Mạ composite TiO2 - Ni một giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của lớp mạ Ni

Mạ composite là một trong những biện pháp công nghệ bề mặt tiên tiến đang được ứng dụng rộng rãi để tạo nên lớp bề mặt có tính chất vượt trội so với lớp mạ điện thông thường. Kết quả nghiên cứu mạ composite TiO2 trên nền Ni chỉ ra rằng mật độ hạt TiO2 tham gia vào lớp mạ phụ thuộc đáng kể vào tốc độ khuấy dung dịch và độ cứng tế vi của lớp mạ composite TiO2-Ni tăng khoảng gần 1,4 lần so với lớp mạ Ni thông thường. Đây là cơ sở để triển khai những nghiên cứu tiếp theo nhằm đưa mạ composite vào ứng dụng trong sản xuất công nghiệp của Việt Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạ composite TiO2 - Ni một giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của lớp mạ NiNguyễn Đăng Bình và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ72(10): 73 - 77MẠ COMPOSITE TiO2-Ni MỘT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNGLÀM VIỆC CỦA LỚP MẠ NiNguyễn Đăng Bình1*, Phan Quang Thế1, Trương Đức Thiệp21Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên2Trường Cao đẳng nghề số 1 – Bộ NN & PTNTTÓM TẮTMạ composite là một trong những biện pháp công nghệ bề mặt tiên tiến đang được ứng dụng rộngrãi để tạo nên lớp bề mặt có tính chất vượt trội so với lớp mạ điện thông thường. Kết quả nghiêncứu mạ composite TiO2 trên nền Ni chỉ ra rằng mật độ hạt TiO2 tham gia vào lớp mạ phụ thuộcđáng kể vào tốc độ khuấy dung dịch và độ cứng tế vi của lớp mạ composite TiO 2-Ni tăng khoảnggần 1,4 lần so với lớp mạ Ni thông thường. Đây là cơ sở để triển khai những nghiên cứu tiếp theonhằm đưa mạ composite vào ứng dụng trong sản xuất công nghiệp của Việt Nam.Keywword: Mạ composite, composite TiO2-Ni, mạ điện thông thườngMỞ ĐẦU*Mạ điện là một phương pháp để tạo ra lớp mạcomposite. Các hạt trong tính không tan trongdung dịch điện phân được giữ lơ lửng trongdung dịch và tham gia vào quá trình hìnhthành và phát triển của lớp mạ kim loại. Việcđưa các hạt trung tính tham gia vào lớp mạcomposite làm thay đổi đáng kể độ cứng, độbền của lớp mạ cũng như làm thay đổi đặctính tương tác của lớp mạ với bề mặt đối tiếphoặc môi trường xung quanh [1].Quá trình mạ composite ZrO2 hoặc TiO2 trênnền Ni được thực hiện trong bể mạ điện Nithông thường. Dung dịch mạ được điều chế từhóa chất và nước cất. Các hạt trung tính đượccác hạt trung tính thường dưới 20 µm cho đếnkích thước ở thang nano. Chiều dày lớp mạ cóthể đạt từ vài µm đến vài trăm µm [1].Các thông số quá trình cơ bản ảnh hưởng đếntính chất của lớp mạ composite trên nền kimloại bao gồm mật độ dòng điện, bản chất củadung dịch điện phân, nhiệt độ dung dịch, độpH, chất phụ gia, tính chất của hạt trung tínhvà cỡ hạt, tốc độ khuấy v.v. [1, 2].Nhóm nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo thànhcông hệ thống mạ composite trên nền Ni hoặcCr tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp.Một số kết quả nghiên cứu bước đầu về mạcomposite TiO2 trên nền Ni được trình bàytrong bài báo này.khuấy theo sơ đồ nguyên lý trên Hình 1. Cỡ(a) khuấy nhờ bơm tưới (b) khuấy cơ học*Hình 1. Sơ đồ nguyên lý mạ compositeTel: 0913286661Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyênhttp://www.lrc-tnu.edu.vn| 73Nguyễn Đăng Bình và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆTHÍ 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, hệthống 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 TiO2 với cỡ hạt  1 m. Các hạt cókích thước tương đối đồng đều thể hiện trênảnh SEM (Hình 2).72(10): 73 - 77khuấy bằng máy khuấy siêu âm SW3H củaThụy sỹ trong 30 phút, sau đó khuấy cơ họctrong bể mạ trong 6 giờ.Mẫu mạ composite là thép 09CrSi, tôi đạt độcứng 58-60 HRC, dạng hình trụ kích thước d= 26 mm, h = 10 mm được đánh bóng, sau đólàm sạch, rửa trong bể hỗn hợp axít loãng ởnhiệt độ môi trường trước khi mạ. Trong quátrình mạ, dung dịch huyền phù được khuấy cơhọc trong dải tần số 140, 175, 210, 245 v/ptrong thời gian 1,5 giờ. Sau khi mạ, mẫu đượcrửa trong nước chảy, sau đó được rửa siêu âmtrong nước cất khoảng 10 phút.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆMChiều dày lớp mạ t = 50m  70 m. Mẫuđược đánh bóng trên máy đánh bóng mẫu kimloại học của Đài Loan bằng bột kim cươngsau đó thực trong dung dịch Nital 2% trongthời gian 1 phút. Độ cứng lớp mạ được đotrên máy đo độ cứng tế vi Future fm 700ecủa Nhật, tải trọng 10 gram cho kết quả trênBảng 2.Sự tham gia của các hạt trung tính TiO2 tronglớp mạ Ni được khảo sát trên kính hiển viđiện tử quét (scanning electron microscopy)Jeol 5410 LV tại trường Đại học Khoa học Tựnhiên Hà Nội. Kết quả quan sát trên kính hiểnvi điện tử cho thấy mật độ hạt trung tính TiO2tham gia vào lớp mạ Ni giảm dần khi tăng tốcđộ khuấy từ 140 v/p đến 245 v/p. Tại tốc độkhuấy 140 v/p mật độ hạt tham gia vào lớp mạđạt cực đại.Hình 2. Hạt trung tính TiO2 sử dụng trong thí nghiệmChế độ và quá trình chuẩn bịQuá trình mạ được thực hiện với mật độ dòngđiện 3A/dm2; độ pH trong khoảng từ 4  4,5(độ pH được điều chỉnh bằng cách cho thêmNH3 hoặc axit HCl loãng); nhiệt độ 40C; tầnsố xung 200 Hz; tỷ lệ xung thuận/ nghịch là80%.Trước khi mạ dung dịch huyền phù đượcTừ hình 3 có thể thấy các hạt TiO2 tham g ...