/PTFE 61
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaH 2 PO 2 tới hàm lượng hạt PTFE
có trong lớp mạ 61
3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng hạt PTFE trong dung dịch tới hàm lượng hạt
PTFE trong lớp mạ và khả năng chống bám dính của lớp mạ . 66
3.2.3 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình đồng kết tủa . 69
3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động CTAB trong dung dịch tới
hàm lượng hạt PTFE có trong lớp mạ 76
3.2.5 Nghiên cứu tính chất lớp mạ compozit NiP-PTFE . 83
3.2.5.1 Khả năng chống ăn mòn 83
3.2.5.2 Khả năng chống mài mòn 85
3.3 Nghiên cứu mạ hoá học compozit NiP/Al 2 O 3 87
3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ hạt Al 2 O 3 trong dung dịch tới hàm lượng P
trong nền NiP và hàm lượng hạt Al 2 O 3 trong lớp mạ 87
3.3.2 Ảnh hưởng của chế độ dòng chảy tới sự phân bố hạt Al 2 O 3 trong lớp
mạ 90
3.3.3 Nghiên cứu tính chất của lớp mạ compozit NiP-Al 2 O 3 . 92
3.3.3.1 Cấu trúc lớp mạ NiP-Al 2 O 3 92
3.3.3.2 Khả năng chống ăn mòn . 93
3.3.3.3 Độ cứng của lớp mạ NiP-Al 2 O 3 95
3.3.3.4 Chiều dày lớp mạ NiP-Al 2 O 3 96
3.3.3.5 Khả năng chịu mài mòn 98
Nghiên cứu chế tạo lớp phủ NiP hệ phân tán PTFE và Al 2 O 3
Hà Mạnh Chiến
3.4 Cơ chế hình thành lớp mạ NiP compozit 100
KÊT LUẬN 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113

Nghiên cứu công nghệ mạ hóa học tạo lớp phủ compozit Ni/hạt phân tán (Al 2 O 3 , PTFE)
Hà Mạnh Chiến 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

V: Năng lượng
A: Hằng số Hamaker
C B : Nồng độ chất B
E am : Điện thế ăn mòn
i am : Mật độ dòng ăn mòn
R cp : Điện trở phân cực
0

: Hằng số điện môi chân không
r

: Hằng số điện môi dung dịch
SDS: Chất hoạt động bề mặt Đođexyl natri sulfat
CTAB: Chất hoạt động bề mặt cetyl trimethyl ammonium bromide
EN: Lớp mạ hóa học NiP
PTFE: Polytetrafluoroethylene
BN: Bo nitrua
ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Materials)
SEM: Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
EDS: Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng (Energy Dispersive X-ray
Spectroscopy)
TEM: Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)
XRD: Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia Rơnghen




LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỞ ĐẦU
Mạ hoá học NiP lần đầu tiên được nghiên cứu bởi Brenner và Riddell vào những năm
1940. Vào thời kỳ đầu, dung dịch mạ này rất dễ bị phân huỷ và hình thức lớp mạ xấu, do
vậy không thể dùng vào mục đích bảo vệ hoặc trang trí được. Tuy nhiên không lâu sau đó,
với sự đầu tư nghiên cứu, lớp mạ này không ngừng được cải tiến như: tốc độ mạ tăng,
dung dịchổn định, lớp mạ có độ cứng cao, chống mài mòn, chống ăn mòn Cho tới nay
lớp mạ hóa học NiP được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như mạ cho các
trục máy in, trên các chi tiết của bộ chế hoà khí trong động cơ, mạ trên các trục, cánh máy
nén, đầu piston trong lĩnh vực vũ trụ; mạ ở các kíp nổ và nòng súng trong lĩnh vực quân
sự
Mặc dù lớp mạ hoá học NiP có nhiều ưu điểm, song để đáp ứng tính năng kỹ thuật
ngày càng cao đòi hỏi lớp mạ cần phải được cải thiện thêm. Mạ compozit chính là một
trong những biện pháp hữu hiệu để cải thiện tính chất lớp mạ. Trong quá trình mạ
compozit, các hạt trơ được đưa vào trong dung dịch mạ và các hạt trơ này sẽ được đồng kết
tủa vào trong lớp mạ NiP. Lớp mạ compozit thu được với pha phân tán là các hạt trơ và
pha liên tục là hợp kim NiP sẽ kết hợp được ưu điểm của cả hai loại vật liệu nói trên.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi cho vào lớp mạ NiP các hạt có độ cứng cao (như kim
cương, SiC) sẽ làm tăng độ cứng và tăng khả năng chịu mài mòn cho lớp mạ. Khi pha thêm
hạt BN sẽ có tác dụng tăng cường tính bôi trơn và tính chống bám dính cho lớp mạ



Do tính mới và có khả năng ứng dụng cao mà lớp mạ hoá học NiP compozit hiện đang
thu hút được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Hiện
nay sản phẩm của mạ NiP compozit hóa học cũng đã được thương mại hóa trên thị trường
thế giới, nhưng ở trong nước mạ hoá học NiP compozit chỉ ở mức độ nghiên cứu rất nhỏ
lẻ. Hơn nữa, quá trình chế tạo lớp mạ compozit là khá phức tạp, đòi hỏi cần phải có những
nghiên cứu toàn diện, có tính hệ thống để có thể đạt được kết quả như mong muốn.
Với mục đích nghiên cứu, ứng dụng lớp mạ NiP compozit ở Việt Nam qua đó để
phát triển sâu thêm lý thuyết về quá trình hình thành lớp mạ, tác giả đã lựa chọn đề tài
"Nghiên cứu công nghệ mạ hoá học tạo lớp phủ compozit hệ Ni/hạt phân tán ( AlPTFE )".