Nghiên cứu công nghệ mạ đa lớp 3 lớp nền kẽm và hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao ứng dụng cho các chi tiết cơ khí

Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu: Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài Số TT Các nội dung, công việc

Trang 1

ỦY BAN NHÂN DÂN VIỆN HÀN LÂM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ ĐA LỚP (3 LỚP) NỀN KẼM VÀ HỢP KIM CÓ ĐỘ BỀN CHỐNG ĂN MÒN CAO ỨNG DỤNG CHO

CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Nguyễn Thị Thanh Hương

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

Trang 2

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ ĐA LỚP (3 LỚP) NỀN KẼM

VÀ HỢP KIM CÓ ĐỘ BỀN CHỐNG ĂN MÒN CAO ỨNG DỤNG

CHO CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ (Đã chỉnh sửa theo kết luận của Hội đồng nghiệm thu ngày

23/12/2022)

(ký tên)

(ký tên và đóng dấu)

Thành phố Hồ Chí Minh- 2022

Trang 3

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ ĐA LỚP (3 LỚP) NỀN KẼM VÀ HỢP KIM CÓ ĐỘ BỀN CHỐNG ĂN MÒN CAO ỨNG DỤNG CHO

CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Nguyễn Thị Thanh Hương

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

Trang 4

VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu công nghệ mạ đa lớp (3 lớp) nền kẽm và hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao ứng dụng cho các chi tiết cơ khí

Thuộc: Chương trình/lĩnh vực (tên chương trình/lĩnh vực):

Lĩnh vực khoa học: Kỹ thuật và công nghệ

2 Chủ nhiệm nhiệm vụ:

Họ và tên: TS Nguyễn Thị Thanh Hương

Ngày tháng năm sinh: 27/11/1978 Giới tính: Nữ

Học hàm, Học vị: Tiến sĩ Chuyên ngành: Hóa lý và hóa lý thuyết

Năm đạt học vị: 2016

Chức danh khoa học: NCVC Năm được phong chức danh: 2017

Tên cơ quan đang công tác: Viện Kỹ thuật nhiệt đới

Chức vụ: Phó trưởng phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại

Địa chỉ cơ quan: Nhà A13, 18 đường Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại: 024.38360538 Fax: 024.37564696

Địa chỉ nhà riêng: S2.01 Vinhomes Smart City, Tây Mỗ- Đại Mỗ, Nam Từ Liêm, TP

Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Viện Kỹ thuật nhiệt đới

Điện thoại: 024.38360538 Fax: 024.37564696

E-mail: vienktnd@itt.ac.vn Website: https://itt.vast.vn

Địa chỉ: Nhà A13, 18 đường Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Trần Đại Lâm

Số tài khoản: 3713.0.1056779

Kho bạc Nhà nước/Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Ba Đình

Trang 5

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện nhiệm vụ:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: 24 tháng, từ tháng 12 năm 2020 đến tháng 12 năm 2022

- Thực tế thực hiện: từ tháng 12/năm 2020 đến tháng …./năm

- Được gia hạn (nếu có):

Thời gian

(Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

Trang 6

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì nhiệm

vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

3 1461/QĐ-SKHCN

ngày 28/12/2020

Quyết định về việc phê duyệt kế hoạch lựa chọn nhà thầu của nhiệm vụ

4

268/QKHCN-HCTH ngày

10/11/2021

Công văn về việc đề nghị nộp

hồ sơ giám định nhiệm vụ khoa học và công nghệ

4 Tổ chức phối hợp thực hiện nhiệm vụ:

Trang 7

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Nội dung 4.2.2

và 5.1

Báo cáo nội dung 4.2.2 và 5.1

- Lý do thay đổi (nếu có)

5 Cá nhân tham gia thực hiện nhiệm vụ:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Nội dung 1, 2,3, 4,5, 6,7

Báo cáo nội dung 1, 2,3, 4

Nội dung 5,6,7 thực hiện năm

Nội dung 1, 2,3, 4,5, 6,7

Nội dung 5,6,7 thực hiện năm

Nội dung 5,6 thực hiện năm

Nội dung 1, 2,3, 4,5, 6,

Nội dung 1, 2,3, 4,5, 6

2022

10 Lê Tấn Cương Lê Tấn Cương Nội dung 4,5 Báo cáo nội

dung 4

Nội dung 5 thực hiện

Trang 8

- Lý do thay đổi ( nếu có):

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Số

TT

Các nội dung, công việc

chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo

màng phủ CCCs có màu đen bảo

vệ chống ăn mòn cho hệ bảo vệ đa

lớp phủ kẽm niken nanosilica

(ZnNiSi)/hợp kim kẽm niken

(ZnNi)

(CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi) Các

thông số công nghệ ảnh hưởng

đến quá trình tạo hệ bảo vệ đa lớp

CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi

3/2021

12/2020-Nguyễn Thị Thanh Hương

Đào Bích Thủy

Lê Bá Thắng Trần Đại Lâm

Lê Đức Bảo Trương Thị Nam Uông Văn Vỹ Nguyễn Văn Chiến

Đỗ Văn Công

màng phủ CCCs có màu trắng

xanh cho hệ bảo vệ đa lớp phủ

hợp kim kẽm niken (ZnNi)/kẽm

5/2021

Đào Bích Thủy

Lê Bá Thắng

Trang 9

niken nanosilica (ZnNiSi)/(Zn)

Đỗ Văn Công

màng phủ CCCs có màu cầu vồng

cho hệ bảo vệ đa lớp phủ hợp kim

kẽm niken (ZnNi)/kẽm niken

nanosilica (ZnNiSi)/(Zn) (CCCs

ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi) Các

đến quá trình tạo hệ bảo vệ đa lớp

(CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi)

5/2021

Đào Bích Thủy

Đỗ Văn Công

4 Nội dung 4: Xây dựng sơ đồ công

nghệ chế tạo màng phủ CCCs đa

dạng màu sắc, bảo vệ chống ăn

mòn cho hệ bảo vệ đa lớp mạ hợp

kim kẽm niken (ZnNi)/ kẽm niken

nanosilica (ZnNiSi)/ kẽm (Zn)

11/2021

Đào Bích Thủy

4/2022

12/2021-Uông Văn Vỹ Nguyễn Văn Chiến

Đỗ Văn Công Trần Đại Lâm

Lê Đức Bảo Trương Thị Nam Nguyễn Thị Thanh Hương

Đào Bích Thủy

Lê Bá Thắng

6 Nội dung 6: Xây dựng quy trình

phân tích các dung dịch tạo hệ đa

lớp và bổ sung tổn hao dung dịch

8/2022

Đào Bích Thủy

Đỗ Văn Công

7 Nội dung 7: Tập hợp dữ liệu và

viết báo cáo tổng kết

11/2022

Đào Bích Thủy

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

a) Sản phẩm Dạng I:

Trang 10

vệ bởi hệ đa lớp màu đen.

Đạt chuẩn RoHS, chiều dày

10 ÷ 18 µm; 10- 15% Ni; độ bền phun muối trung tính 48 giờ (≤ 5 % gỉ trắng) và

1000 giờ xuất hiện gỉ

đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi

250 HV, ZnNiSi 350 HV

Hệ bảo vệ đa lớp (CCCs

black/ZnNiSi/ZnNi) trên cơ sở lớp mạ hợp kim kẽm niken.ạt chuẩn RoHS, Chiều dày lớp mạ ZnNi 10,5

µm và ZnNiSi 6,8 µm; 11,7 % Ni, độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 50%) không xuất hiện gỉ

đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250 HV, ZnNiSi 350 HV

vệ bởi hệ đa lớp màu trắng xanh.

10 ÷ 18 µm; 5-15%

Ni; độ bền phun muối trung tính

48 giờ (≤ 5

% gỉ trắng)

và 1000 giờ xuất hiện gỉ đỏ

Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 350

HV

Đạt chuẩn RoHS, chiều dày 15 µm; 14% Ni; độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 40%) không xuất hiện gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

vệ bởi hệ đa lớp màu cầu vồng.

10 ÷ 18 µm; 5-15%

Ni; độ bền phun muối trung tính

72 giờ (≤ 5

% gỉ trắng)

và 1000 giờ xuất hiện gỉ đỏ

Độ cứng của lớp mạ

Đạt chuẩn RoHS, chiều dày 15 µm; 5- 15% Ni; độ bền phun muối trung tính 72 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 30%) không xuất hiện gỉ đỏ.Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 350 HV.

Trang 11

hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 350 HV.

dm 2 / mẻ chế tạo màng phủ CCCs

có màu đen cho

hệ bảo vệ đa lớp phủ

ZnNiSi/ZnNi đạt các chỉ tiêu

kỹ thuật như

đăng ký

01 Sơ đồ công nghệ quy mô phòng thí nghiệm 10 dm 2 /

mẻ chế tạo màng phủ CCCs có màu đen cho hệ bảo vệ đa lớp phủ

mẻ chế tạo màng phủ CCCs

có màu trắng xanh cho hệ bảo

vệ đa lớp phủ Zn/ZnNiSi/ZnNi đạt các chỉ tiêu

kỹ thuật như

đăng ký

mẻ chế tạo màng phủ CCCs có màu trắng xanh cho hệ bảo vệ đa lớp phủ

dm 2 / mẻ chế tạo màng phủ CCCs

có màu cầu vồng cho hệ bảo

vệ đa lớp phủ Zn/ZnNiSi/ZnNi đạt các chỉ tiêu

kỹ thuật như

đăng ký

mẻ chế tạo màng phủ CCCs có màu cầu vồng cho hệ bảo vệ đa lớp phủ

Zn/ZnNiSi/ZnNi

c) Sản phẩm Dạng III:

Trang 12

d) Kết quả đào tạo:

Theo kế hoạch Thực tế đạt

được

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp:

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

1

đơn hợp lệ

02 Sáng chế Được chấp nhận đơn hợp

lệ tháng 12/2021 và 11/2022

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

2 Đánh giá về hiệu quả do nhiệm vụ mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ

so với khu vực và thế giới…)

Ngoài việc đóng góp tích cực cho việc bảo vệ môi trường, đề tài góp phần phát triển

nền công nghiệp hỗ trợ của Việt Nam

Nâng cao trình độ chuyên môn của các cán bộ, đào tạo đội ngũ nhân lực khoa học có trình độ cao trong lĩnh vực lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn Khai thác hiệu quả các trang thiết bị hiện đại đồng bộ của Viện Kỹ thuật nhiệt đới Nâng cao vai trò, vị thế của Công ty trong lĩnh

vực công nghiệp mạ chất lượng cao thân thiện môi trường

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

Trang 13

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do nhiệm vụ tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

Do nhu cầu sản xuất hàng hỗ trợ phục vụ xuất khẩu tăng mạnh và là một trong những hướng phát triển công nghệ mạ thân thiện môi trường tại Việt Nam nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu các sản phẩm cơ khí mạ, linh kiện lắp ráp máy ngày càng nhiều

Hệ phủ đa lớp mạ thân thiện môi trường được tạo ra là sản phẩm khoa học công nghệ cao góp phần bổ sung vào sự đa dạng của các sản phẩm mạ trên thị trường, giá trị của sản phẩm là tạo ra các hệ phủ đa lớp từ các lớp mạ đơn nhằm tăng độ bền ăn mòn cho vật liệu Khi kết hợp các lớp mạ đơn tạo ra bộ sản phẩm bảo vệ chống ăn mòn cho các chi tiết cơ khí Giá bán của sản phẩm thử nghiệm: 15.000 đ/dm2

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của nhiệm vụ:

I Báo cáo tiến độ

Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo

vệ chống ăn mòn cho hệ bảo vệ

đa lớp phủ kẽm niken nanosilica

(ZnNi)

đến quá trình tạo hệ bảo vệ đa

gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250 HV, ZnNiSi 352 HV

250 HV, ZnNiSi 354 HV.

màng phủ CCCs có màu cầu

vồng cho hệ bảo vệ đa lớp phủ

(CCCs

Trang 14

CCCs đa dạng màu sắc, bảo vệ

chống ăn mòn cho hệ bảo vệ đa

(ZnNi)

lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi

12/2020-3/2021 Đã chế tạo màng phủ

CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi đạt chuẩn RoHS chiều dày lớp mạ ZnNi 10,5 µm và ZnNiSi 6,8 µm; 11,7 % Ni, độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 50%) không xuất hiện gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 352 HV

độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ

đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001 mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp

và 1000 giờ (gỉ trắng 40%) không xuất hiện gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 354 HV, độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001 mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp.

(CCCs

lớp (CCCs

ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi)

2/2021-5/2021 Đã chế tạo màng phủ CCCs

có màu cầu vồng CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi đ ạt chuẩn RoHS, chiều dày 15 µm; 15% Ni; độ bền phun muối trung tính 72 giờ (gỉ trắng 0%)

và 1000 giờ (gỉ trắng 30%) không xuất hiện gỉ đỏ, độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 356 HV, độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001

Trang 15

mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp

Nội dung 4: Xây dựng sơ đồ

công nghệ chế tạo màng phủ

mẻ

Đã xây dựng sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu trắng xanh cho hệ bảo vệ

đa lớp phủ Zn/ZnNiSi/ZnNi quy mô phòng thí nghiệm 10

dm2/ mẻ

Đã xây dựng sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu cầu vồng cho hệ bảo vệ

dm2/ mẻ Nội dung 5: Đánh giá độ bền ăn

ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi

II Báo cáo giám định

(ZnNi)

lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi

Đã chế tạo màng phủ CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi đạt chuẩn RoHS chiều dày lớp mạ ZnNi 10,5 µm và ZnNiSi 6,8 µm; 11,7 % Ni, độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 50%) không xuất hiện gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 352 HV

độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ

(CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi)

Các thông số công nghệ ảnh

Đã chế tạo màng phủ CCCs

có màu trắng xanh CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi đ ạt chuẩn RoHS, chiều dày 15 µm; 14% Ni; độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%)

và 1000 giờ (gỉ trắng 40%)

Trang 16

hưởng đến quá trình tạo hệ bảo

(CCCs

lớp (CCCs

Đã chế tạo màng phủ CCCs

HV, ZnNiSi 356 HV, độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001 mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp

mẻ

dm2/ mẻ

dm2/ mẻ III Nghiệm thu cơ sở Tháng 11/2022

(ZnNi)

12/2020-3/2021 Đã chế tạo màng phủ

CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi đạt chuẩn RoHS chiều dày lớp mạ ZnNi 10,5 µm và ZnNiSi 6,8 µm; 11,7 % Ni, độ bền phun muối trung tính 48 giờ (gỉ trắng 0%) và 1000 giờ (gỉ trắng 50%)

Trang 17

và 1000 giờ (gỉ trắng 40%) không xuất hiện gỉ đỏ Độ cứng của lớp mạ hợp kim ZnNi 250

HV, ZnNiSi 354 HV, độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001 mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp.

(CCCs

lớp (CCCs

2/2021-5/2021 Đã chế tạo màng phủ CCCs

HV, ZnNiSi 356 HV, độ bền màu đạt theo HES D6001 mục 4.5, độ bền bám giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp đạt theo tiêu chuẩn HES D6001 mục 4.4 bám dính tốt giữa các lớp trong hệ bảo vệ đa lớp

mẻ

Trang 18

dm2/ mẻ

dm2/ mẻ Nội dung 5: Đánh giá độ bền ăn

ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi Nội dung 6: Xây dựng quy trình

phân tích các dung dịch tạo hệ

đa lớp và bổ sung tổn hao dung

dịch

3/2022-8/2022 Đã xây dựng quy trình phân

tích các dung dịch tạo hệ đa lớp và bổ sung tổn hao dung dịch bể mạ kẽm và kẽm hợp kim

Nội dung 7: Tập hợp dữ liệu và

viết báo cáo tổng kết

Trang 19

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 24

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 25

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 31

2.1 Hóa chất và dụng cụ 31

2.2 Chế tạo hệ đa lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi 33

2.2 Chế tạo hệ đa lớp CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi; CCCsingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi 37

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 38

2.3.1 Kỹ thuật hiển vi 38

2.3.2 Giản đồ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 38

2.3.3 Kỹ thuật đường cong phân cực 39

2.3.4 Thử nghiệm mù muối 39

2.3.5 Phổ hồng ngoại FTIR 40

2.3.6 Kiểm tra độ bám dính và độ bền màu của lớp phủ 40

2.3.7 Chiều dày lớp mạ 41

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 42

3.1 Chế tạo màng phủ CCCs có màu đen bảo vệ chống ăn mòn cho hệ bảo vệ đa lớp phủ kẽm niken nanosilica (ZnNiSi)/hợp kim kẽm niken (ZnNi) (CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi) Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tạo hệ bảo vệ đa lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi 42

3.1.1 Phân tích hình thái bề mặt 42

3.1.2 Phân tích đường cong phân cực 44

3.1.3 Phân tích giản đồ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 45

3.1.4 Kết quả FTIR 46

3.1.5 Kết quả thử nghiệm gia tốc phun muối 48

3.1.6 Kết quả độ bám dính và độ bền màu ZnNi/ZnNiSi/CCCsblack 52

3.1.7 Kết quả đo chiều dày lớp mạ ZnNi/ZnNiSi 52

Trang 20

3.2 Chế tạo màng phủ CCCs có màu trắng xanh cho hệ bảo vệ đa lớp phủ hợp kim kẽm niken (ZnNi)/kẽm niken nanosilica (ZnNiSi)/(Zn) (CCCs

blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi) 53

3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện cho từng lớp trong hệ mạ đơn lớp 53

3.2.6 Kết quả độ bám dính và độ bền màu CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi 69

3.3 Chế tạo màng phủ CCCs có màu cầu vồng cho hệ bảo vệ đa lớp phủ hợp kim kẽm niken (ZnNi)/kẽm niken nanosilica (ZnNiSi)/(Zn) (CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi) 70

3.3.5 Kết quả độ bám dính và độ bền màu CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi 76

3.4 Xây dựng sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu đen cho hệ bảo vệ đa lớp phủ ZnNiSi/ZnNi 78

3.4.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG PHỦ CCCs CÓ MÀU ĐEN CHO HỆ BẢO VỆ ĐA LỚP PHỦ ZnNiSi/ZnNi 78

3.4.2 Sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu trắng xanh cho hệ bảo vệ đa lớp phủ Zn/ZnNi/SiZnNi 88

3.4.3 Xây dựng sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu cầu vồng cho hệ bảo vệ đa lớp phủ Zn/ZnNiSi/ZnNi 98

3.5 Đánh giá độ bền ăn mòn của CCCsblack/ZnNiSiZnNi; CCCs blue/Zn/ZnNi/SiZnNi; CCCs ingride/Zn/ZnNi/SiZnNi 108

3.5.1 Chế tạo 200 mẫu màng phủ màu đen, 200 mẫu màng phủ màu trắng xanh, 200 mẫu màng phủ màu cầu vồng (mẫu kích thước 100 mm x50 mm x 1 mm) 108

Trang 21

3.5.2 Độ bền ăn mòn của các hệ phủ đa lớp bằng phương pháp thử nghiệm

gia tốc phun mù muối trung tính 109

3.5.3 Nghiên cứu, xác định tốc độ ăn mòn của các hệ phủ đa lớp ngâm trong dung dịch NaCl 3% bằng phương pháp xác định tổn hao khối lượng 134

3.6 Xây dựng quy trình phân tích các dung dịch tạo hệ đa lớp và bổ sung tổn hao dung dịch 161

3.6.1 Nguyên vật liệu 161

3.6.2 Thiết bị và dụng cụ: 162

3.6.3 Xác định nồng độ ZnCl2 trong bể mạ Zn: 164

3.6.4 Xác định nồng độ NH4Cl trong bể mạ Zn: 165

3.6.5 Xác định AZA và AZB thông qua thí nghiệm test Hull 165

3.6.6 Xác định nồng Cr3+ trong dung dịch thụ động: 169

3.6.7 Xác định nồng độ ZnCl2 trong bể mạ ZnNi: 170

3.6.8 Xác định nồng độ NiCl2 trong bể mạ ZnNi: 170

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 173

TÀI LIỆU THAM KHẢO 175

PHỤ LỤC 178

HÌNH ẢNH CÁC CÁN BỘ THỰC HIỆN NHIỆM LÀM THỰC NGHIỆM 185

Trang 22

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Thành phần các nguyên tố mẫu thép các bon thấp 32 Bảng 2.2 Thành phần các dung dịch mạ tạo lớp mạ ZnNiSi/ZnNi 33 Bảng 2.3 Thành phần các dung dịch mạ tạo 3 lớp mạ Zn/ZnNiSi/ZnNi 37 Bảng 2.4 Dung dịch tạo màng CCCs blue và CCCs ingride 37 Bảng 3.1 Một số thông số điện hóa của ZnNi/ZnNiSiO2 và ZnNi/ZnNiSiO2/CCCs 44 Bảng 3.2 Thành phần hóa học của ZnNiSi/ZnNi 45 Bảng 3.3 Thành phần hóa học của CCCs/ZnNiSi/ZnNi 45 Bảng 3.4 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu 51 Bảng 3.5 Chiều dày lớp mạ ZnNi/ZnNiSi 53 Bảng 3.6 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu mạ một lớp (ZnNi) 55 Bảng 3.7 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu mạ hai lớp (ZnNi/ZnNiSi) 57 Bảng 3.8 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu mạ 3 lớp (ZnNi/ZnNiSi) 59 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu mạ 1 lớp mạ; 2 lớp

mạ và 3 lớp mạ 61 Bảng 3.10 Một số thông số điện hóa của hệ mạ đa lớp 63 Bảng 3.11 Thành phần hóa học của CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi 63 Bảng 3.12 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu 68 Bảng 3.13 Một số thông số điện hóa của hệ mạ đa lớp 71 Bảng 3.14 Thành phần hóa học của CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi 72 Bảng 3.15 Thời gian xuất hiện gỉ trên các mẫu 75

Bảng 3.16 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNi 78

Bảng 3.17 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNiSi 79 Bảng 3.18 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo màng CCCsblack 79

Bảng 3.19 Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ mạ đa lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi 84 Bảng 3.20 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNi 88

Bảng 3.21 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNiSi 89 Bảng 3.22 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ Zn 89 Bảng 3.23 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo màng CCCs blue 89

Trang 23

Bảng 3.24 Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ mạ đa lớp CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi.

95

Bảng 3.25 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNi 98

Bảng 3.26 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ ZnNiSi 99 Bảng 3.27 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo lớp mạ Zn 99

Bảng 3.28 Hóa chất pha bể 100 lít dung dịch tạo màng CCCs blue 99

Bảng 3.29 Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ mạ đa lớp CCCs

iridescent/Zn/ZnNiSi/ZnNi 105

Bảng 3.30 Kết quả thử nghiệm phun muối CCCs black (mẫu rạch) 113

Bảng 3.31 Kết quả phun muối CCCs black (mẫu không rạch) 116

Bảng 3.32 Kết quả phun muối CCCs có màu trắng xanh (mẫu không rạch) 120 Bảng 3.33 Kết quả phun muối CCCs có màu trắng xanh (mẫu rạch) 124 Bảng 3.34 Kết quả phun muối CCCs ingride/Zn/ZnNi/SiZnNi 129 Bảng 3.35 Kết quả phun muối CCCs ingride/Zn/ZnNi/SiZnNi rạch 133 Bảng 3.36 Biến đổi khối lượng mẫu theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 134

Bảng 3.37 Kết quả ngâm muối CCCs black/Zn/ZnNi/SiZnNi 144

Bảng 3.38 Kết quả ngâm muối CCCs blue/Zn/ZnNi/SiZnNi 152

Bảng 3.39 Nhận xét mốc thời gian ngâm muối CCCs black/Zn/ZnNi/SiZnNi160

Bảng 3.40 Dung dịch tạo lớp mạ Zn 161

Bảng 3.41 Dung dịch tạo lớp mạ ZnNiSi 162 Bảng 3.42 Dung dịch tạo lớp mạ ZnNi 162 Bảng 3.43 Dung dịch tạo màng Cr(III) 162 Bảng 3.44 Sự phân bố dòng điện trên catot của bể Hull 250 mL 166 Bảng 3.45 Kết quả phân tích dung dịch gốc 171 Bảng 3.46 Phân tích dung dịch ZnNi sau mạ 5 dm2 171 Bảng 3.47 Phân tích dung dịch ZnNiSi sau mạ 5 dm2 172

Trang 24

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Sơ đồ cơ chế ăn mòn các lớp phủ hợp kim đa lớp và đơn lớp [16] 26 Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị mạ điện 34 Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu đen CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi 36 Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu trắng xanh và cầu vồng 38 Hình 3.1 Bề mặt lớp mạ ZnNiSi/ZnNi 42 Hình 3.2 Bề mặt màng thụ động CCCs trên lớp mạ ZnNiSi/ZnNi với % Ni trong lớp mạ khác nhau 42 Hình 3.3 Ảnh SEM của các mẫu ZnNi/ZnNiSi/CCCs và ZnNi/ZnNiSi tại các độ phóng đại ×1.000 ×3.000 và ×7.000 43 Hình 3.4 Đường cong phân cực của ZnNiSi/ZnNi (1) và màng thụ động CCCs/ZnNiSi/ZnNi (2) 44 Hình 3.5 Giản đồ EDX của ZnNiSi/ZnNi 45 Hình 3.6 Giản đồ EDX của CCCs/ZnNiSi/ZnNi 46 Hình 3.7 Phổ hồng ngoại của CCCs/ ZnNiSi/ZnNi 47

Hình 3.8 Phổ hồng ngoại của CCCs/ ZnNiSi/ZnNi và ZnNiSi/ZnNi 48

Hình 3.9 Ảnh chụp các mẫu sau các khoảng thời gian phun muối khác nhau 51 Hình 3.10 Ảnh chụp mẫu Trước thử nghiệm 52 Hình 3.11 Ảnh chụp mẫu sau Sau 03 chu kỳ sốc nhiệt 52 Hình 3.12 Ảnh chiều dày lớp mạ ZnNi/ZnNiSi 53 Hình 3.13 Ảnh chụp các mẫu sau các thời gian phun muối khác nhau 54 Hình 3.14 Ảnh chụp các mẫu hệ hai lớp mạ ZnNi/ZnNiSi sau các thời gian phun muối khác nhau 57 Hình 3.15 Ảnh chụp các mẫu hệ ba lớp mạ (ZnNi/ZnNiSi/Zn)sau các thời gian phun muối khác nhau 59 Hình 3.16 Hình ảnh tổng hợp các mẫu gồm 1 lớp mạ; 2 lớp mạ và 3 lớp mạ sau các thời gian phun muối khác nhau 61 Hình 3.17 Ảnh SEM màng Cr(III) trắng xanh tại các độ phóng đại khác nhau 62 Hình 3.18 Đường cong phân cực của CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi 62

Trang 25

Hình 3.19 Giản đồ EDX của CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi 64 Hình 3.20 Giản đồ EDX của ZnNi 65 Hình 3.21 Ảnh chụp các mẫu sau các khoảng thời gian phun muối khác nhau 68 Hình 3.22 Ảnh chụp mẫu Trước thử nghiệm 69 Hình 3.23 Ảnh chụp mẫu sau Sau 03 chu kỳ sốc nhiệt 69 Hình 3.24 Ảnh SEM màng CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi tại các độ phóng đại khác nhau 70 Hình 3.25 Đường cong phân cực của CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi 71 Hình 3.26 Giản đồ EDX của CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi 73 Hình 3.27 Ảnh chụp các mẫu sau các khoảng thời gian phun muối khác nhau 75 Hình 3 28 Ảnh chụp mẫu trước thử nghiệm 76 Hình 3.29 Ảnh chụp mẫu sau 03 chu kỳ sốc nhiệt 77 Hình 3.30 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu đen CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi 84 Hình 3.31 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu trắng xanh 94 Hình 3.32 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu cầu vồng 105 Hình 3.33 Ảnh mẫu CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi sau các chu kỳ thử nghiệm phun muối 112 Hình 3.34 Ảnh mẫu CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi sau các chu kỳ thử nghiệm phun muối 116 Hình 3.35 Ảnh mẫu CCCs có màu trắng xanh sau các chu kỳ thử nghiệm phun muối 120 Hình 3.36 Ảnh mẫu CCCs màu trắng xanh rạch sau các chu kỳ thử nghiệm phun muối 124 Hình 3.37 Ảnh mẫu CCCs ingride/Zn/ZnNi/SiZnNi sau các chu kỳ thử nghiệm phun muối 128

Hình 3.38 Ảnh mẫu CCCs ingride/Zn/ZnNi/SiZnNi rạch sau các chu kỳ thử

nghiệm gia tốc phun muối 133 Hình 3.39 Ảnh SEM mẫu CCCs black/Zn/ZnNi/SiZnNi sau phun muối 1000 giờ 133

Trang 26

Hình 3.40 Ảnh SEM mẫu CCCs blue /Zn/ZnNiSi/ZnNi sau phun muối 1000 giờ 134 Hình 3.41 Ảnh SEM mẫu CCCs ingride /Zn/ZnNiSi/ZnNi sau phun muối 1000 giờ 134

Hình 3.42 Hình ảnh các mẫu ngâm 136

Hình 3.43 Ảnh mẫu CCCs black/Zn/ZnNi/SiZnNi sau các thời gian ngâm muối 143 Hình 3.44 Ảnh mẫu CCCs blue/Zn/ZnNi/SiZnNi sau các thời gian ngâm muối 152

Hình 3.45 Ảnh mẫu CCCs black/Zn/ZnNi/SiZnNi sau các thời gian ngâm muối

160 Hình 3.46 Máy khuấy từ 163 Hình 3.47 Máy đo pH 163 Hình 3.48 Dụng cụ phân tích 164 Hình 3.49 Hình ảnh thí nghiệm test hull 165 Hình 3.50 Bình Hull 166 Hình 3.51 Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm Hull 167 Hình 3.52 Thước Hull ứng với dòng áp 1A 167

Hình 3.53 Quy trình bổ sung phụ gia bóng và phụ gia tăng khả năng phân bố

168

Trang 27

MỞ ĐẦU

Do nhu cầu sản xuất hàng phụ trợ phục vụ xuất khẩu tăng rất mạnh và được xác định sẽ là một trong những hướng phát triển rất quan trọng của công nghiệp Việt Nam trong những năm tới, đặc biệt là các sản phẩm cơ khí và linh kiện được mạ từ công nghệ mạ thân thiện môi trường sẽ tăng lên rất cao nhằm phục vụ cho các công ty lắp ráp tại Việt Nam với các đơn hàng có số lượng sản phẩm là rất lớn

Hơn nữa, như chúng tôi được biết hiện nay nhiều doanh nghiệp trong lĩnh vực cơ khí và chế tạo tại Thành phố Hồ Chí Minh có những đơn đặt hàng yêu cầu mạ sản phẩm chất lượng cao đáp ứng nhu cầu xuất khẩu và trong nước là khá lớn Công ty TNHH Minh Anh Mekki (đơn vị phối hợp thực hiện đề tài) là một trong các công ty chuyên gia công cơ khí và mạ của thành phố Hồ Chí Minh với các sản phẩm mạ kẽm và hợp kim thụ động Cr3+ xuất khẩu trên thị trường Nhật Bản, Hàn quốc, Mỹ chiếm 90 -95 % sản lượng Sản lượng trung bình 1.000-3.000 kg / tháng (sản phẩm trung bình 1.000-10.000 chi tiết / tháng ) và sản phẩm sử dụng trong nước chiếm 5-10 % sản lượng mạ chủ yếu dùng trong lắp ráp máy Sản lượng trung bình hàng tháng từ 500 kg (sản phẩm trung bình từ 200-1000 chi tiết / tháng)

Các yêu cầu về lớp phủ chất lượng cao giá thành hợp lý, đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước và xuất khẩu đang ngày càng tăng trở thành cơ hội và thách thức lớn đối các công ty chuyên về gia công mạ, đòi hỏi các nhà khoa học cần có những nghiên cứu chuyên sâu để có những sản phẩm mới đáp ứng được nhu cầu của thị trường

Vì vậy, nghiên cứu công nghệ mạ đa lớp (3 lớp) nền hợp kim định hướng ứng dụng công nghiệp thực tiễn với sự kết hợp của các lớp phủ đơn lớp có một

số tính năng cơ lý và khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao là rất cần thiết Chúng tôi thực hiện đề tài với mục tiêu chính là làm chủ công nghệ mạ đa lớp (3 lớp) nền kẽm và hợp kim cho các chi tiết cơ khí

Trang 28

Chương 1. TỔNG QUAN

Hiện tượng ăn mòn kim loại là vấn đề thường thấy khi kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường, đặc biệt là môi trường ăn mòn, gây tổn hại lớn đến nền kinh tế các quốc gia Một trong các biện pháp khắc phục ăn mòn hiệu quả nhất

đó là tạo ra các lớp phủ có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao và có độ chịu mài mòn lớn Nhằm hạn chế quá trình ăn mòn, kéo dài thời gian sử dụng của vật liệu kim loại, rất nhiều công nghệ đã được nghiên cứu và đưa ra ứng dụng như: thay thế vật liệu nền từ kim loại thông thường thành hợp kim; tạo ra một lớp mạ trên

bề mặt vật liệu nền; hay phủ lên trên bề mặt một lớp màng hữu cơ bảo vệ… Trong số tất cả các hợp kim mạ điện thông thường, Zn-Ni là hợp kim được ứng dụng bảo vệ chống ăn mòn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt [1-7] Đã có nhiều báo cáo đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của lớp phủ hợp kim Zn-Ni [7-13] Tuy nhiên, đó chỉ là các lớp mạ hơp kim ZnNi đơn lớp Các lớp phủ đa lớp điều chỉnh thành phần (composition modulated multilayer CMM) đang trở nên hấp dẫn hơn do cải thiện nhiều lần về bảo vệ chống ăn mòn [7-13], mặc dù hàm lượng Ni trong các lớp phủ ít Lớp phủ (Compositionally Modulated Multilayer Alloy CMMA) có thể được chế tạo bằng cách điều chỉnh thích hợp mật độ dòng

mạ catốt định kỳ trong điều kiện tối ưu từ cùng một bể mạ Lớp phủ CMM chứa nhiều lớp kim loại/hợp kim xen kẽ mỏng có thành phần khác nhau và mỗi lớp đó đóng vai trò quan trọng để đạt được hiệu năng mong muốn đối với ăn mòn [7,14,15] Bản chất chống ăn mòn được tăng cường của lớp phủ đa lớp so với các lớp phủ đơn lớp được quy cho là sự hình thành các bề mặt mới, cho phép sự lan rộng của chất ăn mòn sang bên cạnh thay vì xâm nhập trực tiếp vào nền [9,16] Sự lan rộng môi trường ăn mòn sang bên cạnh dẫn đến làm chậm tốc độ

ăn mòn trong lớp phủ đa lớp, trong khi nó có thể xâm nhập trực tiếp tới nền trong lớp phủ đơn lớp, như trong Hình 1.1 Theo đó, thời gian cần thiết để môi trường ăn mòn chạm tới nền bằng cách xuyên qua các lớp phủ đơn lớp (ít thời gian hơn) và đa lớp (nhiều thời gian hơn yêu cầu đối với đơn lớp) là khác nhau,

và do đó hiệu quả chống ăn mòn cũng vậy

Trang 29

Hình 1.1 Sơ đồ cơ chế ăn mòn các lớp phủ hợp kim đa lớp và đơn lớp [16] Trong những thập kỷ qua, lớp phủ hợp kim đa lớp (CMMA) điều chỉnh thành phần đã được nghiên cứu rộng rãi do tầm quan trọng về kinh tế và thương mại của nó [15-16] Mặc dù trên thế giới, có nhiều báo cáo nghiên cứu ăn mòn

về lớp phủ hợp kim Zn-Ni đơn lớp và đa lớp mạ điện, nhưng tại Việt nam mới chỉ dừng lại ở các lớp mạ hợp kim đơn lớp chưa có hệ phủ đa lớp được nghiên cứu chi tiết để đưa ra ứng dụng thực tế Hợp kim Zn-Ni mạ điện từ bể mạ hoạt động trong điều kiện axit yếu (pH = 6) việc nghiên cứu thành phần và pH của bể

mạ là các thông số quan trọng, ảnh hưởng đến cấu trúc và hình thái của lớp phủ, nên cũng đóng một vai trò quan trọng đối với đặc tính chống ăn mòn của nó Sự phát triển của hệ phủ hợp đa lớp theo hướng tăng hiêu quả bảo vệ chống ăn mòn cho vật liệu Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ hợp kim đơn lớp có thể tăng lên gấp nhiều lần độ lớn của nó bằng kỹ thuật đa lớp Hiệu quả chống ăn mòn của lớp phủ đơn lớp được cải thiện nhiều lần thông qua phương pháp lớp phủ đa lớp

Trang 30

Khoa học công nghệ ngày càng phát triển đòi hỏi đặt ra nhiều loại vật liệu mới, lớp phủ mới và sự kết hợp của các lớp phủ trong hệ bảo vệ đa lớp Để tăng tính thẩm mỹ và

đa dạng về màu sắc cũng như độ bền ăn mòn cho hệ bảo vệ đa lớp phương pháp xử

lý bề mặt tạo màng thụ động Cr(III) từ các dung dịch thụ chứa ion Cr(III) nâng cao độ bền chống ăn mòn, có khả năng tạo nhiều màu sắc khác nhau (trắng, cầu vồng, đen, ôliu) cũng được nghiên cứu và đã có những sản phẩm công nghiệp được các hãng sản xuất ôtô trên thế giới chấp nhận Tuy nhiên các nghiên cứu về

hệ bảo vệ đa lớp này tại Việt Nam là chưa có

Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại lần đầu tiên nghiên cứu về lớp mạ hợp kim Zn vào năm 1994, tuy nhiên đề tài mới chỉ nghiên cứu sơ bộ đối với dung dịch xianua và dung dịch amoni Do lớp mạ kẽm bị ăn mòn khá nhanh trong không khí ẩm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp xử lý bề mặt thụ động cromat để cải thiện khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp mạ kẽm Ngoài ra các nghiên cứu về lớp mạ Zn không cyanua cũng được nhóm nghiên cứu phát triển nhằm tạo ra các dung dịch mạ thân thiện môi trường Đến năm 2000, nhóm nghiên cứu đã tìm được điều kiện thích hợp về chế độ công nghệ để tạo được lớp mạ hợp kim Zn-Ni thành phần thay đổi từ 5 % đến 20 % Các lớp mạ Zn-Ni với thành phần Ni < 17 % tăng cường khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp

mạ Đặc biệt hàm lượng Ni từ 13 % đến 17 %, tốc độ ăn mòn giảm nhiều lần so với lớp mạ kẽm Nhằm cải thiện độ bền ăn mòn của lớp mạ hợp kim ZnNi, các hạt oxit Al2O3 và SiO2 kích thước lớn dạng micro (≤ 1,5 µm) đã được thêm vào

dung dịch mạ hàm lượng 2 g/L được đưa vào lớp mạ Kết quả cho thấy bằng phương pháp mạ xung, các hạt trơ Al2O3 và SiO2 đã được đưa vào lớp mạ và

làm tăng đáng kể độ bền ăn mòn cho lớp mạ ZnNi [17] Nhóm nghiên cứu của chúng tôi có những khảo sát đưa nanosilica vào lớp mạ hợp kim Zn-Ni [18] Gần đây lớp phủ Zn-Ni kết hợp các hạt nano vô cơ đã được sử dụng để thay thế lớp mạ cadmi mà được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ do độ bền ăn mòn tuyệt vời của nó Những đặc điểm này làm cho lớp mạ trên cơ sở hợp kim Zn-Ni thay thế hoàn toàn lớp mạ Cd bảo vệ chống ăn mòn trong điều kiện khắc nghiệt

Trang 31

Để chế tạo hệ bảo vệ đa lớp CCCs white-blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi, CCCs iridescent /Zn/ZnNiSi/ZnNi chúng tôi đã kế thừa các kết quả nghiên cứu năm 2009-2010 của chính nhóm chúng tôi là sử dụng dung dịch thụ động thân thiên môi trường không chứa ion Cr(VI) để tạo lớp màng CCCs white-blue, CCCs iridescent cho hệ bảo vệ đa lớp đó là sản phẩm nghiên cứu đã thực hiện cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam: “Nghiên cứu chế tạo dung dịch thụ động thân thiện môi trường không chứa ion Cr(VI) cho lớp mạ kẽm”

Đề tài [19] đã được nghiệm thu ngày 10 tháng 8 năm 2011 với kết quả xuất sắc

và dự án sản xuất thử nghiệm [20] cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Hoàn thiện công nghệ sản xuất dung dịch thụ động thân thiện môi trường không chứa ion Cr(VI) cho lớp mạ kẽm”, năm 2013-2014 Với các kết quả chính về khoa học và công nghệ: Lớp thụ động tạo được từ các dung dịch của đề tài có mầu trắng xanh, cầu vồng, độ bền phun muối của các lớp thụ động: 95-120 giờ mầu trắng xanh và 225 giờ (5 % gỉ trắng bề mặt) đối với mầu cầu vồng (48 giờ mầu trắng xanh và 72 giờ đối với mầu cầu vồng) và tương đương với độ bền ăn mòn của các lớp thụ động Cr(VI) truyền thống và lớp thụ động nhận được từ các dung dịch Cr(III) nhập ngoại Vì vậy việc sử dụng dung dịch thụ động thân thiện môi trường do chính nhóm chúng tôi tự nghiên cứu giúp chúng tôi hoàn toàn chủ động về công nghệ Trên cơ sở đó chúng tôi nghiên cứu

hệ bảo vệ đa lớp CCCs black/ZnNiSi/ZnNi có màu đen, một sản phẩm chưa có

về màu sắc trong các nhóm sản phẩm đã nghiên cứu

Để tạo lớp mạ hợp kim có chứa nanosilica ZnNiSi trên lớp mạ ZnNi chúng tôi kế thừa các kết quả nghiên cứu của nhóm chúng tôi quy trình công nghệ tạo lớp mạ hợp kim Zn-Ni/nanosilica của đề tài [21] cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu chế tạo lớp mạ hợp kim Zn-Ni/nanosilica thay thế lớp mạ Cd bảo vệ chống ăn mòn trong điều kiện khắc nghiệt”, năm 2019-2020 Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại được Chủ tịch Viện giao thực hiện Đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: pH, mật độ dòng điện, mức độ khuấy trộn, nhiệt độ; phân tán nanosilica trong dung dịch mạ Zn-Ni và xác định kích thước hạt nanosilica trong dung dịch mạ; ảnh hưởng

Trang 32

hàm lượng Ni trong hợp kim; tốc độ ăn mòn của lớp mạ hợp kim Zn-Ni và lớp

mạ Zn-Ni/nanosilica; khảo sát phổ tổng trở điện hóa của lớp mạ hợp kim Kết quả đã chế tạo được lớp mạ hợp kim Zn-Ni/nanosilica với thành phần nanosilica 1,5 % và 15 % Ni thích hợp có môt số tính năng cơ lý và khả năng bảo vệ chống

ăn mòn đạt 900 giờ phun muối trung tính (xuất hiện gỉ đỏ) Đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam 2019-2020 [21] do TS Nguyễn Thị Thanh Hương chủ nhiệm đã được nghiệm thu 4/2021 với kết quả xuất sắc Đã công bố 01 bài báo quốc tế ISSN, 01 bài báo quốc tế SCIE; Trong đó có 01 Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích “ Quy trình tạo ra lớp phủ hợp kim kẽm – niken – nano silic oxit trên nền thép cacbon”, số 2847 được cấp theo quyết định

số 2567w/QĐ-SHTT ngày 14/2/2022 Chúng tôi cũng kế thừa các kết quả của quy trình công nghệ để dùng cho các nghiên cứu trong nhiệm vụ này Giải pháp hữu ích đề cập đến quy trình tạo ra lớp phủ hợp kim ZnNi- nano SiO2 trên nền thép cacbon và yêu cầu bảo hộ Quy trình tạo ra lớp phủ hợp kim Zn-Ni-nano SiO2 trên nền thép cacbon bao gồm các bước sau:

(i) phân tán nano silic oxit trong nước bằng cách pha dung dịch nước có môi trường pH = 9, phân tán nano silic oxit có kích thước hạt 12 nm vào dung dịch nước bằng cách cho từ từ nano silic oxit vào dung dịch nước nêu trên đang được khuấy bằng máy khuấy từ, và tiến hành rung siêu âm hệ phân tán bằng máy rung siêu âm ở tần số 20 kHz để thu được hệ phân tán nano silic oxit trong nước (dung dịch A);

(ii) chuẩn bị dung dịch mạ ZnNi bằng cách: hòa tan NH4Cl trong nước nóng 60 oC, hòa tan ZnCl2 với nước rồi cho vào dung dịch NH4Cl nóng, khuấy cho tan hết, hòa tan NiCl2 với nước, hòa tan H3BO3 riêng trong nước nóng 60 oC rồi đổ chung vào dung dịch trên Thêm nước đến thể tích đã tính để thu được dung dịch mạ ZnNi (dung dịch B);

(iii) chuẩn bị dung dịch mạ ZnNi-nano SiO2 bằng cách: rót dung dịch A vào dung dịch B và khuấy, rồi bổ sung nước để thu được dung dịch mạ với thành phần như sau nano silic oxit 5 g/L, ZnCl2 60 g/L, NH4Cl 250 g/L NiCl2

Trang 33

150 g/L, H3BO3 20 g/L, và điều chỉnh pH = 5,6 và dung siêu âm hệ dung dịch này; và

(iv) mạ dung dịch mạ ZnNi-nano SiO2 thu được ở bước (iii) nêu trên lên nền vật liệu thép cacbon để thu được lớp phủ ZnNi- nano SiO2 trên nền thép cacbon

Các công trình đề tài đã nghiên cứu của nhóm từ năm 2019 cho đến nay là các nghiên cứu tạo ra các lớp mạ đơn lớp Để nâng cao hơn nữa độ bền ăn mòn của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại việc nghiên cứu kết hợp các lớp

mạ đơn lớp xen kẽ nhau tăng độ bền ăn mòn cho hệ phủ đa lớp là rất cần thiết Hơn nữa, sự ăn mòn của lớp phủ đa lớp cho phép sự lan rộng của chất ăn mòn sang bên cạnh thay vì xâm nhập trực tiếp vào nền Sự lan rộng môi trường ăn mòn sang bên cạnh dẫn đến làm chậm tốc độ ăn mòn trong lớp phủ đa lớp, trong khi nó có thể xâm nhập trực tiếp tới nền trong lớp phủ đơn lớp Do đó, thời gian cần thiết để môi trường ăn mòn chạm tới nền bằng cách xuyên qua các lớp phủ đơn lớp (ít thời gian hơn) và đa lớp (nhiều thời gian hơn yêu cầu đối với đơn lớp) là khác nhau, và do đó hiệu quả chống ăn mòn cũng vậy

Trang 34

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và dụng cụ

Các hóa chất và dụng cụ được sử dụng trong nghiên cứu được kê trong bảng sau

NiCl2.6H2O, (độ tinh khiết ≥ 98 %), Trung Quốc

ZnCl2, (độ tinh khiết ≥ 98 %), Trung Quốc

NH4Cl, (độ tinh khiết ≥ 98 %), Trung Quốc

H3BO3, (độ tinh khiết ≥ 99,5 %), Trung Quốc

HCl, (hàm lượng 36 ÷ 38 %), Trung Quốc

H2SO4, (hàm lượng 98 %), Trung Quốc

NaCl, (độ tinh khiết ≥ 99,5 %), Trung Quốc

NaOH, (độ tinh khiết ≥ 96 %), Trung Quốc

Cực Ni, tấm, (độ tinh khiết 99,9 %), Nhật Bản

Nanosilica, (hàm lượng > 99,8 %), Bỉ

NH4OH, (hàm lượng 25 ÷ 28 %), Trung Quốc

Ống chuẩn EDTA 0,05 M, Việt Nam

Eriochrome Black T, Trung Quốc

Murexit, Trung Quốc

Cồn tuyệt đối, (độ tinh khiết 99,7 %), Trung Quốc

Ống chuẩn Na2S2O3 0,1 N, Việt Nam

AgNO3, (độ tinh khiết 99,8 %), Trung Quốc

KI, (độ tinh khiết ≥ 99 %), Trung Quốc

HNO3, (hàm lượng ≥ 65 ÷ 68 %), Trung Quốc

Cực Zn, tấm, (độ tinh khiết 99,9 %), Nhật Bản

NH4HF2, (hàm lượng ≥ 97 %), Trung Quốc

Axit Malonic, (hàm lượng 99 %), Trung Quốc

Cromic, (hàm lượng 99,8 %), Nga

NaHSO3, (độ tinh khiết 99 %), Trung Quốc

Dụng cụ

Trang 35

Hộp găng tay cao su

Quả bóp cao su 1 van 90 mL

Hoá chất được cân bằng cân phân tích Sartorius có khoảng cân từ 50 mg đến 150 g với độ chính xác 0,001 g Các dung dịch khác nhau được pha chế từ các hóa chất trên bằng nước cất hoặc nước khử ion

Silica là sản phẩm Aerosil 200 có xuất xứ từ Bỉ với kích thước hạt 12 nm

Các tấm thép cacbon thấp được sử dụng làm vật mạ trong các thí nghiệm Bảng 2.1 Thành phần các nguyên tố mẫu thép các bon thấp

Mẫu thép tấm Hàm

Trang 36

Thành phần các nguyên tố của mẫu thép được phân tích tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu trên thiết bị Spectrotest TXC

03 theo phương pháp ASTM E415-17 Mẫu thép tấm và mẫu bản lề là các mẫu thép các bon thấp tương ứng với mác thép SPHC quy định trong tiêu chuẩn tiêu chuẩn JIS G3131 của Nhật Bản

2.2 Chế tạo hệ đa lớp CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi

Bảng 2.2 Thành phần các dung dịch mạ tạo lớp mạ ZnNiSi/ZnNi

Thành phần DD mạ

ZnNi

DD mạ ZnNiSi

DD mạ ZnNiSi NiCl2.6H2O 110 g/L 16 g/L 20 g/L 21 g/L 22 g/L 22 g/L

NH4Cl 250 g/L 250 g/L 250 g/L 250 g/L 250 g/L 250 g/L

H3BO3 20 g/L 20 g/L 20 g/L 20 g/L 20 g/L 20 g/L Nanosilica 0 g/L 1 ÷ 3 g/L 1 ÷ 3 g/L 1 ÷ 3 g/L 1 ÷ 3 g/L 1 ÷ 3 g/L

- Chuẩn bị dung dịch mạ ZnNi bằng cách: hòa tan NH4Cl trong nước nóng 60

oC, hòa tan ZnCl2 với nước rồi cho vào dung dịch NH4Cl nóng, khuấy cho tan hết, hòa tan NiCl2 với nước, hòa tan H3BO3 riêng trong nước nóng 60 oC rồi đổ chung vào dung dịch trên, thêm nước đến thể tích đã tính để thu được dung dịch

mạ ZnNi;

- Chuẩn bị dung dịch mạ ZnNiSi bằng cách: Phân tán nano silica trong nước bằng cách: pha dung dịch nước có môi trường pH = 9, phân tán nano silica có kích thước hạt 12 nm vào dung dịch nước bằng cách cho từ từ nano silica vào dung dịch nước đang được khuấy bằng máy khuấy từ và tiến hành rung siêu âm

hệ phân tán bằng máy rung siêu âm ở tần số 20 kHz để thu được hệ phân tán nêu trên trong nước (dung dịch A); Tiếp theo hòa tan NH4Cl trong nước nóng 60 oC, hòa tan ZnCl2 với nước rồi cho vào dung dịch NH4Cl nóng, khuấy cho tan hết, hòa tan NiCl2 với nước, hòa tan H3BO3 riêng trong nước nóng 60 oC rồi đổ chung vào dung dịch trên, thêm nước đến thể tích đã tính để thu được dung dịch

Trang 37

mạ ZnNi (dung dịch B); Rót dung dịch A vào dung dịch B và khuấy, rồi bổ sung nước để thu được dung dịch mạ ZnNiSi

Vật mạ là các tấm thép cacbon thấp có kích thước 50 × 50 × 1,2 mm được đánh bóng bằng giấy ráp đến cỡ 600 Trước khi mạ, các mẫu thép được tẩy dầu

mỡ bằng dung dịch chứa 60 g/L Udyprep-110EC (Enthone), ở nhiệt độ 50 ÷ 80

°C, trong thời gian 5 ÷ 10 phút Sau đó mẫu thép được tẩy gỉ trong dung dịch HCl 10 % thể tích có chứa chất ức chế urotropin 3,5 g/L, ở nhiệt độ phòng, trong thời gian 2 ÷ 5 phút

3 5

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị mạ điện

Trước khi mạ, mẫu thép được hoạt hóa trong dung dịch HCl 5 % thể tích trong 5 giây và treo vào trong bể mạ Dung dịch mạ cũng được khuấy trộn trong

15 phút trước khi mạ Mỗi lần mạ tiếp theo, dung dịch mạ được khuấy trộn 5 phút Quá trình mạ được tiến hành theo sơ đồ như trong Hình 2.1

Để tạo lớp mạ ZnNi mẫu được mạ trong dung dịch ZnNi

Các thông số chế độ mạ tạo lớp mạ ZnNi:

Trang 38

- Khoảng cách giữa catôt và anôt tối thiểu là 10 cm

Sau khi mạ xong, mẫu mạ được rửa sạch trong dòng nước chảy để loại bỏ hết dung dịch mạ bám trên sản phẩm Sau đó mẫu mạ được rửa sạch bằng nước cất và chuyển sang bể mạ ZnNiSi để tạo lớp mạ ZnNiSi

Các thông số chế độ mạ tạo lớp mạ ZnNiSi:

- Mật độ dòng mạ: 3 A/dm2

- Thời gian mạ 20 phút

- Nhiệt độ phòng (khoảng 30 °C)

- Vật mạ catôt được đung đưa dọc theo trục song song với hai anôt

- Khoảng cách giữa catôt và anôt tối thiểu là 10 cm

Sau khi mạ xong, mẫu mạ được rửa sạch trong dòng nước chảy để loại bỏ hết dung dịch mạ bám trên sản phẩm Sau đó mẫu mạ được rửa sạch bằng nước cất

và chuyển sang bước tạo màng thụ động CCCs

Thụ động tạo màng thụ động CCCs: mẫu mạ kẽm được hoạt hóa trong dung dịch HNO3 0,5 % thể tích trong 5 giây, sau đó được thụ động ở các thời gian khác nhau trong dung dịch có thành phần cơ bản như sau:

pH dung dịch được đo bằng máy đo pH METERLAB PHM210 và được điều chỉnh bằng dung dịch HNO3 hoặc NH4OH

Sau khi thụ động, mẫu được rửa bằng nước, sấy khô bằng máy sấy và sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 80 oC trong thời gian 30 phút

Trang 39

Mẫu sau khi thụ động được để trong bình hút ẩm (decicator) 48 giờ để màng thụ động ổn định trước khi tiến hành các phép đo, phân tích

- Các bước trong sơ đồ công nghệ tạo hệ đa lớp phủ:

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ tạo mẫu màu đen CCCsblack/ZnNiSi/ZnNi Công đoạn 1: Các mẫu thép được tẩy dầu mỡ bằng dung dịch 60 g/L UDYPREP-110EC (ENTHONE), nhiệt độ 50 ÷ 80 oC, thời gian 5 ÷ 10 phút

Công đoạn 2 Các mẫu thép được rửa sạch bằng nước

Công đoạn 3: Các mẫu thép được tẩy gỉ hóa học trong dung dịch HCl 10% thể tích, urotropin 3,5 g/L, nhiệt độ thường, thời gian 2 ÷ 5 phút

Công đoạn 4: Các mẫu thép được rửa sạch bằng nước

Công đoạn 5-6: Các mẫu thép được treo lần lượt trong các bể mạ với chế

độ mạ điện phân: Mật độ dòng điện DK = 1 - 3 A/dm2; thời gian mạ 10 - 30 phút; nhiệt độ dung dịch mạ 30 oC; Khuấy trộn dung dịch mạ bằng cách đung đưa catôt dọc theo trục song song với hai anôt; khoảng cách giữa catôt và anôt là 10

cm

Công đoạn 7: Các mẫu thép sau khi mạ được nhấc ra và rửa nước để loại

bỏ hết dung dịch mạ bám trên sản phẩm

Trang 40

Công đoạn 8: Hoạt hóa lại bề mặt lớp mạ trong dung dịch HNO3 nồng độ 0,5 % (thể tích), thời gian 3 – 5 giây

Công đoạn 9: Thụ động tạo màng thụ động Cr(III) trong dung dịch để tao

hệ phủ đa lớp có màu đen

Công đoạn 10: Các mẫu sau thụ động được rửa sạch bằng nước

Công đoạn 11: Xì khô và sấy

Công đoạn 12: Kiểm tra sản phẩm Với các sản phẩm đạt yêu cầu chuyển sang bao gói Với các sản phẩm NG (không đạt) các chi tiết cho chuyển về công đoạn 3

Bảng 2.4 Dung dịch tạo màng CCCs blue và CCCs ingride

1 Dung dịch thụ động 100 mL/L 80 mL/L

Định dạng
Số trang	206
Dung lượng	11,59 MB

Tiêu đề	Nghiên cứu công nghệ mạ đa lớp (3 lớp) nền kẽm và hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao ứng dụng cho các chi tiết cơ khí
Tác giả	Nguyễn Thị Thanh Hương
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thị Thanh Hương
Trường học	Viện Kỹ thuật nhiệt đới
Chuyên ngành	Kỹ thuật và công nghệ
Thể loại	Báo cáo
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh