Nghiên cứu lựa chọn một số điều kiện trong chế tạo vật liệu chổi than sử dụng trên tàu hải quân

Bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng, phương pháp SEMEDX và phương pháp cân thủy tĩnh xác định đặc trưng xốp của vật liệu và khả năng chuyển pha cấu trúc của vật liệu compozit cacbon khi xử lý ở những nhiệt độ khác nhau nhằm lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu và đưa ra các quy trình tương ứng trong quá trình chế tạo vật liệu làm chổi than điện cực.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu lựa chọn một số điều kiện trong chế tạo vật liệu chổi than sử dụng trên tàu hải quân Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN TRONG CHẾ TẠO VẬT LIỆU CHỔI THAN SỬ DỤNG TRÊN TÀU HẢI QUÂN Đào Thế Nam1*, Đoàn Tuấn Anh1, Nguyễn Tuấn Hồng2, Đoàn Văn Phúc1, Phạm Thị Phượng1, Vũ Minh Thành1 Tóm tắt: Bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng, phương pháp SEM- EDX và phương pháp cân thủy tĩnh xác định đặc trưng xốp của vật liệu và khả năng chuyển pha cấu trúc của vật liệu compozit cacbon khi xử lý ở những nhiệt độ khác nhau nhằm lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu và đưa ra các quy trình tương ứng trong quá trình chế tạo vật liệu làm chổi than điện cực. Kết quả cho thấy, với tỷ lệ nhựa 19% cho vật liệu có cấu trúc đồng nhất, không xuất hiện các lỗi tế vi trong cấu trúc. Quá trình cacbon hóa được tiến hành trong điều kiện khí trơ lên đến 950 °C trong khoảng hơn 10 giờ với hiệu suất hơn 50%. Để hoàn thiện cấu trúc, vật liệu được xử lý tiếp ở nhiệt độ cao đến 2200; 2800 °C. Kết quả cho thấy rõ ràng khi tăng nhiệt độ xử lý đến 2800 °C trật tự cấu trúc graphit và độ sạch của khối vật liệu trung gian đạt rất cao, đạt được yêu cầu chế tạo bán thành phẩm của chổi than. Từ khóa: Chổi than điện cực; Cacbon hóa; Graphit hóa. 1. MỞ ĐẦU Trong các bộ khởi động và máy phát nói chung và các thiết bị trên tàu Hải quân nói riêng, chổi than là một trong những chi tiết bị hao mòn nhiều nhất. Phân tích nguyên nhân sự cố hỏng hóc của các máy và hệ thống máy cho thấy, 85% trường hợp xảy ra là do nguyên nhân ăn mòn các mối ghép làm việc của cặp ma sát [1]. Qua khảo sát, chổi than trên các tàu Hải quân về thành phần cấu tạo chủ yếu là loại chổi than điện cực với các tính chất theo phân loại của nhiều hãng sản xuất lớn trên thế giới [2][6]. Hiện nay, bán thành phẩm hay vật liệu làm chổi than được chế tạo theo 2 dạng chính là xử lý 1 lần (gồm 14 bước) và xử lý 2 lần (gồm 24 bước) tương đối phức tạp và nhiều thao tác. Số công đoạn lớn như vậy kéo theo độ khó cao cùng với thời gian chế tạo rất dài. Trong tài liệu hướng dẫn của mình, chuyên gia về chổi than của Nga Lifsits P.S. [7] chỉ ra rằng để chế tạo loại chổi than EG2A cần mất thời gian lên đến 1440 tiếng. Với tình hình phát triển công nghiệp mạnh mẽ như hiện nay trên toàn thế giới, việc phân tích, đánh giá tuổi thọ của động cơ hay nghiên cứu tìm ra những phương pháp đơn giản hóa, tối ưu hóa công nghệ chế tạo chổi than [8] càng được quan tâm hơn. Ở bài báo này, nhóm tác giả đề xuất quy trình chế tạo bán thành phẩm chổi than qua 8 bước, trong đó, tập trung vào một số công đoạn chính quyết định đến tính chất và khả năng làm việc ổn định của chổi than như lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu, chế độ xử lý nhiệt (cacbon hóa, graphit hóa) với mục đích tạo ra được sản phẩm có tính chất tương đương mẫu chổi than nước ngoài với tiêu hao ít nhất. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Phương pháp chế tạo bán thành phẩm chổi than Bán thành phẩm chổi than được chế tạo theo tiến trình như hình 1. Tiến trình gồm 8 bước: 1. Trộn và phân tán bằng bể rung siêu âm hỗn hợp nguyên liệu gồm bột graphit với nhựa novolac trong etanol tinh khiết đã pha chất đóng rắn urotropin, 2. Sấy khô, 3. Nghiền nhỏ hỗn hợp khô, 4. Sàng qua rây, 5. Cân định lượng và nhồi khuôn ép, 6. Ép nóng định, 7. Cacbon hóa, 8. Graphit hóa. Quá trình cacbon hóa thực hiện trên lò Narbertherm, Đức, tại Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam với khả năng nâng nhiệt đến 1300 °C, tốc độ nâng nhiệt 1- 10 °C/phút, sai số ± 1°C, có môi trường bảo vệ, điều khiển bằng chương trình. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 69 Hóa học và Kỹ thuật môi trường Hình 1. Sơ đồ tiến trình chế tạo bán thành phẩm chổi than điện cực. Mẫu chổi than được xử lý ở nhiệt độ cao 2200 và 2800 °C trong 30 phút trên hệ lò 3000 Xerion, Đức tại Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam với khả năng nâng nhiệt đến 3000 °C, tốc độ nâng nhiệt 5 - 25 °C/phút, sai số ± 3 °C, có môi trường bảo vệ, điều khiển bằng chương trình. 2.2. Các phương pháp phân tích Trong nghiên cứu, để xác định khối lượng riêng biểu kiến của vật liệu sử dụng phương pháp cân thủy tĩnh [9]. Khối lượng riêng và đặc trưng xốp của vật liệu được xác định như sau: - Tỷ trọng: ρ = G 0 .ρ , - Độ xốp tổng, %: ε =100- ρbk .100 bk G am -G TT H2O tong ρgraphit - Độ xốp hở, %: ε = G am -G 0 .100 , - Độ xốp kín, %: ε kin =ε tong -ε ho ho G am -G TT Trong đó: G0: Khối lượng mẫu khô cân trong không khí, [g]; Gam: Khối lượng mẫu ẩm (thấm bão hòa nước cất) cân trong không khí, [g]; GTT: Khối lượng m ...