Ứng dụng công nghệ mạ xoa để nâng cao tính chịu mòn của chi tiết máy

0ml, tiếp tục đổ nước sôi cho tới vạch 1000ml. Dung dịch hoạt hoá này có khả năng khử tương đối mạnh đối với màng ôxit và lớp mỏi của bề mặt kim loại. Tác động ăn mòn kim loại nền nhanh, phù hợp với xử lý hoạt hoá cho thép cacbon trung bình, thép cácbon cao, thép hợp kim cacbon cao và hợp kim nhôm, gang xám, lớp Ni – Cr và kim loại nóng chảy. Cũng có thể dùng khử bavuya và ăn mòn lớp mạ; chế độ công nghệ như sau: Điện thế làm việc 6 ~ 14V Tốc độ tương đối 6 ~ 10m/ph Cực điện của nguồn điện: nghịch 1.2.3. Dung dịch hoạt hoá số 3: Tính chất , thành phần và chế độ làm việc. Dung dịch hoạt hoá số 3 có màu xanh lục nhạt pH = 4; độ dẫn điện = 21. 103(.cm), nhiệt độ đóng băng -9oC có thể bảo quản lâu dài. Thành phần của dung dịch như sau: Na2C6H5O7.2H2O H3C6H5O7.H2O NiCl2.6H2O Bỏ các chất thể rắn vao trong cốc 1000ml, để 600ml nước sôi, khuấy hoà tan, lại cho đến 1000ml. Dung dịch hoạt hoá số 3 là loại dung dịch trong nước màu xanh lục nhạt trong suốt; có tính axit nhẹ có khả năng làm sạch cacbon và vết bẩn nói chung không dùng một mình phối hợp sử dụng với các chất hoạt hoá khác. Thí dụ thép cacbon cao, gang , thép dúc. v..v…dùng dung dịch hoạt hoá số 1 hoạc số 2 để xử lý bề mặt kim loại nền, thì trên bề mặt pháy sinh cacbontàn dư và vết bẩn trên bề mặt, rất khó làm sạch bằng phương pháp cơ khí hoặc dung dịch mạ thường khiến bám dính lớp mạ kém. Khi làm việc ta nên dùng điện thế cao. Chi tiết được nối thuận cực với nguồn điện. Chế độ làm việc. Điện thế làm việc 10 – 15 V Tốc độ chuyển động tương đối 6 – 10m/ph Cực của nguồn điện nối nghịch 1.2.4. Dung dịch hoạt hoá số 4: Tính chất, thành phần và chế độ công nghệ. Dung dịch hoạt hoá số 4: Trong suốt, không màu sắc pH= 0,2, độ dẫn điện 24. 103(.cm). Nhiệt độ đóng băng -18oC, có thể bảo quản lâu dài. Thành phần của dung dịch như sau: H2SO4 (NH4)2SO4 Cho (NH4)2SO4 vào cốc 1000ml cho nước sôi 500ml khấy đều; cho dần H2SO4, làm lạnh và thêm nước sôi cho tới 1000ml. Dung dịch hoạt hoá số 4 là dung dịch trong nước, không màu trong suốt tính axit mạnh. Thành phần tương tự với dung dịch hoạt hoá số 1, nhưng nồng độ của axit sunfuric cao hơn nhiều khiến cho tác dụng rất mạnh khi khử màng ôxyt kim loại. Được dùng chủ yếu trong trường hợp sau khi tiến hành hoạt hoá bằng các dung dịch hoạt hoá nêu trên, vẫn còn mạ xoa. Khi đó ta dùng dung dịch hoạt hoá số 4 để khử bavuya hoặc lớp mạ ăn mòn của bề mặt thép cacbon. Cũng có thể dùng cho hoạt hoá Cr, Ni, Se sạch tinh khiết. Chế độ làm việc như sau: Điện thế làm việc 10 ~ 15V Tốc độ làm việc tương đối 6 ~ 10m/ph Cực của nguồn điện nối nghịch 2. DUNG DỊCH MẠ KIM LOẠI ĐƠN. 2.1. Dung dịch mạ Ni. Lớp mạ Ni ở nhiệt độ thường có thể chịu được rất tốt tác động ăn mòn của khí quyển, kiềm và một số loại axit. Thí dụ: Ni trong axit hữu cơ rất ổn định, trong axit sunfuric và axit clohyđric tan chậm, nhưng tan nhanh trong axit đậm đặc. Lớp mạ Ni của mạ xoa có độ cứng tương đối cao, tính dẻo tương đối do đó được dùng rộng rãi cho bề mặt chi tiết có yêu cầu cao, chịu mài mòn. Ngoài ra lớp mạ Ni còn có tính năng chống ôxy hoá ở nhiệt độ cao: Khi nhiệt độ cao hơn 6000C bề mặt mới bị ôxy hoá. Điện vị của điện cực tiêu chuẩn Ni so với điện vị tiêu chuẩn của sắt là dương: Trên sản phẩm bằng sắt lớp mạ xoa Ni là lớp mạ có tính cực âm: Nừu lớp mạ quá mỏng hoặc có khuyết tật( nhiều lỗ hoặc bị thương tổn), thì không còn tác dụng bảo hộ. Do đó không đơn độc chỉ dùng lớp mạ Ni mà thường dùng lớp mạ bảo hộ bằng hợp kim mạ xoa kim loại phức tạp với đồng crôm(Cr). Hạt tinh thể của lớp mạ xoa Ni rất nhỏ, với tính năng đánh bóng tốt, lớp mạ Ni đã qua đánh bóng có thể đạt độ bóng bề mặt rất cao, có thể sáng bóng trong thời gian dài ở trong khí quyển. Nếu sử dụng thêm chất đánh bóng, có thể đạt độ bóng như gương. Do đó lớp mạ Ni thường dùng ở ôtô xe máy, đồng hồ đo để tạo nên bề mặt trang sức. Dung dịch mạ Ni có rất nhiều chủng loại, khoảng 15 loại đã được sản xuất đại trà. Đó là Ni đặc biệt, Ni axit, Ni nhanh axit số 1, Ni nhanh axit ssố 2, Ni bóng một nữa, Ni nhanh bóng một nữa, Ni ứng suất thấp, Ni nhanh, Ni kiềm, Ni đặc biệt nhanh, Ni trục, Ni nhiệt độ cao, Ni’ M’ số 1, Ni, ‘M’ số 2, Ni,’ M’, số 3. v..v…Các loại dung dịch mạ Ni có tính năng và ứng dụng khác nhau. Dưới đây chúng ta xét tính năng, phạm vi ứng dụng, thành phần và điều kiện ứng dụng của chúng. 2.1.1. Ni đặc biệt. Lớp mạ Ni đặc biệt có lực bám dính rất tốt với kim loại nền, có thể dùng rộng rải để làm lớp mạ nền, với chiều dày từ (0,01 – 0,03mm) thích hợp vơí thép, Ni, Cr và những kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao. Nếu dùng cho nền kim loại bóng có thể đạt được độ bóng như gương. Thành phần của Ni đặc biệt như sau: Ni2SO4 Muối bổ sung Muối hữu cơ Muối vô cơ pH < 2 Chế độ làm việc Điện thế làm việc 10 ~ 18V Tốc độ tương đối giữa chi tiết gia công và dương cực 6 ~10 (m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,744Ah/ Cdm2(m) 2.1.2. Ni trung tính. Thành phần Ni2SO4 Muối bổ sung Muối hữu cơ Muối điều chỉnh Độ pH 7 ~ 8 Chế độ làm việc: Điện thế làm việc 10 ~ 14V Tốc độ chuyển động tương đối 6 ~ 10(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,119[A.h/(dm2.m)] Loại dung dịch mạ này tương đối ổn định, lớp mạ mịn, chịu ăn mòn, chủ yếu dùng cho kim loại nền khó mạ hoặc kim loại nền xốp, thí dụ gang, thép đúc, gang cầu hoặc nhôm dánh bóng; cũng có thể làm lớp mạ thường xuyên tiếp xúc axit hoặc cùng với đồng mạ dao thoa để hình thành lớp mạ dầy; cũng có thể làm kim loại nền cho kẽm hoặc thiếc chịu ăn mòn bởi dung dịch axit hoặc làm nền để mạ tiếp. Do tíng năng mạ sâu của dung dịch mạ Ni ken trung tính tốt, có lúc cũng dùng cho chi tiết có lỗ thông hoặc để khử góc trong; đối với chi tiết nhôm có thể dùng thay cho Ni axit, cũng có thể làm lớp trầm tích, đặc biệt có công dụng dối với tính hàn. Một công dụng khác là làm lớp nền khi mạ Ni ken đen hoặc Fe đen, hoặc làm lớp mạ khác dạng bóng mờ. 2.1.3. Ni axit: Dung dịch mạ Ni axit có thành phần và điều kiện đặc biệt như sau. Ni2SO4 Axit hữu cơ Muối Ni pH = 2~ 3 Chế độ làm việc: Điện thế làm việc 8~ 14V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 6 ~ 12(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,230 [ A.h/dm2.(m)] Tốc độ mạ dung dịch này tương đối nhanh, độ cứng lớp mạ khoảng 450 ~ 500HB, có thể dùng cho đại bộ phận trường hợp mạ điện, lớp mạ mỏng; khi chiều dày lớp mạ vượt quá 0,20mm có thể xuất hiện vết nứt ứng suất. 2.1.4. Ni ứng suất thấp. Thành phần và chế độ làm việc của Niken ứng suất thấp Thành phần: SO2Ni2 Axit hữu cơ Chất hoãn xung Chất phụ gia I Chất phụ gia II pH = 3 ~ 4 Điều kiện làm việc Điện thế làm việc 10 ~ 16V Tốc độ chuyển động tương đối giữa chi tiết cực dương 6 – 10 (m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,214 [A.h/dm2 m)] Tính công nghệ của dung dịch mạ Ni ứng suất thấp tương đối ổn định, cấu trúc lớp mạ mịn chắc, có ứng suất nền tương đối lớn. Từ đồ thị năng lượng tổng hợp (7 – 2) ta có thể thấy rằng nhiệt độ sử dụng của dung dịch mạ có quan hệ mật thiết với ứng suất của lớp mạ. Khi mạ xoa ở nhiệt độ bình thường, lớp mạ sẽ có ứng suất kéo, tức là ứng suất dương. Nếu mạ xoa với dung dịch mạ được nung nóng tới 500C, lớp mạ sẽ có ứng suất nén, tức là ứng suất âm; chiều dày lớp mạ càng tăng trị số ứng suất càng nhỏ, xem bảng (7- 10). Khi chiều dày lớp mạ lớn có thể dùng làm lớp phân cách Bảng 3.37. ứng suất lớp mạ Ni ứng suất thấp và nhiệt độ dung dịch mạ xoa. Chiều dày lớp mạ/mm 0,02 0,058 0,031 0,03 Nhiệt độ dung dich mạ oC 50 19 Trị số ứng suất MPa Ngang -704 -282 423 352 Dọc -704 -282 423 352 2.1.5. Ni nhanh. Thành phần và chế độ làm việc của Ni nhanh như sau: Ion Ni kim loại NH4OH Amoniac Axit hữu cơ pH = 7,5 – 8,0 Chế độ làm việc 8 – 15V Tốc độ tương đối giữa chi tiết và dương cực 6 – 35(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,13 [ A.h/dm2.m)] Đặc điểm của dung dịch mạ nhanh là tốc độ trầm tích nhanh có thể đạt mỗi phút chiều dày mạ là 12,7m. Do dung dịch có tính kiềm nhẹ, do đó có thể sử dụng với hầu hết với các kim loại cơ bản. Độ xốp của lớp mạ hơi cao song có tính chịu mòn tương đối tốt và một độ cứng nhất định. Thông thường độ cứng của lớp mạ ở trên 50 HRC. Tính năng tổng hợp của Ni nhanh được thể hiện trong hình. Từ hình 7 – 3 ta thấy: pH ổn định; dung dịch này dùng phổ biến, thường dùng khôi phục kích thước, thường làm lớp mạ kích thước, làm việc, tự mòn. Dung dịch mạ xoa nếu muốn lớp mạ có tính năng chịu mòn tốt hơn có thể phủ thêm một lớp Ni – CO, NiW, CO – Ni . v..v… Khiếm khuyết của lớp mạ Ni nhanh: -Khi tăng chiều dày lớp mạ tinh thể lớp mạ sẽ trở thành thô, đặc biệt ở biên có nhiều bavuya. Nếu điện thế cao, cấu trúc lớp mạ sẽ xốp, độ cứng vững giảm. -Lớp mạ có màu xám: Sau khi mạ xong phải gia công lấy đi lớp bề mặt thì mới xuất hiện màu sấc thật của Ni màu vàng. Ngoài ra dung dịch Ni nhanh sau nhiều lần sử dụng tuần hoàn, muối Ni sẽ két tinh, phát sinh hiện tượng thiếu ion Ni và mất tính ổn dịnh của dung dịch mạ nhanh do sử dụng tuần hoàn. Để khắc phục khuyết điểm này đã có một số sản phẩm cải tiến. -Loại dung dịch mạ Ni là dung dịch thường dùng nhất trong kỹ thuật mạ xoa, chủng loại nhiều, tính năng công dụng không giống nhau. Do đó nắm vững tính năng và công dụng một cách chính xác của các loại dung dịch mạ Ni là hết sức quan trọng. 2.2. Dung dịch mạ Cu. Lớp mạ đồng có màu vàng đaxit sunfuric (nếu bị oxy hoá thì có màu xẫm), tương đối mềm dễ đánh bóng, tính dãn dài tốt, dễ gia công cơ, tính dẫn điện và tính hàn tốt. Do đó trong kỹ thuật mạ xoa mạ (Cu) là một phương pháp thường dùng, chỉ đứng sau Ni. Tốc độ mạ xoa Cu rất nhanh, thường dùng để khôi phục kích thước điền những rãnh và vết xước, cũng dùng để làm lớp điền khi khi bị mòn kích thước lớn. Đương nhiên việc khôi phục kích thước bằng Cu có hiệu quả càng lớn. Do yêu cầu mạ xoa Cu có tốc độ nhanh, cần phải tiến hành mạ xoa ở mật độ dòng điện lớn, cần nồng độ ion Cu cao( thí dụ hàm lượng ion Cu trong dung dịch mạ Cu cao tốc I là 116g/l), không độc do đó hiện nay dung dịch mạ Cu bể thường dùng, đều không phù hợp với công nghệ mạ xoa, thí dụ dung dịch mạ đồng ở dạng muối sunfuric dạng muối Clorydric v..v… Trong mạ xoa thường dùng dung dịch Sulfonic methyl (CH2SO3H ); dung dịch mạ xoa Cu chia làm hai nhánh lớn: Nhánh axit và kiềm. Trong đó có Cu axit nhanh, Cu axit, Cu kiềm, Cu kiềm nhanh, Cu bóng một nữa và Cu bạc đỡ. Dưới đây giới thiệu tính năng và công dụng mạ Cu. 2.2.1. Cu axit nhanh: Thành phần: (CH2SO3)Cu2: Muối Sulfonic methyl của Cu Chất điều tiết ( thuần khiết hoá học ) phù hợp pH ~ 1,5 Điều kiện làm việc. Điện thế làm việc 15V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 10 – 15 (m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,073 [A.h/dm2.m] Dung dịch mạ xoa này có tốc độ mạ tương đối cao và độ dẫn điện tốt, ăn mòn ít. Lớp mạ nhẵn nhụi tuy rằng so với lớp mạ Cu axit có độ cứng lớp mạ cao hơnnhưng vẫn dể gia công cơ. Với mật độ dòng điện lớn vẫn được lớp mạ tinh thể mịn. Chủ yếu dùng ở khôi phục kích thước, điền bổ sung rãnh vết xước cũng phù hợp với mạ xoa cục bộ cho chi tiết chính xác. Cần phải nêu thêm rằng, khi tiến hành mạ xoa ở mật độ dòng điện lớn trong khoảng thời gian dài, cần bảo đảm cung cấp dung dịch mạ đầy đủ. Cũng cần nhấn mạnh loại Cu axit cao cấp này không thể dùng trực tiếp trên thép ( trừ một số thép không rỉ ) và một số ít kim loại nền khác. Nếu cần phải mạ Cu trên các nền kim laọi nối trên, nên dùng Ni mạ một lớp đáy nền. Ngoài ra loại dung dịch này cũng có thể dùng cho mạ bể. 2.2.2. Cu kiềm. Thành phần: Cu kiềm Chất kết hợp Chất điều tiết Điều kiện làm việc. Điện thế làm việc 8 - 14V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 8– 12(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,079 [A.h/dm2.m] Dung dịch mạ điện này tương đối ổn định tổ chức lớp mạ mịn khi độ dầy lớp mạ 0,01mm, có khả năng tốt chống thấm than hoặc N. Đặc biệt tốt khi dùng cho kim loại nền khó mạ như Al, Zn, hoặc gang. Đối với thép Cu kiềm nên dùng Ni mạ đáy nhằm cải thiện độ bám dính giữa Cu kiềm với kim loại nền ngoài ra có thể dùng để sữa chữa mạch điện in. Trong sử dụng thực tế còn thường tiến hành mạ giao nhau với Ni, có hiệu quả tốt. Nhưng độ dầy của lớp mạ Cu Ni nên nhỏ hơn 0,13 mm; nếu dầy quá mà không qua xử lý nhiệt thì dễ bị dòn 2.2.3. Cu bóng một nữa. Thành phần: Muối Cu Chất bổ trợ Chất phụ gia số 1 Chất phụ gia số 2 Chất phụ gia số 3 pH < 2 Điều kiện làm việc. Điện thế làm việc 4 - 14V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 10– 14(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,152 [A.h/dm2.m] Dung dịch này ổn định làm việc ở điện thế dưới 10V, lớp mạ mịn, bóng có tính chống ăn mòn tốt. Nếu trên lớp mạ bôi một chất chống đổi màu đồng thì có thể giữ được độ bóng. Chủ yếu dùng cho lớp mạ làm việc và lớp mạ trang sức. 2.2.4. Những vấn đề cần lưu ý khi sữ dụng mạ Cu. Nên lưu ý hiện tượng nghèo ion Cu kim loại ở trong dung dịch mạ, đặc biệt ở trong dung dịch mạ Cu axit nhanh; Do tốc độ trầm tích (lắng đọng) hết sức nhanh dễ phát sinh nghèo ion Cu. Do đó khi thao tác nếu phát hiện cường độ dòng điện giảm hoặc màu xanh sẩm của dung dịch mạ biến màu nhạt đều là biểu hiện giảm hàm lượng ion trong kim loại ở trong dung dịch , không thể tiếp tục sữ dụng, cần phải cho thêm dung dịch mới hoặc thay mới hoàn toàn. Ở trên cũng nói tới hiện tượng khi mạ Cu nếu làm việc ở điện thế thấp ta sẽ được lớp mạ tương đối cứng: Nhưng điện thế làm việc quá thấp, thì lớp mạ bóng và dòn. Ngoài ra để giữ màu sắc của lớp mạ có thể phủ lên một lớp giữ cho Cu không đổi màu tức là dùng chất hoãn xung( hãm) sẽ khôngết hợp với Cu hình thành một lớp bề mặt thuần khiết, mịn, bán dính tốt, chống ôxy hoá, chống lưu huỳnh, cách ly với không khí, nhằm không biến màu. Đương nhiên cũng có thể trên lớp mạ Cu phủ một lớp hữu cơ để bảo vệ Cu không bị biến màu. 2.3. Dung dịch mạ Cr. Là kim laọi màu trắng bạc ánh xanh lam, ổn định; trong không khí rất ổn định có thể bảo quản thời gian dài vẫn bóng; rất ổn định trong dung dịch kiềm, axit sunfuric, muối cacbon nát và axit hữu cơ nhưng có thể tan tronh axit Clorydryc và axit sulfủic đậm đặc, nóng. Lớp mạ Cr có độ cứng cao, tính chịu mòn tốt, phản quang tốt, chịu nhiệt và không bị ôxy hoá; ở nhiệt độ 480 – 5000C bắt đầu bi ôxy hoá biến màu. Dung dịch mạ xoa Cr bao gồm dung dịch Cr axit và Cr trung tính với thành phần như sau. 2.3.1. Dung dịch Cr axit. Thành phần: Cr2O3 Chất phụ gia pH = 0,5 Điều kiện làm việc. Điện thế làm việc 6 - 12V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 4– 6(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,545 [A.h/dm2.m] Lớp mạ Cr axit hệ số ma sát nhỏ chống mòn tốt, chống xâm thực tốt chủ yếu dùng cho các linh kiện trụ mòn. 2.3.2. Dung dịch Cr trung tính. Thành phần: Chất phụ gia pH = 7,5 Điều kiện làm việc. Điện thế làm việc 5 - 15V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương 1– 2(m/ph) Hệ số tiêu hao điện 0,836 [A.h/dm2.m] Lớp mạ được mạ bởi dung dịch Cr trung tính có độ cứng nhỏ hơn mạ Cr bể, chỉ có 600 HB ( độ cứng Cr mạ bể là 900 – 1100 HB ), tốc độ mạ tương đối chậm chiều dày lớp mạ lớn nhất là 0,025mm. Tuy nhiên lớp mạ Cr trung tính không có vết nứt và lỗ hổng, không có hiện tượng rơi từng mảng như lớp mạ Cr. Chủ yếu dùng cho sữa chữa khuôn mẫu và dụng cụ, lớp mạ rất mỏng, chỉ cần đạt 0,05 – 0,07mm là có thể cho hiệu quả giảm ma sát chống bám dính và chống dao động, thí dụ mạ kích thước cho dụng cụ đo lường thông thường khi dùng Cr trung tính để mạ sữa chữa thoạt tiên mạ một lớp cứng Ni axit hoặc Ni – Cu hoặc Ni W để tăng dầy kích thước cuối cùng mới mạ lớp Cr, thông thương con mạ xoa 0,01 – 0,03 mm Ni đặc biệt để làm đáy. 2.4. Dung dịch Zn. Kẽm là loại dung dịch màu trắng bạc, ánh xanh lam. Lớp mạ kẽm bề ngoài thường có màu trắng, ở nhiệt độ bình thường dòn. Đốt nóng tới 100-1500C, có tính dẻo; Trên 2000C có tính dòn thậm chí có thể ép thành bột; Zn dễ tan trong axit, cũng tan trong kim loại lưỡng tính kiềm; Trong không khí khô hầu như không thay đổi; Trong điều kiện Mạ xoa, ướt hoặc trong nước có ôxy và CO2 bề mặt có thể hình thành một lớp màng có tác dụng ngăn cản Zn tiếp tục bị ăn mòn: 7 Zn + CO2 + 2O2 + 3 H2O = 6Zn (OH).ZnCO3 Lớp mạ xoa cũng giống với lớp mạ xoa bể tính chịu ăn mòn kém trong axit, kiềm và muối. Tính chịu ăn mon cũng tương đối kém trong khí quyển có chứa SO2 và H2S. Ở trong không khí ẩm nhiệt độ cao conga như trong hơiaxit hữu cơ của bình chứa đóng kín, hình thành vật thể “ bạch mao” và bị ăn man. Nói chung điện thế cực là âm so với thép cacbon, gang và hợp kim thép cacbon thấp, cho nên thuộc về lớp mạ mang tính dương cực, có tác dụng bảo vệ điện hoá đối với gang, thép nền. Có thể dùng để bảo vệ các linh kiện gang, thép không bị ăn mòn trong khí quyển. Sau khi xử lý thuần hoá cho lớp mạ kẽm, ta sẽ có màng màu đẹp, bóng, nâng cao tính năng bảo vệ của lớp mạ kẽm. Do đặc trưng của Zn giá thành tương đối thấp, kỹ thuật mạ Zn được dùng phổ biến trong ngành điện tử, cơ khí, công nghiệp nhẹ nhằm tạo ra lớp bảo vệ cho kim loại đen trong điều kiện khí quyển. Dung dịch mạ xoa Zn có hai nhóm lớn axit và kiềm. 2.4.1. Zn axit. Thành phần: Muối kẽm ( Zn2+ ) Chất phụ gia pH = 1,4 – 1,5 Chế độ làm việc: Điện thế làm việc: 10 – 14V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương: 6 – 14 ( m/ph ) Hệ số tiêu hao điện: 0,01 [ A.h/ ( dm2àm)] 2.4.2. Zn kiềm. Thành phần: Zn2+ Chất kết hợp 1 Chất kết hợp 2 pH = 9 – 10 Chế độ làm việc: Điện thế làm việc: 8 – 14V Tốc độ chuyển động tương đối chi tiết – cực dương: 8 – 16 ( m/ph ) Hệ số tiêu hao điện: 0,02 [ A.h/ ( dm2àm)] Lớp mạ mịn, thích hợp với trường hợp chống ăn mòn hoặc axit sunfuaricữa lớp mạ cũ. Lớp mạ Zn tương đối mềm, có thể đưa lớp mạ mới vào trong lớp mạ cũ nhằm mục đích chống ăn mòn và axit sữa chữa cho máy và thiết bị mỏ, giá đỡ và hầm lò. Tốc độ trầm tích của dung dịch Zn Axit nhanh hơn rất nhiều Zn kiềm. 2.4.3. Xử lý khử Hiđro Trong quá trình mạ xoa ngoài lớp Zn được mạ nên còn có ion H+ trên chi tiết ( âm cực ) được hoàn nguyên thành hyđrô. Một bộ phận trở thành khí hyđrô thoát ra ngoài, một bộ phận ở trạng thái nguyên tử hyđrô, thâm nhập vào lớp mạ và tinh thể lớp mạ tinh thể nền, tạo nên nội ứng suất khiến cho lớp mạ và chi tiết biến giòn. Hiện tượng này chúng ta gọi là hiện tượng giòn hyđrô. Do đó đối với chi tiết đàn hồi, vỏ mỏng, chi tiết gang thép có yêu cầu cường độ cao, sau khi mạ xoa Zn tiến hành xử lý khử hyđrô. Trong lò đốt, phương pháp đốt là biện pháp thường dùng để khử giòn hyđrô trong giới hạn cho phép nhiệt độ đốt nóng càng cao, thời gian càng lâu thì hiệu quả khử hyđrô càng tốt. Thông thường khống chế ở phạm vi 180 – 200oC, trong thời gian từ 2 – 4 giờ. Đối với chi tiết thấm than và chi tiết hàn thiếc, nhiệt độ khử hyđrô khống chế ở 140 – 160oC thời gian hơi kéo dài một chút. Đối với chi tiết cần khử hyđrô sau khi khử hyđrô mới tiến hành thuần hoá nhằm bảo đảm màu sắc bên ngoài của thuần hoá giữ được. 2.4.4. Xử lý thuần hoá. Nhằm nâng cao tính chống ăn mòn của lớp mạ Zn, thường tiến hành xử lý thuần hoá. Xử lý thuần hoá là ngâm lớp mạ Zn vào trong dung dịch axit Cr, hoặc muối axit Cr, hoặc muối axit Cr nặng, khiến cho bề mặt hình thành một lớp màng muối axit Cr ổn định hoá học tương đối cao. Việc xử lý thuần hoá không những có thể nâng cao khả năng chống ăn mòn mà còn nâng cao bề mặt sáng bóng mỹ quan. Phương pháp xử lý màng thuần hoá có Zn rất nhiều thường dùng phương pháp xử lý thuần hoá màu axit Cr nồng độ cao hoặc phương pháp xử lý màu axit Cr nồng độ thấp, phương pháp xử lý thuần hoá màu trắng và màu đen … 3. LỰA CHỌN DUNG DỊCH MẠ Hiện nay có hàng trăm loại dung dịch mạ xoa. Mỗi loại có đặc điểm phạm vi sử dụng nhất định. Khi tiến hành mạ xoa, việc lựa chọn đúng dung dịch mạ xoa là điều cốt lõi đảm bảo chất lượng lớp mạ. Dưới đây là nguyên tắc cần tuân thủ khi lựa chọn dung dịch mạ. 3.1. Lựa chọn dung dịch mạ lớp đáy để nâng cao cường độ bám dính. Đối với các lớp mạ xoa mọi người đều hy vọng cường độ kết hợp rất tốt. Lớp đáy là lớp kết hợp giữa lớp mạ nền và kim loại, do đó hoặc lựa chọn chính xác dung dịch mạ lớp đáy cũng như vận dụng một cách chính xác lớp đáy có ảnh hưởng quyết định tới chất lượng lớp mạ. Với vật liệu nền khác nhau, tính năng và cấu trúc có những đặc điểm khác nhau, dung dịch mạ cũng lựa chọn khác nhau. Thí dụ không nên trực tiếp mạ dung dịch axit lên tổ chức xốp của gang, thép đúc …nếu không dung dịch axít dư sẽ thẩm thấu ăn mòn lớp kim loại nền hoặc trong quá trình sử dụng lớp mạ bị rơi. Đông axit nhanh không nên mạ trực tiếp lên bề mặt gang thép, nếu không thì trong điều kiện axit sẻ xảy ra phản ứng dưới đây: Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 Khi đó khiến cho bộ phận phát sinh bộ phận trầm tích hóa học của Cu mà không phải hoàn toàn là trầm tích điện của Cu, dẫn đến cường độ kết hợp của mạ giảm. Bề mặt các kim loại Zn, Sb…không được dùng dung dịch mạ axit mạ trực tiếp, nếu không sẻ bị ăn mòn nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề này sau khi xử lý hoạt hoá bề mặt chi tiết, nên chọn một dung dịch mạ thích hợp để mạ một lớp đáy. Thép cacbon thấp, thép cacbon hợp kim phổ thông, thép cacbon trung bình, thép hợp kim cacbon, thép không gỉ, thép hợp kim cao, một số loại thép tôi, thép đặc biệt, trước khi mạ xoa nên dùng dung dịch Ni đặc bịêt mạ nên một lớp đáy dày khoảng 2 - 5µm, sau đó tuỳ theo yêu cầu lại mạ mới, tiến hành lớp mạ kim loại khác cho đến độ dày cần thiết. 3.2. Lựa chọn dung dịch mạ theo tiêu chí khôi phục nhanh kích thước. 3.2.1. Chủng loại dung dịch mạ thường dùng để khôi phục nhanh kích thước. Vật liệu để khôi phục các chi tiết bị mài mòn hoặc bị gia công vượt kích thước bao gồm: Cu axit nhanh, Cu kiềm, Cu kiềm đắp nhanh, Cu nhanh đặc biệt, Cu axit đắp nhanh, Ni trục, Co bóng một nữa, hợp kim Ni – Co. Những dung dịch mạ nói trên đều có một đặc điểm là tốc độ mạ nhanh, đối với các bề mặt lắp ghép tĩnh thường dùng dung dịch mạ Cu để khôi phục kích thước, dùng Ni nhanh đặc biệt ưu việt hơn dùng Ni nhanh. Tuy nhiên chiều dày lớp mạ tăng, ứng suất nội cũng tăng, vết nứt cũng tăng, cường độ kết hợp ‘ bám dính ‘ cũng như cường độ kéo của lớp mạ giảm đi, khi lớp mạ quá dày thậmchí có thể bị bong. Mỗi loại dung dịch mạ đều có chiều dày mạ an toàn. Trong thực tế sử dụng chiều dày của mỗi lớp mạ đều bị hạn chế gọi là chiều dày an toàn. 3.2.2. Giới thiệu phương pháp phục hồi kích thước nhanh. a. Phương pháp mạ đắp đơn giản: Dùng một loại dung dịch mạ liên tục để đạt kích thước mà cần khôi phục. Đây là phương pháp đơn giản và dễ nhất, thích hợp với trường hợp kích thước khôi phục tương đối nhỏ khoảng 0,1mm. b. Phương pháp mạ đắp bằng một loại dung dịch mạ: Nếu chi tiết bị mòn hoặc gia công sai kích thước tương đối lớn ( > 0,2mm ). Khi đó kích thước mạ xoa đã tới độ dày mạ giới hạn nhưng vẫn chưa đáp ứng yêu cầu mạ đắp khôi phục. Khi đó dù mạ Cu hay mạ Ni, nếu lớp mạ xoa đã đạt độ dày giới hạn thì xuất hiện lớp mạ xoa thô, tốc độ mạ đắp giảm đi nhiều. Khi đó không nên tiếp tục mạ nếu không năng suất và chất lượng đều không đạt. Khi đó nên dưng mạ, dùng nước rửa và dùng đá mài hoặc giấy ráp để mài bỏ đi lớp tinh thể thô trên bề mặt, sau đó lại rửa sạch bằng điện và hoạt hoá, rồi tiến hành lại việc mạ xoa. Ta cứ lặp lại quá trình mạ - mài - mạ - mài…cho đến khi đạt kích thước cần thiết, vẫn chỉ bằng một dung dịch. Qua phân tích tổ chức kim cương của lớp mạ vừa mài vừa mạ nói trên, người ta thấy rằng dù dùng một loại dung dịch mạ thì kết cấu của lớp mạ vẫn mịn chắc mà vẫn không phát triển lớp tế bào ở trên lớp tế bào cũ. c. Phương pháp mạ kẹp giữa nhiều dung dịch mạ khác nhau: Còn gọi là phương pháp phức hợp dùng hai hoặc nhiều hơn loại dung dịch mạ khác nhau để tiến hành trầm tích nối tiếp đạt kích thước chiều dày lớp mạ. Thí dụ: Lớp đáy Lớp kích thước Lớp kẹp giữa Lớp kích thước Ni nhanh đặc biệt Ni nhanh đặc biệt Ni nhanh Ni nhanh Ni đặc biệt Ni axit đắp nhanh Ni đặc biệt Ni axit đắp nhanh Co bóng một nữa Co bóng một nữa Co cơ giới Co cơ giới Ni đặc biệt Ni cao tốc Ni đặc biệt Ni cao tốc Cu kiềm Ni nhanh đặc biệt Cu kiềm Ni axit đắp nhanh Ni nhanh Ni axit đắp nhanh Cu kiềm Ni nhanh đặc biệt Ni đặc biệt Ni nhanh đặc biệt Ni nhanh Có thể tiến hành mạ theo một lộ trình như sau: - Phương pháp mạ mài kẹp giữa: Kết hợp mạ, mài, rửa, bỏ lớp tinh thể thô, xử ký lại bề mặt, mạ kẹp giữa từ 0,01 – 0,05mm. Lặp đi lặp lại quá trình này cho đến khi đạt yêu cầu kích thước. -Phương pháp mạ kẹp giuqã không mài hoặc mài 1/3 độ dày an toàn: Với kích thước lớn hơn 0,2mm không cần mài giữa chừng khi lớp mạ thứ nhất đạt 1/3 độ dày an toàn, tiến hành rửa ngay và mạ lớp kẹp giữa từ 0,01 – 0,05mm. Lặp đi lặp lại để đạt kích thước cần thiết. 3.3. Lựa chọn dung dịch mạ theo tiêu chí nâng cao độ cứng và lớp chịu mài mòn. Bảng 3.38: Độ cứng của lớp mạ xoa. Tên lớp mạ Độ cứng HB Tên lớp mạ Độ cứng HB Co axit 45 Phân bố 20 Co hyđrô thấp 40 Ni (axit) 500 Co kiềm 40 Ni(ứng suất thấp) 350 Co 600 Ni( trung tính) 500 Ni – W 750 325 Co – W 800 550 150 350 Cu(axit nhanh) 300 Cu axit 200 200 Cu kiềm 250 1 Au 100-110N Fe 175 Au(hợp kim cứng) 140-150N 250 Zn 70 Ag 60 Ni bóng một nữa 58HRC Sb 1 Ni – WD 65 Co 600 Chuyên dùng Ni 755 Từ bảng trên ta thấy rằng lớp mạ Co, Cr, Co – W, W – Ni…đều có độ cứng cao trong đó lớp mạ của hợp kim Ni – W và Co – W có độ cứng cao nhất, lớp mạ hợp kim Zn và babit phù hợp với việc sữa chữa phục hồi bạc đỡ trượt. Vật liệu tốt chống ôxi hóa ở nhiệt độ cao. Ni nhanh, Ni nhanh mịn, Ni mịn, Ni bóng một nửa và Ni axit đều cho lớp mạ có khả năng chống ôxi hoá ở nhiệt độ cao, ở nhiệt độ sử dụng 400oC vẫn có tính năng cơ học tốt. Bảng 3.39: Phân loại dung dịch mạ xoa Chủng loại Nhóm Tên dung dịch Dung dịch xử lí bề mặt Dung dịch làm sạch bằng điện Số 0, số 1 Dung dịch hoạt hoá Số 1-số 8, hoạt hoá Cr, hoạt hoá Ag Dung dịch mạ xoa kim loại đơn Cr Trung tính, axit Fe Kiềm bóng ½, trung tính bóng ½, axit Co Kiềm, trung tính bóng ½ Ni Đặc biệt, nhanh, bóng ½ mịn, axit, trung tính, kiềm, ứng suất thấp, đắp cao, bạc đỡ Cu Cao tốc, nữa bóng, axit, kiềm, đắp cao, bạc đỡ Zn Kẽm kiềm, Zn axit Ag Ag trung tính, Ag dày, Ag ít hyđrô Sb Sb kiềm, Sb axit, Sb trung tính Au Au trung tính, Au 518, Au 529 Phân bố Phân bố kiềm, Phân bố axit, Phân bố hợp kim Các loại khác Dung dịch mạ hợp kim Hợp kim hai nguyên tố Ni-Co, Ni-W-, Ni-WD, Ni-Fe, Ni-Au, Co-W, Sb-Zn-Sb-Cu, Pb-Sb, Au- Co, Au-Ni Hợp kim ba nguyên tố Ni-Fe-Co, Ni-Fe-W, Ni-Co-S, Ni-Pb-Ti Dung dịch thuần hoá Zn thuần hoá Dung dịch thoát MA Ni, Cu, Zn, CuNiCr, CoFe, PbSb Bảng 3.40: Thành phần và chế độ làm việc của một số loại dung dịch làm sạch bằng điện Thành phần loại 1 Thành phần loại 2 Thành phần loại 3 Thành phần g/l NaOH 25 25 13 So4Na3 50 50 - PONa 21,7 22 39 2,4 2,5 - - - 0,15 Chất hoãn xung - 0,1 - Chất phụ gia Vi lượng Vi lượng Vi lượng Chế độ làm việc pH 11-13 12-13 12-13 Điện thế V 6-16 4-20 10-18 Tốc độ tương đối m/min 4-12 4-12 4-12 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠ XOA. Công nghệ mạ xoa là công nghệ phục hồi tin cậy, kinh tế, nhanh và hiệu quả. Lớp mạ xoa gắn dính với lớp nền tương đối tốt, tính năng đa dạng. Vật liệu nền nhiều chủng loại, có thể thỏa mãn được những yêu cầu thiết kế và chế tạo của các loại chi tiết máy cần phục hồi. Sự đồng bộ về kỹ thuật, sự toàn diện về các dạng lớp mạ có thể thực hiện ở hiện trường, nơi sản xuất, chu kì thi công ngắn, chi phí đầu tư thấp. Tất cả những điều nói trên đều phù hợp với nhu cầu của khách hàng. Để đáp ứng nhu ccàu ngày càng cao về thong số vận hành, độ chính xác chế tạo, công việc sữa chữa nói chung và mạ xoa nói riêng cũng không ngừng phát triển. Hiện nay đã xuất hiện phương pháp mạ xoa kiểu mới: Ví dụ sự kết hợp giữa công nghệ mạ xoa với kỹ thuật khác như: Phun nhiệt, hàn thiếc, xử lí bề mặt bằng laser, công nghệ mạ xoa trực tiếp hợp kim nhôm, công nghệ mạ xoa khuếch tán, nguồn điện mạ xoa mạch xung nghịch biến và kiểu xách tay điều khiển số. Khi ứng dụng công nghệ mạ xoa cần chú ý những điểm sau: Tìm hiểu và nắm vững kỹ càng điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật, lấy đó làm cơ sở cho phương án thực hiện mạ xoa. Trong điều kiện tìm hiểu toàn diện tính năng chủ yếu của lớp mạ xoa, lựa chọn một cách hợp lý lớp mạ xoa tổ hợp hoặc công nghệ phục hồi tổ hợp. Căn cứ điều kiện thi công thực tế xây dựng quy trình công nghệ hợp lý Xây dựng phương pháp giám sát đo lường kiểm định chất lượng thi công. Đối với chi tiết lớn, chi tiết chính xác, chi tiết đặc biệt cần được sửa chữa phải xây dựng phương án mạ xoa thử nghiệm. Hiện nay công nghệ mạ xoa được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế quốc dân, công nghiệp quốc phòng như : xây dựng, đường sắt, ôtô, hàng không . hóa dầu. khai thác quặng, luyện kim, công nghiệp nhẹ… I. Ứng dụng công nghệ mạ xoa để phục hồi chi tiết máy theo tình trạng hỏng hóc của các dạng bề mặt. Tại các ngành sản xuất trong nước, hiện tại có rất nhiều chi tiết có thể áp dụng phục hồi bằng phương pháp mạ xoa một cách hiệu quả. Bảng 4.1. Phân loại một số dạng bề mặt chi tiết hỏng hóc điển hình Dạng bề mặt chi tiết hỏng hóc Tên chi tiết hỏng hóc Dạng bề mặt trụ ngoài tròn xoay(dạng trục) - Các loại cổ trục bị mòn lắp ổ trượt hoặc ổ lăn trong công nghiệp ximăng, thủy điện, khai thác mỏ, máy công cụ, đường sắt … - Các loại trục cơ tàu thủy, động cơ Diesel… - Cổ trục động cơ điện, máy phát - Piston, trục nhỏ, chốt định vị của cơ cấu thủy lực - Trục tua bin - Trục lô máy in - Ca ngoài vòng bi… Dạng bề mặt trụ trong tròn xoay(dạng lỗ) - Các lỗ trong gối đỡ ổ lăn - Xi lanh thỷ lực, xi lanh động cơ đót trong - May ơ - Lỗ trong cabi, bạc - Van hơi, van thủy lực Dạng mặt phẳng - Các loại sống trượt - Bề mặt băng máy ccông cụ - Mặt phẳng các khuôn ép nhựa, ép cao su, thép… - Các loại tiếp điểm trong công nghiệp điện, điện tử Các dạng bề mặt phức tạp - Các rãnh chữ C, chữ O, chữ S… - Bề mặt các khuôn có hình dạng phức tạp - Các bề mặt cam Các chi tiết này nếu được phục hồi bằng công nghệ mạ xoa, nó không chỉ đem lại một hiệu quả kinh tế rất lớn mà còn góp phần đáng kể vào việc nâng cao chat lượng bề mặt cũng như tuổi thọ của chi tiết máy. 2. Ứng dụng công nghệ mạ xoa để phục hồi các chi tiết máy trong các ngành, lĩnh vực 2.1. Phân loại, thống kê chi tiết mạ trong ngành in Bảng 4.2. Các chi tiết trong ngành in Chi tiết Vấn đề Phương pháp giải quyết Trục cao su Ca ổ bi Khắc phục bằng lớp phủ Ni và đánh bóng Trục cam Mòn bề mặt trục cam Khắc phục bằng lớp phủ hợp kim Ni và đánh bóng Bánh răng Mòn lỗ trong bánh răng Khắc phục bằng lớp phủ Ni sau đó mài Trục in ép Bị rãnh phát sinh cục bộ trên bề mặt trục cái Khắc phục bằng hiện trường mạ xoa Cu và Ni Trục nước Bị mòn và gỉ do mực trên bề mặt Mạ xoa bằng Cu, Cr sau đó mài Trục cán in 0,8 1,6 1020 1600 Ø 300 Vị trí cần mạ(mm) Đường kính(mm) Chiều dài(mm) Lớp phủ tối đa(mm) Trục 300 1020 2,5 b.Trục khuỷu Vị trí cần mạ(mm) Đường kính(mm) Chiều dài(mm) Lớp phủ tối đa(mm) Trục 60 40 1 Trục 60-0,04 40 1 c. Lỗ ổ trục trên giá chữ U Vị trí cần mạ(mm) Đường kính(mm) Chiều dài(mm) Lớp phủ tối đa(mm) Lỗ 420 60 0,25 d. Trục puly cẩu Vị trí cần mạ(mm) Đường kính(mm) Chiều dài(mm) Lớp phủ tối đa(mm) Trục 130 120 1,5 e. Thanh đẩy thủy lực Vị trí cần mạ(mm) Đường kính(mm) Chiều dài(mm) Lớp phủ tối đa(mm) Trục 100 2000 1,5 0,8 Ø 100 -0,03 -0,09 2000 3. Các ngành khác Trong công nghiệp hàng không và chế tạo quân khí có nhiều những thong số nghiêm ngặt trong việc chế tạo mới cũng như phục hồi các ci tiết. Tuy nhiên công nghệ mạ xoa hoàn toàn đáp ứng được các tiêu chuẩn chính xác này. Trên đay là những ứng dụng quan trọng của mạ xoa trong những ngành công nghiệp phổ biến nhất. Ngoài ra, công nghệ mạ xoa cũng được sử dụng rất hiệu quả cho những ứng dụng khác trong việc phục hồi các thiết bị khai thác, công nghiệp nhẹ… CHƯƠNG V: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG LỚP MẠ 1. Giới thiệu. Bằng kính hiển vi thông thường có thể quan sát, nghiên cứu cỡ hạt, hình dạng trong lớp mạ. Ta thấy rằng các dung dịch đơn, sạch như các dung dịch mạ đồng sunfat sẽ cho lớp mạ có hạt lớn, dạng cột, tính không đẳng hướng rất rõ. Trong khi đó các dung dịch phức như xianua đồng hoặc các dung dịch đơn nhưng có chứa các phụ gia hoạt động bề mặt thường cho lớp mạ nhỏ hạt, không thấy hướng nào ưu tiên phát triển cả. Chất keo thêm vào dung dịch làm cho lớp mạ thấp, dẻo, còn có kết tủa hạt nhỏ mịn thì cứng, cường độ cao, dòn. Tuy nhiên cũng có những ngoại lệ rất đặc biệt như sau: Ni mạ từ dung dịch có chứa những phụ gia khác nhau, cho độ bền kéo thay đổi từ 60 – 160kg/mm2 trong khi cỡ hạt hầu như không thay đổi. Vậy độ dẻo không phải lúc nào cũng tỉ lệ nghịch với sức bền kéo. Muốn xác định hướng ưu tiên phát triển của hạt phải dùng tia X hoặc nhiễu xạ điện tử. Muốn xác định chính xác cỡ hạt, độ bám bề mặt …tốt nhất là dùng kính hiển vi điện tử. Xử lý nhiệt cho lớp mạ gần đây được chú ý nhiều, nhằm nghiên cứu về quan hệ giữa cấu trúc lớp mạ sự tái kết tinh của chúng. Do lớp mạ điện có độ sạch cao nên nhiệt độ tái kết tinh thấp và ổn định. Xử lý ở nhiệt độ cao rất ít dùng thường chỉ sữ dụng ở nhiệt độ thấp và chủ yếu là để đuổi hyđrô trong kim loại, làm tăng độ dẻo cho lớp mạ. Cần chú ý thời gian và nhiệt độ phải được chọn sao cho không ảnh hưởng xấu đến kim loại nền. Ứng suất nội có thể được xử lý bằng cách xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tôi(ủ). Các phụ gia đôi khi ảnh hưởng rất lớn đến việc nhiệt luyện: Ví dụ: Một số phụ gia trong mạ Ni thường làm cho lớp mạ có lẫn lưu huỳnh. Khi nhiệt luyện, dù ở nhiệt độ tương đối thấp, các lớp mạ này trở nên rất dòn vì tạo thành NiS và tách ra trên biên giới hạt. 2. Kiểm tra bề mặt ngoài. Kiểm tra bề mặt lớp mạ xoa là phương pháp thường dùng để kiểm tra chất lượng lớp mạ. Dùng mắt để kiểm tra có thể phân thành 3 loại: Loại đạt chất lượng, laọi phải làm lại và loại phế phẩm. Bề mặt ngoài lớp mạ không cho phép có châm kim, điểm rỗ, bong, cháy…Lớp mạ bóng phải có độ bóng đẹp, màu sắc phù hợp. Ví dụ: Lớp mạ đồng phải có màu vàng tươi không tối, lớp mạ Ni phải có màu sáng… Căn cứ vào yêu cầu sử dụng của lớp mạ mà chọn chi tiết đạt chất lượng. Đối với mạ bảo vệ trang sức, chọn những chi tiết không ảnh hưởng tới bề mặt ngoài. Đối với lớp mạ bảo vệ phải chọn những chi tiết có tính năng chống gỉ phù hợp với yêu cầu. Nhưng đối với mạ xoa hầu hết là phục hồi chi tiết đã qua sử dụng bị mòn và làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao do đó vật liệu được chọn thường là những vật liệu chịu mài mòn cao như: Ni, Cr… Những chi tiết phế phẩm bao gồm những loại sau: Chi tiết bị ăn mòn nhiều, chi tiết có khuyết tật về cơ khí… 3. Độ bền và độ dẻo Độ bền kéo và độ bền dẻo là hai tính chất quan trọng của lớp mạ điện Ví dụ: - Từ các khuyết tật, rạn nứt của lớp mạ điện thường dẫn đến các vết nứt do ăn mòn dưới ứng suất của vật mạ khi nó làm việc ngoài trời hoặc trong môi trường ăn mòn. Cho nên độ bền kéo và độ bền dẻo của lớp mạ là hai yếu tố quyết định vật mạ có bị ăn mòn dưới ứng suất hay không. - Dây và băng trong dây chuyền chuẩn bị bề mặt, mạ, hoàn thiện…thường xuyên bị uốn gập, kéo căng…nhiều lần. Nếu lớp mạ không đủ độ bền kéo và độ bền dẻo thì sẽ bị rạn nứt, hư hỏng ngay trong quá trình sản xuất, làm giảm nghiêm trọng chất lượng sản phẩm Đến nay vẫn chưa thống nhất được cách xác định độ bền kéo và độ bền dẻo của lớp mạ điện. Lý do là phương pháp thử nghiệm còn gặp nhiều khó khăn, kết quả đo đạc chưa được chính xác. Một phương pháp đo độ dẻo khá tin cậy có thể áp dụng để đo cho lớp mạ được trình bày trên hình vẽ. DÇu DÇu Sơ đồ thí nghiệm phòng thuỷ lực Mẫu thử 1 là màng mỏng được kẹp giữa mâm kẹp 2 và đế 3. Dầu được bơm vào khoảng trống của đế 3, phía dưới mẫu thử, áp lực của dầu làm phồng mẫu lên phía trên. Đo áp suất dầu cần thiết để làm rạn nứt mẫu và đo chiều cao chỗ phồng lúc bị rạn nứt. Từ đó dựa theo lý màng mỏng tính ra độ bền đứt và sức căng đứt. Độ dẻo được đánh giá qua sức căng đứt. Ưu điểm của phương pháp này là cho độ nhạy cao nhất khi mẫu là vật liệu giòn, có sức căng tương đôid nhỏ nên rất phù hợp để khử lớp mạ điện. Mẫu không cần gia công cơ khí nhiều, tiến hành thực nghiệm lại đơn giản, dễ thực hiện nên ít tốn kém. 4. Ứng suất nội. Kết tủa thường ở trạng thái ứng suất.Ứng suất này được gọi là ứng suất nội, nó tồn tại một phần hoặc toàn bộ trong kết tủa. Trong lớp mạ tồn tại hai loại ứng suất nội: Ứng suất thô thể hiện bởi lá kim loại mỏng được mạ 1 mặt sẽ bị uốn cong thành hình chũ C. Nếu lớp mạ nằm trong hình chũ C, nó có ứng suất kéo. Nếu lớp mạ nằm phía lưng hình chũ C, nó có ứng suất nén. Ứng suất thô có thể làm cho vật bị vênh, méo, lớp mạ bị rạn nứt, dễ bong và vật mạ khi chịu ứng suất kéo thì độ bền mòn sẽ giảm. Ứng suất tinh thể hiện ra bằng việc tăng độ cứng lớp mạ. Để xác định ứng suất thô của lớp mạ người ta tiến hành mạ với catôt là lá kim loại mỏng, kẹp cố định một đầu, mạ lên một mặt của catôt. Ứng suất nội thô phát sinh trong quá trình mạ sẽ uốn cong lá kim loại. Độ dịch chuyển đầu mút tự do của catôt đó được thể hiện cho độ lớn của ứng suất nội của lớp mạ và từ đó có thể tính ra đơn vị ứng suất thông dung. Việc đo đạc độ dịch chuyển đầu mút tự do và tình đổi ra đơn vị ứng suất ddược thể hiện đồng thời ngay trên máy Sprial contractometer. Ứng suất nội tinh được xác định bằng máy nhiễu xạ tia X, độ chính xác khá cao. Nguyên nhân chính có thể gây ra ứng suất nội có thể là: 4.1. Thay đổi thông số mạng Gradien điện thế trong lớp kép catôt rất lớn, nhất là khi quá thế lớn(107-108V/cm) làm tăng mạnh giao động nhiệt của ion vừa được giải phóng điện nên rất khó sắp xếp ngáy ngắn vào mạng tinh thể mà không bị 1 sai lệch nào.n Mạng tinh thể bị sai lệch thông số này dần dần tự chuyển thành mạng cân bằng( không lệch), kết quả làm ứng suất nội xuất hiện. Hydrô, kim loại lạ lẫn vào kết tủa lamg thay đổi thông số mạng. Trường lực của các nguyên tử này không giống với trường lực của nguyên tử kim loại chính, kết quả làm nảy sinh ứng suất nội kéo hoặc nén. 4.2. Thay đổi khoảng cách giứa các tinh thể lớp mạ. Các tạp chất lẫn vào kết tủa là do hấp thụ các chất hoạt động bề mặt, do lực hút tĩnh điện do tạo thành các hợp chất hoá học hoặc lẫn cơ học…Một phần chúng lẫn vào mạng tinh thể, một phần nằm trên tinh giới làm thay đổi khoảng cách giữa các tinh thể. Các chất hoạt động bề mặt nhất là các chất hữu cơ nằm tron lớp kép bị biến dạng và kéo căng theoi một hướng nhất định dưới tác dụng của điện trường. tinh thể dần lớn lên thì biên giới lớp kép chuyển dần về phía dung dịch, tác dụng của điện trường đến các phân tử này dần mất đi nên sau đó chúng sẽ trở lại dạng bình thường và tách khỏi tinh thể, tồn tại trên tinh giới. Các chất lạ thường không phân bố đều trên tinh giới lạm thay đổi khoảng cách giữa chúng. Sau khi hình thành kết tủa, do khuyếch tán để phân bố lại các hạt đã làm xuất hiện ứng suất nội. Các chất hoạt đọng bề mặt và hydrô hấp thụ không đều theo chiều dày lớp mạ( lớp đấu tiên lẫn nhiều hơn, càng về sau càng ít đi) cũng làn xuất hiện ứng suất nội. 4.3. Thay đổi kích thước tinh thể. Trong và sau quá trình điện kết tủa có thể xảy ra hiện tượng biến đổi kích thước tinh thể làm thay đổi thể tích kết tủa và phát sinh ra ứng suất nội. Khi điện kết tủa kim loại ở điều kiện không cân bằng thường thu được tinh thể nhỏ, mang năng lượng bề mặt rất lớn nên chúng có xu hướng liên kết lại thành hạt to để giảm năng lượng bề mặt của chúng xuống. Quá trình này xảy ra càng nhanh nếu ta tăng nhiệt độ và xảy ra khó nếu tinh giới có tạp chất. Do tinh thể liên kết lại làm thể tích kết tủa giảm đi và gây ra ứng suất nội. Có trường hợp sự biến đổi thể tích kết tủa là do sự biến đổi kiểu mạng sang dạng ổn định hơn. 4.4. Tạo thành hợp chất hoá học Tạp chất kim loại mạ tiếp xúc với nhau có thể tác dụng tạo thành hợp chất hoá học có thể tích lớn hơn hoặc nhỏ hơn thể tích các chất ban đầu, làm phát sinh ứng suất nội. Vì vậy trong điều kiện thực tế kết tủa kim loại sẻ có một yếu tố nào đó nổi trội, giữa phần chính gây ra ứng suất nội, đồng thời cũng có tác dụng của nhiều yếu tố khác góp phần vào. Do đó việc nghiên cứu các quy luật biến đổi của ứng suất nội sẻ rất phức tạp. 5. Độ cứng Độ cứng là một khái niệm chung chung, nó không phải là một thuộc tính cơ sở của kim loại. Tuy nhiên việc đo độ cứng lại rất dễ dàng, ít tốn kém, đồng thời độ cứng cũng có một ý nghĩa nhất định và có một mối quan hệ nào đó của một kim loại cụ thể ào đó. Có nhiều cách đo độ cứng của lớp mạ: Đo chiều rộng vết cào, đo độ bền mài mòn, đo độ bền xuyên sâu…Phổ biến nhất hiện nay là dùng máy Vickers đã được knoop cải tiến để đo độ cứng lớp mạ. Độ cứng Vickers: Ký hiệu HV Dùng mũi kim cương hình tháp đáy vuông, góc giữa hai mặt đối diện là 136oC án lên bề mặt của mẫu thử hoặc chi tiết với tải trọng P Độ cứng này có đơn vị là KG/mm2 HV = 1,8544 P tải trọng ( KG ) d đường chéo của vết nứt(mm) Cần chú ý những điểm sau khi thử độ cứng bằng phương pháp Vickers: Bề mặt của mẫu thử cần bằng phẳng và sạch sẽ Chiều dày của mẫu tại chổ thử không được bé hơn 1,5 lần đường chéo của vết. Khoảng cách từ tâm vết đến mép của mẫu và đến mép của các vết khác không được nhỏ hơn 2,5 lần đường chéo d của vết. Thời gian tải trọng tác dụng không ít hơn 10 giây. Phương pháp Vickers là thích hợp nhất để thử độ cứng mẫu mạ xoa. Hình 5.1 là sơ đồ máy đo độ cứng nói chung. Để đo độ cứng Vicker ta chỉ cần thay đầu đo 9 bằng mũi đo Viker tương ứng. Nguyên lý làm việc: vô lăng 11 dùng để nâng bàn đặt vật đo 10 cho đến khi chạm tới mũi đo 9 gá trên trục 8. Lực tác động lên mũi đo được tạo bởi các tải trọng 1,2,3 rời nhau đẻ có thể thêm hay bớt được thông qua cánh tay đòn khuyếch đại 5. Để nâng, hạ tải trọng thường sử dụng một cơ cấu dạng tay đòn 7 hoặc điều khiển bằng nút bấm. Chỉ thị kết quả trên đồng hồ 6 có thể bằng kim hay hiện số. Trên các máy đo độ cứng mà có yêu cầu thời gian giữ tải thì thường lắp bộ phận hẹn giờ để tự ngắt tải. 3 2 1 4 5 6 7 8 9 10 11 Hình 5.1. Máy đo độ cứng. 6. Đo chiều dày lớp mạ 6.1. Phương pháp tia dòng dung dịch Hòa tan lớp mạ tại một điểm bằng dòng dung dịch đặc biệt xói liên tục cho đến khi nền lộ ra. Từ thời gian xói (hay thể tích dung dịch đã dùng) cho phép tính ra chiều dày lớp mạ. Chiều dày lớp mạ tính theo công thức: d = d.t (mm) Trong đó: d – chiều dày lớp mạ bị hòa tan trong 1s t _ tổng thời gian phun tia (s) Khi tính chiều dày theo công thức này cần nhân thêm hệ số: 0,7 cho Cd mạ từ dung dịch sunfat 1,4 cho Ni từ một số dung dịch mạ bóng trực tiếp… Sai số của phương pháp đo này là ±10%. 45° 4 ~ 5 120 ± 5 250 ± 5 Ø 1,5 ~ 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 14 15 11 Hình 5.2: Dụng cụ phun tia dung dịch đo chiều dày lớp mạ 1.Nhiệt kế; 2.Vòng hãm; 3.Ống thủy tinh; 4.Nắp cao su; 5.Phễu; 6.Khóa; 7.Ống nối; 8. Ống mao quản; 9. Mẫu đo; 10. Khay đựng; 11. Vít hãm giá đỡ; 12.Giá đỡ; 13. Giá kẹp chi tiết; 14. Đế. Để đo đạc được chính xác cần chú ý : lắp dụng cụ đúng theo kích thước ở hình trên, đường kính lỗ mao quản 1,5 – 2 mm; tốc độ phun tia dung dịch phải đạt 10ml sau 30s; vòng hãm 2 (giữ nhiệt kế 1) phải để hở để không khí vào được bình theo ống thủy tinh 3; trước khi bắt đầu đo, mở khóa 6 để dung dịch trong ống 3 hạ đến mức ngang với miệng dưới của ống 3; trong ống mao quản 8 và ống nối (chất dẻo) không được đọng khí. 6.2. Phương pháp nhỏ giọt Nhỏ một giọt dung dịch ăn mòn lên bề mặt mạ cần kiểm tra, để một thời gian nhất điịnh, thấm hết dung dịch bằng giấy lọc, nhỏ tiếp lên đó một giọt khác, cứ thế lặp lại cho đến khi chổ thử xuất hiện màu đặc trưng của nền, của lớp mạ lót hay của đồng thoát ra do phản ứng tiếp xúc. Chiều dày lớp mạ tính theo công thức: d = dg. (0,5n), mm Trong đó: dg – chiều dày lớp mạ bị ăn mòn bỏi một giọt dung dịch (phụ thuộc nhiệt độ). n – số giọt dung dịch đã thử nghiệm Sai số của phương pháp là: ±20% 7. Đo độ gắn bám của lớp mạ Có thể đo độ gắn bám của lớp mạ với nền bằng các phương pháp đơn giản sau: 7.1. Phương pháp gạch khía Dùng mũi nhọn, sắc, cứng khía thủng lớp phủ thành những đường cắt thẳng góc với nhau, quan sát chổ giao nhau của các đường khía bằng kính lúp, nếu lớp mạ không bị bong vênh tại các đỉnh góc vuông là đạt yêu cầu về độ bám. 7.2. Phương pháp bẻ gập Mẫu là những tấm, lá mỏng có thể thử độ gắn bám bằng cách bẻ gập mẫu 90o trên má kẹp vê tròn cạnh với r = 4mm nhiều lần về hai phía đối nhau cho đến khi lớp mạ bị bong ra. Số lần bẻ 90o đặc trưng cho độ gắn bám của lớp mạ với nền 7.3. Phương pháp nung nóng Nung mẫu thử lên 200 – 250oC, do hệ số giản nở của kim loại mạ và kim loại nền khác nhau gây nên ứng suất lớn làm lớp mạ bị bong ra nếu độ gắn bám không tốt 7.4. Phương pháp dùng nấm Côban. Dưới đây là quy trình công nghệ kiểm tra độ bám dính lớp mạ bằng nấm Côban, gồm các bước: - Mạ lớp mạ cần kiểm tra độ bám dinh. - Chuẩn bị mạ đắp nấm Côban. - Mạ đắp nấm Côban. - Tháo khuôn mạ đắp nấm Côban. - Tác dụng lực kéo rời nấm Côban ra khỏi lớp mạ. - Từ vết tách rời ta đánh giá kết quả F F Hình 5.3. Sơ đồ nguyên công quy trình công nghệ kiểm tra độ bám dính bằng nấm Côban 8.Thực nghiêm đo mòn chi mẩu thử và tiết trong điều kiện nhiệt ẩm. Công thức tính cường độ mòn chủ yếu: I = K1.. Khi chỉ quan tâm đến tải trọng và vận tốc ta có công thức: I = K.Pm.vn. Trong đó P: Tải trọng. v: Vận tốc trượt tương đối. K: Hệ số tỷ lệ. 8.1. Đo mòn mẫu trong điều kiện nhiệt ẩm. Tủ nhiệt ẩm là một thiết bị cho phép ta tạo ra các môi trương đáp ứng các yêu cầu về độ ẩm và nhiệt độ mong muốn. Cấu tạo tủ nhiệt ẩm gồm một buồng kín bên trong có các quạt để giúp đối lưu không khí, một bộ làm lạnh cùng các nhiệt kế và ẩm kế cho phép ta biết và điều khiển nhiệt độ và độ ẩm trong tủ. Máy đo mòn được đặt trong tủ, có bộ phận truyển chuyển động quay cho trục đo mòn được nối với động cơ thông qua trục các đăng. Các bước tiến hành: Mạ xoa các lớp: Đồng, Nikel, Crom mỗi loại lên 20 mẫu để làm thí nghiệm. Làm sạch các mẫu. Cân và đánh dấu từng mẫu bằng cân tiểu ly trước khi cho chạy tiến hành đo mòn. Lắp các mẫu lên máy đo mòn, tiến hành cháy máy đo mòn trong từng điều kiện nhiệt ẩm cụ thể (mỗi lớp mạ với mỗi điều kiện nhiệt ẩm tiến hành vói 5 mẫu). Sau khi chạy mòn xong, lấy mẫu ra và tiến hành cân lại từng mẫu, xác định lượng mòn tương ứng của từng mẫu. Sơ đồ nguyên lý máy đo mòn được thể hiện như trên hình vẽ: Hình5.4. Sơ đồ nguyên lý máy đo mòn. l 3l Trôc ®o mßn MÉu thö P N Hình 5.5. Nguyên lý đo mòn Sơ đồ đo mòn trên máy đo mòn. Mẫu thử có các kích thước chiều dài 3mm chiều rộng 1mm chiều cao 7mm. Đường kính trục đo mòn 30mm Tốc độ quay của trục đo mòn 350v/p. Tải trọng p = 104g. Ta có: Áp lực lên bề mặt mẫu: N = 3P = 3.104.9,81.10-3 = 3.1,02024(N) . Ứng suất lên bề mặt mẫu thử: (N/mm2) = 1,02024Mpa. Vận tốc trượt: V = (m/s). Tiến hành thí nghiệm ta có: Nhiệt độ (°C) Cường độ mài mòn (E-9) 15.00 36.00 50.00 0.79 0.91 0.25 99.00 Độ ẩm (RH%) 0.25 0.35 0.01 75.00 0.01 0.51 0.25 51.00 Trong thực tế, tiến hành chạy thử và đo mòn cổ trục khuỷu trong các điều kiện tải trọng và tốc độ khác nhau tại nhà máy Diesel Sông Công, ta đã thu được một số kết quả cho thấy cường độ mòn của các lớp mạ Ni và Cr so với thép. Kết quả thí nghiệm được cho trong bảng dưới: Bảng kết quả thí nghiệm đo cường độ mòn I(mm/h).104 với các tải trọng và vận tốc khác nhau của thép: p(kG) v(m/s) 800 1000 1430 2,65 1,5 1,95 2,5 5,3 1,3 1,75 2,2 7,45 1,6 1,9 2,4 Từ bảng số liệu tao có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ mòn vào tải trọng và tốc độ: Bảng kết quả thí nghiệm đo cường độ mòn I(mm/h).104 với các tải trọng và vận tốc khác nhau của lớp mạ Ni: p(kG) v(m/s) 800 1000 1430 2,65 0,78 0,94 1,35 5,3 0,803 0,95 1,3 7,45 0,84 0,97 1,45 Từ bảng số liệu tao có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ mòn vào tải trọng và tốc độ: Bảng kết quả thí nghiệm đo cường độ mòn I(mm/h).104 với các tải trọng và vận tốc khác nhau của lớp mạ Cr: p(kG) v(m/s) 800 1000 1430 2,65 0,205 0,13 0,28 5,3 0,265 0,18 0,40 7,45 0,287 0,14 0,30 Từ bảng số liệu tao có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ mòn vào tải trọng và tốc độ: * Nhận xét: từ các đồ thị trên ta thấy: Cường độ mòn thay đổi phụ thuộc vào vận tốc và tải trọng. Sự phụ thuộc của cường độ mòn vào vận tốc ít hơn sự phụ thuộc của cường độ mòn vào tải trọng. Với một tải trọng cố định, cường độ mòn ít thay đổi theo vận tốc.(tương ứng với n 0). Lớp mạ Cr có lượng mòn ít nhất hay độ chịu mài mòn là lớn nhất, sau đó là đến Ni và cuối cùng là thép. Độ chịu mài mòn của Ni tốt hơn của thép khoảng 1,5 lần, của Cr tốt hơn của thép khoảng gần 5 lần. KẾT LUẬN Trong quá trình thiết kế đồ án em nhận thấy dung dịch trong công nghệ mạ xoa là một lĩnh vực có tính thực tiễn cao. Hiện nay ở nước ta còn chưa phát triển và chưa được quan tâm đúng mức. Do đó việc ứng dụng và nghiên cứu phát triển công nghệ mạ xoa nói chung và dung dịch mạ xoa nói riêng có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Tuy nhiên với khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp, em tự thấy đồ án này còn nhiều thiếu sót do hạn chế về kinh nghiệm thực tế, tài liệu và thời gian làm việc cho nên bản đồ án này còn chưa thật chi tiết và đầy đủ, các quy trình công nghệ còn mang tính lý thuyết. Nó chỉ tượng trưng cho công việc thiết kế, cho quá trình học hỏi và rèn luyện cách thức làm việc là chủ yếu. Cuối cùng em rất mong nhận được những ý kiến góp ý, phê bình của các thầy cô giáo trong bộ môn cũng như của các bạn để chúng em có dịp nhìn nhận, rút kinh nghiệm và sửa chữa những thiếu sót của mình. Điều đó cũng có ý nghĩa rất lớn, giúp cho chúng em có một hành trang cho những ngày đầu ra trường. Một lần nữa em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Ma sát học, đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Tuấn và thầy Lê Đức Bảo đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hà nội ngày 26 tháng 5 năm 2006. Sinh viên thực hiện: Lưu Xuân Thư Lê Xuân Thưởng. TÀI LIỆU THAM KHẢO. Kỹ thuật mạ điện. (Nguyễn Văn Lộc – NXB Giáo Dục). Điện hóa lý thuyết (PGS.TS Trương Nọc Liên –NXB Khoa Học và Kỹ Thuật). Mạ điện (Trần Minh Hoàng –NXB Khoa Học và Kỹ Thuật). Công nghệ mạ điện (Trần Minh Hoàng). Sổ tay mạ điện (Trần Minh Hoàng). Thiết bị nhiệt luyện (Nguyễn Văn Hiển). Đề tài KC.05.21 (GS.VS.TSKH Nguyễn Anh Tuấn chủ trì).