Nghiên cứu tạo lớp mạ Zn và biến tính lớp mạ vỏ liều đạn pháo Hải quân

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu tạo lớp mạ Zn và biến tính lớp mạ. Thành phần hoá học, cấu trúc bề mặt lớp mạ và biến tính lớp mạ được nghiên cứu bằng phương pháp chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét tán xạ năng lượng tia X.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tạo lớp mạ Zn và biến tính lớp mạ vỏ liều đạn pháo Hải quânNghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU TẠO LỚP MẠ Zn VÀ BIẾN TÍNH LỚP MẠ VỎ LIỀU ĐẠN PHÁO HẢI QUÂN Vũ Minh Thành1*, Nguyễn Xuân Thắng2, Lê Đăng Trọng2, Ngô Phi Hùng3,Đỗ Đình Lào4, Bùi Văn Tài1, Mai Văn Phước1, Phạm Thị Phượng1, Phan Thị Dinh1 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tạo lớp mạ Zn và biến tính lớp mạ. Thành phần hoá học, cấu trúc bề mặt lớp mạ và biến tính lớp mạ được nghiên cứu bằng phương pháp chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét tán xạ năng lượng tia X. Kết quả cho thấy tiến hành mạ Zn lên hợp kim thép S10C với điều kiện dung dịch có thành phần: ZnO 65 g/L; NaCN 110 ÷120 g/L; Na2S 5 g/L; NaOH 20 g/L; Glyxerin 5 g/L, tại nhiệt độ từ 20 ÷ 40 °C, thời gian mạ 60 phút, mật độ dòng điện ic = 1 ÷ 3 A/dm2 thu được lớp mạ tốt nhất.Từ khóa: Hợp kim thép S10C; Mạ Zn; Cấu trúc; Thành phần hoá học. 1. MỞ ĐẦU Vỏ liều đạn pháo thường được chế tạo từ thép hợp kim và đồng hợp kim [1 - 2]. Đốivới vỏ liều chế tạo từ thép hợp kim sau khi gia công cơ khí, vỏ liều thường được xử lý bềmặt bằng phương pháp phốt phát hoá rồi sơn hoặc bảo quản bằng dầu mỡ, véc ni,... [2 - 4].Đối với vỏ liều Hải quân, do tính đặc thù sử dụng trong điều kiện môi trường biển đảo, tốcđộ bắn lớn, nhiệt độ nòng pháo cao, do vậy, việc sử dụng các màng phủ trên cơ sở hợpchất hữu cơ ít được sử dụng, nên vỏ liều thường được mạ lớp mạ Zn hoặc hợp kim Zn vớiCd, sau đó biến tính lớp mạ trước khi đưa vào sử dụng [5 - 7]. Trên thế giới đã có nhiềutác giả nghiên cứu các hệ lớp mạ kẽm và biến tính lớp mạ để nâng cao khả năng chống ănmòn của vật liệu [8 - 9]. Hiện nay, ở trong nước, công nghệ mạ kẽm của các nhà máytrong quân đội nói chung, chủ yếu là mạ kẽm, ứng dụng cho nhiều chi tiết của vũ khí trangthiết bị. Nhược điểm của lớp mạ kẽm là khả năng chịu ăn mòn kém ở môi trường khí hậubiển đảo. Hiện những nghiên cứu, khảo sát đánh giá, ứng dụng lớp mạ kẽm và kết hợp lớpthụ động nhằm nâng cao khả năng chống ăn mòn ở môi trường biển đảo, đặc biệt đối vớichi tiết vỏ đạn Hải quân chưa có nhiều công trình công bố. Do vậy, việc tìm ra giải phápcông nghệ phù hợp để nghiên cứu tạo được lớp mạ kẽm và biến tính lớp mạ kẽm đáp ứngđược trường khí hậu biển đảo ứng dụng xử lý bề mặt vỏ liều đạn pháo Hải quân của ViệtNam tương đương với vỏ liều của Nga có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Pha chế dung dịch Hóa chất chính bao gồm: ZnO; NaCN; NaOH; Na2S; Na2CO3; HCl; Glyxerin tinh khiết(PA), hợp kim thép mác S10C (Hàn Quốc); dung dịch biến tính lớp mạ kẽm BT-HL30(Viện Hoá học-Vật liệu). Mẫu thép sử dụng nghiên cứu là thép mác S10C dùng để chế tạo vỏ liều đạn pháo Hảiquân, có kích thước 10105 mm, được mài nhẵn bằng giấy giáp P600; P1000 và P2000(Nhật Bản), tiến hành tẩy dầu trong hỗn hợp dung dịch NaOH 50 g/L, Na2CO3 40 g/L,Na3PO4 30 g/L, NaSiO3 5 g/L, nhiệt độ dung dịch tẩy từ 70  90 oC với thời gian 15 phút vàtẩy gỉ trong dung dịch HCl 50 % với thời gian 60 giây, rửa sạch bằng nước chảy tràn vàngâm trong dung dịch Na2CO3 sau đó được mạ trong dung dịch mạ Zn có thành phần: ZnO65 g/L; NaCN 100130 g/L; Na2S 5 g/L; NaOH 20 g/L; Glyxerin 5 g/L với điều kiện nhiệtđộ 2040 oC; thời gian 60 phút; mật độ dòng ic = 17 A/dm2. Mẫu sau mạ được biến tínhtrong dung dịch BT-30HL với điều kiện pH tổng 60÷100 điểm, pH tự do 3÷6 điểm, thời gianbiến tính 90 giây; nhiệt độ dung dịch 20÷35 oC; nhiệt độ sấy 70÷90 oC; thời gian sấy 2 giờ.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 105 Hóa học và Kỹ thuật môi trường2.2. Phương pháp nghiên cứu Quá trình mạ được thực hiện với sự thay đổi về hàm lượng NaCN (100; 110; 120; 130g/L) và mật độ dòng điện (1; 3; 5 và 7 A/dm2). Mẫu sau mạ được biến tính với thời gianbiến tính 90 giây tại nhiệt độ phòng. Sau tạo màng được khảo sát cấu trúc và thành phầnhoá học bề mặt bằng phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét - SEM, kết hợp phântích phổ tán sắc năng lượng-EDX (thiết bị JSM 6610 LA-Jeol, Nhật Bản). Các mẫu xácđịnh thành phần bằng phương pháp EDX đều được phân tích ở 3 vùng khác nhau trên bềmặt, thành phần của mẫu là giá trị trung bình của 3 số liệu đo. Mẫu sau khi mạ và biến tínhđược thử nghiệm độ bền mù muối (TCVN 7699-2-52:2007) ở mức khắc nghiệt 3; độ dàylớp phủ (TCVN 9760:2013); độ bền va đập (TCVN 2100:2007); độ cứng lớp phủ (TCVN2098:2007); độ bám dính (TCVN 2097:1993) và độ bền uốn (TCVN 2099:2007) và thửbắn liều tăng cường. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN3.1. Khảo sát cấu trúc và thành phần hoá học của mẫu vật liệu nền Hình thái và thành phần hoá học bề mặt thép mác S10C được xác định bằng phươngpháp SEM-EDX được thể hiện trong hình 1. 001 1800 1600 F Fe 1400 Fe 1200 1000 Fe Counts 800 O 600 C Fe 400 Si FeKesc ...