Mạ Composite Ni-Al203 giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng chống mòn của lớp mạ Ni

Mạ composite Al2O3 trên nền Ni là một giải pháp công nghệ bề mặt để nâng cao khả năng chịu mài mòn của lớp mạ Ni khi làm việc trong môi trường mòn và ăn mòn cao. Kết quả nghiên cứu mạ composite Al2O3 trên nền Ni chỉ ra rằng mật độ hạt Al2O3 tham gia vào lớp mạ phụ thuộc đáng kể vào phương pháp khuấy và tốc độ khuấy dung dịch huyền phù. Độ cứng tế vi của lớp mạ composite tăng khoảng 1,8 lần so với lớp mạ Ni thông thƣường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạ Composite Ni-Al203 giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng chống mòn của lớp mạ Ni Nguyễn Đăng Bình và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 78(02): 12 - 16 MẠ COMPOSITE Ni-Al2O3 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG MÕN CỦA LỚP MẠ Ni Nguyễn Đăng Bình, Phan Quang Thế*, Trần Minh Đức Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Mạ composite Al2O3 trên nền Ni là một giải pháp công nghệ bề mặt để nâng cao khả năng chịu mài mòn của lớp mạ Ni khi làm việc trong môi trƣờng mòn và ăn mòn cao. Kết quả nghiên cứu mạ composite Al2O3 trên nền Ni chỉ ra rằng mật độ hạt Al2O3 tham gia vào lớp mạ phụ thuộc đáng kể vào phƣơng pháp khuấy và tốc độ khuấy dung dịch huyền phù. Độ cứng tế vi của lớp mạ composite tăng khoảng 1,8 lần so với lớp mạ Ni thông thƣờng. Mật độ dòng điện trong quá trình mạ là một thông số quan trọng ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng của lớp mạ. Từ khóa: Mạ composite; Ni-Al2O3; Ứng dụng mạ composite; Vận tốc khuấy; Độ cứng tế vi MỞ ĐẦU Mạ điện là một phƣơng pháp để tạo ra lớp mạ composite. Các hạt trung tính không tan trong dung dịch điện phân đƣợc giữ lơ lửng trong dung dịch và tham gia vào quá trình hình thành và phát triển lớp mạ kim loại. Việc đƣa các hạt trung tính tham gia vào lớp mạ composite làm thay đổi đáng kể độ cứng, độ bền của lớp mạ cũng nhƣ làm thay đổi đặc tính tƣơng tác của lớp mạ với bề mặt đối tiếp hoặc môi trƣờng xung quanh [1]. Quá trình mạ composite, cụ thể là mạ composite Al2O3 trên nền Ni đƣợc thực hiện trong bể mạ điện Ni thông thƣờng. Dung dịch mạ đƣợc điều chế từ các hóa chất trong bảng 1 trong dung môi nƣớc cất. Các hạt trung tính đƣợc giữ lơ lửng trong dung dịch nhờ thiết bị khuấy theo sơ đồ nguyên lý trên Hình 1. Cỡ hạt trung tính thƣờng dƣới 20 µm cho đến kích thƣớc thang nano. Chiều dày lớp mạ có thể đạt từ vài µm đến vài trăm µm [1]. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo thành công hệ thống mạ composite trên nền Ni tại trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Các kết quả nghiên cứu về quá trình mạ composite Al2O3 trên nền Ni và tính chất cơ lý của lớp mạ đƣợc trình bày trong bài báo này. Hình 1. Sơ đồ nguyên lý mạ composite (a) khuấy nhờ bơm tƣới (b) khuấy cơ học  Tel: 0912064824; Email: phanqthe@tnut.edu.vn 12 Nguyễn Đăng Bình và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 78(02): 12 - 16 THÍ NGHIỆM Chế độ và quá trình chuẩn bị Thiết bị thí nghiệm Thiết bị mạ composite trên nền Ni do nhóm nghiên cứu tự thiết kế và chế tạo bao gồm bể chứa dung dịch điện phân dung tích 60 lít, hệ thống gia nhiệt tự động đóng ngắt điện có thể nâng và ổn định nhiệt độ của dung dịch tới 80C, hệ thống điều khiển tự động cung cấp dòng một chiều xung hoặc liên tục cho bể mạ, hệ thống khuấy cơ học có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ khuấy từ 10 v/p đến 350 v/p. Hóa chất Các hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite Ni liệt kê trong bảng 1. Sodium dodecyl sulfate đƣợc sử dụng là chất phụ gia để tăng hoạt tính bề mặt của các hạt trung tính. Hạt trung tính sử dụng trong thí nghiệm là Al2O3 với cỡ hạt  1 m và hàm lƣợng Al2O3 là 50g/l. Các hạt có kích thƣớc không đồng đều do tự vón kết với nhau thành hạt lớn thể hiện trên ảnh SEM (Hình 2). Các đỉnh Au trên phân tích EDX là kết quả của mạ màng Au trên mẫu hạt Al2O3. Quá trình mạ đƣợc thực hiện với mật độ dòng điện 5A/dm2. Độ pH của dung dịch trong khoảng từ 4  4,5 (độ pH đƣợc điều chỉnh bằng cách cho thêm NH3 hoặc axit HCl loãng); nhiệt độ giữ ổn định ở 40C  2C; tần số xung sử dụng trong thí nghiệm là 200 Hz; tỷ lệ xung thuận/ nghịch là 80%. Trƣớc khi mạ dung dịch huyền phù đƣợc khuấy bằng máy khuấy siêu âm SW3H của Thụy sỹ trong 30 phút, sau đó khuấy cơ học trong bể mạ trong 6 giờ. Mẫu mạ composite là thép 09CrSi, tôi đạt độ cứng HRC = 58-60, dạng hình trụ kích thƣớc d = 26 mm, h = 10 mm đƣợc đánh bóng, sau đó làm sạch, rửa trong bể hỗn hợp axít loãng ở nhiệt độ môi trƣờng trƣớc khi mạ. Trong quá trình mạ, dung dịch huyền phù đƣợc khuấy cơ học trong dải tốc độ 140, 175, 210, 245 v/p trong thời gian 1,5 giờ. Sau khi mạ, mẫu đƣợc rửa trong nƣớc chảy, sau đó đƣợc rửa siêu âm trong nƣớc cất khoảng 10 phút. Bảng 1. Các loại hóa chất sử dụng cho quá trình mạ composite Ni-Al2O3 Hóa chất NiSO4.6H2O (g/l) NiCl2.6H2O (g/l) H3BO3 (g/l) Sodium dodecyl sulfate (g/l) Hàm lƣợng 300 50 40 0,1 Hình 2. Ảnh SEM hạt trung tính Al2O3 sử dụng trong thí nghiệm và thành phần hóa học qua phân tích EDX 13 Nguyễn Đăng Bình và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Chiều dày lớp mạ trên chi tiết đo trên kính hiển vi quang học đạt đƣợc từ 50m  70 m. Mẫu đƣợc mài trên giấy nháp cỡ 800, 1000, 1200 sau đó đánh bóng trên máy đánh bóng kim loại học của Đài Loan bằng bột kim cƣơng 1 m sau đó tẩm thực trong dung dịch Nital 2% trong thời gian 1 phút. Độ cứng tế vi của lớp mạ đƣợc đo trên máy đo độ cứng tế vi Future fm 700e của Nhật, tải trọng 10 gram cho kết quả trên bảng 2. Từ kết quả đo độ cứng tế vi có thể thấy rằng độ cứng của lớp mạ composite Ni-Al2O3 phụ thuộc vào mật ...