Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ điện cho chi tiết dạng trục

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

NGUYỄN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠ ðIỆN

CHO CHI TIẾT DẠNG TRỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS TỐNG NGỌC TUẤN

HÀ NỘI - 2010

lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng,số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này

đều đã chỉ rõ nguôn gốc

Hà Nội, ngày … thỏng … năm 2010

Nguyễn Văn Dũng

Lời cảm ơn Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS Tống Ngọc Tuấn - Giảng viên Khoa cơ điện Trường Đại học Nông nghiệp Hà nội trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô Giảng viên Khoa cơ

điện Đại học Nông nghiệp Hà nội Xin cảm ơn tập thể cán bộ Trường Cao đẳng

kỹ thuật công nghiệp đ> tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn Tôi cũng xin cảm ơn sự động viên và đóng góp ý kiến quý báu của các bạn đồng nghiệp đ> giúp cho tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày … thỏng … năm 2010

Nguyễn Văn Dũng

Mục lục

Phần mở đầu 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Nội dung đề tài 3

III ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn 3

1 ý nghĩa khoa học 3

2 ý nghĩa thực tiễn 3

Chương I Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4

1.1 Đặc điểm máy chế biến thực phẩm 4

1.2 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy 4

1.3 Ứng dụng của mạ ủiện trong cơ khí 10

1.3.1 Lịch sử phát triển mạ ủiện 10

1.3.2 Điều kiện hình thành lớp mạ điện 12

1.3.3 Cơ chế tạo thành lớp mạ điện 15

1.3.4.Thành phần dung dịch mạ 15

1.3.5 Phân bố chiều dày lớp mạ 19

2.4.2 Phân bố kim loại 20

1.3.6 Yêu cầu kỹ thuật lớp mạ 22

1.3.7 Một số biện pháp nhằm nâng cao độ đồng đều lớp mạ 22

1.4 Mục đích và nội dung nghiên cứu 23

Chương II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 ðối tượng nghiờn cứu 24

2.2 Phương phỏp nghiờn cứu 24

2.2.1 Nghiờn cứu lý thuyết 24

2.2.2 Nghiờn cứu thực nghiệm 25

Chương III CƠ SỞ Lý THUYẾT 32

3.1 Máy để ép sản phẩm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi 32

3.2 Công nghệ mạ crôm 36

3.2.1 Những thông số ảnh hưởng 36

3.2.2 Kết luận 42

3.3 ứng dụng công nghệ mạ crôm phục hồi trục vít máy ép dầu thực vật kiểu vít xoắn 42

3.3.1 Các dung dịch mạ Crôm 42

3.3.2 Các loại lớp mạ Crôm 46

3.3.3 Anốt trong mạ crôm 47

3.3.4 Cấu tạo và tính chất lớp mạ Crôm cứng 48

3.4 Một số đặc điểm của mạ crôm 51

3.5 Tẩy bỏ lớp crôm cũ không đạt yêu cầu: 52

3.6 Một số công việc chính trong công nghệ mạ crôm, 53

3.6.1 Gia công cơ học 53

3.6.2.Tẩy dầu mỡ 54

3.6.3 Tẩy gỉ 57

3.6.4 Tẩy nhẹ 58

3.6.5 Rửa nước 58

3.6.6 Xử lý sau khi mạ 58

Chương IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 59

4.1 Lựa chọn sơ ủồ nguyờn lý mạ 59

4.3 Thớ nghiệm mạ kẽm trờn trục vớt 60

4.3.1 Thiết bị thớ nghiệm 60

4.3.2 Thớ nghiệm mạ kẽm trờn trục vớt 61

4.4 Xây dựng quy trình mạ crôm trục vít máy ép dầu 70

4.4.1 Xây dựng quy trình mạ crôm trục vít 70

4.4.3 Kiểm tra chất lượng lớp mạ bằng trực quan 73

kết luận và đề nghị 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.3.1 Bề dày lớp mạ crôm chi tiết, dụng cụ 49

Bảng 3.6.1 Tốc độ mài thích hợp 54

Bảng 3.6.2 Đặc điểm các phương pháp tẩy dầu điện hóa 55

Bảng 3.6.3 Thành phần và chế độ tẩy dầu điện hóa 56

Bảng 4.3.1 Bề dầy lớp mạ khi mạ lần 1(mẫu 1''-mạ khụng cú bảng chắn phi kim hay katốt phụ 64

Bảng 4.3.4 Tổng hợp kết quả mạ kẽm trờn trục vớt 70

Bảng 4.4.1: Quy trình mạ crôm trục vít 71

Bảng 4.4.2 Bề dầy lớp mạ crôm 72

Phần mở đầu

I Tính cấp thiết của đề tài

Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, độ cứng, chống gỉ, tính trơ hoá học v.v… có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ và độ tin cậy của chúng, vì qua nghiên cứu người ta thấy rằng hầu hết các chi tiết máy bị hư hỏng bắt đầu từ việc phá huỷ bề mặt ngoài (bị cào xước, bị mòn, biến dạng bề mặt và thay đổi kích thước, bị ăn mòn hoá học bề mặt v.v…) Trong các chi tiết máy chi tiết dạng trục được sử dụng rất rộng r>i và thường là những chi tiết chịu tải lớn

Mặt khác do nhu cầu làm việc của chi tiết máy, do nhu cầu sử dụng máy và thiết bị ngày càng nhiều, cùng với việc sử dụng các loại vật liệu kim loại hiếm vào chế tạo chi tiết máy đòi hỏi giá thành cao Từ đó mà việc tạo nên một lớp kim loại có độ bền cao trên bề mặt chi tiết làm bằng vật liệu thông thường là rất cần thiết

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, máy

và thiết bị cơ khí không ngừng được cải tiến để đáp ứng được các điều kiện

đòi hỏi có độ chính xác, năng xuất lao động cao, đi đôi với tuổi thọ và tính ổn

định cao trong quá trình làm việc Từ những yêu cầu trên, chất lượng chi tiết máy cần phải được cải thiện đặc biệt là lớp bề mặt ngoài Một trong những công nghệ nâng cao chất lượng bề mặt được ứng dụng khá hiệu quả đó là công nghệ mạ điện

Từ những yêu cầu thực tế trên, tôi đ> đi nghiên cứu và thực hiện đề tài:

"Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ điện cho chi tiết dạng trục"

Trong các lọai máy, máy sản xuất thực phẩm giữ một vị trí quan trọng,

đặc biệt với nước ta là nước nông nghiệp Hiện Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội có một máy ép dầu do Việt Nam sản xuất Trong máy này trục vít là mọt trong các chi tiết chính, chịu tải lớn có thể ứng dụng mạ để nâng cao độ bền

Công nghệ mạ crôm là một trong những công nghệ bề mặt tiên tiến Nó cho phép vừa phục hồi kích thước, vừa tạo được chất lượng bề mặt về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn v.v… Do đó nó được sử dụng rộng r>i trong nhiều ngành kinh tế như: đầu máy toa xe, hàng không, tàu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị điện tử, khai thác mỏ, nông nghiệp v.v… và đặc biệt trong lĩnh vực chế biến thuỷ hải sản ), ở nước ta việc sửa chữa phục hồi các chi tiết máy hỏng do mòn, đóng một vai trò quan trọng vì giảm được chi phí sản xuất Nhưng do yêu cầu của các chi tiết trong các máy và thiết bị sản xuất thực phẩm là tính chống ăn mòn, mài mòn cao Đó là một yêu cầu đặc biệt quan trọng vì các loại vật liệu dùng chế tạo chúng khi bị mài mòn, ăn mòn sẽ trộn lẫn vào sản phẩm làm cho thực phẩm bị nhiễm độc, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người hoặc trở nên vô dụng Trong công nghệ sửa chữa có nhiều phương pháp được sử dụng để phục hồi chi tiết máy hỏng như hàn đắp, mạ phun, mạ nhúng, mạ bằng

điện phân

Trong mạ bảo vệ thì mạ kẽm được ứng dụng rất rộng r>i

Vì những lý do trên đây đối tượng cụ thể của luận văn chúng tôi chọn là trục vít máy ép dầu Công nghệ mạ chúng tôi chọn là mạ crôm Ngoài ra do điều kiện tại Khoa Cơ - Điện mới chỉ có thiết bị mạ kẽm nên chúng tôi cũng tiến hành mạ kẽm trên mẫu trục vít (mặc dù điều kiện làm việc của trục vít không cho phép mạ kẽm) Kết quả làm cơ sở cho mạ crôm trục vít và mạ kẽm những chi tiết tương tự nếu điều kiện làm việc cho phép

Mục đích của đề tài: Xây dựng quy trình mạ crôm trục vít ép dầu

Để đạt được mục đích trên, nội dung cụ thể của đề tài gồm:

- Tìm hiểu điều kiện làm việc của trục vít;

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạ điện và một số đặc trưng của mạ crôm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ làm cơ sở xây dựng quy trình mạ trục vít

- Mạ và chạy thử để đánh giá chất lượng lớp mạ

Đề tài thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn công nghệ cơ khí, Khoa Cơ điện, Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội và Công ty TNHH kỹ thuật Hà nội

II Nội dung đề tài

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và các phụ lục luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 : Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

III ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

có tính chống ăn mòn cao

Máy chế biến cũng như các loại máy khác, trong quá trình làm việc sẽ

bị hư hỏng Để nâng cao hiệu quả sử dụng cần phải có đầy đủ chi tiết dự phòng, điều này càng quan trọng đối với các máy làm việc có tính thời vụ như máy chế biến Một trong các hướng để giải quyết có đầy đủ chi tiết dự phòng

là sử dụng chi tiết phục hồi Vấn đề này càng có ý nghĩa đối với các chi tiết nhập ngoại

Một trong các máy chế biến là máy ép dầu Hiện Khoa Cơ - Điện có một số loại máy ép dầu nhập ngoại và sản xuất trong nước Trong số đó có một máy ép dầu được chế tạo trong nước bị hỏng Qua khảo sát thấy rằng một trong các nguyên nhân máy bị hỏng là do trục vít, xi lanh bị gỉ dẫn đến kẹt 1.2 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy

Hồi phục chi tiết là một trong các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế của các xí nghiệp sửa chữa

Việc phục hồi chi tiết mỏy trong quỏ trỡnh sản xuất trong sửa chữa mỏy Khi khụng cú chi tiết mới thay thế cho cỏc chi tiết bị hỏng thỡ ủể bảo trỡ ủược cỏc thụng số kinh tế - kỹ thuật của mỏy phải sử dụng cỏc chi tiết phục hồi Cỏc chi tiết mới, chi tiết phục hồi cú thể ủược sản xuất trong nước hay nhập ngoại Chi tiết phục hồi thường rẻ hơn rất nhiều so với chi tiết mới (chỉ chiếm khoảng 35 ữ 60% giỏ mua chi tiết mới) Cỏc chi tiết càng phức tạp, càng ủắt

khi chế tạo mới và các chi tiết nhập ngoại thì nếu phục hồi ñược, hiệu quả kinh tế càng cao

Lý do chi tiết phục hồi rẻ hơn chi tiết mới gồm:

- Tiết kiệm ñược nguyên vật liệu vì lượng hao mòn của chi tiết thường rất nhỏ so với khối lượng của nó;

- Không phải mất công tạo phôi;

- Chi phí gia công chi tiết giảm do không phải gia công tất cả các bề mặt mà chỉ gia công những bề mặt có hư hỏng

Tuy vậy ñể các chi tiết phục hồi ñược khách hàng chấp nhận, rõ ràng chúng phải có chất lượng tốt

Có rất nhiều dạng hư hỏng của chi tiết máy Việc phân loại chúng dựa vào một số cơ sở Hiện có rất nhiều phương pháp phục hồi cho phép hồi phục ñược nhiều loại hư háng, thậm chí một loại hư hỏng có thể ñược hồi phục bằng nhiều phương pháp khác nhau

Hư hỏng của chi tiết có thể ñược chia thành ba nhóm: mòn; hư hỏng c¬ học và hư hỏng hoá nhiệt

Mòn là dạng hư hỏng hay gặp nhất Dựa vào mức ñộ mòn, mòn lại có thể chia thành ba nhóm: mòn ñều; mòn không ñều sinh ra ôvan, côn (ñây là loại thường gặp nhất ở các bề mặt làm việc và bề mặt chính của chi tiết.; các vết xước và sây sát nhỏ

Hư hỏng cơ học (cơ khí) gồm: các vết nứt, thủng, gãy, vỡ, uốn, xoắn, các vết xước và sây sát lớn

Hư hỏng hoá - nhiệt gồm: gỉ, rỗ do bị ăn mòn (hoá học và ñiện hoá), cháy, tạo cặn dầu, cặn nước, cong vênh (do giãn nở vì nhiệt)

Trên cơ sở phân loại hư hỏng như trên, các phương pháp phục hồi (loại

bỏ hư hỏng) ñược chia thành ba nhóm: loại bỏ mòn (hồi phục cặp lắp ghép); loại bỏ hư hỏng hoá - nhiệt và loại bỏ hư hỏng cơ học

Ta thấy một hư hỏng có thể ñược loại bỏ bằng nhiều phương pháp khác nhau ðể hồi phục hoàn toàn một chi tiết (khi chi tiết có nhiều loại hư hỏng) thường phải sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp phục hồi khác nhau Hiệu quả phục hồi chi tiết phụ thuộc ñáng kể vào phương pháp gia công chúng và lựa chọn phương pháp hay tổ hợp phương pháp phục hồi hợp lý

Việc chọn phương pháp phục hồi hợp lý trong một số trường hợp còn làm tăng chất lượng (tuổi thọ) của chi tiết phục hồi so với chi tiết mới

ðể xây dựng quy trình công nghệ phục hồi chi tiết máy cần quan tâm ñến những số liệu ban ñầu sau:

- Bản vẽ của chi tiết mới với các chỉ dẫn về kích thước, yêu cầu cấp chính xác gia công và ñộ nhám bề mặt; vị trí tương ñồi giữa các trục và bề mặt làm việc và các yêu cầu kỹ thuật khác;

- Vật liệu, ñộ cứng và dạng nhiệt luyện của chi tiết mới;

-Bản vẽ của chi tiết sửa chữa với các chỉ dẫn về phương pháp gia công

bề mặt và các phương pháp kiểm tra chuyên dùng (nếu chi tiết sửa chữa bằng phương pháp kích thước sửa chữa hay ghép thêm chi tiết phụ thì trên bản vẽ cần chỉ dẫn các thay ñổi tương ứng về kích thước và cÊu trúc;

- ðiều kiện phủ các kim loại khác nhau, ñảm bảo chi tiết phục hồi có các cơ - lý tính cần thiết;

- Bản vẽ cụm trong ñó có chi tiết sửa chữa;

- Biểu công nghệ của nhà máy chế tạo chi tiết mới;

- Các yêu cầu về thiết bị, catalog về dụng cụ cắt, ño, phụ trợ;

- ðịnh mức về thời gian cắt, thời gian phụ, thời gian chuẩn bị - kết thúc

và thời gian bổ sung

- Dung sai lắp ghép và lượng dư gia công

Loại bỏ mòn

(hồi phục cặp lắp ghép)

Loại bỏ hư hỏng hóa - nhiệt

HỒI PHỤC CHI TIẾT

(loại bỏ hư hỏng)

Loại bỏ hư hỏng

cơ học (cơ khí)

Sử dụng vật liệu của chính chi tiết

Ghép thêm chi tiết phụ

ðắp thêm vật liệu lên chi tiết

Sử dụng mối liên kết không tháo ñược

Kích thước

sửa chữa

Sử dụng mối liên kết tháo ñược

Hàn Dán ðinh

tán

Hình 1.2.1 Phân loại các phương pháp phục hồi chi tiết máy

ý nghĩa phục hồi chi tiết còn cho phép làm giảm nhu cầu trong sản xuất phụ tùng thay thế và ngoại tệ để mua phụ tùng

Dưới đây trình bày sơ lược về các phương pháp phục hồi

Gia công nguội: các công việc về nguội được sử dụng với tư cách là các công việc bổ sung hay hoàn thiện, người ta cũng sử dụng chúng khi chuẩn bị chi tiết để hồi phục bằng các phương pháp khác nhau Các công việc về nguội có: dũa khi tu sửa các phần bị g>y của chi tiết, khoan, doa, khoét lỗ, cắt ren,cạo, rà và mài nghiền

Gia công cơ khí: trong sửa chữa được sử dụng như là một phương pháp gia công độc lập hoặc phối hợp các phương pháp hồi phục khác trong quá trình chuẩn bị và gia công kết thúc bề mặt

Trong thực tế sản xuất người ta sử dụng các phương pháp hồi phục chi tiết bằng gia công cơ để hồi phục bề mặt bị hao mòn hay bị hư hỏng hoặc lắp thêm chi tiết phụ

Để hồi phục chi tiết người ta sử dụng rộng r>i các dạng gia công cơ như sau: tiện, khoan, doa, phay, mài, đánh bóng, mài nghiền

Biến dạng dẻo: hồi phục chi tiết bằng phương pháp biến dạng dẻo dựa trên khả năng thay đổi hình dáng và kích thước của kim loại nhưng không bị phá hỏng dưới tác dụng của tải trọng do biến dạng còn lại Khi biến dạng dẻo, thể tích của chi tiết không thay đổi còn kim loại thì dịch chuyển từ vùng này sang vùng khác Bằng phương pháp biến dạng dẻo có thể hồi phục hàng loạt chi tiết ở trạng thái nguội cũng như trạng thái nóng

Biến dạng còn lại ở chi tiết được hồi phục ở trạng thái nguội diễn ra do trượt các phần bên trong của hạt (tinh thể) kim loại

Để gia công chi tiết bằng áp lực ở trạng thái nguội cần sử dụng tải ngoài lớn Các lớp biến dạng của kim loại khi đó bị thay đổi các tính chất cơ lý: giảm độ dẻo, tăng giới hạn chảy, tăng độ cứng do biến cứng

Để hồi phục các chi tiết bằng áp lực ở trang thái nóng người ta đốt nóng

nó đến độ rèn.Lực biến dạng sẽ giảm đáng kể Biến dạng dẻo của kim loại diễn ra do trượt toàn bộ hạt kim loại

Đốt nóng chi tiết đưa đến làm thay đổi cấu trúc và cơ tính của kim loại Vì vậy sau khi hồi phục bằng áp lực ở trạng thái nóng các chi tiết quan trọng phải được gia công nhiệt

Hàn có hai loại hàn là hàn hơi và hàn hồ quang

Hàn hơi là trong kim loại nóng chảy nhờ nhiệt nhận được nhờ ngọn lửa của khí đốt Ngọn lửa dùng phổ biến để hàn và hàn đắp trong sửa chữa máy là ngọn lửa axêtylen- oxy và ít hơn nhiều là propan- butan, dầu hoả- oxy

Khi hàn hồ quang điện, kim loại của chi tiết bằng hồ quang phát sinh giữa thanh vật liệu que hàn và chi tiết Hàn hồ quang có thể sử dụng dòng điện một chiều hay dòng điện xoay chiều Hàn bằng dòng điện một chiều hồ quang cháy ổn định hơn (Q = 43%, t0 = 42000C) so với cực âm (Q = 36%, t0=

36000C) Nếu như cần tăng chiều sâu chảy của chi tiết khi hàn người ta tiến hành hàn ở trường thuận (nối chi tiết với cực dương) Các chi tiết có chiều dày nhỏ (để tránh cháy, thủng) cũng như các chi tiết thép cacbon trung bình và thép hợp kim cao để trong vùng chuyển tiếp không tạo các vết nứt tôi người ta hàn với chiều ngược (nối chi tiết với cực âm nguồn điện) Khi hàn bằng dòng

điện xoay chiều nhiệt toả ra giống nhau ở que hàn và ở chi tiết

Phương pháp đúc kim loại lỏng: một số phần của bộ phận di động của máy kéo xích, máy làm đất, máy đào đất và một số máy khác làm việc trong môi trường bột mài, bị mài mòn mạnh và mất một số kim loại đáng kể

Để hồi phục các chi tiết bị hao mòn lớn người ta dùng các phương pháp

có năng suất cao như: hàn đắp, lắp vành bánh, đệm…Tuy nhiên các phương pháp đó không phải lúc nào cũng có chất lượng và năng suất cao, các chi tiết mòn một phía hồi phục rất khó khăn hay nói chung là không có thể Vì vậy

các chi tiết như thế tốt hơn hết là hồi phục bằng đúc gang hay thép trong khuôn chế tạo đặc biệt (khuôn kim loại)

Trong thời gian giót giữa chi tiết và gang nóng chảy diễn ra các quá trình sau: gang làm nóng bề mặt chi tiết và làm mềm chúng cacbon trong gang nóng chảy khuyếch tán vào bề mặt nóng của chi tiết hồi phục Gang gần bề mặt mất một phần cacbon do khuyếch tán Grafit dạng tấm bị chia nhỏ và nó có cấu trúc nhỏ hạt hơn Giữa thép và gang có thể nhận thấy vùng chuyển tiếp Gang xung quanh chi tiết được hồi phục (cách độ 1mm) Biến thành kim loại gần với thép cùng tích, chuyển tiếp một cách đều đặn có cấu trúc hạt nhỏ mịn và cơ tính cao hơn Sau đó cấu trúc kim loại chuyển từ từ thành cấu trúc gang bình thường

Mạ điện là một trong những phương pháp được sử dung rộng r>i để phục hồi các chi tiết có hao mòn không lớn Trong quá trình mạ, chi tiết không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của kim loại chi tiết Lượng dư gia công rất nhỏ so với khi hàn Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào chế độ mạ và kim loại mạ và có thể đạt tới 1200MPa

Trong đó mạ được ứng dụng phổ biến nhất để phục hồi các chi tiết sau đó đến mạ đồng, mạ niken, mạ kẽm

Từ những trình bày trên đây thấy rằng các chi tiết của máy chế biến nói chung, trục vít của máy ép dầu nói riêng ngoài yêu cầu phải có cơ lý tính tốt còn phải đảm bảo không bị gỉ Mạ điện là một trong những phương pháp vừa

có khả năng tăng cơ lý tính của bề mặt chi tiết vừa có khả năng bảo vệ được kim loại khỏi ăn mòn Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này

để mạ các chi tiết máy luôn có ý nghĩa thực tiễn cao

1.3 Ứng dụng của mạ ủiện trong cơ khớ

dương anôt của nguồn ñiện trong dung dịch ñiện môi Cực dương của nguồn

ñiện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh ñiện các ion dương này sẽ di chuyển về cực

âm, tại ñây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình ớp kim loại bám trên bề mặt của vật ñược mạ ðộ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường ñộ dòng ñiện của nguồn và thời gian mạ.Ngành mạ ñiện ñược nhà hóa học ý Luigi V Brugnatelli khai sinh vào năm 1805 Ông ñã sử dụng thành quả của người ñồng nghiệp Alessandro Volta, pin Volta ñể tạo ra lớp phủ ñiện hóa ñầu tiên Phát minh của ông không có ứng dụng trong công nghiệp trong suốt

30 năm và chỉ ñược nghiên cứu trong các phòng thí ghiệm Năm 1839, hai nhà hóa học Anh và Nga khác ñộc lập nghiên cứu quá trình mạ kim loại ñồng cho những nút bản in Ngay sau ñó, John Wright, Birmingham, Anh sử dụng Kali xyanua dung dịch mạ vàng, bạc Vào thời kì này, ñó là dung dịch duy nhất có khả năng cho lớp mạ kim loại quý rất ñẹp Tiếp bước Wright, George Elkington và Henry Elkington ñã nhận ñược bằng sáng chế kĩ thuật mạ ñiện vào năm 1840 Hai năm sau ñó, ngành công nghiệp mạ ñiện tại Birmingham

ñã có sản phẩm mạ ñiện trên khắp thế giới Cùng với sự phát triển của khoa học ñiện hóa, cơ chế ñiện kết tủa lên bề mặt kim loại ngày càng ñược nghiên cứu và sáng tỏ Kĩ thuật mạ ñiện phi trang trí cũng ñược phát triển Lớp mạ kền, ñồng, kẽm, thiếc thương mại chất lượng tốt ñã trở nên phổ biến từ những năm 1850 Kể từ khi máy phát ñiện ñược phát minh từ cuối thế kỉ 19, ngành công nghiệp mạ ñiện ñã bước sang một kỷ nguyên mới Mật ñộ dòng ñiện tăng lên, năng suất lao ñộng tăng, quá trình mạ ñược tự ñộng hóa từ một phần ñến hoàn toàn Những dung dịch cùng với các phụ gia mới làm cho lớp mạ ñạt chất lượng tốt hơn Các lớp mạ ñược nghiên cứu phát triển ñể thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm ñẹp Kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành công kĩ thuật mạ crom cứng, mạ ña

lớp, mạ ủồng hợp kim mạ kền sunfamat Nhà vật lớ Mỹ Richard Feynman ủó

nghiờn cứu thành cụng cụng nghệ mạ lờn nền nhựa Hiện nay cụng nghệ này

ủó ủược ứng dụng rộng rói Kĩ thuật mạ hiện là một trong ba quỏ trỡnh trong

chu trỡnh LIGA - ủược sử dụng trong sản xuất robot ủiện tử siờu nhỏ

1.3.2 Điều kiện hình thành lớp mạ điện

Mạ điện là một quá trình điện phân Quá trình mạ điện được thực hiện

theo sơ đồ sau (hình 1.3.1 - dung dịch sắt sunfat):

* Trên anốt xẩy ra quá trình hoà tan kim loại

M - ne Mn+ (1.1)

nOH- - ne nH2O +nO2 (1.2)

Anốt thường là kim loại tan hoặc không tan khi mạ ở đó phản ứng anốt xẩy ra

chính là sự hoà tan nó thành ion M+ đi vào dung dịch

*Trên ca tốt cation Mn+ và H+ phóng điện thành nguyên tử kim loại kết

tủa trên vật mạ và khí H2 thoát ra

Mn+ + ne M ( 1.3)

Hn+ +ne H2

Mn+ có thể ở dạng iôn hydrat hoá

- Nếu khống chế các điều kiện điện phân như thế nào đó để cho hiệu

suất dòng điện của hai phản ứng (1.1) và (1.2) bằng nhau thì nồng độ ion Mn+

2 - dung dịch ủiện phõn;

3 - cực õm (katụt, chi tiết mạ);

4 -cực dương (anụt)

5 - nguồn ủiện

trong dung dịch sẽ luôn thay đổi Một số trường hợp phải dùng anốt trơ (không tan), nên ion kim loại được định kỳ bổ sung ở dạng muối vào dung dịch, lúc đó phản ứng chính trên anốt chỉ là giải phóng ôxy

- Để cho quá trình mạ được thành công phải: gia công đúng kĩ thuật cho catốt, chọn đúng vật liệu anốt, thành phần dung dịch mạ, mật độ dòng điện và các điều kiện điện phân khác

Khối lượng kim loại m điện kết tủa lên diện tích S có thể tính dựa theo định luật điện Faraday :

H- hiệu suất dòng điện (%)

C - đương lượng điện hoá của iôn kim loại mạ ( g/Ah)

- Một số kim loại cho nhiều ion hoá trị khác nhau nên có giá trị đương lượng tương ứng khác nhau Ví dụ đồng từ dung dịch axit, tồn tại ở dạng muối đơn, ion đồng có giá trị +2, nên C tương ứng là 1,186 g/Ah, trong khi

đồng từ dung dịch Xyanua kiềm, tồn tại ở dạng muối phức, ion đồng có hoá trị +1, nên C tương ứng là 2,372 g/Ah.Vì vậy cùng một lượng điện được dùng cho phản ứng kết tủa thì ion kim loại nào có trạng thái oxi hoá thấp hơn sẽ mạ nhanh hơn

- Hiệu suất dòng điện H phụ thuộc rất nhiều vào từng loại dung dịch mạ

Đa số dung dịch mạ có 0,9 <H <1 Riêng mạ crôm từ dung dịch CrO3 cho H rất thấp, thường là 0,005 < H < 0,2 Phản ứng phụ hay gặp nhiều nhất trên catốt là do sự phóng điện của ion H +để giải phóng hyđro

- Chất lượng của lớp mạ phụ thuộc đồng thời và tổng hợp vào nhiều yếu

tố như : nồng độ dung dịch và tạp chất, các phụ gia bóng, san bằng, thấm ướt,

độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anốt, của bể mạ,

và chế độ thuỷ động của dung dịch… Vì vậy muốn điều khiển chất lượng lớp mạ phải khống chế đồng thời cả dung dịch mạ lẫn cách thức mạ, trong dải đó

sẽ cho lớp mạ đạt chất lượng tốt: bóng, không gai nhám, cấu trúc đồng

đều….Để đánh giá một dung dịch mạ tốt xấu đến đâu phải làm thí nghiệm so sánh trong những bình thử quy định sẵn, thông dụng nhất là bình Hull

- Một số yêu cầu quan trọng là lớp mạ phải đồng đều trên toàn bộ chi tiết Vì vậy yêu cầu phải đảm bảo mật độ dòng điện bằng nhau trên toàn bộ bề mặt của chi tiết Có thể sử dụng các phương pháp sau để làm đồng đều mật độ dòng điện:

+ Dùng anốt phụ (bằng titan, titan mạ bạch kim, kim loại mạ…) có hình dạng đặc biệt, đặt vào dung dịch tại các vị trí thích hợp để tăng mật độ dòng

điện cực bộ trên catốt ở những điểm vốn có mật độ dòng điện rất thấp (khe, hốc, lỗ …)

+ Chỗ có xu hướng mạ đắp quá dày hoặc mật độ dòng điện quá cao (cháy) cần phải đặt thêm các catốt phụ (catot giả) hay đặt các tấm chắn cách

điện để bố trí lại đường điện đi trong dung dịch

+ Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, hợp chất chứa ion kim loại sẽ kết tủa thành lớp mạ,

+ Catốt dẫn điện, chính là vật cần được mạ

+ Anốt dẫn điện, có thể tan hoặc không tan

+ Bể chứa bằng thép, thép lót cao su, polyprotylen, polyvinyclorua, chịu

được dung dịch mạ

+ Nguồn điện một chiều, thường dùng máy chỉnh lưu dòng điện xoay chiều Những điều này phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và sự khéo léo của người thợ

1.3.3 Cơ chế tạo thành lớp mạ điện

a) Điều kiện xuất hiện tinh thể

Lớp mạ điện có cấu trúc tinh thể rất điển hình, vì thế trong quá trình khử catôt các kim loại được gọi là quá trình điện kết tủa mà trong thực tế gọi là mạ điện Lớp mạ có tinh thể càng mịn xếp chặt xít thì chất lượng càng cao

Quá trình kết tinh từ dung dịch được quyết định bởi 2 yếu tố chính : tốc độ tạo mầm tinh thể và tốc độ phất triển các mầm ấy Tốc độ tạo mầm lớn thì tinh thể nhỏ mịn và chặt sít Tốc độ tạo mầm chậm thì tinh thể sẽ thô, to và xốp

b) Quá trình hình thành tinh thể và tổ chức tinh thể

+ Giai đoạn 1: Sự dịch chuyển các ion kim loại đến bề mặt catốt, chế

độ và cường độ khuấy và dạng catốt ảnh hưởng tới quá trình hình thành một lớp tinh thể kim loại đồng đều tại bề mặt phân cách giữa catốt và dung dịch

điện phân

+ Giai đoạn 2: Các ion kim loại va chạm vào catốt tham ra phản ứng

điện hoá trở thành tinh thể bám lại vì năng lượng động học vừa bằng năng lượng hấp thụ của kim loại khi va chạm Do nhám bề mặt kim loại mạ trên catốt

+ Giai đoạn 3: Khi này ion gần mặt phân cách giữa dung dịch và catốt

bị giảm đi do đó sự kết tinh kim loại vào bề mặt catốt cũng giảm Vì vậy sự lựa chọn hình dáng của catốt, vị trí, điện thế và các cầu nối ion rất quan trọng Catốt thay đổi từ vị trí thẳng đứng sang vị trí nằm ngang, nghiêng catốt đi một góc 50 cũng làm tăng mức độ kết tinh của kim loại Chế độ khuấy, kích thước hạt tinh thể, bản chất kim loại mạ và vị trí của catốt ảnh hưởng lớn đến chất lượng lớp mạ

1.3.4.Thành phần dung dịch mạ

Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ ,chiều dày tối đa, mặt hàng mạ…) và chất lượng mạ, cho nên phải dùng loại dung dịch do h>ng chuyên sản xuất và cung cấp vật tư riêng cho ngành mạ mới đảm bảo

được yêu cầu trên Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện) và các chất phụ gia nhằm đảm bảo thu

được lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muốn Dưới đây sẽ xem xét vai trò của từng chất

b) Dung dịch muối phức

Ion phức được hình thành ngay trong lúc pha chế dung dịch từ các cấu tử ban

đầu Lúc đó ion kim loại kết hợp với chất tạo phức thành các ion phức Ion kim loại mạ là ion trung tâm trong nội cầu phức, hoạt độ của nó giảm đi rất nhiều so với khi nó ở trạng thái tự do, do đó điện thế tiêu chuẩn chuyển về phía âm nhiều hơn Mặt khác khi phân cực catot (tăng Dc lên) thì trong lớp dung dịch gần catot: nồng độ ion phóng điện sẽ nghèo đi đồng thời chất tạo phức tăng lên làm cho ion phức càng khó phân ly Do đó phân cực catot tăng lên và độ phân cực tăng nhanh theo sự tăng của mật độ dòng điện Dc

Kết quả của hai hiện tượng tăng phân cực và thoát hydro khi tăng Dc mà tốc

độ mạ ở chỗ có mật độ dòng điện cao hơn trở nên gần với tốc độ mạ ở chỗ có mật độ dòng điện thấp Nhờ đó mạ lớp mạ trở nên dày và đồng đều hơn ở mọi chỗ

c) Chất dẫn điện

Nhiều chất dẫn điện được đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng tốc độ dẫn điện cho chúng Các chất này có thể kiêm thêm vai trò chất đệm, khống chế pH luôn ổn định, cho dù hydro hay oxi thoát ra có làm thay đổi độ axit ở sát các điện cực đi nữa Vì thế độ pH lớn quá, hydroxit kim loại sẽ kết tủa, lẫn vào lớp mạ Điều này đặc biệt khó khăn cho các trường hợp mạ các kim loại có tính xúc tác thoát hydro và dễ bị thuỷ phân (như Ni chẳng hạn)

Điều đó giải thích tại sao trong dung dịch mạ Niken có chứa axit boric Khi dung dịch có độ pH > 2 thì hầu như hydro rất khó thoát ra nên hiện tượng giòn Hydro hoặc sinh cac hydrua sẽ giảm đi rất nhiều

d) Chất tạo phức

Dùng phức chất để đảm bảo cho hiệu điện thế kết tủa trở nên âm hơn nhằm tránh hiện tượng tự xảy ra phản ứng hoá học giữa catốt và ion kim loại mạ, như trường hợp mạ đồng lên sắt thép :

Cu2+ + Fe Cu + Fe2+ (1.7)

Phản ứng này cho lớp mạ Cu rất xấu, vừa xốp vừa dễ bong Nếu cho chất tạo phức vào để làm cho điện thế oxy hoá - khử của đồng trở nên mạnh hơn của sắt thì khả năng nhiệt động xảy ra ở phản ứng (1.7) không còn nữa Phức chất dùng để thay thế cũng được dùng để thay đổi độ nghiêng Tafel của phản ứng khử kim loại nhằm cải thiện khả năng phân bố cho dung dịch mạ Chất tạo phức thông dụng nhất trong công nghệ mạ điện là các ion xyanua, hydro và sunfamat Chất tạo phức có vai trò làm hoà tan vì chúng ngăn cản

được sự thụ động anốt

đ) Phụ gia hữu cơ

Nhiều loại chất hữu cơ được cho vào bể mạ với nồng độ tương đối thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái và tính chất của kết tủa catốt Lựa chọn chất nào và cách thức sử dụng ra sao phần lớn dựa vào thực nghiệm Chính bản thân chất hữu cơ này hay sản phẩm của phản ứng điện cực của chúng đ>

có những tác động nói trên Đó là điều không dễ dàng trả lời một cách rành rọt cho mọi trường hợp.Tuy nhiên vẫn có thể khái quát những điều có liên quan đến việc sử dụng phụ gia này như sau: Các chất hữu cơ thường dùng có khả năng hấp thụ lên bề mặt catot, và có trường hợp chất hữu cơ bị giữ lại trong kết tủa, đặc biệt là khi mạ các kim loại có năng lượng bề mặt lớn (điểm nóng chảy cao) Nhiều chất cũng làm tăng quá điện thế kết tủa và thay đổi độ nghiêng Tafel Điều này có thể là do cần phải chuyển điện tử qua lớp hấp thụ hoặc do sự hình thành phức chất trên bề mặt điện cực

Một chất phụ gia tuy có thể ảnh hưởng đến nhiều tính chất của lớp mạ nhưng dung dịch vẫn thường dùng đồng thời nhiều phụ gia vì cần đến tác dụng tổng hợp của chúng Các phụ gia này thường được phân loại như sau :

- Chất bóng: chất bóng thường được dùng với liều lượng lớn (vài ba g/l)

và có thể lẫn vào lớp mạ khá nhiều Chúng cho lớp mạ nhẵn, mịn

- Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi khá rộng Nguyên nhân là chúng hấp thụ lên những điểm có tác độ mạ lớn làm giảm tốc độ ở đó xuống Vậy là các phụ gia này đ> ưu tiên hấp thụ lên các

điểm lệch là chỗ có năng lượng tự do lớn hơn và lên các đỉnh lồi là chỗ có tốc

độ khuếch tán lớn các phụ gia lên đó, các phụ gia hấp thụ này sẽ làm giảm tốc

độ chuyển dịch điện tử Trong thực tế, nhiều phụ gia có cả tác dụng của chất bóng và chất san bằng

- Các biến đổi cấu trúc: Các phụ gia này làm thay đổi các cấu trúc lớp mạ và thậm chí có thể ưu tiên định hướng tinh thể hay ưu tiên sinh ra kiểu mạng tinh thể nào đó Một số chất được dùng để tạo ra các tính chất đặc biệt cho lớp mạ (ứng xuất là do mạng tinh thể bị xô lệch) nên được gọi là chất giảm ứng xuất

- Chất thấm ướt: Phản ứng phụ thường gặp trên catôt là 2H+ + 2e = H

2-Nếu bọt khí hyđrô thoát ra bám lâu trên bề mặt catốt sẽ cản trở quá trình mạ ở chân, bọt sẽ gây rỗ, châm kim và giòn hydro do chúng thấm vào kim loại

Chất này được cho vào để thúc đẩy tạo các bọt khí, bọt hydro mau chóng tách khỏi bề mặt điện cực Chất thấm ướt hay dùng là ankylsunfat, rượu êtylic

e) Chất chống thụ động

Đa số quá trình mạ đều dùng anôt hoà tan để giữ nồng độ kim loại mạ trong dung dịch không bị nghèo đi do chúng đ> giải phóng trên catôt Hiện tượng bất lợi hay gặp là anôt bị thụ động, khi đó trên bề mặt anốt bị phủ một lớp muối, lớp hyđrô xyt, hoặc ô xit khó tan Lớp này che kín một phần hay toàn bộ bề mặt anôt làm cho diện tích hoạt động của anốt bị thu hẹp , phân cực anốt tăng lên, dẫn đến thoát oxy trên anôt làm cho anôt thụ động trầm trọng hơn Để khắc phục cho vào dung dịch mạ chất chống thụ động anôt Các chất này có chứa ion CL- nếu mạ

Ni, mạ Cu dùng chất chứa ion CN-

sẽ khác nhau, làm cho sự phân bố mật độ dòng điện trên catôt không đồng đều

Có nhiều nguyên nhân đưa đến dòng điện không đều trên điện cực mà trước tiên

là do quy luật dòng điện ưu tiên đi theo đường nào có điện trở nhỏ nhất chi phối (hình 1.3.2)

Từ hình vẽ cho thấy dòng điện đi trong dung dịch từ cực dương sang cực âm theo

đường sức ngắn nhất có thể được Do đó mật độ đường sức hẳn sẽ tập trung vào các góc lồi, cạnh của catôt làm cho mật độ dòng điện cục bộ ở đó lớn hơn

Trong đó: δ - chiều dày trung bình của lớp mạ ( mà )

γ - trọng lượng riêng của kim loại mạ ( g/cm3)

Dc - mật độ dòng điện ( A/dm2)

t - thời gian mạ (h)

C - đương lượng điện hoá kim loại mạ (g/Ah)

H - hiệu suất dòng điện (%)

Tuy nhiên chiều dày lớp mạ δ phụ thuộc vào mật độ dòng điện Dc và hiệu suất dòng điện H Phân bố kim loại mạ phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của chi tiết cần mạ, độ dẫn điện của dung dịch, sự đối lưu của dung dịch

Những yếu tố quyết định khả năng phân bố của một dung dịch mạ là:

Hỡnh 1.3.2: Sơ ủồ phõn bố ủường sức và dũng ủiện

- Độ dẫn điện của dung dịch: điện thế rơi DR gây ra sự khác nhau về

điện thế trên mặt catốt có hình thức phức tạp, nếu độ dẫn điện cao thì DR sẽ

bé, do tác động điện kết tủa trở nên đồng đều hơn tại mọi thời điểm

- Độ nghiêng Tafel của phản ứng kết tủa: cho ta thấy có sự thay đổi điện thế thì tốc độ mạ sẽ thay đổi ít hơn ở quá trình mạ có độ nghiêng Tafel lớn Thực nghiệm cho thấy dung dịch phức và dung dịch có phụ gia hấp thụ lên catốt cho độ nghiêng Tafel lớn hơn (E/logD lớn hơn) Nhiều chất san bằng, chất bóng có tác dụng làm cho lớp mạ dày đều trong phạm vi nhỏ (vi mô)

- Sự cạnh tranh của các phản ứng điện cực: Tuy việc thoát khí Hydro có gây ra nhiều phiền toái nhưng điều đó lại làm tăng khả năng phân bố Khi mạ cho thấy hydro chỉ thoát ra ở những điểm nào trên trên bề mặt catốt có hiệu

điện thế cao Do Hydro thoát ra nên đ> tiêu tốn một phần dòng điện lẽ ra là để thoát kim loại: kết quả là lớp mạ trở nên dày và đều hơn

Vậy các thông số chính ảnh hưởng tới khả năng phân bố là thành phần dung dịch (nồng độ trong dung dịch, chất tạo phức, pH, phụ gia) nhiệt độ và mật độ dòng điện

Về nguyên tắc nên chọn dung dịch có hiệu suất dòng điện cao và thiết

kế bể mạ sao cho điện thế yêu cầu là nhỏ nhất Tuy nhiên trong kỹ thuật mạ

điện năng lượng điện dùng cho điện phân thường nhỏ hơn năng lượng dùng để

đun nóng, để chạy các môtơ, để chuẩn bị các bề mặt lúc đầu…rất nhiều Để mạ dày 10àm cho 10cm2 chỉ cần một điện lượng là 1- 10 C (tức là 0,28.10-3

Ah) Vì vậy hiệu suất dòng điện không quan trọng như nhiều công nghệ điện phân khác Nhưng chất lượng lớp mạ phải được đặt lên hàng đầu cho dù có tốn kém và mất nhiều công

Mạ điện nhiều khi phải dùng đến các dung dịch kim loại nặng, kim loại chuyển tiếp có nồng độ cao, các hợp chất Xyanua…Để bảo vệ môi trường nên

cố gắng hạn chế sử dụng các dung dịch quá độc hại, mặt khác các xưởng mạ phải có bộ phận để xử lý nước thải để thu lại các ion kim loại và các chất độc

hại trước khi thải ra môi trường chung hoặc tái sử dụng Xu hướng công nghiệp hiện nay là tìm ra cách thu hồi triệt để kim loại về lâu dài cần loại bỏ việc dùng chung hoá chất rất độc hại như Cr 6+, Cd kim loại và ion xyanua, kể cả một số phụ gia hữu ích có tính độc hại cũng như vậy

1.3.6 Yêu cầu kỹ thuật lớp mạ

Mạ điện là dùng phương pháp điện phân để kết tủa của các tinh thể kim loại trên bề mặt chi tiết, để chống ăn mòn, mài mòn, tăng tính dẫn điện, tăng độ cứng bề mặt Trong mạ điện yếu tố quan trọng nhất là chất lượng lớp mạ.Vì vậy thành phần dung dịch, điều kiện điện phân, bề mặt chi tiết đóng vai trò quan trọng tạo nên lớp mạ có tính chất sau

- Bám chắc vào kim loại nền, không bong

1.3.7 Một số biện pháp nhằm nâng cao độ đồng đều lớp mạ

Trờn thực tế lớp mạ thường khụng ủồng ủều do sự phõn bố mật ủộ dũng ủiện trờn bề mặt chi tiết mạ khụng ủều ðối với cỏc chi tiết cú hỡnh dạng phức tạp (nhiều chỗ lồi, lừm) sự phõn bố này lại càng khụng ủều hơn

Lớp mạ ủều cú ý nghĩa rất lớn trong việc giảm thời gian mạ cũng như giảm chi phớ cho mạ

Trờn thực tế sử dụng một số biện phỏp như (hỡnh 1.3.3.): dựng anụt phụ; dựng katụt phụ; dựng bảng chắn phi kim; dựng anụt lặp lại hỡnh dỏng của

chi tiết Ngoài ra cú thể tăng khoảng cỏch giữa anụt và katụt (chi tiết); bố trớ hợp lý khoảng cỏch giữa thành bể và cỏc ủiện cực

Nguyờn nhõn của sự khụng ủồng ủều lớp mạ là do sự phõn bố mật ủộ

dũng ủiện trờn bề mặt chi tiết

1.4 Mục đích và nội dung nghiên cứu

Trên cơ sở những trình bày ở trên mục đích của đề tài là: Xây dựng quy trình mạ crôm trục vít ép dầu

Để đạt được mục đích trên, nội dung cụ thể của đề tài gồm:

- Tìm hiểu điều kiện làm việc của trục vít;

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạ điện và một số đặc trưng của mạ crôm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng lớp mạ làm cơ sở xây dựng quy trình mạ trục vít

- Mạ và chạy thử để đánh giá chất lượng lớp mạ

Chương II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng chung nhất là máy chế biến thực phẩm và công nghệ mạ ñiện

ðối tượng cụ thể của luận văn là trục vít máy ép dầu của Khoa ðiện, Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội và công nghệ mạ kẽm, công nghệ

Cơ-mạ crôm Kết quả có thể làm cơ sở ñể nghiên cứu cho các loại chi tiết khác, công nghệ mạ khác

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm trong ñó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết ñề cập ñến ba vấn ñề:

1 Máy ñể ép sản phẩm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi

2 Công nghệ mạ crôm

3 Ứng dụng công nghệ mạ crôm mạ trục vít máy ép dầu

ðể thiết kế, chế tạo chi tiết máy cần phải hiểu rõ ñiều kiện làm việc của

nó Chính vì vậy ñể ứng dụng mạ crôm lên trục vít cần phải hiểu rõ ñiều kiện làm việc của chi tiết này Phần nghiên cứu lý thuyết ñề cập ñến sơ ñồ nguyên

lý của máy ép sản phẩm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi làm cơ sở ñể nghiên cứu kỹ hơn về máy ép dầu của Khoa Cơ - ðiện, Trường ðại học Nông nghiệp

Hà Nội Từ ñiều kiện làm việc của trục vít máy ép dầu, và khả năng của công nghệ mạ crôm ñể khẳng ñịnh tính khả thi của việc ứng dụng mạ côm ñể phục hồi cũng như chế tạo mới trục vít máy ép dầu nói riêng cũng như các chi tiết tương tự khác

ðể ứng dụng ủược cụng nghệ mạ crụm cần phải hiểu rừ về cụng nghệ này Phần 2 và 3 của phần nghiờn cứu lý thuyết ủề cập ủến những vấn ủề liờn quan ủến cụng nghệ mạ crụm Kết quả nghiờn cứu lý thuyết ủịnh hướng cho việc nghiờn cứu thực nghiệm sau này ủồng thời cũng làm cơ sở ủể ủỏnh giỏ

ủộ tin cậy của kết quả nghiờn cứu thực nghiệm

2.2.2 Nghiờn cứu thực nghiệm

Trục vớt trong cụng nghệ mạ cú thể ủược coi là một trong cỏc chi tiết cú

hỡnh dỏng phức tạp, ủộ ủồng ủều lớp mạ sẽ khụng cao

Các phương pháp kiểm tra lớp mạ

Có rất nhiều phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng lớp mạ: kiểm tra

bề mặt ngoài lớp mạ, kiểm tra độ bám chắc của lớp mạ lên lớp nền, kiểm tra

độ dày lớp mạ, kiểm tra độ bền ăn mòn, kiểm tra dung dịch mạ

a - Kiểm tra bề mặt ngoài lớp mạ

Trong các phương pháp kiểm tra thì phương pháp kiểm tra bề mặt ngoài lớp mạ thường được sử dụng nhất Phương pháp này đơn giản, có thể dùng mắt

để kiểm tra và phân loại Chỉ có thể phân loại thành 3 loại: đạt chất lượng, phải làm lại và loại phế phẩm

Chi tiết đạt chất lượng là loại chi tiết có bề mặt ngoài không có châm kim, điểm bong, gẫy, rỗ tối Lớp mạ phải bóng, đẹp, có màu sắc phù hợp Tuỳ theo yêu cầu mà có những quy định về chất lượng lớp mạ Đối với chi tiết trang sức, chọn những chi tiết có bề mặt ngoài đẹp, bóng Khi chọn những chi tiết bảo vệ chọn những chi tiết có tính năng chống gỉ phù hợp với yêu cầu

Những chi tiết phải làm lại là những chi tiết có bề mặt lớp mạ không đạt yêu cầu, phải tẩy lớp mạ hỏng và mạ lại và loại không phải tẩy lớp mạ nhưng phải gia công tiếp những nguyên công sau mạ như đánh bóng

Những chi tiết phế phẩm là những chi tiết bị ăn mòn quá nhiều, chi tiết

bị khuyết tật về cơ khí mà trước khi mạ không phát hiện ra

b - Kiểm tra độ bám chắc của lớp mạ

Độ bám của lớp mạ không tốt chủ yếu do khâu chuẩn bị bề mặt không tốt Ngoài ra độ gắn bám còn phụ thuộc vào thành phần dung dịch, chế độ làm việc, hệ số gi>n nở vì nhiệt của kim loại nền và kim loại mạ

Để kiểm tra độ bám chắc của kim loại mạ lên kim loại nền người ta sử dụng các phương pháp sau :

+ Uốn cong chi tiết mà lớp mạ không bị bong là đạt yêu cầu Thí nghiệm này được tiến hành kiểm tra những chi tiết dạng tấm và những dây kim loại

+ Mẫu mạ được kẹp trên êtô, dùng dũa dũa đi cạnh lớp mạ, cho đến khi tạo thành góc 450 với bề mặt lớp mạ, kim loại nền lộ ra mà lớp mạ không bị bong

+ Dùng dao nhỏ vạch ngang, dọc trên bề mặt chi tiết cho tới khi tới kim loại nền, số lần vạch cự ly vạch không hạn chế, quan sát lớp mạ không có hiện tượng bong

+ Chi tiết mạ được đưa vào lò nung, gia nhiệt trong thời gian 0,5 – 1 giờ, sau đó làm nguội trong không khí hoặc ở nhiệt độ thường, lớp mạ không

bị bong ra và không bị rộp

+ Thử độ gắn bám bằng cách chà sát, dũa…

c - Kiểm tra độ dày lớp mạ

Độ dày là nhân tố quan trọng để đánh giá chất lượng lớp mạ, độ dày

ảnh hưởng rất lớn đến độ bền sử dụng Có hai phương pháp để đo độ dày của lớp mạ: phương pháp vật lý và phương pháp hoá học

Phương pháp hoá học bao gồm những phương pháp như: phương pháp dòng chảy, phương pháp hoà tan, phương pháp nhỏ giọt, và phương pháp điện lượng

Phương pháp vật lý bao gồm: phương pháp trọng lượng, phương pháp

đo trên máy, phương pháp kim cương

+ Phương pháp đo dòng chảy: một phần nhỏ lớp mạ trên chi tiết, dưới tác dụng của dung dịch chảy với tốc độ nhất định bị hoà tan Quan sát trực tiếp bằng mắt, khi lớp mạ hoà tan hết màu sắc kim loại bị thay đổi độ dày lớp mạ được tính toán bởi thời gian hoà tan lớp mạ trên bộ phận cần kiểm tra của chi tiết

+ Phương pháp nhỏ giọt: nhỏ từng giọt dung dịch lên bề mặt lớp mạ trong thời gian một phút, sau đó lấy giấy thấm thấm dung dịch đi Nhỏ giọt thứ hai, để dung dịch trong một phút sau đó thấm cho đến khi lộ kim loại nền hoặc lớp mạ trong

Độ dày lớp mạ được tính theo công thức:

h = (n- 0,5)hX Trong đó: h - độ dày lớp mạ

n - số giọt dung dịch

hX: độ dày lớp mạ bị một giọt dung dịch hoà tan(phụ thuộc vào nhiệt độ)

+ Dùng máy đo độ dày: dùng máy đo độ dày cho ta kết quả nhanh, thuận tiện, không phá huỷ vật chất

d - Kiểm tra độ xốp lớp mạ

Số lỗ lớn nhỏ từ bề mặt lớp mạ đến kim loại nền gọi là lỗ xốp Số lượng

lỗ xốp ảnh hưởng đến tính năng bảo vệ của lớp mạ, do vậy nó là chỉ tiêu quan trọng đánh gía chất lượng lớp mạ

Có nhiều phương pháp đo độ xốp lớp mạ: phương pháp quét lên lớp cao hoặc phương pháp ngâm, phương pháp dán giấy lọc

như ăn mòn trong khí quyển, nó trực tiếp ăn mòn trong dung dịch hoá học hay khí công nghiệp hoá học

Trong những phương pháp kiểm tra độ bền ăn mòn thì phương pháp kiểm tra độ bền ăn mòn bằng phương pháp phun nước muối là được rộng r>i nhất Phương pháp này dùng để kiểm tra chất lượng lớp mạ bảo vệ như kẽm, cađimi và các lớp mạ trang sức

- Lượng nước muối khống chế trong khoảng 1 – 2 ml/giờ/ 80cm2

- Đường kính hạt sương muối 1 – 5 àm chiếm trên 85%

Đánh giá độ bền ăn mòn khi phun nước muối:

Loại tốt: độ bóng không hề thay đổi, lớp mạ kim loại nền không bị ăn mòn Loại đạt: màu tốt, lớp màng có màng oxy hoá, đồng đều hoặc không

đồng đều Diện tích ăn mòn lớp mạ nhỏ hơn 3%

Loại không đạt: diện tích ăn mòn lớn hơn 3% Kim loại nền có điểm gỉ

f - Phương pháp Hull kiểm tra chất lượng dung dịch lớp mạ

Phương pháp Hull là một phương pháp tổng hợp để đánh giá chất lượng lớp mạ và cách thức mạ Sử dụng phương pháp hull cho ta kết quả nhanh, tổng hợp và đồng thời nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ: nồng độ dung dịch, mật độ dòng điện, các chất phụ gia, tạp chất, pH, nhiệt độ Với thời gian ngắn Đặc biệt bình Hull có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ nên có thể tiến hành ngay tại nơi sản xuất, nên điều kiện thí nghiệm giống điều kiện trong thực tế sản xuất

Do vậy mà kết quả thí nghiệm phản ánh rất rõ và đúng với thực tế sản xuất, giúp cho người sản xuất có thể nhanh chóng khắc phục được những sự

cố xảy ra trong bể mạ Những ưu điểm này giúp cho thí nghiệm Hull được sử dụng rất rộng r>i trong công nghệ mạ

Kích thước bể Hull có nhiều dạng nhưng nói chung bể Hull là loại thí nghiệm có thể tích nhỏ, thao tác đơn giản Nó có thể đánh giá phạm vi mật

độ dòng điện cho phép và những điều kiện công nghệ khác (như nhiệt độ, giá trị pH, …) để được lớp mạ tốt, nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch và chất phụ gia, phân tích nguyên nhân xảy ra sự cố v.v… Vì vậy, nó

được sử dụng rất rộng r>i

Catot nghiêng trong bình hull cho phép làm thay đổi mật độ dòng điện

từ nhỏ đến lớn ngay trên 1 catot trong một lần thí nghiệm Dòng điện không

đổi 1 vào bình lấy trong khoảng từ 2 đến 5 A, riêng với mạ crôm và các quá trình mạ nhanh dùng 5 - 10 A Mật độ dòng điện cục bộ Dx (mA/cm2) tại điểm

x (tính từ đầu a gần anot nhất) của catot được xác định theo công thức:

Dx = 10.I.(a – b.log10x)

Sâu 70 cm

Hình 2.2.1 Cấu tạo bình Hull Trong đó a và b là các hằng số bình

Phương pháp Hull ngay lập tức cho chúng ta biết được giải mật độ dòng

điện thích hợp của dung dịch

Mật độ dòng điện tại những điểm gần anot thì càng lớn, mật độ dòng

điện tại những điểm càng xa anot thì càng nhỏ

Trong luận văn này chỉ hạn chế nghiên cứu khả năng ứng dụng bảng chắn phi kim và ứng dụng katốt phụ để nâng cao độ đồng đều của lớp mạ

Bề mặt ngoài của lớp mạ được đánh giá bằng trực quan

Độ bám lớp mạ: Ngay sau khi mạ dùng dũa để thử sau đó lắp chi tiết vào máy để chạy sau đó tháo ra và kiểm tra xem có chỗ nào bị bong không

48cm

128cm

Catot Anot

Hình 2.2.2 Máy đo chiều dầy lớp phủ

Độ đồng đều của lớp mạ đ−ợc đáng giá nh− sau: Sử dụng máy đo chiều dầy lớp phủ của Bộ môn Công nghệ cơ khí (hình 2.2.2) để đo chiều dầy lớp mạ Chiều dầy lớp mạ đ−ợc đo ở nhiều điểm trên trục vít mạ Sơ đồ các điểm

đo cho ở hình 2.2.3 Cách ủo: Vị trí ủo gồm 17 mặt cắt ngang (từ 1; 2; 23; ; 9; 10) và 4 ủường sinh (M1; M2; M3; M4) Mỗi điểm đo,

đo ba lần sau đó lấy giá trị trung bình và ghi vào bảng

Để đánh giá độ đồng đều lớp mạ chúng tôi sử dụng hai hệ số: K(hệ số

đồng đều dựa vào lớp mạ dầy nhất và nhỏ nhất) và KTB (hệ số đồng đều dựa vào lớp mạ nhỏ nhất và chiều dầy lớp mạ trung bình) Các hệ số đ−ợc xác định nh− sau:

max

min

;

h K h

=

max ;

TB

h K h

=

;

N i i TB

h h

- hmax, hmin - chiều dầy lớp mạ lớn nhất và nhỏ nhất, àm;

- hTB - chiều dầy lớp mạ trung bình,àm

1

3

2 4

Hình 2.2.3 Sơ đồ đo bề dầy lớp mạ

Chương III

CƠ SỞ Lí THUYẾT

Đối với máy để sản xuất thực phẩm, khi thiết kế, chế tạo và sử dụng chúng ngoài những yêu cầu chung (độ cứng, sức bền, độ bền rung động) còn phảI đáp ứng những yêu cầu trong đó có yêu cầu: Tính chống mòn cao của các bộ phận làm việc của máy và thiết bị sản xuất thực phẩm Đó là một yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với thiết bị, vì các vật liệu dùng chế tạo máy khi pha lẫn vào sản phẩm có thể làm cho thực phẩm và thức ăn gia súc trở thành vô dụng Vì lý do này vật liệu chế tạo máy chế biến vừa phải

đảm bảo tính chống mài mòn còn phải đảm bảo tính chống ăn mòn Một trong những công nghệ đảm bảo được yêu cầu này đó là mạ crôm

Có rất nhiều loại máy sản xuất thực phẩm trong đó máy để ép thực phẩm và thức ăn chăn nuôi giữ một vị trí rất quan trọng, nhất là đối với nước ta là một nước nông nghiệp

Để có cơ sở đạt được mục đích của đề tài, chương này đề cập sơ lược

đến máy để ép thực phẩm và thức ăn chăn nuôi và công nghệ mạ crôm 3.1 Máy để ép sản phẩm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi

Có rất nhiều loại máy để ép sản phẩm và thức ăn chăn nuôi, dưới đây trình bày sơ đồ của một số loại máy ép

Các sơ đồ của máy

Hình 3.1.1 Sơ đồ một số loại máy ép