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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------
---------- NGUYỄN VĂN LAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠ ðIỆN CHO CHI TIẾT DẠNG LỖ 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Lan Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS. Tống Ngọc Tuấn - Giảng viên Khoa Cơ - ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội trong suốt quá trình làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn sự giúp ñỡ của các thầy cô Giảng viên Khoa cơ ñiện ðại học Nông nghiệp Hà nội. Xin cảm ơn tập thể cán bộ Trường Cao ñẳng kỹ thuật công nghiệp và Công ty TNHH kỹ thuật Hà Nội ñã tạo ñiều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn sự ñộng viên và ñóng góp ý kiến quý báu của các bạn ñồng nghiệp ñã giúp cho tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2010 Tác giả Nguyễn Văn Lan Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU 1 I Tính cấp thiết của ñề tài 1 II Nội dung ñề 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 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1 Tình hình phát triển cơ khí ở Việt Nam 4 1.2 Vai trò của gia công cơ khí trong công nghệ chế tạo và công nghệ phục hồi chi tiết máy. 6 1.3 Một số yêu cầu cơ bản ñối với máy sản xuất thực phẩm 7 1.4 Nguyên nhân dẫn ñến hư hỏng của chi tiết máy 9 1.5 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy 9 1.6 Các phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại 13 1.7 Vai trò, ý nghĩa của mạ ñiện 14 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả mạ ñiện và các phương pháp nâng cao hiệu quả mạ ñiện 18 1.9 Mục ñích và nội dung của ñề tài 19 Chương II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 ðối tượng nghiên cứu 20 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............iv 2.2 Phương pháp nghiên cứu 20 2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 20 2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 20 Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠ ðIỆN 23 3.1 Phân loại mạ 23 3.2 Một số vấn ñề chung về mạ ñiện 23 3.2.1 Sơ lược về một số loại mạ ñiện. 23 3.2.1 Dung dịch ñiện ly, sự tạo thành lớp mạ 24 3.2.3 Xác ñịnh thời gian mạ 26 3.2.4 ðiện thế (thế ñiện cực) của kim loại, sự phân cực 28 3.2.5 Quá thế hiñrô 31 3.2.6 Yêu cầu ñối với lớp mạ 31 3.2.7 Cơ chế tạo thành lớp mạ ñiện 32 3.2.8 Thành phần dung dịch và chế ñộ mạ 35 3.2.9 Chuẩn bị bề mặt (gia công) trước khi mạ 38 3.2.10 Các phương pháp kiểm tra chất lượng lớp mạ 40 3.2.11 Phương pháp xử lý chất thải khi mạ 42 3.3 Một số biện pháp nhằm nâng cao chất lượng lớp mạ 43 3.3.1 Nâng cao ñộ ñồng ñều của lớp mạ 43 3.3.2 Mạ với chế ñộ không ổn ñịnh 44 3.3.3 Mạ không thùng mạ (mạ ngoài bể) 46 3.4 Một số ñặc ñiểm của mạ kẽm và mạ crôm 47 3.4.1 Mạ kẽm 47 3.4.2 Mạ crôm 48 Chương IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51 4.1 Nghiên cứu, thiết kế nguyên lý mạ dòng chảy 51 4.2 Thiết kế, chế tạo thiết bị mạ chi tiết dạng lỗ trên mẫu 53 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............v 4.2.1 Chế tạo thiết bị 53 4.2.2 Kiểm tra khả năng luân chuyển dung dịch của thiết bị 53 4.3 Xây dựng quy trình mạ xy lanh máy ép dầu 60 4.3.1 Chế tạo xy lanh 61 4.3.2 Thiết kế thiết bị mạ xy lanh Error! Bookmark not defined. 4.4 Thí nghiệm kiểm tra sự phân bố dung dịch khi vào bể cục bộ 64 4.5 Thí nghiệm mạ trong (lỗ) không luân chuyển dung dịch (mạ lần 1) 65 4 6 .Thí nghiệm mạ trong (lỗ) có luân chuyển dung dịch (mạ lần 2) 65 4.7 Thí nghiệm mạ ñồng thời cả trong (lỗ) và bên ngoài có luân chuyển dung dịch (mạ lần 3) 66 4.8 Xây dựng quy trình mạ crôm xy lanh 67 4.8.1 Sơ ñồ nguyên lý mạ 67 4.8.2 Xây dựng quy trình và mạ xy lanh 68 4.8.3 Kết quả kiểm tra sơ bộ và ño chiều dầy lớp mạ 69 4.8.4 Kiểm tra chất lượng lớp mạ nhờ chạy thử 70 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 73 I Kết luận 73 II ðề nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.2.1 Bề dầy lớp mạ 22 3.4.1 Quy ñịnh chiều dày của lớp mạ kẽm phụ thuộc môi trường 47 3.4.2 Một số hư hỏng thường gặp khi mạ crôm 50 4.8.1 Quy trình mạ xy lanh. 68 4.8.2 Kết quả ño chiều dày lớp mạ ngoài. 70 4.8.3 Kết quả ño chiều dày lớp mạ trong 70 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.4.1 Tổng quan về phân loại ma sát 10 1.5.1 Phân loại các phương pháp phục hồi chi tiết máy 12 1.6.1 Các phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại 13 1.7.1 Một số ứng dụng, trang thiết bị của mạ ñiện 16 1.8.1 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả (Năng suất và chất lượng) của công nghệ mạ ñiện 17 1.8.2 Các phương pháp nâng cao hiệu quả công nghệ mạ ñiện 18 2.2.1 Máy ño chiều dầy lớp phủ 21 2.2.2 Sơ ñồ các vị trí bề dầy lớp mạ mặt trong và mặt ngoài (mũi tên) 21 3.2.1 Sơ ñồ ñiện phân trong dung dịch sắt sunfat 25 3.2.2 Sơ ñồ cân bằng ñiện cực 28 3.2.3 Sơ ñồ phát triển mầm tinh thể 33 3.2.4 Các giai ñoạn tạo thành lệch xoắn 34 3.2.5 Sơ ñồ xử lý nước thải khi mạ Crôm. 43 3.3.1 Một số biện pháp nhằm giảm sự không ñồng ñều lớp mạ 44 3.3.2. Mạ với chế ñộ không ổn ñịnh 45 3.3.3 Sơ ñồ mạ phun 45 3.3.4 Sơ ñồ mạ crôm dòng chảy 45 3.3.5 Sơ ñồ mạ quét 46 4.1.1 Sơ ñồ mạ ngoài bể chi tiết dạng lỗ. 51 4.1.2 Sơ ñồ mạ trong bể ñồng thời mặt ngoài và mặt trong (dung dịch luân chuyển trong bể cục bộ) 52 4.1.3 Sơ ñồ mạ trong bể ñồng thời mặt ngoài và mặt trong (dung dịch luân chuyển trong bể chính) 52 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............viii 4.2.1 Thiết bị mạ ngoài chi tiết (mẫu) dạng lỗ 54 4.2.2 Mạ ngoài bể mẫu dạng lỗ 55 4.2.3 ðo lưu lượng 55 4.2.4 Lưu lượng nước luân chuyển phụ thuộc mức mở khóa (5 mức) và vị trí ñặt bơm (cao: h=350mm, thấp: h= 500mm) 56 4.2.5 Sự thay ñổi thời gian luân chuyển 1000ml (có thể suy ra lưu lượng) nước theo thời gian ño 56 4.2.7 Kết quả thí nghiệm 4 (Không luân chuyển) và 4C (Có luân chuyển) 59 4.3.1 Xi lanh chế tạo mới 61 4.3.2 Thiết bị mạ xi lanh (ngoài bể) 62 4.4.1 Thí nghiệm sự lưu chuyển dung dịch. 64 4.6.1 Mạ trong xy lanh có luân chuyển dung dịch (Mạ lần 2). 65 4.7.1 Mạ ñông thời cả trong và ngoài xy lanh có luân chuyển dung dịch (Mạ lần3 ) 66 4.8.1 Sơ ñồ bố trí các cực khi mạ xy lanh. 67 4.8.2 Xy lanh mạ (mạ cả mặt trong và mặt ngoài) 69 4.8.3 Hình ảnh ño bề dầy lớp mạ 69 4.8.4 Một số hình ảnh kiểm tra chất lượng lớp mạ nhờ trực quan 71 4.8.5 Biên bản kiểm tra chất lượng lớp mạ 72 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............1 MỞ ðẦU I. Tính cấp thiết của ñề tài Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các ñặc tính như khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, ñộ cứng, chống gỉ, tính trơ hoá học v.v… có ý nghĩa quyết ñịnh ñến tuổi thọ và ñộ tin cậy của chúng, vì qua nghiên cứu người ta thấy rằng hầu hết các chi tiết máy bị hư hỏng bắt ñầu từ việc phá huỷ bề mặt ngoài (bị cào xước, bị mòn, biến dạng bề mặt và thay ñổi kích thước, bị ăn mòn hoá học bề mặt v.v…). Trong các chi tiết máy chi tiết dạng lỗ ñược sử dụng rất rộng rãi và thường là những chi tiết chịu tải lớn, khó chế tạo. 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 ñòi hỏi giá thành cao. Từ ñó mà việc tạo nên một lớp kim loại có ñộ 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 ñược cải tiến ñể ñáp ứng ñược các ñiều kiện ñòi hỏi có ñộ chính xác, năng xuất lao ñộng cao, ñi ñôi với tuổi thọ và tính ổn ñịnh cao trong quá trình làm việc. Từ những yêu cầu trên, chất lượng chi tiết máy cần phải ñược cải thiện ñặc biệt là lớp bề mặt ngoài. Một trong những công nghệ nâng cao chất lượng bề mặt ñược ứng dụng khá hiệu quả ñó là công nghệ mạ ñiện. Từ những yêu cầu thực tế trên, tôi ñã ñi nghiên cứu và thực hiện ñề tài: "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ ñiện cho chi tiết dạng lỗ". Trong các lọai máy, máy sản xuất thực phẩm giữ một vị trí quan trọng, ñặc biệt với nước ta là nước nông nghiệp. Hiện Khoa Cơ - ðiện, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội có một máy ép dầu do Việt Nam sản xuất. Trong Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............2 máy này xi lanh là một trong các chi tiết chính, chịu tải lớn, khó chế tạo có thể ứng dụng mạ ñể nâng cao ñộ 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 ñược chất lượng bề mặt về ñộ cứng, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn v.v… Do ñó nó ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như: ñầu máy toa xe, hàng không, tàu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị ñiện tử, khai thác mỏ, nông nghiệp v.v… và ñặc biệt trong lĩnh vực chế biến thuỷ hải sản,... Ở nước ta việc sửa chữa phục hồi các chi tiết máy hỏng do mòn, ñóng một vai trò quan trọng vì giảm ñược 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. ðó là một yêu cầu ñặc 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 ñộc, ảnh hưởng ñến sức khoẻ con người, vật nuôi hoặc trở nên vô dụng. Trong công nghệ sửa chữa có nhiều phương pháp ñược sử dụng ñể phục hồi chi tiết máy hỏng như hàn ñắp, mạ phun, mạ nhúng, mạ bằng ñiện phân... Trong mạ bảo vệ thì mạ kẽm ñược ứng dụng rất rộng rãi. Vì những lý do trên ñây ñối tượng cụ thể của luận văn chúng tôi chọn là xi lanh máy ép dầu. Công nghệ mạ chúng tôi chọn là mạ crôm. Ngoài ra do ñiều kiện tại Khoa Cơ - ðiện mới chỉ có thiết bị mạ kẽm nên chúng tôi cũng tiến hành mạ kẽm trên mẫu xi lanh (mặc dù ñiều kiện làm việc của xi lanh không cho phép mạ kẽm). Kết quả làm cơ sở cho mạ crôm xi lanh và mạ kẽm những chi tiết tương tự nếu ñiều kiện làm việc cho phép. Mục ñích của ñề tài: Xây dựng quy trình mạ crôm xy lanh máy ép dầu. ðể ñạt ñược mục ñích trên, nội dung cụ thể của ñề tài gồm: - Tìm hiểu ñiều kiện làm việc của xy lanh máy ép dầu; - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạ ñiện và một số ñặc trưng của mạ crôm, mạ kẽm. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............3 - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến chất lượng lớp mạ làm cơ sở xây dựng quy trình mạ trục vít và xy lanh. - Mạ và chạy thử ñể ñánh giá chất lượng lớp mạ. ðề tài thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn công nghệ cơ khí, Khoa Cơ ñiện, Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội và Công ty TNHH kỹ thuật Hà Nội. II. Nội dung ñề tài Xuất phát từ mục ñích của ñề tài nghiên cứu và ñiều kiện thực tế, trong luận văn này ngoài phần mở ñầu, kết luận và ñề nghị, phụ lục luận văn gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về vấn ñề nghiên cứu . Chương 2: Phương pháp nghiên cứu Chương 3 : Cơ sở lý thuyết về mạ ñiện Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm III. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn 1. Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu lý thuyết mạ ñiện và khả năng ứng dụng cho chi tiết dạng lỗ. 2. Ý nghĩa thực tiễn ðã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công nguyên lý mạ luân chuyển dung dịch chi tiết dạng lỗ; hai nguyên lý mạ ñồng thời mặt trong và ngoài. ðã thành công mạ crôm xi lanh máy ép dầu, bề ngòai lớp mạ ñẹp . Kết quả chạy thử cho thấy lớp mạ không bị bong tróc có thể hoàn thiện công nghệ ñể ñưa vào ứng dụng trong thực tế. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............4 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình phát triển cơ khí ở Việt Nam ðối với nước ta, công nghiệp cơ khí ñược coi là ngành then chốt. Nếu không có ngành này thì không thể nào tiến hành công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nền kinh tế, không ñủ sức mạnh ñể thực hiện các nội dung của cuộc cách mạng công nghiệp, ñể ñổi mới công nghệ. Về tỉ trọng, nó chiếm 10,6% giá trị sản xuất của toàn ngành công nghiệp. (2003). Cho ñến nay, ngành công nghiệp cơ khí của Việt Nam ñã ñủ sức chế tạo nhiều loại máy công cụ (loại vừa và nhỏ) và các thiết bị chuyên ngành (thiết bị ñiện, thiết bị khai khoáng, máy kéo, máy bơm các loại). Bên cạnh ñó, cả nước ñã có ñội ngũ thợ lắp ráp lành nghề, ñạt trình ñộ cao, ñủ sức lắp ráp các máy móc, thiết bị kỹ thuật hiện ñại (như thiết bị thuỷ ñiện, nhiệt ñiện lớn, lắp ráp xe hơi, xe máy, , các thiết bị ñiện tử vi mạch phức tạp… Một số sản phẩm chủ yếu của ngành công nghiệp cơ khí năm 2003 là máy kéo và xe vận chuyển, máy tuốt lúa có ñộng cơ , máy công cụ , ñộng cơ ñiezen , ñộng cơ ñiện , máy biến thế , lắp ráp ô tô , lắp ráp xe máy , lắp ráp ti vi … Ngành Cơ khí ñã có những bước phát triển ñáng kể, chuyển ñổi từ thụ ñộng sang chủ ñộng hơn trong sản xuất, ñầu tư và tìm kiếm thị trường, ñổi mới công nghệ ñể nâng cao khả năng cạnh tranh. Các chính sách thúc ñẩy sản xuất cơ khí của Nhà nước như Chương trình hỗ trợ phát triển sản xuất sản phẩm cơ khí trọng ñiểm giai ñoạn từ năm 2009 ñến năm 2015, hỗ trợ lãi suất vốn vay mua máy móc thiết bị, vật tư phục vụ sản xuất nông nghiệp và vật liệu xây dựng nhà ở khu vực nông thôn,… ñã mang lại hiệu quả rất thiết thực. Bản thân các doanh nghiệp cũng ñã tự ñổi mới, vận dụng các cơ chế chính sách của Nhà nước ñể thúc ñẩy hoạt ñộng sản xuất kinh doanh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............5 Giai ñoạn 2001-2006, ngành Cơ khí Việt Nam ñược ñánh giá ñã ñạt ñược những thành quả to lớn, không chỉ ñáp ứng tốt nhu cầu phát triển của các ngành công nghiệp chủ lực của ñất nước, mà còn giành ñược nhiều hợp ñồng xuất khẩu lớn, mở ra một bước tiến mới khi Việt Nam ñã trở thành thành viên của WTO. Tại Hội nghị triển khai kế hoạch xuất khẩu năm 2008 do Bộ Công Thương tổ chức vào trung tuần tháng 12/2007, ngành Cơ khí ñược xếp vào nhóm sản phẩm ñạt tốc ñộ tăng trưởng cao trên 120% so với năm 2006, ñem lại kim ngạch xuất khẩu trên 2,2 tỷ USD, ñiều mà chỉ cách ñây vài năm, ít ai dám nghĩ. Báo cáo tại Hội nghị ñánh giá Chiến lược phát triển ngành Cơ khí Việt Nam ñến năm 2010, tầm nhìn ñến năm 2020, cũng cho thấy, nếu như vào những năm ñầu của thập kỷ 90 thế kỷ trước, ngành Cơ khí mới chỉ ñáp ứng ñược khoảng 8-10% nhu cầu trong nước, thì ñến những năm gần ñây, con số này ñã ñạt 40%, tốc ñộ tăng trưởng bình quân ñạt 40%/năm. ðây là một tín hiệu rất ñáng mừng ñối với một ngành ñược coi là ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế-xã hội ñất nước. Tuy ñạt ñược những thành tích cao về xuất khẩu, nhưng ngành Cơ khí vẫn còn gặp nhiều khó khăn, ñặc biệt là trong thời ñiểm hiện nay khi Việt Nam ñã hội nhập WTO. Tình hình phát triển công nghiệp hỗ trợ trong lĩnh vực cơ khí vẫn hạn chế, chỉ dừng ở công ñoạn gia công, lắp ráp các thiết bị cơ khí. Tuy là chìa khóa thúc ñẩy công nghiệp phát triển nhưng hiện nay 70 - 80% sản phẩm phục vụ sản xuất lắp ráp vẫn phải nhập khẩu, bên cạnh ñó, nhiều doanh nghiệp trong nước còn chuyển từ sản xuất sang gia công lắp ráp hợp tác sản xuất với các doanh nghiệp nước ngoài. Nguyên nhân cơ bản vẫn là thiếu các nguồn vốn trung và dài hạn ñể ñầu tư phát triển sản xuất, thiếu nguồn nhân lực có trình ñộ, tay nghề giỏi. Công tác hỗ trợ dịch vụ của các sản phẩm cơ khí chưa ñược quan tâm ñầu tư ñúng mức từ phía các doanh nghiệp. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............6 ðể ngành cơ khí có thể ñi tắt ñón ñầu, phát huy mạnh hơn nữa thế chủ ñộng trong hội nhập, các chuyên gia cho rằng lúc này vai trò hỗ trợ của Nhà nước, chức năng ñầu tư ban ñầu của cơ quan, Nhà nước cũng nên "giãn" dần, chỉ nên áp dụng ñối với các ngành chế tạo tư liệu sản xuất. Các chính sách về thuế, giảm chi phí thuế theo lộ trình cam kết quốc tế sẽ tạo ñiều kiện ñể doanh nghiệp phát triển thị trường, giảm chi phí cho các nhà lắp ráp, nhập khẩu trong nước, tạo môi trường cạnh tranh, qua ñó khuyến khích doanh nghiệp xuất khẩu. Nhà nước cũng cần có một chương trình tổng thể với những nội dung và lộ trình hợp lý, phù hợp với một chiến lược linh hoạt, với quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, ñáp ứng những ñịnh chế quốc tế mà nước ta cam kết. Cần ñổi mới về căn bản phương thức hoạt ñộng, công nghệ, coi cạnh tranh là ñộng lực ñể ñổi mới, ñặt doanh nghiệp vào vị trí trọng tâm trong ñổi mới công nghệ. Tạo môi trường thích hợp cho ñổi mới, ứng dụng rộng rãi công nghệ mới, tại Việt Nam. Thực hiện phương châm ñi tắt ñón ñầu nhằm ñạt trình ñộ trung bình tiên tiến của Châu Á, không ngừng nâng cao khả năng cạnh tranh trên cả ba tuyến là sản phẩm hàng hoá, doanh nghiệp và tổng thể nền kinh tế. Gấp rút ñào tạo nguồn nhân lực theo hướng kinh tế tri thức, có nghiệp vụ giỏi và phẩm chất ñạo ñức tốt. Coi con người là yếu tố trung tâm của sự phát triển, coi công nghệ là yếu tố then chốt của CNH - HðH ñất nước. 1.2. Vai trò của gia công cơ khí trong công nghệ chế tạo và công nghệ phục hồi chi tiết máy. Trong nghành cơ khí nói chung, và trong chế tạo, phục hồi chi tiết máy nói riêng. Cơ khí chế tạo luôn ñóng một vai trò vô cùng quan trọng, nó là nguồn ñông lực chính cho sự phát triển của các ngành như: giao thông vận tải, sản xuất và chế biến nông sản phát triển…Trong chế tạo chi tiết máy, thì gia công cơ khí tham gia ở tất cả các khâu . Nó quyết ñịnh ñến tuổi thọ cũng như yêu cầu khắt khe của chi tiết. Nhờ có gia công cơ khí mà ta có thể tạo gia Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............7 ñược các hình dạng ñặc biệt của chi tiết với cấp chính xác tuỳ theo yêu cầu làm việc của chi tiết .Còn trong phục hồi chi tiết máy, do ñược kế thừa của gia công chế tạo cho nên ta chỉ cần áp dụng một số phương pháp gia công cơ khí thì cũng có thể hồi phục ñược chi tiết máy. Tuy nhiên không phải tất cả các chi tiết khi bị hao mòn hư hỏng cũng cần hồi phục, mà trước khi hồi phục ta cần tính ñến tính kinh tế , tính kỹ thuật. Trong quá trình hồi phục chi tíêt máy có những chi tiết máy nếu chúng ta áp dụng các phương pháp gia công truyền thống thì khó có thể ñáp ứng ñược các yêu cầu về ñộ bền và tính kinh tế. Vì vậy cần phải nghiên cứu các phương pháp gia công mới ñã và ñang ñược các nước trên thế giới áp dụng. Vì vậy mà gia công cơ khí có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống hằng ngày và trong lao ñộng sản xuất. ðể thực hiện thành công quá trình công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước, thì nhất thiết cần phải ñầu tư phát triển ngành cơ khí gia công . 1.3. Một số yêu cầu cơ bản ñối với máy sản xuất thực phẩm ðối với máy chế biến thực phẩm, khi thiết kế chế tạo và sử dụngchúng ngoài những yêu cầu chung (ñộ cứng, sức bền, ñộ bền rung ñộng) còn phải ñáp ứng những yêu cầu sau: 1. Khả năng thực hiện quá trình công nghệ tiên tiến. Nói cách khác máy và thiết bị muốn ñạt năng xuất ñầy ñủ phải có tác ñộng của công nghệ thích hợp nhất lên sản phẩm gia công. Trong trường hợp này những tổn thất không tránh khỏi là nhỏ nhất. Do ñó khi thiết kế hoặc cải tiến máy ñang dùng, cùng với chế ñộ tốt nhất của quá trình công nghệ cần phải ñảm bảo sự tương ứng giữa tốc ñộ và quỹ ñạo chuyển ñộng của các bộ phận làm việc, tính chất cơ lý, hoá học và sinh học của sản phẩm ban ñầu, sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng. 2. . Nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật suy cho cùng là biểu thị ở năng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............8 xuất lao ñộng xã hội, nghĩa là giảm chi phí cho một sản phẩm trên các máy thông thường và máy tự ñộng. Năng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật là nguyên nhân chủ yếu thuộc về năng xuất máy như kích thước, diện tích chiếm chỗ, tiêu thụ năng lượng, nước, hơi, giá thành chế tạo lắp ráp, sửa chữa và sử dụng thiết bị. 3. Tính chống mài mòn cao của các bộ phận làm việc của máy và thiết bị sản xuất thực phẩm. Dó là một yêu cầu ñặc biệt quan trọng ñối với thiết bị sản xuất thực phẩm, vì các vật liệu chế tạo chi tiết khi bị mài mòn sẽ lẫn vào sản phẩm sẽ làm cho thực phẩm và thức ăn gia súc trở nên kém chất lượng hoặc bị hỏng. 4. Áp dụng các biện pháp tiết kiệm kim loại khi thiết kế và chế tạo ñể làm giảm khối lượng của máy. Trong nhiều trường hợp sử dụng những phôi ñịnh hình rỗng nhưng không gây ảnh hưởng ñến ñộ bền, ñộ cứng của chi tiết máy. ðể giảm trọng lượng của chi tiết máy, tốt nhất là chọn các loại vật liệu có tính chất cơ học cao. Cần áp dụng rộng rãi các biện pháp tăng bền cho chi tiết bằng các phương pháp hiện ñại. Các phương pháp này bao gồm: gia công cơ nhiệt, tôi bề mặt, thấm các bon, thấm ni tơ, xyanua hoá, crom hoá, hàn ñắp, mạ phun. Hiện nay sử dụng các loại vật liệu tổng hợp trong nhiều trường hợp trong chế tạo và sửa chữa máy. Những vật liệu ấy có khôí lượng riêng nhỏ, nhưng vẫn ñủ ñộ ñộ bền cơ học, tính chống mài mòn và ăn mòn. Sử dụng những vật liệu tổng hợp không chỉ làm giảm khối lượng của máy, tăng tuổi thọ, giảm giá thành chế tạo. 5. Tính công nghệ của máy và thiết bị là sự kết hợp giữa kết cấu và phương pháp chế tạo tối ưu theo quy mô sản xuất ñã ñược biết trước với mọi cách tiết kiệm vật liệu. Tính công nghệ của kết cấu máy và thiết bị có quan hệ ñến toàn bộ quá trình sản xuất bắt ñầu từ khâu chế tạo phôi chi tiết và kết thúc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............9 khi hoàn thành và chạy thử máy bằng thí nghiệm. ðể ñánh giá tính công nghệ ta dùng các chỉ tiêu như: Khối lượng, mức ñộ thống nhất hoá kết cấu kết cấu 1.4. Nguyên nhân dẫn ñến hư hỏng của chi tiết máy Có rất nhiều nguyên nhân dẫn ñễn hư hỏng của chi tiết máy. Chúng có thể chia thành ba nhóm: nguyên nhân vật lý (lực, nhiệt, ánh sáng…), nguyên nhân hóa học (chất khí, chất lỏng) và nguyên nhân lý hóa (cùng một lúc chịu ảnh hưởng của cả các nguyên nhân vật lý và nghuyên nhân hóa học). Trong các nguyên nhân trên thì nguyên nhân lực ñặc biệt là lực ma sát có ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình hư hỏng của chi tiết máy. Có rất nhiều dạng ma sát. Hình 1.4.1 là tổng quan về phân loại ma sát. 1.5. Các phương pháp phục hồi chi tiết máy Như ñã trình bày ở môn học “Cơ sở ñộ tin cậy máy”: 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 hỏng, thậm chí một loại hư hỏng có thể ñược hồi phục bằng nhiều phương pháp khác nhau. Hư hỏng của chi tiết máy ngoài cách phân loại như ở môn học Cơ sở ñộ tin cậy máy còn có cách phân loại khác. Ở cách này hư hỏng ñược chia thành ba nhóm: mòn; hư hỏng cơ học và hư hỏng hoá nhiệt. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............10 MA SÁT Vĩ mô Vi mô Ngoại Nội Chuyển ñộng Khởi ñộng Dừng Va ñập Lăn Trượt Xoay Lăn trượt Trượt xoay Lăn xoay Lỏng Rắn Khí Plasma Hỗn hợp Quá trình ðối tượng Chuyển ñộng Trạng thái Hình 1.4.1. Tổng quan về phân loại ma sát 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). Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............11 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 (hình 1.5.1). Từ hình 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 qua 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 ñối 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 cầu 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............12 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, thay một phần chi tiết 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 Không khôi phục kích thước ban ñầu Khôi phục kích thước ban ñầu - Hàn ñắp kim loại; - Phun kim loại; - Mạ ñiện và mạ hoá; - Sử dụng polime; - ðúc kim loại lỏng -….. GC C Ơ K H Í GC N G U Ô I GC N H I Ê T Biến dạng dẻo H À N D Á N ðinh tán ðiều chỉnh và thời gian bổ sung. - Dung sai lắp ghép và lượng dư gia công. Trong trường hợp không có các số liệu, hồ sơ, thông qua hồ sơ của các máy, chi tiết tương tự, máy, chi tiết mới, nghiên cứu quá trình làm việc của máy, ño ñạc…ñể thiết lập hồ sơ. Thời gian thiết lập hồ sơ trong một số trường hợp có thể khá dài do vừa cho máy làm việc vừa hoàn thiện. Hình 1.5.1. Phân loại các phương pháp phục hồi chi tiết máy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............13 Tạo hợp kim chịu nóng Bao phủ bảo vệ Dùng môi trường khí bảo vệ Giảm tốc ñộ ôxi hóa Các phương pháp bảo vệ ăn mòn trong môi trường khí Các phương pháp bảo vệ ăn mòn trong môi trường không khí Dùng các kim loại dễ bị thụ ñộng hoặc dùng các kim loại làm phụ gia catôt có tác dụng thụ ñộng của thép cacbon ðưa các chất màu gây thụ ñộng hóa kim loại vào thành phần của lớp sơn chống ăn mòn Giảm ñộ dẫn ñiện của lớp màng ẩm trên bề mặt kim loại Giảm khả năng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt kim loại Bao phủ bảo vệ Sử dụng các chất làm chậm ăn mòn Bao phủ bảo vệ Bảo vệ ñiện hóa (bằng prôtectơ, bằng dòng ñiện) Xử lý môi trường Các phương pháp bảo vệ ăn mòn trong ñất Các phương pháp bảo vệ ăn mòn trong nước sông, nước biển Kết cấu hợp lý Bảo vệ ñiện hóa (bằng prôtectơ, bằng dòng ñiện) Xử dụng thép hợp kim thích hợp Bao phủ bảo vệ Các phương pháp bảo vệ ăn mòn ñiện hóa Phương pháp hợp kim hóa Xử lý môi trường Bao phủ bảo vệ Bảo vệ ñiện hóa Cấu tạo hợp lý Tổ hợp các phương pháp bảo vệ Lựa chọn vật liệu hợp lý CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ ĂN MÒN KIM LOẠI 1.6. Các phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại Có rất nhiều các phương pháp bảo vệ ăn mòn (hình 1.6.1). Hình 1.6.1. Các phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............14 Qua hình 1.6.1 thấy rằng phương pháp bảo vệ ăn mòn nhờ phương pháp bao phủ bảo vệ ñược ứng dụng ñể bảo vệ kim loại khỏi tất cả các dạng ăn mòn. Bao phủ bảo vệ có thể bao phủ bằng kim loại hoặc phi kim. Có nhiều phương pháp bao phủ bằng kim loại trong ñó có phương pháp mạ ñiện. Trong các phương pháp mạ ñiện bảo vệ kim loại thì mạ kẽm ñược sử dụng khá rộng rãi. Trong quá trình ăn mòn, kẽm ñóng vai trò anot và bị hoà tan tránh cho chi tiết bị ăn mòn. Bao phủ bằng phi kim thường là sơn. 1.7. Vai trò, ý nghĩa của mạ ñiện Qua trình bày ở trên thấy rằng việc ứng dụng phương pháp mạ ñiện trong nghành cơ khí nói chung và trong công nghệ bảo vệ bề mặt kim loại và công nghệ phục hồi ñã ñem lại hiệu quả to lớn. ðặc biệt ñối với những chi tiết làm việc trong môi trường ăn mòn và mài mòn cao. Trong công nghệ bảo vệ bề mặt thì mạ ñiện là một trong những phương pháp có hiệu quả tốt trong mọi môi trường, trong công nghệ phục hồi mạ ñiện ñặc bịêt có hiệu quả ñối với những chi tiết có hao mòn không lớn. Hơn nữa, các sản phẩm không chỉ ñáp ứng ñược yêu cầu chất lượng mà còn có thể ñáp ứng ñược cơ lý tính ( tăng khả năng chịu mài mòn…) của một số sản phẩm có giá trị thẩm mỹ và kinh tế cao. Hiện nay công nghệ mạ ñiện ñược ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và ñã có nhiều dây chuyền, thiết bị hiện ñại, tuy vậy chủ yếu là mạ trang trí và mạ bảo vệ trang trí (hình 1.7.1). Vấn ñề mạ ñể nâng cao tính chống mài mòn, mạ phục hồi vẫn chưa ñược quan tâm ñúng mức. Kỹ thuật mạ ñiện hay kỹ tuật Galvano lấy theo tên nhà kho._.a học Ý Luigi Galvani là tên gọi của quá trình ñiện hóa phủ lớp kim loại lên một vật. Trong quá trình mạ ñiện, vật cần mạ ñược gắn với cực âm catôt loại mạ gắn với cực 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............15 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 ủa 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 áng 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 ñồng hợp kim. mạ kền sunfamat... Nhà vật lí Mỹ Richard Feynman ñã nghiên cứu thành công công nghệ mạ lên nền nhựa. Hiện nay công nghệ này ñã ñược ứng dụng rộng rãi. Kĩ thuật mạ hiện là một trong ba quá trình trong chu trình LIGA - ñược sử dụng trong sản xuất robot ñiện tử siêu nhỏ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............16 a – vòng mạ niken; b – ñồ trang sức mạ vàng; c – vòi mạ crôm; d – thép mạ kẽm; ñ – dây chuyền mạ treo; e – dây chuyền mạ quay; f – móc treo; h – can nhiệt. a) b) c) d) ñ) e) f) h) Hình 1.7.1. Một số ứng dụng, trang thiết bị của mạ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............17 Hình 1.8.1. Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả (Năng suất và chất lượng) của công nghệ mạ ñiện Các yếu tố ñiện hoá Nhiệt ñộ, mật ñộ dòng ñiện, PH dung dịch Các yếu tố thúc ñẩy quá trình (dạng dòng ñiện, siêu âm.. Thành phần các chất cơ bản Thành phần các chất phụ gia Thành phần tạp chất, sản phẩm của phản ứng Sự luân chuyển(luân chuyển dung dịch… Vị trí tương ñối giữa catốt và anốt vật liệu, kích thước, hình dáng anốt Kích thước, hình dáng bể Gia công anốt Chế ñộ ñiện phân(mạ) Thành phần dung dịch Thiết bị mạ ðặc tính nền mạ, các công việc Thành phần dung dịch, thời gian… Trạng thái bề mặt Thành phần nền mạ(vật liệu, vật mạ) Các yếu tố khác Công nghệ mạ ñiện Chất lượng lớp mạ ñiện ðộ bám ðộ cứng tế vi Ứng suất Tính mài mòn ðộ bền mỏi Cấu trúc Tính chống ăn mòn ðộ ñồng ñều Năng suất Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............18 Các phương pháp nâng cao hiệu quả công nghệ mạ ñiện Tối ưu hoá công nghệ Sử dụng các phương pháp phụ Tố i ư u qu á tr ìn h gi a cô n g an ốt Tố i ư u ch ế ñộ m ạ (ñi ện ph ân ) Tố i ư u th àn h ph ần du n g dị ch Tố i ư u th iế t b ị m ạ Tố i ư u ñồ n g th ời cá c yế u tố tr ên Cá c ch ất ph ụ gi a D ùn g an ốt ph ụ, ca tố t p hụ , an ốt có hì n h dạ n g ph ù hợ p v ới v ật m ạ D ạn g dò n g ñi ện B ản g ch ắn ph i k im Cá c ph ư ơn g ph áp kh ác 1.8. Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả mạ ñiện và các phương pháp nâng cao hiệu quả mạ ñiện Công nghệ mạ ñiện ñã ñược rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Có thể tổng kết các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả (năng suất và chất lượng) của công nghệ mạ ñiện như hình 1.8.1 và các phương pháp nâng cao hiệu quả của công nghệ mạ như hình 1.8.2. Hình 1.8.2. Các phương pháp nâng cao hiệu quả công nghệ mạ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............19 1.9. Mục ñích và nội dung của ñề tài Trên cơ sở những phân tích ở trên và ñiều kiện thực tế môc ®Ých cña ®Ò tµi: X©y dùng quy tr×nh m¹ cr«m xy lanh m¸y Ðp dÇu. §Ó ®¹t ®−îc môc ®Ých trªn, néi dung cô thÓ cña ®Ò tµi gåm: - T×m hiÓu ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña xy lanh m¸y Ðp dÇu; - Nghiªn cøu c¬ së lý thuyÕt cña m¹ ®iÖn vµ mét sè ®Æc tr−ng cña m¹ cr«m, m¹ kÏm. - Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña mét sè th«ng sè ®Õn chÊt l−îng líp m¹ lµm c¬ së x©y dùng quy tr×nh m¹ trôc vÝt vµ xy lanh. - M¹ vµ ch¹y thö ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng líp m¹. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............20 Chương 2 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 xi lanh máy ép dầu của Khoa Cơ- ðiện, Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội và công nghệ mạ kẽm, công nghệ 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. Phân loại mạ. 2. Một số vấn ñề chung về mạ ñiện. 3. Một số biện pháp nhằm nâng cao chất lượng lớp mạ. ðể ứng dụng ñược công nghệ mạ ñiện nói chung, mạ crôm, mạ kẽm nói riêng cần phải hiểu rõ về công nghệ này. Kết quả nghiên cứu lý thuyết ñịnh hướng cho việc nghiên cứu thực nghiệm sau này ñồng thời cũng làm cơ sở ñể ñánh giá ñộ tin cậy của kết quả nghiên cứu thực nghiệm. 2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm Xi lanh (mạ mặt trong) trong công nghệ mạ có thể ñược coi là một trong các chi tiết khó mạ do lượng dung dịch làm việc thực tế nhỏ. Nghiên cứu thực nghiệm nhằm kiểm tra khả năng mạ vưới các phương pháp luân chuyển dung dịch khác nhau. ðánh giá chất lượng lớp mạ chủ yếu bằng trực quan thông qua bề ngoài Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............21 của lớp mạ, kiểm tra ñộ bám sơ bộ bằng phương pháp ñơn giản như dũa và thông qua chạy thử. Bề dầy lớp mạ ñược ño nhờ máy ño chiều dầy lớp phủ của Bộ môn Công nghệ cơ khí (hình 2.2.1). Sơ ñồ các ñiểm ño cho ở hình 2.2.2. Vị trí ño (cho cả mặt trong và mặt ngoài) gồm 03 mặt cắt ngang (1; 2; 3) và 4 ñường sinh ( TIiM ; DIiM ; TIIiM ; DIIiM ; i = 1, 2, 3). Mỗi ñiểm ño ño ba lần sau ñó lấy giá trị trung bình và ghi vào bảng theo mẫu (bảng 2.2.1) Hình 2.2.2. Sơ ñồ các vị trí bề dầy lớp mạ mặt trong và mặt ngoài (mũi tên) Hình 2.2.1. Máy ño chiều dầy lớp phủ 276 A A 97 100 79 122 72 82 T IM D IIM D IM T IIM A-A Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............22 Bảng 2.2.1. Bề dầy lớp mạ Vị trí ño Mặt ño 1 2 3 T IM 1 T IM 2 T IM 3 IM D IM 1 D IM 2 D IM 3 T IM 1 T IIM 2 T IIM 3 IIM D IIM 1 D IIM 2 D IIM 3 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............23 Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠ ðIỆN Công nghệ mạ hiện ñang sử dụng rất rộng rãi trong chế tạo cũng như trong phục hồi chi tiết máy. Phương pháp này có nhiều ưu ñiểm với những chi tiết có hao mòn nhỏ và có trường hợp nó là phương pháp phục hồi duy nhất. 3.1. Phân loại mạ Cũng như một số phương pháp khác, mạ có nhiều loại và việc phân loại chúng dựa vào một số cơ sở. a) Dựa vào việc có sử dụng nguồn ñiện ngoài hay không:1. Mạ ñiện; 2. Mạ hóa. b) Dựa vào kim loại lớp mạ:1. Mạ ñơn: mạ crôm, mạ sắt; mạ niken; mạ vàng...; 2. Mạ hợp kim; 3. Mạ comozit c) Dựa vào công dụng lớp mạ: 1. Mạ bảo vệ; 2. Mạ bảo vệ - trang trí; 3. Mạ chuyên dùng (mạ tăng cứng; mạ hồi phục...) d) Dựa vào một số cơ sở khác: 1. Mạ với ñiện cực hòa tan và ñiện cực không hòa tan; 2. Mạ nóng, mạ lạnh; 3. Mạ trong bể, mạ ngoài bể... Ở ñây chủ yếu quan tâm ñên mạ ñiện ñơn. Trong phạm vi luận văn này chủ yếu quan tâm ñến mạ kẽm và mạ crôm. 3.2. Một số vấn ñề chung về mạ ñiện 3.2.1. Sơ lược về một số loại mạ ñiện. Mạ kẽm và mạ crom hiện nay ñược sử dụng khá rộng rãi và cũng là ñối tượng nghiên cứu của luận văn này và sẽ ñược trình bày kỹ hơn ở mục 3.4. Ở ñây chỉ trình bày sơ lược về mạ sắt, mạ hợp kim, mạ compozit (chúng có thể coi là những loại mạ có nhiều ứng dụng trong phục hồi cũng như tăng tính chống mòn cho chi tiết máy) 1. Mạ sắt: sắt kết tủa bằng phương pháp mạ ñiện có cấu trúc tinh thể khác hẳn sắt chế tạo bằng phương pháp luyện kim: có ñộ tinh khiết cao, cấu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............24 tạo ñồng nhất nên bị ăn mòn chậm hơn so với sắt thông thường. Màu sắc của lớp mạ thay ñổi từ xám sáng ñến tối tuỳ thuộc vào ñiều kiện ñiện phân, lớp mạ mịn như nhung, hơi bóng hoặc rất bóng. Lớp mạ sắt ñược dùng chủ yếu ñể hồi phục các chi tiết máy ñã bị hao mòn hay bù cho chi tiết máy bị hụt kích thước khi chế tạo. So với mạ crôm, mạ sắt có ưu ñiểm: tốc ñộ mạ nhanh, gắn bám chắc với nền, tiêu tốn ít ñiện năng. Lớp mạ sắt có thể mài thấm than. 2. Mạ hợp kim: mạ hợp kim là phương pháp có nhiều triển vọng vì nó tạo ñiều kiện ñể nhận ñược lớp mạ có chất lượng cao với nhiều tính chất khác nhau: ñộ cứng, ñộ chống gỉ và ñộ chịu mài mòn lớn. Có nhiều loại dung dịch ñể mạ và ở ñiều kiện nhất ñịnh có thể nhận ñược như sắt với cacbon, sắt với mangan, sắt với crôm, sắt với niken… 3. Mạ compozit: ñây cũng là một trong các phương pháp có nhiều triển vọng. Lớp mạ nhận ñược có thể coi là vật liệu compozit (lớp phủ compozit). Lớp phủ compozit là một khối vật liệu kim loại hay phi kim trong ñó có chứa các chất làm bền. Các chất làm bền này có thể là dạng sợi, bột và các vật liệu có các tính chất khác hẳn với vật liệu cơ bản. 3.2.1. Dung dịch ñiện ly, sự tạo thành lớp mạ a) Dung dịch ñiện li Trong kỹ thuật mạ, áp dụng rộng rãi các dung dịch axit, bazơ và muối. Khi hòa tan trong dung dịch (nước) thì chúng phân li thành những ion và ñược gọi là dung dịch ñiện li. Trong dung dịch axit thì phân li thành ion H+ và gốc axit. Trong dung dịch kiềm thì phân li thành ion kim loại và ion hiñroxit OH- . Trong dung dịch muối thì phân li thành ion kim loại và gốc axit. Trong dung dịch muối phức thì phân li thành hai bước. Bước thứ nhất phân li thành ion kim loại và ion muối phức. Bước thứ hai ion muối phức phân li thành ion kim loại và ion gốc axit: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............25 Na2[Zn(CN)4] → 2Na+ + Zn(CN)42- (1) Zn(CN)42- → Zn2+ + 4CN- Sự phân li của ion muối phức rất nhỏ, nên nồng ñộ kim loại rất thấp. Ion dương (ion kim loại, H+) còn gọi là kation; ion âm (gốc axit, OH-) – anion. b) Sự hình thành lớp mạ Nhúng hai tấm kim loại (gọi là ñiện cực) vào dung dịch ñiện li và nối với nguồn ñiện một chiều. Cực nối với cực dương của nguồn ñiện gọi là anôt (cực dương), cực nối với cực âm của nguồn ñiện gọi là katôt (cực âm). Khi có dòng ñiện chạy qua thì các ion dương (kation) sẽ theo chiều dòng ñiện chạy về katôt, nhận ñiện tử - bị khử. Ion âm (anion) sẽ chạy về anôt và mất ñiện tử - bị oxi hóa. Ví dụ khi nhúng hai cực vào dung dịch sắt sunphát và nối với nguồn ñiện một chiều (hình 3.2.1) lúc này ta thấy trên katôt có sắt và khí hiñrô thoát ra. Trên anôt, nếu anôt không hòa tan thì ôxi thoát ra, nếu anôt là sắt (hòa tan) thì sắt bị hòa tan và ôxi thoát ra. Phản ứng của chúng như sau: Trên katôt: Fe2+ + 2e → Fe (2) 2H+ + 2e → H2↑ (3) Trên atôt: Fe - 2e → Fe2+ (4) 4OH- - 2e → 2H2O + O2↑ (5) 2SO4 - + 2H2O - 4e → 2H2SO4 + O2↑ (6) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............26 Trên anôt, sắt bị hòa tan, bổ sung ion sắt bị tiêu hao trong ducng dịch. Nếu như katôt là chi tiết ñã ñược làm sạch, thì sẽ tạo thành lớp mạ sắt trên bề mặt chi tiết. Ở katôt ion kim loại thành nguyên tử kim koại, ở anôt nguyên tử kim loại thành ion kim loại. ðó là anôt hòa tan. Ở anôt không hòa tan xảy ra những phản ứng phức tạp khác. 3.2.3. Xác ñịnh thời gian mạ a) ðịnh luật Pharañây ðịnh luật Pharañây phát biểu như sau: “Lượng chất thoát ra ở ñiện cực tỷ lệ thuận với khối lượng mol nguyên tử hoặc khối lượng mol phân tử của chất thoát ra ở ñiện cực, với lượng ñiện ñi qua dung dịch (tức cường ñộ và thời gian ñiện phân) và tỷ lệ nghịch với số electron tham gia phản ứng ñiện cực”. ðịnh luật Pharañây ñược viết dưới dạng công thức: Fn Q Fn It M m nmol 00 === (7) hoặc: m = E.I.t (8) trong ñó: m – khối lượng chất thoát ra ở ñiện cực, g; M – khối lượng mol nguyên tử hoặc mol phân tử của chất thoát ra ở ñiện cực, g.mol-1; I – cường ñộ dòng ñiện, A; t – thời gian, giờ (h); F – số Pharañây (F = 1 2 3 4 5 H+ OH- Fe2+ SO4 2- - Dòng ñiện Hình 3.2.1. Sơ ñồ ñiện phân trong dung dịch sắt sunfat 1 - bể ñiện phân (bể mạ); 2 - dung dịch ñiện phân; 3 - cực âm (katôt, chi tiết mạ); 4 -cực dương (anôt) 5 - nguồn ñiện. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............27 96500C.mol-1 =96500A.s.mol-1=26,8A.giờ.mol-1); n0 – số electron tham gia phản ứng ñiện cực (trong trường hợp ion kim loại Mn+ bị khử thành kim loại M thì số n0 bằng hóa trị kim loại Mn+ + n0e → M); Q = It là ñiện lượng, C; nmol - số mol chất thoát ra ở ñiện cực; Fn ME .0 = - ñương lượng ñiện hóa chất thoát ra ở ñiện cực, g/A.h. b) Xác ñịnh khối lượng lớp mạ ηηη ... EItmmm LTTT === (9) trong ñó: %100%100 ⋅=⋅= EIt m m m TT LT TTη ñược gọi là hiệu suất dòng ñiện (%). Hiệu suất dòng ñiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong ñó có mật ñộ dòng ñiện. c) Xác ñịnh thời gian mạ Trên thực tế, công thức xác ñịnh khối lượng lớp mạ ñược sử dụng ñể xác ñịnh chiều dầy lớp mạ h ñạt ñược khi thời gian mạ cho trước là t hay ngược lại xác ñịnh thời gian mạ t ñể ñạt ñược lớp mạ có chiều dầy yêu cầu là h. Với mục ñích trên khối lượng lớp mạ ñược xác ñịnh bằng tích của thể tích lớp mạ V (cm3), trọng lượng riêng của lớp mạ d (g/cm3) và từ công thức xác ñịnh khối lượng lớp mạ có (với ñiều kiện lớp mạ ñều): η ηη k kTT ED hd t d tED dS EIt dS mh .10.10 . .10 . .10 =⇒=== (10) trong ñó: t – thời gian mạ ñể ñạt ñược lớp mạ có chiều dầy là h ; h – chiều dầy lớp mạ, mm; S- diện tích cần mạ, dm2; Dk=I/S– mật ñộ dòng ñiện katôt, A/dm2 (ngoài ra còn có Da – mật ñộ dòng ñiện anôt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............28 Hình 3.2.2. Sơ ñồ cân bằng ñiện cực - ion Mn+; - electron (e); - nguyên tử M. 3.2.4. ðiện thế (thế ñiện cực) của kim loại, sự phân cực a) ðiện thế của kim loại Khi nhúng thanh kim loại M vào dung dịch muối của nó (ví dụ MCln – hình 3.2.2, trên hình không vẽ anion Cl-) có thể xảy ra ba quá trình: - Ion Mn+ chạm vào thanh kim loại trở thành kim loại M: Mn+ + ne → Me ; - Ion Mn+ va chạm vào thanh kim loại nhưng không có sự biến ñổi nào và trở lại dung dịch; - Nguyên tử kim loại cho (ñể lại) ne trở thành Mn+ ñi vào dung dịch (kim loại bị hòa tan): Me - ne → Men+. Các ion này sau khi ñi vào dung dịch bị ñiện tích âm của khi loại giữ lại tạo nên lớp ñiện tích kép Sau một thời gian ñạt tới trạng thái cân bằng, nghĩa là: M ↔ Mn+ + ne (11) (rắn) (dung dịch) Như vậy giữa thanh kim loại và dung dịch tạo nên hiệu ñiện thế. ðối với các kim loại khác nhau thì hiệu ñiện thế này cũng khác nhau. Người ta không ño ñược giá trị tuyết ñối của từng thế ñiện cực mà chỉ ño ñược hiệu ñiện thế giữa hai ñiện cực nên người ta chọn ñiện cực hiñrô . ðiện thế ñiện cực của kim loại có liên quan tới nhiệt ñộ, áp suất, tính chất của dung dịch và nồng ñộ ion. ðể tiện so sánh người ta ño ñiện thế ñiện cực ở ñiều kiện tiêu chuẩn (ñktc): nhiệt ñộ 25oC, nồng ñộ ion trong dung dịch là 1g ion/lít (nếu là chất khí thì áp suất bằng 1 atm) và gọi là ñiện thế tiêu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............29 chuẩn (ðTTC)(ñiện thế cân bằng – ký hiệu là ϕcb). b) Sự phân cực Khi nhúng một thanh kim loại vào trong dung dịch thì tạo nên một ñiện thế nhất ñịnh khi ñạt tới trạng thái cân bằng (như ñã trình bày như trên). Nhưng khi có dòng ñiện ñi qua thì trạng thái cân bằng bị phá hủy. Khi có dòng ñiện một chiều (dòng I) ñi vào hai cực kim loại nhúng vào trong dung dịch thì ñiện thế katôt (cực âm) trở nên âm hơn (ñiện thế khi này ñược ký hiệu là ϕk), ñiện thế anôt (cực dương ) trở nên dương hơn (ñiện thế khi này ñược ký hiệu là ϕa). Sự thay ñổi ñiện thế như vậy gọi là sự phân cực. Khi ñiện phân, tốc ñộ di chuyển của ion kim loại trong dung dịch và tốc ñộ phóng ñiện của chúng không kịp thời với tốc ñộ di chuyển của ñiện tử, làm cho bề mặt katôt tích ñiện âm tăng lên. Vì vậy ñiện thế càng âm. Ở anôt, do sự hòa tan của kim loại, tăng các nồng ñộ ion, tích lũy ñiện tích dương càng nhiều, làm cho ñiện thế càng dương. Sự phân cực gây nên do tốc ñộ di chuyển của ion, gọi là sự phân cực nồng ñộ. Sự phân cực nồng ñộ là do sự thay ñổi nồng ñộ ion kim loại ở lớp sát anôt và katôt. Ở lớp sát anôt nồng ñộ ion kim loại tăng lên, ở lớp sát katôt nồng ñộ ion kim loại giảm ñi. Sự phân cực do sự phóng ñiện chậm của ion gọi là sự phân cực ñiện hóa. Trong quá trình ñiện phân thường xảy ra ñồng thời hai loại phân cực nồng ñộ và phân cực ñiện hóa, nhưng tùy trường hợp cụ thể mà nó chiếm tỷ trọng khác nhau. Thông thường khi mật ñộ dòng ñiện nhỏ thì phân cực ñiện hóa là cơ bản. Khi mật ñộ dòng ñiện cao thì phân cực nồng ñộ là cơ bản. Sự phân cực có quan hệ mật thiết với mạ và quyết ñịnh: ðược lớp mạ kết tinh mịn; Khả năng phân bố tốt, lớp mạ phân bố ñồng ñều; Làm hiñrô thoát ra mạnh, làm giảm hiệu suất dòng ñiện và ñộ bám lớp mạ. Khi nghiêm trọng có thể gây ra bọt khí, tróc...; Sự phân cực anôt làm cho hòa tan không Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............30 bình thường, dung dịch không ổn ñịnh. Ảnh hưởng của sự phân cực ñến lớp mạ có mặt lợi có mặt hại. Trong quá trình mạ, cần lợi dụng mặt lợi, khống chế mặt hại. Giá trị ñịnh lượng của sự phân cực katôt còn ñược gọi là ñộ phân cực katôt (quá thế katôt – ký hiệu là ϕpc-k ), tức là ñiện thế katôt dịch về phía âm hơn một lượng ϕpc-k so với cân bằng: ϕpc-k = ϕcb-k - ϕk (12) trong ñó: ϕcb-k - ñiện thế cân bằng của katôt, V; ϕk – ñiện thế phân cực của katôt (ñã có dòng I), V. Sự phân cực phụ thuộc vào thành phần dung dịch, mật ñộ dòng ñiện, nhiệt ñộ và sự khuấy trộn. Nói chung, sự phân cực của dung dịch nồng ñộ thấp lớn hơn sự phân cực của dung dịch nồng ñộ cao. Hiện tượng này do trong dung dịch nồng ñộ thấp, số ion của nó rất khó bổ sung vào lớp sát katôt. Dung dịch muối phức có sự phân cực lớn hơn dung dịch muối ñơn. Khi cho phụ gia vào dung dịch, sẽ có ảnh hưởng lớn tới sự phân cực. ða số trường hợp khi cho chất phụ gia vào làm tăng sự phân cực. Khi mật ñộ dòng ñiện nâng cao, sự phân cực cũng tăng lên. Bởi vì khi mật ñộ dòng ñiện cao, tốc ñộ di chuyển của ion và tốc ñộ phóng ñiện của nó cũng khác nhau rõ rệt. Quan hệ giữa ñiện thế ñiện cực và mật ñộ dòng ñiện thay ñổi gọi là ñường cong phân cực. Nhiệt ñộ của dung dịch tăng lên, làm tăng sự dịch chuyển của ion, bổ sung rất nhanh số ion ở lớp sát katôt và khuyếch tán mạnh số ion của anôt hòa tan, do ñó làm giảm sự phân cực. Khuấy trộn làm tăng sự khuyếch tán của ion, do ñó làm giảm sự phân cực. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............31 3.2.5. Quá thế hiñrô Muốn có kim loại kết tủa trên katôt phải có ñiện thế tiêu chuẩn âm hơn ñiện thế của nó. Ví dụ: khi mạ niken, ðTTC của niken là -0,25V, cần phải ñiện thế -0,6V mới có lớp mạ. Vậy lượng ñiện thế tăng lên so với ðTTC gọi là quá thế. Trên katôt ngoài ion kim loại thoát ra còn có hiñrô thoát ra. Hiñrô thoát ra nhiều hay ít là do quá thế hiñrô quyết ñịnh. Ion nào có quá thế thấp thì ion ñó phóng ñiện trước, quá thế cao thì ion khó phóng ñiện. Quá thế hiñro có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật mạ. Những kim loại như kẽm, niken, crôm, sắt...có ñiện thế tiêu chuẩn âm hơn so với hiñrô, vì vậy khí hiñrô thoát ra trước, kim loại không thể kết tủa ñược. Nhưng do tồn tại quá thế hiñrô, nên có thể mạ ñược những kim loại này. ðồng thời quá thế hiñrô làm giảm sự thoát hiñrô, làm giảm tính giòn lớp mạ, nâng cao hiệu suất dòng ñiện, lớp mạ bám chắc. Hiñrô thoát ra làm lớp mạ không tốt, vì vậy phải dùng mọi biện pháp ñể nâng cao quá thế hiñrô. Qúa thế hiñrô phụ thuộc vào bản chất ñiện cực, quá thế hiñrô trên platin bằng 0,03V, quá thế hiñrô trên crôm bằng 0,826V. Quá thế hiñrô phụ thuộc vào trạng thái ñiện cực: bề mặt gồ ghề, xù xì quá thế hiñrô nhỏ. Quá thế hiñrô tăng khi mật ñộ dòng ñiện tăng và giảm khi nhiệt ñộ tăng. Quá thế hiñrô phụ thuộc vào tính chất của dung dịch. Quá thế hiñrô phụ thuộc vào ñộ pH của dung dịch. Ví dụ: quá thế hiñrô của dung dịch mạ axit tăng khi ñộ pH tăng. 3.2.6. Yêu cầu ñối với lớp mạ Trong mạ ñiện, yếu tố quan trọng nhất không phải là tiết kiện năng lượng, tăng hiệu suất, mà là vấn ñề chất lượng mạ. Vì vậy phải tìm các yếu tố Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............32 ảnh hưởng ñến chất lượng lớp mạ như dung dịch, ñiều kiện ñiện phân...và ñiều khiển chúng ñể lớp mạ ñạt chất lượng cao. Chất lượng của lớp mạ ñược ñánh giá nhờ các tính chất cơ bản sau: Bám chắc vào kim loại nền, không bong. Lớp mạ có kết tủa nhỏ mịn, ñộ xốp nhỏ. Lớp mạ bóng, dẻo, ñộ cứng cao. Lớp mạ có ñủ ñộ dày nhất ñịnh và ñộ ñồng ñều cao. 3.2.7. Cơ chế tạo thành lớp mạ ñiện a) Quá trình hình thành lớp mạ Sự hình thành lớp mạ ñược trình bày ở mục b (hình 2.5.1) chỉ là khái quát. Thực ra quá trình tạo thành lớp mạ ñiện rất phức tạp, nó xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao gồm nhiều giai ñoạn nối tiếp nhau. Ví dụ, quá trình katôt có thể gồm các bước sau: - Kation hyñrat hóa Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt katôt; - Kation mất vỏ hyñrat (mH2O), vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt katôt (hấp phụ); - ðiện tử (e) từ katôt ñiền vào vành ñiện tử hóa trị của kation, biến nó thành nguyên tử kim loại trung hòa (phóng ñiện) ở dạng hấp phụ; - Các nguyên tử kim loại trên hoặc sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể ñã sinh ra trước ñó. Mầm phát triển thành tinh thể. Tinh thể kết thành lớp mạ. Tốc ñộ chung của quá trình katôt nhanh hay chậm là do tốc ñộ chậm nhất của một trong các bước quyết ñịnh. Mọi trở lực của các bước trên ñều ñược thể hiện ở ñộ phân cực katôt. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............33 Hình 3.2.3 Sơ ñồ phát triển mầm tinh thể 1 - chỗ hoạt ñộng nhất; 2- chỗ hoạt ñộng trung bình; 3 - chỗ kém hoạt ñộng nhất. b) Hình thành các tinh thể Cũng như các quá trình kết tinh từ dung dịch bão hòa, từ chất nóng chảy...ñộng học quá trình hình thành lớp mạ ñiện (ñiện kết tinh) cũng bị chi phối bới hai yếu tố chính: tốc ñộ tạo mầm tinh thể (hay các trung tâm kết tinh) và tốc ñộ phát triển các mầm ấy. Tốc ñộ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể nhỏ mịn, chặt sít...Tốc ñộ phát triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể thô, to, xốp. Lớp mạ ñiện có cấu trúc tinh thể rất ñiển hình. Không phải mọi mầm tinh thể sinh ra ñều ñược phát triển thành tinh thể cả. Chỉ có những mầm có kích thước lớn hơn một ngưỡng nào ñó mới có khả năng phát triển thành tinh thể ñược. ðể sinh ra ñược mầm ñạt hoặc vượt ngưỡng ấy ñòi hỏi phải có một quá thế bổ sung (tức cần cung cấp thêm năng lượng), ñiều ñó có thể thực hiện ñược nếu trên bề mặt ñiện cực bị thụ ñộng nhẹ. Khi tinh thể lớn lên (phát triển mầm) chỉ ñòi hỏi một quá thế bình thường (không cần quá thế bổ sung nữa) vì bề mặt tinh thể ở trạng thái hoạt ñộng. Các tinh thể này thường ñược nuôi lớn ñến cỡ 10-5 ÷ 10-3cm. Hình thù của chúng không giống hệt nhau, vì trong lúc phát triển mầm chúng tự chèn ép lẫn nhau mà biến dạng ñi. Mầm phát triển thành tinh thể diễn ra như sau: giả sử tinh thể có kiểu ô mạng như hình 3.2.3. Các kation kim loại phóng ñiện thành nguyên tử và tham gia vào mạng lưới tinh thể tại chỗ nào có lợi nhất về năng lượng. ðó chính là chỗ tập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhất, vì ở ñó năng lượng dư bề mặt lớn nhất, các mối liên kết chưa ñược sử dụng là nhiều nhất. Trên hình 3.2.3: góc 1 dễ tiếp nhận nguyên tử mới phóng ñiện vào mạng tinh thể nhất, sau ñó là mặt 2. Còn mặt 3 khó tiếp nhận nguyên tử mới hơn cả. Kết quả là Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............34 kết tủa lan theo hai chiều thành một mặt mới. Chỉ khi nào trên mặt 3 xuất hiện một nguyên tử mới thì từ ñó kết tủa lại lan theo hai chiều thành một mặt khác (tức lớp ñơn nguyên tử khác). Cứ như thế các mặt mạng kế tiếp nhau xuất hiện và tinh thể ñược lớn lên. Cũng có khi trên mặt 3 xuất hiện nhiều nguyên tử mới chồng chất vô trật tự lên nhau (do có hấp phụ tạp chất chẳng hạn), từ ñó chúng sẽ lan ra thành lớp ña nguyên tử. Các lớp trên chỉ phát triển trong phạm vi một tinh thể. Các trung tâm khác cũng phát triển ñồng thời như vậy thành các tinh thể khác. Chúng phát triển dần và tiếp giáp nhau bằng các tinh giới và hợp thành kim loại kết tủa. Lúc ñầu, khi tinh thể còn nhỏ, chúng cách biệt nhau nên hình dạng của chúng khá chuẩn mực. Các mặt bên của tinh thể lớn lên theo từng lớp lan ñến biên giới của nó. Chiều dầy và tốc ñộ lan của mỗi lớp phụ thuộc vào nồng ñộ ion, chất hoạt ñộng bề mặt, chế ñộ mạ... Hình 3.2.4. Các giai ñoạn tạo thành lệch xoắn Trong quá trình lớn lên của tinh thể, hình dạng của nó biến ñổi dần. Có nhiều nguyên nhân, nhưng trước hết phải kể ñến hiện tượng lệch mạng. Do nhiều tác ñộng khiến một số nguyên tử không ñược xếp vào vị trí vốn có của chúng mà xếp lệch so với nguyên tử khác làm xuất hiện bậc OA thẳng (hình 3.2.4). Khi tiếp tục lớn lên, lệch ban ñầu về bên phải thành lệch móc và cuối cùng là lệch xoắn. Nếu bậc của lệch xoắn ñủ lớn thì tinh thể tiếp tục lớn lên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............35 chủ yếu bằng cách tiếp nhận trực tiếp các nguyên tử mới giải phóng vào các bậc ấy, và lệch xoắn cứ tồn tại mãi chừng nào tinh thể chưa bị thụ ñộng. Quan sát bề mặt mạ thấy mật ñộ lệch rất lớn. Tại các bậc của lệch cũng dễ hấp phụ các nguyên tử, phân tử, ion lạ, các chất hoạt ñộng bề mặt vào, làm thay ñổi rất rõ các tính chất cơ lý của lớp mạ như tính chất quang học, bán dẫn, dẫn ñiện, ñộ cứng, ñộ dẻo, ñộ bóng... 3.2.8. Thành phần dung dịch và chế ñộ mạ Dung dịch mạ giữ vai trò quyết ñịnh về năng lực mạ (tốc ñộ mạ, chiều dày tối ña, mặt hàng mạ,...) và chất lượng mạ. Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất ñiên li, và các loại phụ gia nhằm ñảm bảo thu ñược lớp mạ có chất lượng và tính chất mong muốn a) Ion kim loại mạ: trong dung dịch chúng tồn tại ở dạng ion hydrat hoá hoặc ion phức, nhưng nói chung ñều có nồng ñộ lớn là ñể tăng giá trị của dòng ñiện giới hạn, tạo ñiều kiện nâng cao hơn giải mật ñộ dòng ñiện thích hợp Dc cho lớp mạ tốt. Dung dịch ñơn thường dùng ñể mạ với tốc ñộ cao cho các vật có hình thù ñơn giản, còn dung dịch phức dùng cho trường hợp cần có khả năng phân bố cao ñể mạ cho vật có hình dạng phức tạp . b) Chất ñiện ly: chất ñiện ly ñược ñưa vào dung dịch với nồng ñộ cao ñể tăng ñộ dẫn ñiện cho chúng và cũng ñóng vai trò là chất ñệm, khống chế pH luôn ổn ñịnh, c) Chất tạo phức: dùng phức chất ñể làm cho ñiện thế kết tủa trở nên âm hơn nhằm tránh hiện tượng tự xảy ra phản ứng hoá học giữa katot và ion kim loại mạ và cũng dùng ñể làm thay ñổi phản ứng khử kim loại nhằm cải thiện khả năng phân bố của dung dịch mạ. Nó cũng có vai trò làm hoà tan anot vì chúng ngăn cản ñược sự thụ ñộng anot. d) Phụ gia hữu cơ: chất hữu cơ ñược cho vào bể mạ với nồng ñộ tương ñối thấp nhằm làm thay ñổi cấu trúc, hình thái và tính chất của kết tủa katot. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............36 Chúng thường có khả năng hấp phụ lên bề mặt catot, và có trường hợp chất hữu cơ bị giữ lại và kết tủa. Nhiều chất cũng làm tăng quá thế ñiện kết tủa. Một số chất phụ gia thường dùng: ñ) Chất bóng: chất bóng thường ñược dùng với liều lượng tương ñối lớn và có thể bị lẫn vào lớp mạ khá nhiều. Chúng cho lớp mạ nhẵn, mịn và có thể làm thay ñổi quá trình tạo mầm. e) Chất san bằng: các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi khá rộng. Nguyên nhân là chúng hấp phụ lên những ñiểm có tốc ñộ mạ lớn và làm giảm tốc ñộ ở ñó xuống Biến ñổi cấu trúc: các phụ gia là thay ñổi cấu trúc lớp mạ và thậm chí có thể ưu tiên ñịnh hướng tinh thể hay ưu tiên sinh ra kiểu mạng tinh thể nào ñó. Một số chất ñược d._.