Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch, nhiệt độ và tác dụng của sóng siêu âm đến việc tẩy rửa dầu mỡ

Từ đó xây dựng phương trình hồi quy và lựa chọn thành phần dung dịch, nhiệt độ, thời gian tẩy phù hợp cho các dây chuyền nhằm đạt được hiệu quả tối ưu trong khâu tẩy rửa... Qua tham khảo

KHOA : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN : CNVL KIM LOẠI & HỢP KIM

o0o

TRỊNH TIẾN THỌ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN DUNG DỊCH, NHIỆT ĐỘ VÀ TÁC DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM ĐẾN

VIỆC TẨY RỬA DẦU MỠ

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KIM LOẠI

MÃ SỐ NGÀNH : 60.52.19

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Ngọc Hà

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Thanh Lộc

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Nguyễn Nhị Trự

Luận văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày 28 tháng 08 năm 2007

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO - HẠNH PHÚC

… oOo… … oOo…

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 05 tháng 02 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Trịnh Tiến Thọ Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 23/03/1978 Nơi sinh : Thanh Hóa

Chuyên ngành : Công nghệ vật liệu kim loại MSHV : 00305045

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch, nhiệt độ và tác dụng

của sóng siêu âm đến việc tẩy rửa dầu mơÕ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 NHIỆM VUï:

Nghiên cứu tẩy dầu mỡ cho thép tấm cán nóng dày 3mm, cụ thể :

- Xác định khoảng cách tác động hợp lý (khoảng cách từ tấm mẫu đến vị trí

đặt chấn tử siêu âm)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tẩy, nhiệt độ, thành phần dung dịch

và tác động của sóng siêu âm đến quá trình tẩy dầu mỡ

- Nghiên cứu giảm nồng độ của dung dịch trong khi vẫn đảm bảo được thời

gian tẩy hợp lý

Từ đó xây dựng phương trình hồi quy và lựa chọn thành phần dung dịch,

nhiệt độ, thời gian tẩy phù hợp cho các dây chuyền nhằm đạt được hiệu quả tối

ưu trong khâu tẩy rửa

2 NỘI DUNG:

- Nghiên cứu tổng quan về quá trình tẩy dầu mỡ trên nền thép, nguyên lý

tác động của siêu âm cho quá trình tẩy

- Chọn khoảng cách tác động hợp lý

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và thành phần dung dịch

đến quá trình tẩy dầu mỡ

- Nghiên cứu giảm nồng độ của dung dịch trong khi vẫn đảm bảo được thời

gian tẩy hợp lý

- Xử lý số liệu thí nghiệm để xây dựng phương trình hồi quy nhằm đánh giá

ảnh hưởng của các yếu tố

III NGÀY GIAO NHIỆM VUï(Ngày ký quyết định giao đề tài): 05/02/2007

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/07/2007

V HỌ và TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Ngọc Hà

TS Nguyễn Ngọc Hà TS Nguyễn Ngọc Hà

Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Vật liệu Kim loại –

Hợp kim, Khoa Công nghệ Vật Liệu, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí

Minh

Trước tiên em xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn đến TS Nguyễn Ngọc

Hà, KS Đàm Văn Hoàng, TS Lưu Thanh Tùng trong thời gian qua đã bỏ ra

nhiều thời gian, tận tâm giúp đỡ em vượt qua các khó khăn để hoàn thành luận

văn này

Em xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo

Sau Đại Học, Khoa Công nghệ Vật Liệu, Khoa Cơ Khí đã tạo mọi điều kiện cho

em thực hiện và hoàn thành luận văn này

Con xin bày tỏ sự biết ơn đến Cha Mẹ đã có ơn sinh thành và dưỡng dục,

hy sinh, tạo mọi điều kiện cho con được ăn học nên người

Em xin gởi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ

em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn Cảm ơn sự giúp đỡ và chia sẽ

của các đồng nghiệp trong thời gian học tập và thực hiện luận văn

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 07 tháng 07 năm 2007

KS Trịnh Tiến Thọ

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngày nay tẩy rửa đã phát triển thành một ngành công nghiệp, nó đóng một

vai trò hết sức quan trọng trong một số quy trình sản xuất, quyết định đến năng

suất của dây chuyền và chất lượng bề mặt của sản phẩm Đặc biệt là trong ngành

công nghệ vật liệu, với các sản phẩm thép thường là bán thành phẩm cho những

qui trình sản xuất tiếp theo, do đó công việc xử lý bề mặt cần được quan tâm

đúng mức

Qua tham khảo tài liệu và khảo sát sơ bộ, luận án tiến hành nghiên cứu

tẩy dầu mỡ cho thép tấm cán nóng dày 3 mm, dưới tác động của sóng siêu âm

trong hệ dung dịch kiềm truyền thống và đã đạt được các kết quả sau :

- Xác định khoảng cách tác động hợp lý

- Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố đến độ sạch Lựa chọn được

thành phần dung dịch, nhiệt độ và thời gian tẩy cho hệ dung dịch

- Nghiên cứu giảm nồng độ của dung dịch trong khi vẫn đảm bảo được thời

gian tẩy hợp lý Từ đó, lựa chọn thành phần dung dịch, nhiệt độ và thời

gian tẩy cho hệ

ABSTRACT

Nowadays, cleaning process has become such an important issue in many

industries that it itself is now a particular industry Effective cleanliness decides

the productivity and surface quality of products Especially, in materials

technology, the need of cleaning for steel – plates is integral because they are

semi-products for following processes

This thesis reviews the grease cleaning technology for hot rolled steel

plates 3 mm thickness A traditional base solvent is used with addition of

ultrasonic waves The results of this study are stated as below:

- We have evaluated a reasonable influence distance of the ultrasonic energy

- We have chosen a suitable solvent composition, temperature and also time to

achieve a good surface quality and maximize the ultrasonic cleaning process

- Reducing the chemical concentration does not make the surface quality lessen,

naturally with correlative small changes of time and temperature

MỤC LỤC

Trang CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1.1 Nhu cầu tẩy rửa của một số ngành công nghiệp 2

1.1.2 Việc ứng dụng công nghệ siêu âm trong tẩy rửa công nghiệp 5

1.1.2.1 Công nghệ siêu âm trong tẩy rửa trên thế giới 5

1.1.2.2 Ứng dụng công nghệ siêu âm trong tẩy rửa công nghiệp trong nước 6

1.2 ĐẠI CƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẨY DẦU MỠ 7

1.2.1 Tẩy dầu mỡ trong dung môi 7

1.2.1.1 Tẩy dầu mỡ trong các hơi dung môi 7

1.2.1.2 Tẩy dầu mỡ bằng dung môi lạnh 8

1.2.2 Tẩy dầu mỡ và các vết bẩn trong dung dịch kiềm 8

1.2.3 Tẩy dầu mỡ điện hóa 9

1.2.4 Tẩy dầu mỡ bằng bằng nhiệt 10

1.2.5 Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm dưới tác động của siêu âm 10

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 CƠ CHẾ TẨY DẦU MỠ 16

2.2 CƠ SỞ VẬT LÝ SIÊU ÂM 18

2.2.1 Định nghĩa sóng âm 18

2.2.2 Sự lan truyền sóng âm 18

2.2.3 Phân loại sóng âm 19

2.2.4 Các thuộc tính của sóng âm 19

2.2.5 Môi trường truyền sóng 19

2.2.5.1 Các thuộc tính 19

2.3 CÁC THIẾT BỊ SIÊU ÂM 22

2.3.1 Thùng tẩy 22

2.3.1.1 Loại thùng nhỏ 22

2.3.1.2 Loại thùng lớn 23

2.3.2 Chấn tử siêu âm 24

2.3.3 Các kiểu phát siêu âm 25

2.3.3.1 Phát siêu âm kiểu từ 25

2.3.3.2 Phát siêu âm kiểu áp điện 26

2.3.4 Máy phát tần số cao 27

2.4 NGUYÊN LÝ TẨY RỬA BẰNG SIÊU ÂM 28

2.4.1 Sự hình thành và phá vỡ bọt siêu âm 28

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy có siêu âm 30

2.4.2.1 Tần số 30

2.4.2.2 Nhiệt độ 30

2.4.2.3 Dung dịch tẩy 30

2.4.2.4 Năng lượng siêu âm 31

2.4.2.5 Khoảng cách tác động 31

CHƯƠNG 3 : THIẾT BỊ và PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 NỘI DUNG và PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1.1 Mục đích nghiên cứu 33

3.1.2 Nội dung nghiên cứu 33

3.1.3 Phương pháp nghiên cứu 34

3.1.3.1 Chọn sơ bộ dung dịch 34

3.1.3.2 Chọn khoảng nhiệt độ cho dung dịch 36

3.1.3.3 Chọn dầu mỡ làm thí nghiệm 38

3.1.3.4 Chọn tần số phát siêu âm 39

3.1.3.5 Chọn công suất riêng 40

3.1.3.6 Xác định kích thước tấm mẫu 41

3.1.3.7 Phương pháp đánh giá độ sạch tấm mẫu 42

3.1.3.8 Xác định khoảng cách tác động 44

3.1.3.9 Định hướng thí nghiệm và kế hoạch thí nghiệm 49

3.2 SƠ ĐỒ MÔ HÌNH và CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM 52

3.2.1 Sơ đồ mô hình 52

3.2.2 Các thiết bị phục vụ thí nghiệm 52

3.2.2.1 Bể chứa dung dịch 52

3.2.2.2 Chấn tử siêu âm 53

3.2.2.3 Nguồn phát siêu âm 55

3.2.2.4 Điện trở gia nhiệt 56

3.2.2.5 Hệ thống điều khiển nhiệt đo 57

CHƯƠNG 4 : THỰC NGHIỆM và XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60

4.1 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 61

4.1.1 Mục đích của phương pháp quy hoạch thực nghiệm 61

4.1.2 Thông số thực nghiệm 61

4.2 THỰC NGHIỆM và XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 61

4.2.1 Thành phần dung dịch 61

4.2.2 Thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm 61

4.2.3 Thực nghiệm với dung dịch có nồng độ thấp 81

4.2.4 Thực nghiệm lần 2 với dung dịch có nồng độ thấp 93

4.2.5 Đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa độ sạch và các yếu tố 99

4.2.5.1 Với hệ dung dịch kiềm ban đầu 99

4.2.5.2 Với hệ dung dịch kiềm có nồng độ thấp 102

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 105

5.1 KẾT LUẬN 106

5.1.1 Aûnh hưởng của sóng siêu âm 106

5.1.2.2 Hệ dung dịch kiềm với nồng độ thấp 109

5.2 NHỮNG TỒN TẠI TRONG THỰC NGHIỆM 111

5.3 KIẾN NGHỊ 111

5.4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 112

Tài liệu tham khảo 113

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1 – Đặc trưng của các môi trường khác nhau 21

Bảng 2.2 – Vận tốc âm trong một số vật chất 21

Bảng 3.1 – Thành phần và nhiệt độ dung dịch kiềm tẩy dầu [3] 35

Bảng 3.2 – Thành phần và nhiệt độ dung dịch kiềm tẩy dầu [1] 35

Bảng 3.3 – Đánh giá mức độ thấm ướt bề mặt 43

Bảng 3.4 – Các kết quả thực nghiệm thăm dò khoảng cách tác động 48

Bảng 3.5 – Các thông số cơ bản của tranducer 54

Bảng 4.1 – Mức cơ sở và khoảng biến thiên của các yếu tố 63

Bảng 4.2 – Kết quả độ sạch khi không có siêu âm và có siêu âm 64

Bảng 4.3 – Kết quả tính toán trong hệ mã hoá 65

Bảng 4.4 – Các hệ số của phương trình hồi quy 66

Bảng 4.5 – Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án 66

Bảng 4.6 – Phương sai của cáchệ số trong phương trình hồi quy 67

Bảng 4.7 – Các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn Student 67

Bảng 4.8 – Các giá trị thí nghiệm và tính toán 69

Bảng 4.9 – Các kết quả thực nghiệm của mặt trên trong hệ tự nhiên 71

Bảng 4.10 – Các hệ số của phương trình hồi quy cho mặt trên 72

Bảng 4.11 – Các thí nghiệm ở tâm phương án của mặt trên 72

Bảng 4.12 – Phương sai của các hệ số trong phương trình hồi quy 73

Bảng 4.13 – Các hệ số kiểm định theo tiêu chuẩn Student cho mặt trên 73

Bảng 4.14 – Các giá trị độ sạch thí nghiệm và tính toán cho mặt trên 75

Bảng 4.15 – Mức cơ sở và khoảng biến thiên của các yếu tố 81

Bảng 4.18 – Các hệ số của phương trình hồi quy mặt dưới 84

Bảng 4.19 – Các giá trị ở tâm phương án 84

Bảng 4.20 – Phương sai của các hệ số 85

Bảng 4.21 – Các giá trị kiểm định theo tiêu chuẩn Student 86

Bảng 4.22 – Các giá trị độ sạch thí nghiệm và tính toán của mặt dưới 87

Bảng 4.23 – Các hệ số của phương trình hồi quy 88

Bảng 4.24 – Các giá trị tại tâm phương án 88

Bảng 4.25 – Phương sai hệ số của phương trình hồi quy 89

Bảng 4.26 – Các giá trị kiểm định theo tiêu chuẩn Student 89

Bảng 4.27 – Các giá trị độ sạch thí nghiệm và tính toán của mặt trên 91

Bảng 4.28 – Mức cơ sở và khoảng biến thiên của các yếu tố 94

Bảng 4.29 – Kết quả thí nghiệm mặt dưới của tấm mẫu 95

Bảng 4.30 – Kết quả thí nghiệm mặt dưới trong hệ mã hoá 96

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ – ĐỒ THỊ – ẢNH

Trang

Hình 1.1 – Bề mặt dính bẩn của chi tiết trong dung dịch tẩy 11

Hình 1.2 – Lớp màng bão hoà xuất hiện sau một thời gian 11

Hình 1.3 – Sự phá hủy lớp màng bão hòa dưới tác dụng của siêu âm 12

Hình 1.4 – Các chất bẩn không hoà tan mà bám vào chi tiết 12

Hình 1.5 – Tác động của siêu âm đến các vết bẩn không hoà tan 13

Hình 2.1 – Dao động tạo âm 18

Hình 2.2 – Sự lan truyền sóng âm 18

Hình 2.3 – Biên độ và bước sóng của sóng âm 19

Hình 2.4 – Thùng tẩy nhỏ 22

Hình 2.5 – Thùng tẩy lớn dùng trong công nghiệp 23

Hình 2.6 – Cách bố trí chấn tử siêu âm 24

Hình 2.7 – Mô hình phát siêu âm kiểu từ 25

Hình 2.8 – Phát siêu âm kiểu áp điện 26

Hình 2.9 – Máy phát tần số siêu âm 27

Hình 2.10 – Sự hình thành và phát triển của bọt siêu âm 28

Hình 2.11 – Chu kỳ tạo thành bọt siêu âm 29

Hình 2.12 – Tác dụng cơ học khi nổ bọt 30

Hình 3.1 – Quan hệ của dung dịch và nhiệt độ đến hiệu quả tẩy 37

Hình 3.2 – Dầu và vật dụng phủ dầu 38

Hình 3.3 – Quan hệ giữa tần số đến chiều dày vết bẩn 40

Hình 3.4 – Giản đồ xác định công suất riêng 41

Hình 3.5 – Xác định kích thước tấm mẫu 42

Hình 3.8 – Mô tả cơ sở giao thoa sóng 44

Hình 3.9 – Mô tả mối quan hệ giữa L và y 45

Hình 3.10 – Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của khoảng cách và độ sạch 49

Hình 3.11 – Sơ đồ mô hình thí nghiệm 52

Hình 3.12 – Bể chứa dung dịch 52

Hình 3.13 – Các loại chấn tử siêu âm 53

Hình 3.14 – Chấn tử siêu âm 54

Hình 3.15 – Bố trí các chấn tử siêu âm dưới đáy bể 55

Hình 3.16 – Nguồn phát siêu âm 56

Hình 3.17 – Điện trở chữ L 56

Hình 3.18 – Bố trí điện trở và đồ gá trong bể 57

Hình 3.19 – Hệ thống điều khiển nhiệt độ 58

Hình 3.20 – Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ 58

Hình 4.1 – Dầu phủ trên tấm mẫu bị phân tán nhỏ mịn 77

Hình 4.2 – Độ sạch của mẫu khi nồng độ ở mức trung bình ở 20 phút 78

Hình 4.3 - Độ sạch của mẫu khi nồng độ ở cao nhất ở 10 phút 78

Hình 4.4 - Độ sạch của mẫu khi nồng độ ở cao nhất ở 20 phút 79

Hình 4.5 - Độ sạch của mẫu khi nồng độ ở cao nhất ở 30 phút 79

Hình 4.6 – Hoà tan bọt và làm đồng đều thành phần dung dịch 80

Hình 4.7 – Dầu được tách và nổi lên nhanh khi có siêu âm 80

Hình 4.8 – Aûnh hưởng của thời gian đến độ sạch hệ dung dịch đầu 99

Hình 49 – Aûnh hưởng của nhiệt độ đến độ sạch hệ dung dịch đầu 100

Hình 4.10 – Aûnh hưởng của chất HĐBM đến độ sạch hệ dung dịch đầu 100

Hình 4.11 – Aûnh hưởng của Na2CO3 đến độ sạch hệ dung dịch sau 101

Hình 4.12 – Aûnh hưởng của NaOH đến độ sạch hệ dung dịch sau 101

Hình 4.13 – Aûnh hưởng của thời gian đến độ sạch hệ dung dịch sau 102

Hình 4.14 – Aûnh hưởng của nhiệt độ đến độ sạch hệ dung dịch sau 103

Hình 4.15 – Aûnh hưởng của chất HĐBM đến độ sạch hệ dung dịch sau 103

Hình 4.16 – Aûnh hưởng của Na2CO3 đến độ sạch hệ dung dịch sau 104

Hình 4.17 – Aûnh hưởng của NaOH đến độ sạch hệ dung dịch sau 104

Hình 5.1 – Quan hệ bậc nhất của nhiệt độ và độ sạch 108

Hình 5.2 – Quan hệ bậc hai của nhiệt độ và độ sạch 110

CHÖÔNG 1 TOÅNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1.1 Nhu cầu tẩy rửa của một số ngành công nghiệp

Ngày nay tẩy rửa đã phát triển thành một ngành công nghiệp, nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong một số quy trình sản xuất, quyết định đến năng suất của dây chuyền và chất lượng bề mặt của sản phẩm Đặc biệt là trong ngành công nghệ vật liệu, với các sản phẩm thép thường là bán thành phẩm cho những qui trình sản xuất tiếp theo, do đó công việc xử lý bề mặt cần được quan tâm đúng mức

Tuy nhiên, với quy trình tẩy rửa trong hệ dung dịch kiềm truyền thống như hiện nay thì thời gian tẩy rất dài, điều này không những không đáp ứng được năng suất của dây chuyền mà còn gây ra các thiệt hại khác về mặt kinh tế

Mặt khác, nồng độ các hoá chất trong thành phần dung dịch kiềm truyền thống hiện nay rất cao Chính điều này góp phần làm tăng giá thành sản phẩm và gây ô nhiễm cho môi trường

Chúng ta có các phương pháp xử lý bề mặt như sau :

- Phương pháp cơ khí : làm sạch bằng cách phun cát, mài, đánh bóng và chải sạch

- Phương pháp hoá học : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ và rửa

- Phương pháp nhiệt : dùng nhiệt độ cao đốt cháy lớp dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này chúng ta chỉ quan tâm đến việc tẩy dầu mỡ trên bề mặt thép tấm bằng phương pháp hóa học, cụ thể là việc tẩy dầu mỡ cho thép tấm bằng dung dịch kiềm truyền thống dưới tác động của sóng siêu âm

Sau đây là một số các lĩnh vực có nhu cầu về xử lý bề mặt thép :

¾ Mạ điện [1]

Bề mặt các chi tiết trước khi mạ thường có các vết bẩn, các chất hữu cơ dầu mỡ và các lớp gỉ Màng dầu mỡ ngăn trở quá trình điện kết tủa kim loại, gây bong lớp mạ, đồng thời còn làm bẩn dung dịch Do đó chúng ta cần gia công bề mặt trước khi mạ nhằm khử sạch các lớp màng oxit mỏng, các lớp gỉ, các chất bẩn, dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết nhằm tạo điều kiện cho lớp mạ bám chặt vào vật mạ

Vì vậy việc gia công bề mặt trước khi mạ là một công việc rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và độ bền của lớp mạ

¾ Mạ nhúng [2]

Các tấm tôn mỏng, thép hình được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hay cán nguội đều được bảo quản bằng cách sử dụng dầu mỡ để bôi trơn và giải nhiệt Do đó, sau khi được chế tạo thì các vật liệu này có dính một lượng dầu mỡ nhất định (tùy công nghệ chế tạo và thiết bị)

Lớp dầu mỡ này làm cản trở trợ dung bám lên bề mặt chi tiết do đó làm giảm sự thấm ướt của kẽm đối với bề mặt chi tiết, kẽm lỏng sẽ không khuếch tán vào chi tiết cần nhúng

Muốn lớp mạ được tốt, bền, đẹp hài hòa trước tiên ta phải xử lý tốt bề mặt chi tiết Do đó khâu xử lý bề mặt, tẩy rửa vết dầu mỡ trên bề mặt các chi tiết là khâu quan trọng nhất quyết định sản phẩm cuối cùng tốt hay xấu sau khi nhúng kẽm tạo thành sản phẩm

¾ Công nghệ sơn [5]

Công nghệ sơn phủ có một lịch sử phát triển lâu đời, chúng không chỉ được dùng để trang trí mà còn có tác dụng chống lại tác nhân oxy hoá của môi trường Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì chất lượng

của lớp sơn ngày càng được nâng cao thông qua việc ra đời các phương pháp sơn mới, cải tiến và nâng cao chất lượng sơn, cải tiến quy trình sơn và đặc biệt công đoạn xử lý chất lượng bề mặt trước khi sơn ngày càng được quan tâm đúng mức

Theo thống kê cho biết có đến 70 – 80% các sản phẩm qua sơn bị hư do công đoạn xử lý bề mặt chưa đạt yêu cầu Điều này làm cho tuổi thọ của các chi tiết giảm đi đáng kể, gây lãng phí nhân công và sơn, đồng thời làm cho giá thành sản phẩm cao Để khắc phục thiếu sót trên chúng ta cần nắm vững các yêu cầu về xử lý bề mặt và lựa chọn phương pháp tẩy rửa cho phù hợp

¾ Photphát hoá [4]

Các chi tiết máy được chế tạo bằng công nghệ gia công rèn, dập chiếm một vị trí đáng kể trong ngành cơ khí chế tạo máy Điều này thể hiện trong các số liệu ở một số ngành quan trọng sau :

™ Ngành xe hơi : 60 – 70%

™ Ngành chế tạo máy : 60 – 70%

™ Ngành hàng tiêu dùng : 90 – 98%

Trong đó gia công nguội đóng vai trò chủ đạo do tạo ra các sản phẩm có độ bền cao, mẫu mã đẹp, tỉ lệ hao hụt vật tư thấp, năng suất cao…Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là làm mòn khuôn dập, bề mặt chi tiết gia công bị nứt, sước, sản phẩm dính khuôn Để khắc phục các nhược điểm trên ta tạo trên bề mặt thép một lớp phủ bôi trơn gồm các photphat kim loại và các hoá chất khác trước khi gia công nguội Lớp phủ bôi trơn này phải bám dính tốt, giảm ma sát, chống dính khuôn và làm cho bề mặt chi tiết đẹp, không bị xước Trước khi phủ lớp bôi trơn này chúng ta cần xử lý bề mặt cho các chi tiết như :

™ Tiền xử lý : Tẩy dầu, tẩy gỉ hoặc hoạt hoá bề mặt

™ Tạo lớp phủ mang chất bôi trơn : Photphat hoá

™ Hậu xử lý : Tẩm chất bôi trơn Ngoài ra photphát hóa còn dùng trong công nghệ ức chế bề mặt kim loại với môi trường, phương pháp này được phát triển ở Pháp vào năm

1927 Đối với thép và gang, người ta thường dùng dung dịch Mn(H2PO4)2

và Fe(H2PO4)2 với nhiệt độ 96 – 980C Trong khoảng nhiệt độ xử lý này sẽ xảy ra các phản ứng tạo thành các anion và các cation, chúng sẽ kết hợp với nhau tạo thành các hợp chất FeHPO4, MnHPO4 và Fe3(PO4)2 ,

Mn3(PO)2 Các hợp chất này sẽ bám chặt lên bề mặt chi tiết làm thụ động hoá quá trình ăn mòn trong môi trường khí quyển và cả môi trường nước Để tạo nên lớp photphat hóa có chất lượng, việc tẩy dầu mỡ đóng vai trò quan trọng vì nếu màng dầu mỡ còn bám làm cho bề mặt kỵ nước, ngăn cản quá trình tách gỉ, kết tủa và bám dính của lớp phủ

1.1.2 Việc ứng dụng công nghệ siêu âm trong tẩy rửa công nghiệp

1.1.2.1 Công nghệ siêu âm trong công nghiệp tẩy rửa trên thế giới

Công nghệ tẩy rửa công nghiệp có sự hỗ trợ của siêu âm trên thế giới bắt đầu nở rộ vào khoảng thập niên 50 của thế kỷ trước Việc ứng dụng công nghệ siêu âm trong tẩy rửa mang lại nhiều lợi ích như : tăng được năng suất của dây chuyền, thích hợp cho nhiều loại hình tẩy và an toàn hơn so với các phương pháp tẩy khác Qua gần 60 năm phát triển, đến nay đã có sự hoàn thiện về mặt công nghệ và thiết bị Hiện nay, các trang thiết bị siêu âm dùng trong tẩy rửa công nghiệp và các lĩnh vực khác đã được tiêu chuẩn hoá, chúng được thiết kế và chế tạo theo từng module Điều này cho thấy mức độ phổ biến và việc ứng dụng công nghệ này trong tẩy rửa là điều không thể thiếu

1.1.2.2 Ứng dụng công nghệ siêu âm trong công nghiệp tẩy rửa ở trong

nước

Việc ứng dụng công nghệ siêu âm trong tẩy rửa công nghiệp đã có từ thập niên 50 - 60 của thế kỷ trước trên thế giới, có các ưu điểm sau :

- Rút ngắn đáng kể thời gian tẩy

- Chất lượng bề mặt xử lý đạt chất lượng cao

- Tẩy rửa cho các chi tiết có nhiều khe hẹp mà không tẩy được theo phương pháp thông thường

- Làm sạch những chi tiết nhỏ yêu cầu độ chính xác cao

- Dễ lắp ráp đồng bộ với các thiết bị điện khác

Tuy nhiên việc ứng dụng công nghệ siêu âm ở nước ta hiện nay rất ít, nó chỉ phục vụ một số ngành như :

™ Trong y sinh để siêu âm chuẩn đoán cho thai nhi, siêu âm thận, gan mật… giúp cho việc điều trị ngày càng chính xác, hiệu quả

™ Trong lĩnh vực dân dụng như : máy rửa chén, máy giặt…

™ Trong công nghệ nữ trang : dùng tẩy cho vàng, bạc…

™ Trong ngành luyện kim dùng kiểm tra khuyết tật vật đúc, kiểm tra mối hàn, đo độ dày lớp mạ…

Còn trong công nghiệp tẩy rửa thì trong thời gian gần đây siêu âm đang được triển khai và đã đạt được những kết quả rất khả quan, tuy nhiên do giá thành còn cao nên chưa được ứng dụng phổ biến

1.2 ĐẠI CƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẨY DẦU MỠ

Các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hay cán nguội đều được bảo quản bằng cách sử dụng dầu mỡ để bôi trơn và giải nhiệt Do đó, sau khi được chế tạo thì các chi tiết này có dính một lượng dầu mỡ nhất định Dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết được chia làm hai loại sau :

• Loại thứ nhất có nguồn gốc thực vật (dầu) và động vật ( mỡ)

• Loại thứ hai có nguồn gốc dầu mỏ: dầu hỏa, dầu nhờn, parafin, vadơlin, gazơlin, xêrêzin,…

Các loại dầu mỡ loại thứ nhất dễ bị xà phòng hóa bởi xút (NaOH), tạo thành các muối của axít béo bậc cao (xà phòng) tan được trong nước

Các loại dầu mỡ loại thứ hai không bị xà phòng hóa, nhưng chúng dễ bị nhũ hóa bởi các chất kiềm và cũng có thể tách khỏi bề mặt chi tiết

Tuỳ thuộc bản chất dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết mà ta có thể áp dụng phương pháp tẩy dầu mỡ khác nhau

Các công nghệ tẩy mỡ (có nguồn gốc từ dầu mỏ) phổ biến hiện nay:

¾ Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ

¾ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm và nhũ tương

¾ Tẩy dầu mỡ điện hóa

¾ Tẩy dầu mỡ bằng nhiệt

¾ Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm dưới tác động của siêu âm

1.2.1 Tẩy dầu mỡ bằng các dung môi [1]

1.2.1.1 Tẩy dầu mỡ trong các hơi dung môi

Đây là một phương pháp hiện đại để tẩy dầu, mỡ, bơ, parafin, nhựa … bằng tác dụng cơ học và hòa tan Thường dùng các dung môi hydrocacbon

Việc tẩy dầu mỡ trong hơi dung môi được sử dụng trước các giai đoạn sau:

- Trước khi mạ

- Trước khi lắp ráp

- Trước khi sơn, tráng men

- Trước và sau khi cắt gọt

- Trước khi gia công kim loại và nhiệt luyện

- Trước khi đóng gói

1.2.1.2 Tẩy dầu mỡ bằng dung môi lạnh

Đây là quá trình tẩy dầu, mỡ trong dung môi hoặc hỗn hợp dung môi không đun nóng và được thực hiện trong bể tẩy dầu đơn giản

Chọn dung môi: việc chọn dung môi để tẩy dầu, mỡ bằng dung môi lạnh dựa vào các yếu tố sau:

• Độ tan của chất bẩn vào dung môi hoặc hỗn hợp dung môi

• Loại chi tiết để làm sạch

• Độ bay hơi, tính dễ bắt lửa, độ độc, độ bền và giá thành của dung môi Dựa vào các yếu tố trên, người ta thấy các dung môi rẻ tiền và tẩy dầu tốt là các chất lỏng dầu mỏ Tuy nhiên, các dung môi thường rất độc

1.2.2 Tẩy dầu mỡ và các chất bẩn bằng dung dịch kiềm [3]

Tẩy dầu mỡ bằng dung môi có các ưu điểm sau:

- Tẩy nhanh

- Không ăn mòn chi tiết

- Các dung môi có thể tái sinh, làm sạch để dùng lại bằng cách chưng cất

Tuy nhiên tẩy dầu mỡ bằng hơi dung môi cũng có những nhược điểm sau :

- Nhiều loại dầu khoáng chất bẩn không tan hết trong dung môi hữu cơ

- Dung môi rất dể cháy và rất độc

- Giá thành cao

- Không thân thiện với môi trường

Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm là một trong những phương pháp thường dùng nhất để tẩy rửa dầu mỡ trên bề mặt kim loại trước khi xử lý Vì phương pháp này đầu tư ít, giá thành rẻ, hoá chất dễ mua

1.2.3 Tẩy dầu mỡ bằng điện hóa [3]

Tẩy dầu điện hóa là quá trình thực hiện trong dung dịch kiềm nóng, kết hợp tác động hóa học của dung dịch tẩy rửa và tác động cơ của việc thoát khí sinh ra từ phản ứng điện hóa Sự kết hợp này cho phép loại bỏ một cách hiệu quả các tạp chất bề mặt

Chúng ta có 3 phương pháp sau:

• Chi tiết có thể được treo vào anốt (tẩy dầu anốt – thoát khí oxy)

Phương pháp này thường dùng tẩy dầu cho thép có độ cứng cao, thép đàn hồi Khi sử dụng phương pháp tẩy này oxy sinh ra sẽ oxy hóa các tạp chất hữu cơ, nhưng cũng oxy hóa luôn đa số kim loại và hợp kim, do đó sau khi tẩy dầu phải khử thụ động chi tiết

• Chi tiết treo vào catốt (tẩy dầu catốt – thoát khí hydrô)

Phương pháp này thích hợp tẩy dầu cho kim loại màu : nhôm, kẽm, thiếc, đồng và các hợp kim của chúng Khi sử dụng phương pháp này lượng hydrô thoát ra ở catốt nhiều gấp đôi lượng oxy thoát ra ở anốt, do đó tác động cơ sẽ hiệu quả hơn nếu chi tiết được nối với catốt Tuy nhiên sự có mặt của hydrô sẽ làm cho chi tiết dễthấm Hydro

• Chi tiết treo vào catôt – anôt

Để tận dụng ưu điểm của hai phương pháp, chi tiết có thể luân phiên tẩy dầu anốt, đảo điện để tẩy dầu catốt trong một số chu kì (thường là 10 giây) và kết thúc là tẩy dầu anốt

1.2.4 Tẩy dầu mỡ bằng nhiệt

Đây là công nghệ hiện đại, được sử dụng nhiều ở các nước phát triển Với công nghệ này dầu mỡ được xử lý bằng cách đốt cháy trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp (tuỳ thuộc vào loại dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết)

Ưu điểm

- Ít tác nhân gây ô nhiễm môi trường

- Dễ xử lý môi trường

- Vệ sinh công nghiệp tốt

- Dễ tự động hóa quy trình

- Chất lượng xử lý bề mặt ổn định

- Bố trí mặt bằng gọn

Nhược điểm

- Vốn đầu tư cao

- Tiêu hao năng lượng nhiều

- Chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn

1.2.5 Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm dưới tác động của siêu âm [7]

Sau khi tẩy dầu mỡ thì đa số các chất dầu mỡ đã bị tẩy sạch, tuy nhiên vẫn có thể còn sót lại một lượng rất nhỏ dầu mỡ phân tán trong các khe của các chi tiết phức tạp, các chi tiết có lỗ và rãnh sâu, các chi tiết có ren… Để loại bỏ một cách tuyệt đối các vết dầu mỡ này, người ta thường ngâm các chi tiết vào trong dung dịch kiềm và dùng siêu âm có tần số dao động từ 20-1000 KHz

Thông thường với các chi tiết nhỏ và phức tạp dùng sóng siêu âm có tần số cao, các chi tiết có bề mặt lớn dùng sóng siêu âm có tần số thấp hơn

Trong trường hợp tẩy rửa chất bẩn hoà tan được, điều cần thiết là hoá chất phải được tiếp xúc với chất bẩn, nhờ đó các phản ứng mới hoà tan chất bẩn Hoạt động tẩy rửa được tiến hành chỉ ở bề mặt tiếp xúc giữa hoá chất và các vết bẩn

Hình 1.1 : Bề mặt dính bẩn của chi tiết trong dung dịch tẩy rửa

Khi hoá chất tẩy rửa hoà tan các vết bẩn thì theo thời gian sẽ xuất hiện một lớp bão hoà ngăn cách giữa hoá chất và vết bẩn Khi điều này xảy ra các hoạt động tẩy sẽ chậm lại do lớp bão hoà ngăn cản hoá chất tẩy tiếp xúc với vết bẩn

Hình 1.2 : Lớp màng bão hoà xuất hiện sau một thời gian

Sự tạo bọt và vỡ tung của các bọt (dưới tác động của siêu âm) rất hiệu quả cho việc phá lớp bão hoà này nhằm giúp cho hoá chất sạch tiếp xúc trực tiếp với vết bẩn

Hình 1.3 : Sự phá vỡ lớp màng bão hoà dưới tác dụng của siêu âm

Ngoài ra còn có một số chất bẩn không hoà tan vào dung dịch mà chúng dính với chi tiết bởi liên kết ion

Hình 1.4 : Các chất bẩn không hoà tan mà bám dính chi tiết

Bọt chân không do siêu âm tạo ra và nổ sẽ phá vỡ liên kết ion này Để đạt hiệu quả thì dung dịch cần phải thấm ướt các chất bẩn loại này

Hình 1.5 : Tác động của bọt siêu âm đến các chất bẩn không hoà tan

Nói tóm lại, tác động của siêu âm về cơ bản là làm tăng tốc độ hoà tan các chất bẩn có thể hoà tan được, giúp tăng tốc độ phản ứng hoà tan do tác động của nhiệt độ và áp suất tại nơi bọt siêu âm nổ.

Kết luận

Sau khi tiến hành phân tích các phương pháp tẩy dầu mỡ như trên Ta rút

ra được kết luận như sau :

Tẩy dầu mỡ trong dung môi hữu cơ tương đối độc hại, không thân thiện với môi trường, đắt tiền, nguy cơ cháy nổ cao

Tẩy dầu mỡ điện hóa thì khí oxy và hydrô sinh ra làm giảm chất lượng bề mặt của chi tiết

Tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm được sử dụng rộng rãi, thân thiện với môi trường nhưng thời gian tẩy còn dài

Tẩy dầu mỡ bằng công nghệ nhiệt cần vốn đầu tư lớn và dùng cho sản xuất hàng loạt

Tẩy mỡ hóa học trong dung dịch kiềm dưới tác động của siêu âm là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất : hiệu quả, rẻ tiền, đơn giản, thời gian tẩy được rút ngắn do tác dụng cường hoá của siêu âm trong tẩy rửa

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CƠ CHẾ TẨY DẦU MỠ [1]

Dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết gồm 2 loại:

• Loại thứ nhất có nguồn gốc thực vật (dầu) và động vật ( mỡ) Các loại dầu mỡ

nhóm này dễ bị xà phòng hóa thành Glycerin và muối của axít béo bậc cao

(xà phòng) tan được trong nước theo phản ứng sau :

(C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH = 3 C17H35COONa + C3H5(OH)3

• Loại thứ hai có nguồn gốc dầu mỏ: dầu hỏa, dầu nhờn, parafin, vadơlin,

gazơlin, xêrêzin…Các loại dầu mỡ nhóm này không bị xà phòng hóa, nhưng

chúng dễ bị nhũ hóa do màng dầu ngâm vào trong kiềm, bị vỡ ra thành những

giọt dầu không liên tục, mặt khác các chất nhũ hóa có tác dụng làm giảm sức

căng bề mặt của dầu và nước làm giảm sự kết hợp của dầu vào chi tiết kết

quả là dầu đi vào dung dịch

Tuỳ thuộc bản chất dầu mỡ bám trên bề mặt chi tiết mà ta có thể áp dụng

phương pháp tẩy dầu mỡ khác nhau

Nguyên lý của quá trình tẩy rửa dầu mỡ trong dung dịch kiềm dựa trên tính

không tan vào nhau của dầu và nước : lớp dầu mỡ bị bóc khỏi bề mặt kim loại

nhờ sức căng bề mặt, tạo thành các giọt dầu mỡ ở dạng nhũ tương trong dung

dịch tẩy rửa Quá trình tẩy rửa dầu mỡ xảy ra bốn giai đoạn:

¾ Xà phòng hóa

Giai đoạn này xảy ra phản ứng thủy phân trong pha lỏng chuyển chất

béo thành các muối của axít béo và glycerin

¾ Dịch chuyển

Trong giai đoạn này các thành phần đã xà phòng hóa sẽ tách ra khỏi bề

mặt chi tiết nhờ các chất hoạt động bề mặt

¾ Tạo nhũ tương

Giai đoạn nhũ tương có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của dầu và

nước làm giảm sự kết hợp của dầu vào chi tiết kết quả là dầu đi vào dung

dịch

¾ Phân tán

Giai đoạn này có tác dụng phân tán các hạt chất béo trong dung dịch và

ngăn chúng tái kết hợp lại với nhau

Trong thành phần dung dịch kiềm để tẩy dầu mỡ gồm có :

NaOH là chất xà phòng hóa dầu mỡ tạo thành Natri stearat (xà phòng) tan

trong nước NaOH là chất có tính kiềm mạnh ( pH 12 – 14 ), phản ứng xà

phòng hóa mạnh và chiếm từ 70 – 90% khối lượng dung dịch tẩy rửa

Na2CO3 có tác dụng xà phòng hóa kém hơn kiềm (pH 9 – 9.5 ) nhưng có

tác dụng tạo huyền phù và nhũ tương tốt, dễ rửa, ngăn chặn một phần

không ăn mịn kim loại

Na3PO4 là chất nhũ hóa tốt, giá thành lại thấp, hay được dùng để tẩy dầu

mỡ cho các kim loại nhẹ

Natri silicat( pH 11 – 12.5 ) cũng là chất nhũ hóa mạnh có tác dụng ức chế

đối với kim loại nhẹ

Chất hoạt động bề mặt, chúng có tác dụng nhũ hóa, làm giảm sức căng bề

mặt giữa dầu và nước, làm giảm độ bám của giọt dầu trên các chi tiết và

tan vào dung dịch Đồng thời các chất nhũ hóa này còn hấp thụ trên bề

mặt những giọt dầu này làm cho chúng không bám lại vào chi tiết nữa

Các chất hoạt động bề mặt thường dùng là họ alkyl Sunphonat

2.2 CƠ SỞ VẬT LÝ SIÊU ÂM [7]

2.2.1 Định nghĩa sóng âm

Âm thanh là năng lượng cơ học được lan

truyền qua môi trường Các thay đổi tuần hoàn

dưới áp lực của môi trường (khí, lỏng hoặc rắn)

được tạo ra bởi các lực tác động lên các phân tử,

khiến chúng dao động quanh vị trí cân bằng của

chúng Do sự dịch chuyển của các phân tử có

tính tuần hoàn nên thuật ngữ chu kỳ dao động

được dùng để mô tả quá trình thay đổi của chuyển động phân tử lặp lại sau

những khoảng thời gian

Siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn 20000 Hz

2.2.2 Sự lan truyền của sóng âm

Sóng âm có tính cơ học nhưng chúng không bị hạn chế khi truyền lan

thông qua không khí Tuy nhiên, chúng yêu cầu một môi trường biến dạng co

giãn để lan truyền như khí, lỏng, rắn Chất rắn có thể biến dạng do việc tăng

áp lực, gây nên việc thay đổi hình dạng của nó Như vậy, sóng âm không

truyền được trong môi trường chân không, vì ở đó không có môi trường biến

dạng đàn hồi

Hình 2.2: Sự lan truyền sóng âm [7]

Hình 2.1: Dao động tạo âm [7]

Trong trường sóng âm, các phân tử khí bị dịch chuyển quanh vị trí cân

bằng của chúng, kết quả là tạo ra các vùng nén (có mật độ vật chất cao hơn –

áp suất cao) và vùng giãn (có mật độ vật chất thấp hơn – áp suất thấp)

2.2.3 Phân loại sóng

Sóng được chia ra hai loại cơ bản: sóng dọc và sóng ngang

2.2.4 Các thuộc tính của cơ bản của sóng âm:

Siêu âm là sóng cơ học do đó có các thuộc tính của sóng cơ học như:

• Độ co giãn (đàn

Nói lên khả năng trở lại

g lực lên vật Khi đặt lực lên vật thì sẽ thay đổi hình dáng và thể tích

• Tỷ khối:

Là khối lư

tính vật lý khác của môi trường là hệ số đàn hồi k ảnh

ơ uyền âm qua môi trường Hệ số đàn hồi chỉ ra phần

giảm t

tỷ lệ nghịch với căn bậc hai hệ số

ối sẽ làm giảm tốc độ truyền âm qua môi trường Do đó, riêng trên cơ

sở tỷ khối, chúng ta thấy được sóng âm trong không khí có tốc độ cao hơn

trong kim loại

• Hệ số đàn hồi:

Một đặc

hư ûng tới tốc độ tr

hể tích khi áp lực đặt lên vật liệu Một môi trường dễ giảm thể tích hơn thì hệ số đàn hồi của nó cao hơn

• Tốc độ âm

Tốc độ âm qua một môi trường

đa hồi của môi ( k):

,

1

~

k c

Dựa vào tương quan về tỷ khối của không khí và kim loại, tốc độ âm

thanh trong kim loại lớn hơ

2.2.5.2

xác định vận tốc

n nhiều so với trong không khí

Các ảnh hưởng đến vận tốc âm thanh

Kết hợp hệ số đàn hồi và tỷ khối cho ta một công thức

âm thanh cho một môi trường cụ thể:

Từ công thức trên thấy rằng, nếu tỷ khối tăng mà hệ số đàn hồi không

đổi thì tốc độ âm

nha

au thường có cùng vận tốc truyền âm

thanh sẽ giảm Nhưng thực tế, hệ số đàn hồi thay đổi rất

nh theo tỷ khối nên thông thường khi tỷ khối tăng thì tốc độ âm thanh đi

qua môi trường cũng tăng

Với các chất lỏng thông thường tỷ khối và hệ số đàn hồi bù trừ cho nhau

do đó các chất lỏng khác nh

Tốc độ của âm trong môi trường cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, ví dụ vận

tốc truyền âm trong nước ở 200 C là 1480m/s nhưng ở 37 0C là 1570m/s

3 ) (m/s) (Kg/m 2 /s.10 -6

Bảng 2.1: Đặc trưng của các môi trường khác nhau [7]

Vật liệu Tỷ khối Tốc độ âm thanh Trở kháng âm học

Trong một môi trường cụ thể, vận iêu âm là không đổi Tốc độ

bằng tần số nhân với bước sóng:

tốc s

λ.

f

c=

Bảng 2.2: Vận tốc a

âm trong một số vật chất [9]

Vận tốc Môi trường

2.3 CÁC THIẾT BỊ SIÊU ÂM [13]

.3.1 Thùng tẩy

ïc thiết kế dựa trên tính bền và khả năng ïng

ểu nhỏ

Sự thuận lợi của thùng loại này là:

¾ Dễ dàng vận chuyển

ün khay đựng dung dịch thuận tiện lấy và

¾ rửa mạnh, ngay cả các chất bẩn bám chặt

khoáng vật, nha khoa, y khoa…

2

Là thùng chứa dung dịch, nó đươ

thuận tiện khi sử du

Nhìn chung ta có 2 loại thùng phổ biến: loại nhỏ và lớn

2.3.1.1 Loại thùng ki

Hình 2.4: Thùng tẩy loại nhỏ [13]

¾ Trong thùng có thiết kế sa

đặt vật vào

¾ Hiệu chỉnh tự động điện áp trong khoảng 90 – 250 V

Khả năng tẩy

này dùng để ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực : ky

ä kim hoàn, công nghệ thiết bị dụng cụ, công nghệ đúc ti

2.3.1.2 Loại thùng lớn

oại thùng này thường được làm bằng thép không gỉ có lắp các chấn tử

siêu âm dưới đáy thùng hay bên cạnh thùng

ày được họat động ở tần số 25 kHz hay 40 kHz

ng thùng tẩy còn có thể gắn hệ thống lọc chuyên dụng dùng để lọc lại

dung dịch sau khi tẩy

Hình dáng và kết cấu của loại thùng này được thiết kế

ời sử dụng Với các chi tiết có kích thước lớn hơn bể siêu âm, thì ta có thể

thiết kế một bộ siêu âm

siêu âm được hàn dính dưới đáy thùng Bộ chuyển đổi (hộp gắn chấn tử siêu

âm ngâm trong nước) làm việc trực tiếp tiếp xúc với môi trường dung dịch do đó

phải kín và làm bằng thép không gỉ

Hình 2.8: Cấu tạo của thùng di động

Hình 2.6: Cách bố trí chấn tử siêu âm trong thùng tẩy [13]

Hình B: Thùng tẩy có bộ chuyển đổi ngâm trong dung dịch có thể di chuyển được.

Hình A: Thùng tẩy có chấn tử siêu

âm lắp cố định dưới đáy thùng.

2.3.2 Chấn tử siêu âm (Transducers)

Ngày nay, có hai kiểu để phát ra siêu âm được sử dụng: kiểu từ và kiểu áp

điện Cả hai kiểu có cùng chức năng là chuyển dòng điện xoay chiều sang năng

lượng khác dưới dạng sóng cơ nhưng theo những phương pháp khác nhau

Có 2 loại chấn tử siêu âm được giới thiệu là:

• Magnetostrictive: được làm bằng niken hay hợp kim của nó

• Electrostrictive : được làm bằng PZT, hay các vật liệu áp điện khác