Ảnh hưởng của thông số quá trình tới độ cứng tế vi của lớp mạ Composite

Một trong những biện pháp để tăng khả năng chống mòn của lớp mạ composite trên nền Ni là thay đổi thông số quá trình để tăng độ cứng tế vi của lớp mạ. Kết quả nghiên cứu mạ composite Al2O3 và TiO2 trên nền Ni chỉ ra rằng độ cứng tế vi của lớp mạ composite phụ thuộc đáng kể vào tốc độ khuấy, mật độ dòng điện và nhiệt độ của dung dịch điện phân. Thay đổi các thông số này trong quá trình mạ có thể tạo được lớp mạ composite có độ cứng tế vi gấp hơn 2 lần so với lớp độ cứng tế vi của lớp mạ Ni thông thường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của thông số quá trình tới độ cứng tế vi của lớp mạ CompositePhan Quang Thế và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ78(02): 3 - 7ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ QUÁ TRÌNHTỚI ĐỘ CỨNG TẾ VICỦA LỚP MẠ COMPOSITEPhan Quang Thế*, Nguyễn Đăng Bình, Trần Minh Đức, Lý Việt AnhTrường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTMột trong những biện pháp để tăng khả năng chống mòn của lớp mạ composite trên nền Ni là thayđổi thông số quá trình để tăng độ cứng tế vi của lớp mạ. Kết quả nghiên cứu mạ composite Al 2O3và TiO2 trên nền Ni chỉ ra rằng độ cứng tế vi của lớp mạ composite phụ thuộc đáng kể vào tốc độkhuấy, mật độ dòng điện và nhiệt độ của dung dịch điện phân. Thay đổi các thông số này trongquá trình mạ có thể tạo được lớp mạ composite có độ cứng tế vi gấp hơn 2 lần so với lớp độ cứngtế vi của lớp mạ Ni thông thường.Từ khóa: Mạ composite; Ni-Al2O3; Thông số mạ composite; Vận tốc khuấy; Độ cứng tế viMỞ ĐẦUMạ composite nhằm tạo ra lớp mạ trên nềnkim loại, hợp kim, chất dẻo. Lớp mạcomposite trên nền Ni có cơ tính đặc biệtnhằm tăng khả năng làm việc của chi tiết máytrong điều kiện mòn và ăn mòn. Nguyên lý vàcơ chế mạ composite được nêu rõ trong cáctài liệu tham khảo [1]. Các thông số quá trìnhmạ composite như mật độ dòng điện, chế độxung, tốc độ khuấy, nhiệt độ dung dịch điệnphân, độ pH có ảnh hưởng trực tiếp đến cấutrúc và cơ tính của lớp mạ composite [2].Mật độ dòng điện được xác định theo côngthức sau: CE = 100.WAct/WTheo- CE là mật độ dòng điện- WAct là khối lượng thực của lớp mạ- WTheo là khối lượng mạ lý tưởng tính theođịnh luật FaradayMật độ dòng điện có thể là một thông số đượckhảo sát rộng nhất. Mật độ dòng điện có ảnhhưởng rất ít hoặc gần như không có ảnhhưởng đến số các hạt bám vào lớp mạ. Đốivới hệ Ni-TiO2 ở tốc độ khuấy cao thì điểmcực đại của thành phần các hạt bám vào lớpmạ sẽ dịch chuyển về phía mật độ dòng điệncao. Tương tự với hệ Cr-Al2O3 thì khi mật độcác hạt trung tính trong bể mạ tăng lên thì mộtđiểm cực tiểu được tạo nên về phía mật độdòng điện thấp [2].Tel: 0912064824; Email: phanqthe@tnut.edu.vnNgoài việc vận chuyển các hạt, việc khuấycũng có tác dụng giữ các hạt lơ lửng và ổnđịnh sự lơ lửng của các hạt này. Cả việc khuấydung dịch điện phân và trộn hạt cứng với dungdịch điện phân đều có tác dụng làm tan các cụcdo các hạt trung tính vón lại. Để tạo nên sựđồng đều cho lớp mạ, dung dịch huyền phùcần chứa những hạt mịn phân tán [3,4].Ảnh hưởng của nhiệt độ dường như khácnhau đối với các hệ mạ composite. Với hệ NiAl2O3, ảnh hưởng của nhiệt độ tới phần trămcác hạt tham gia vào lớp mạ là không đángkể. Tuy nhiên, thành phần graphite trong lớpmạ Cr tăng lên cùng nhiệt độ tới 50C. Trongkhi đó Cr- Al2O3 thì ngược lại hoàn toànnghĩa là các hạt cứng tham gia vào lớp mạgiảm khi tăng nhiệt độ tới 50C. Trong cả haitrường hợp tác dụng của nhiệt độ khi tăngtrên 50C có thể bỏ qua. Đối với hệ Ni-V2O5thành phần hạt cứng tham gia vào lớp mạ làlớn nhất ở 50C. Phần trăm khối lượng cáchạt cứng tham gia vào lớp mạ Cu giảm liêntục khi tăng nhiệt độ [3,5].Ảnh hưởng của tốc độ khuấy, mật độ dòngđiện, nhiệt độ mạ đến độ cứng tế vi của lớpmạ composite Al2O3 và TiO2 trên nền Nitrong điều kiện phòng thí nghiệm tại trườngĐại học Kỹ thuật Công nghiệp được trìnhbày dưới đây.THÍ NGHIỆMThiết bị thí nghiệmThiết bị mạ composite trên nền Ni do nhómnghiên cứu tự thiết kế và chế tạo bao gồm bểchứa dung dịch điện phân dung tích 60 lít, hệ3Phan Quang Thế và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆthống gia nhiệt tự động đóng ngắt điện có thểnâng và ổn định nhiệt độ của dung dịch tới80C, hệ thống điều khiển tự động cung cấpdòng một chiều xung hoặc liên tục cho bể mạ,hệ thống khuấy cơ học có thể điều chỉnh vôcấp tốc độ khuấy từ 10 v/p đến 350 v/p.Hóa chấtCác hóa chất sử dụng cho quá trình mạcomposite Ni liệt kê trong bảng 1.Sodium dodecyl sulfate được sử dụng là chấtphụ gia để tăng hoạt tính bề mặt của các hạttrung tính. Hạt trung tính sử dụng trong thínghiệm là Al2O3 với cỡ hạt  1 m, TiO2 với cỡhạt  300 nm và có chung hàm lượng là 50g/l.Chế độ và quá trình chuẩn bịQuá trình mạ được thực hiện với độ pH củadung dịch trong khoảng từ 4  4,5 (độ pHđược điều chỉnh bằng cách cho thêm NH3hoặc axit HCl loãng); tần số xung sử dụngtrong thí nghiệm là 200 Hz; tỷ lệ xung thuận/nghịch là 80%.a. Chế độ mạ Ni-Al2O3- Thay đổi tốc độ khuấy từ 140 v/p đến 312 v/pNhiệt độ mạ 40C, mật độ dòng điện 5A/ dm2.- Thay đổi mật độ dòng điện: 3A/dm2,5A/dm2, 7A/dm2Nhiệt độ mạ 40C, tốc độ khuấy 210 v/p.- Thay đổi nhiệt độ mạ: 35C, 40C, 45C, 50CMật độ dòng điện 5A/dm2, tốc độ khuấy 210 v/p.b. Chế độ mạ Ni-TiO2- Thay đổi tốc độ khuấy từ 140 v/p đến 245 v/pNhiệt độ mạ 40C, mật độ dòng điện 5A/ dm2.78(02): 3 - 7- Thay đổi mật độ dòng điện: 3A/dm2,5A/dm2, 7A/dm2Nhiệt độ mạ 40C, tốc độ khuấy 210 v/p.- Thay đổi nhiệt độ mạ: 35C, 40C, 45CTốc độ khuấy 210 v/p, mật độ dòng điện5A/dm2.Trước khi ...