CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠ XOA Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịu mài mòn ,chịu nhiệt ,tính trơ hoá học , chống rỉ có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ ,độ tin cậy của chúng . Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh của thiết bị làm cho điều kiện làm việc của chúng thêm khắc nhiệt .Ngoài ra ,nhu cầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều ,trong khi giá thanh chế tạo cao vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã hư hỏng mất giá trị sử dụng (như không đủ kích thước , không đủ độ bền , không đảm bảo liên kết lắp ghép ) có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn .
Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đã được sử lý bằng những công ngệ phủ hoá lý khác nhau .Vật liệu phủ có thể là kim loại nguyên chất ,hợp kim nhiều thanh phần polyme gốm silíc ,vật liệu quang ,từ ,vớ các phương pháp phủ như :phủ điện hoá ,hoá học ,phun tĩnh điện ,phun hồ quang ,phun lasma ,phun siêu âm ,PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa .
Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện , là một nội dung quan trọng của công nghệ bề mặt , ở một số nước trên thế giới , đã được coi là hạng mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cập ứng dụng .
Mạ xoa cũng giống như các phương pháp mạ điện khác ,được chấp nhận và rất hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đã bị hư hỏng do sử dụng hoặc gia công sai . Hiện nay các chi tiết như vậy đã được thu hồi và tái sử dụng nhờ công nghệ mạ xoa đặc biệt này ,và có khả năng trở về trạng thái mới .Trong nhiều trường hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chi tiết mới . Do vậy ,công nghệ mạ xoa này được ưng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp và quân sự
Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiên tiến . Nó cho phép vừa phục hồi kích thứơc vừa tạo được chất lượng bề mặt cao về độ cứng , khả năng chịu mài mòn ,độ bền. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như đầu máy toa xe, hàng không ,tầu thuyền , cơ giới công trình ,thiết bị điện tử.
II QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỚP MẠ :
1 KHÁI NIỆM VỀ MẠ XOA
Mạ xoa là phương pháp mạ điện khi sử dụng bút xoa .Cơ cấu của thiết bị bao gồm : M ột bộ nguồn điều khiển vô cấp , cấp điện âm (-) cho chi tiết mạ và điện áp dương (+) cho bút xoa. Khi thực hiện quá trình mạ xoa , phải có sự chuyển động tương đối giữa bút xoa và chi tiết mạ trong khi dung dịch mạ được cung cấp liên tục bằng máy bơm dung dịch . Quá trình mạ chỉ diễn ra ở những nơi bút xoa chi tiết tiếp xúc với chi tiết gia công. Sơ đồ nguyên lý của chung của hệ thống thiết bị mạ xoa được thể hiện ở hình 1
Trong dung dich mạ xoa , chỉ phóng điện hoàn nguyên kết tinh tại nơi tiếp xúc giữa bút mạ xoa và chi tiết . Sự dịch chuyển của bút mạ hạn chế sự lớn lên và sát nhập của các hạt tinh thể , do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều các hạt tinh thể nhỏ mịn và lệch vị , dẫn tới nâng cao củng cố độ cứng của lớp mạ .
Dung dịch mạ xoa thông qua bút xoa được cung cấp kịp thời lên bề mặt làm việc , rút ngắn quá trình khuếch tán ion kim loại ,khiến cho không nảy sinh hiện tượng thiếu ion . Do hàm lượng ion trong kim loại rất cao cho phép sửa dụng dòng điện cao hơn bể mạ rất nhiều , do đó hình thành lớp mạ cao .
Nguyên lý của kỹ thuật mạ xoa có thể biểu thị bằng công thức sau :
Mn+ +ne Þ M
Trong đó Mn+:ion kim loại
n:Hoá trị của kim loại
e :Điện tử
m :nguyên tử kim loại
1Nguồn điện mạ 2 Chi tiết mạ 3 Bút xoa
4 Lớp b3ọc anode 5 Bơm dung dịch 6 Khay đựng dung dịch
Hình1.Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị mạ xoạ
2 ĐIỀU KIỆN TẠO THÀNH LỚP MẠ
Muốn hoà tan kim loại vào lớp mạ vào trong dung dịch hay làm kết tủa ion kim loại đó lên bề mặt lớp nền thì cần phải tiêu tốn một điện thế để tạo sự cân bằng giữa kim loại điện cực và ion của nó trong dung dịch và điện thế này gọi là điện thế cực . Mặt khác , nồng độ ion M+ ở vùng katốt và bên trong dung dịch có sự sai lệch nên sinh ra một hiệu điện phân cực nồng độ .Việc xuất hiện các nguyên tố xung quanh điện cực mà chủ yếu là Hiđrô ở katôt và ion ở anốt đã tạo ra một hiệu điện thể gọi là phân cực hoá học . Ngoài ra cũng cần một năng lượng để giải phóng các nguyên tố đã phóng điện ở trên cực được gọi là quá thế .Vì thế để tạo thành lớp mạ điện thì điện thế đặt lên anốt và catốt phải lớn hơn hoặc bằng điện thế điện cực , các thế phân cực và quá thế công lại nhưng phải ngược dấu với chúng .
3 ĐẶC ĐIỂM CỦA LỚP KIM LOẠI MẠ :
-Lớp mạ mịn không có tạp chất , chịu mài mòn tốt .
-Độ dầy của lớp mạ phục hồi thường là 0,001-2 mm .Khi khôi phục rãnh , độ dày của lớp mạ có thể đạt được 3 mm.
-Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ song thường ở trong khoảng như sau :
+ Cu:15-20 HRC
+Ni:48-52 HRC
+Cr:58-65 HRC
III CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHÊ CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT MẠ XOA.
Điện thế và dòng điện mạ :ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp mạ. Nếu điện thế cao,dòng điện mạ xoa lớn ,tốc dòng mạ xoa tăng nhanh , để hình thành lớp mạ thô xốp . Dòng điện lớn làm phát sinh nhiệt nhiều ,tăng nhiệt độ dung dịch mạ xoa, tốc độ mạ xoa càng nhanh ,bế mặt lớp mạ càng khô nhanh,làm tốn nhiều dung dịch mạ , dương cực dễ bị cháy khiến cho lớp mạ bị đen và thô rám ,thậm chí bong ra do quá nhiệt . Nếu điện thế quá thấp hơn yêu cầu , tốc độ hình thành lớp mạ quá chậm , đồng thời lớp mạ cũng thấp. Muốn cho chất lượng lớp mạ đảm bảo hiệu suất sản suất , cần xác định phạm vi sử dụng của hiệu điện thế tuỳ theo dung dịch mạ ,
IV ĐẶC ĐIỂM DUNG DỊCH MẠ XOA :
-Dung dịch mạ xoa phần lớn là dung dịch của các hợp chất hữu cơ của kim loại hoà tan trong nước và có tính ổn định cao.
-Dung dịch mạ xoa có hàm lượng ion trong dung dịch cao hơn dung dịch mạ điện thông thường một vài lần cho nên năng xuất rất cao .Tốc độ mạ gấp3 đến 5 lần dung dịch bình thường
-Nhìn chung phần lớn các loại dung dịch mạ xoa không cháy , không độc vì phần lớn dung dịch mạ là trung tính , do đó có thể đảm bảo thao tác thủ công an toàn .
-Tính ổn định của dung dịch mạ xoa cho phép có thể sử dụng tuần hoàn trong một thời gian dài ,trong một phạm vi nhiệt độ , mật độ dòng tương đối rộng trong quá trình sử dụng mà không cần thiết phải điều chỉnh nồng độ cuả ion kim loại .
-Hiện nay đã chế tạo thành công ở thể rắn thành phần của dung dịch mạ xoa khiến cho việc vận chuyên và bảo quản rất thuận tiện.
V GIA CÔNG BỀ MẶT KIM LOẠI TRƯỚC KHI MẠ
Đây là công đoạn quan trọng nhất trước khi tiến hành phương pháp mạ bởi vì nó có tính quyết định đến chất lượng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ của công đoạn này là làm sạch hết các lớp rỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ , tạp chất và làm sạch bề mặt chi tiết kim loại mạ, giúp cho các nguyên tử kim loại mạ đễ dàng gắn bám trên bề mặt chi tiết tạo lớp mạ bền và mịn. Quá trình gia công bề mặt kim loại gồm 2 bước:
- GIA CÔNG CƠ HỌC
Trước tiên chi tiết được mài và đánh bóng, công đoạn này nhằm làm sạch hết rỉ, các màng ôxit, tạp chất…để bề mặt chi tiết được đồng đều và nhẵn hơn. sau đó tiến hành đánh bóng dùng cát mịn và chất đánh bóng để bề mặt chi tiết được nhẵn thêm và bóng sáng hơn. Gia công cơ học gồm có:
Đối với những vật bé, nhỏ người ta dùng phương pháp quay để làm sạch bề mặt cho vật đó khỏi các tạp chất và màng ôxit đồng thời tạo độ bóng cho vật đó.
- Đối với các vật có nhiều khe kẽ răng rãnh v.v… có thể sử dụng bàn chải quay bằng dây thép dây đồng thau hoặc bằng rễ cây và thường chải ướt bằng dung dịch xà phòng.
- Đối với các vật mạ có thước to và khó di chuyển thì dùng tia cát hoặc tia nước có áp suất cao phun lên bề mặt gia công làm bong hết chất bẩn dầu mỡ và màng ôxit
- LÀM SẠCH BỀ MẶT VẬT MẠ
Sau quá trình gia công cơ học trên bề mặt vật thể còn bám lại các chất dầu mỡ và chất đánh bóng. Do đó phải tẩy sạch vật thể rồi mới đem đi mạ, quá trình gồm hai bước sau
* Tẩy bằng dung môi hữu cơ.
Làm sạch các loại dầu, mỡ khoáng, thuốc đánh bóng , dầu mỡ bảo quản…sau khi tẩy trong dung môi hữu cơ trên bề mặt vật thể vẫn còn một lớp dầu mỡ mỏng nhưng vẫn đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ đối với kim loại nền. Để loại bỏ hoàn toàn lớp mỏng dầu mỡ này ta phải tẩy tiếp bằng phương pháp hoá học và điện hoá.
- Dầu mỡ bám trên bề mặt vật nền có hai loại: Là loại có nguồn gốc thực vật như este phức tạp của glixerin và những axit béo bậc cao như stear palmitic… và loại có nguồn gốc khoáng vật là các hỗn hợp của hydrocácbon như paraphin dầu máy mỡ kỹ thuật. Nhiệm vụ của dầu máy mỡ kỹ thuật là làm sạch cả hai loại này khỏi bề mặt vật nền. Loại nguồn gốc thực vật có thể tác dụng với xút thành xà phòng nên tan trong nước. Loại có nguồn gốc khoáng không có khả năng xà phòng hoá nên có thể tẩy chúng bằng chất tẩy rửa đặc biệt. Khi tẩy dầu mỡ hoá học thì cả hai quá trình trên đều xảy ra. Vì vậy dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học có chất lượng cao phải thấm ướt tốt bề mặt cần tẩy và ngấm sâu vào chất bẩn cần tẩy hoà tan, xà phòng hoá được dầu mỡ động thực vật và dễ rửa sạch sau khi tẩy. Trong công nghiệp dung dịch tẩy có các thành phần như xút, phốt phat thuỷ tinh lỏng, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp. Ngoài ra còn dùng thêm chất hoạt động bề mặt để làm tăng hiệu quả tẩy rửa, thường là các chất tạo bọt hoặc các sản phẩm khác dùng trong tẩy rửa.
- Tẩy dầu mỡ điện hoá
Được thực hiện với một thời gian ngắn trong khâu làm sạch lần cuối để lấy đi màng dầu mỡ còn sót lại sau lần tẩy trước. Dung dịch tẩy điện hoá có thành phần giống như dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học nhưng nồng độ loãng hơn. Có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc một chiều cho tẩy điện hoá. Khi dùng dòng điện một chiều thì vật tẩy có thể là katôt hoặc anôt.
Cơ chế của tẩy dầu mỡ điện hoá là tách dầu mỡ trên bề mặt thành nhũ tương trong dung dịch bằng các bọt Hydro trên katôt hoặc bọt ôxi trên anôt: Khi nhúng kim loại dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bề mặt nên màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt. Dưới tác dụng của phân cực, độ bám của màng dầu mỡ trên kim loại bị yếu đi, các giọt dầu mỡ co lại mạnh hơn đồng thời tính thấm nước của kim loại tăng lên. Các bọt khi nhỏ tách khỏi bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó. Dần dần bọt khí lớn lên ôm lấy giọt dầu và cung tách khỏi bề mặt kim loại. Nhược điểm của tẩy dầu mỡ điện hoá là khó tẩy sạch các khe, chỗ khuất, lỗ và cho các vật có hình thù phân tán thì khả năng phân bố của dung dịch thấp.
Bảng 1.Sơ đồ công nghệ của kỹ thuật mạ xoa được tiến hành theo các bước sau:
|
tt |
Tên nguyên công |
Mục đích nội dung sử dụng |
Chú thích |
|
1 |
Chuẩn bị bề mặt |
Khử dầu ,mài sửa bề mặt che chắn bề mặt không mạ |
|
|
2 |
Làm sạch bằng điện hoá |
Khử dầu bằng điện hoá |
Nối ngược cực |
|
3 |
Hoạt hoá bề mặt |
Dùng điện phân tiếp xúc bề mặt khử cặn các bon |
Nói ngược cực |
|
4 |
Hoạt hoá bề mặt |
Dùng điện phân tiêp xúc bề mặt khử cặn các bon |
Nối ngược cực |
|
5 |
Mạ lớp lót |
Mạ tốt lớp lót , nâng cao độ bám dính bề mặt |
Nối thuận cực |
|
6 |
Mạ lớp kích thước |
Phục hồi nhanh kích thước của chi tiết |
Nối thuận cực |
|
7 |
Lớp mạ làm việc |
Đạt độ chính xác về kích thước , đáp ứng yêu cầu về tính năng của bề mặt |
Nối thuận cực |
|
8 |
Xử lý sau khi mạ |
Thổi khô , sấy khô ,bôi dầu ram thấp , mài ,đánh bóng |
Lựa chọn theo nhu cầu |
CHƯƠNG II
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hiện nay có nhiều loại nguồn điện khác nhau có thể sử dụng làm nguồn mạ xoa ,nguồn xoay chiều đối xứng , nguồn xoay chiều không đối xứng , nguồn đổi cực , áp dụng siêu âm … Nhưng phổ biến nhất và đơn giải nhất vẫn là nguồi một chiều .Trong thực tế nguồn một chiều thường sử dụng cho mạ xoa là máy phát một chiều và chỉnh lưu ra dòng điện một chiều . Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào dòng điện một chiều do các bộ nguồn một chiều tạo ra ,vì vậy dòng điện cung cấp cho thiết bị mạ xoa phải cho chất lượng tốt , độ bằng phẳng cao và có thể điều chỉnh vô cấp một cách dễ dàng trong quá trình mạ.
Sơ đồ cung cấp nguồn điện cho các bể mạ cần đơn giản và thuận tiện để điều chỉnh cường độ dòng điện và điện thế .
I CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU THƯỜNG DÙNG CHO MẠ XOA
1 MÁY PHÁT MỘT CHIỀU :
Thông thường tổ hợp Động cơ - Máy phát một chiều thường gồm một động cơ cấp sử dụng nguồn điện xoay chiều được nối cứng với trục máy phát một chiều . Cơ năng từ động cơ sơ cấp được truyền qua khớp trục kéo máy phát nhờ bộ phận khởi động nên máy phát quay tạo thành điện áp một chiều ở đầu ra .
Hệ thống Động cơ- Máy phát có ưu điểm là tạo ra nguồn một chiều có chất lượng điện áp tốt , điện áp đầu ra bằng phẳng và liên tục nhưng có một nhược điểm là hệ thống này quá cồng kềnh , hay bị rung và ồn trong quá trình hoạt động , kết cấu máy phát gồm có hệ thống tiếp xúc chổi than và cổ góp để lấy điện ra hay bị hỏng , mặt khác hệ thống này dùng các thanh dài và có tiết diện khá lớn nên gây tổn thất một điện áp khá lớn , làm cho hiệu xuất của toàn hệ thống thấp vào khoảng (h =600 ) . Hiện nay máy phát một chiều không được dùng trong thực tế .
- CHỈNH LƯU DÙNG CÀC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Chỉnh lưu cho phép điều chỉnh điện áp ra liên tục trong một dải điều chỉnh rộng ,thuật lợi khi sử dụng và thay thế các linh kiện ,kích thước gọn nhẹ ,tác động nhanh ,dễ tự đông hoá ,dễ điều khiển ,có khả năng định dòng và áp phù hợp với yêu cầu của dòng điện mạ xoa . Ngày nay chỉnh lưu được sử dụng ngày càng phổ biến để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoa vậy để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoa ta dùng bộ nguồn chỉnh lưu .
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BỘ CHỈNH LƯU.
Muốn thay đổi điện áp ở đầu ra của bộ chỉnh lưu người ta có nhiều phương pháp ,sau đây ta xét ba phương pháp thông dụng nhất .
1 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA BẰNG BIẾN ÁP TỰ NGẪU.
Nguyên lý hoat động của sơ đồ : Cấp nguồn xoay chiều ba pha vào máy biến áp tự ngẫu , nhờ hệ thống chổi than trượt trên dây quấn thứ cấp để thay đổi điện áp đầu ra . Đầu ra của máy biiến áp tự ngẫu nối với cuộn sơ cấp của máy biến áp chỉnh lưu . Máy biến áp này có nhiệm vụ hạ áp xuống theo tỷ số biến áp K cố định để cung cấp cho bộ chỉnh lưu diôt . Bộ chỉnh lưu này có nhiệm vụ biến đổi điện áp ba pha xoay chiều thành điện áp một chiều cho thiết bị mạ xoa .
Sơ đồ trên có ưu điểm là không phải điều khiển việc đóng mở các van . Mặt khác trên thị trường các van điốt có công xuất lơn hơn các van có điều khiển , do đó có thể đáp ứng các yêu cầu về dòng và áp của công nghệ mạ xoa mà các loại van khác không thể đáp ứng được . Nhưng sơ đồ này có nhược điểm là việc chế tạo dây quấn của máy biến áp tự ngẫu có dòng điện lớn là rất khó.Vì vậy ở đây ta không sử dụng sơ đồ này .
MỤC LUC
Chương I .Giới thiệu khái quát về công nghệ mạ xoa
I Giới thiệu chung.
II Qúa trình hình thành lớp mạ xoa .
1 .Khái niệm cơ bản về mạ xoa .
2 Điều kiện tạo thành lớp mạ xoa.
3 Đặc điểm của lớp kim loai mạ.
III Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ
1 Điện thế và dòng điện.
IV Đặc điểm của dung dịch mạ xoa.
V Gia công bề mặt trước khi mạ.
1 Gia công cơ học.
2 Làm sạch bề mặt.
Chương II : Nguyên lý hoạt động và kết cấu của các loại nguồn một chiều
I Các loại nguồn một chiều dùng cho mạ xoa .
1. Máy phát một chiều.
2. Chỉnh lưu dùng các thiết bị điện tử công suất.
II Các phương pháp điều kiển điện áp chỉnh lưu .
1. Điều chỉnh điện áp bằng biiến áp tự ngẫu .
2.Điều chỉnh điện áp bằng thiềt bị bán dẫn .
3. Điều chỉnh điện áp dùng cho bộ chỉnh lưu
III. các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển
A. các sơ đồ chỉnh lưu một pha có điều khiển
1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiển
2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển
3. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển
4. Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
B. Các sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển .
1. Chỉnh lưu ba pha có điều khiển .
2.Chỉnh lưu tia sáu pha có điều khiển .
3.Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng.
4.Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
Chương III Thiết kế mạch động lực
I Tính và chọn van trong mạch động .
1.Tính các thông số của van .
2.Chọn van .
II Tính toán máy biến áp động lực .
1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản .
2. Tính toán các kích thước của máy biến áp .
3.Tính toán các tham số ngắn mạch
4.Tính toán cuối cùng của mạch từ .
5.Tính toán tổn hao không tải .
ChươngIV :Thiết kế mạch điều khiển.
I .Nguyên tắc điều khiển Tiristor trong mạch xoay chiều .
1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Cosin .
II Tính các khâu trong mạch điều khiển .
- .Sơ đồ của mạch điều khiển
- .Chọn khâu đồng pha .
3. Chọn khâu so sánh .
- .Chọn khâu khuếch đại tạo xung .
- .Sơ đồ mạch điều khiển một kênh .
III . Tính chọn các linh kiện của mạch điều khiển .
- Tính biến áp xung .
- Chọn IC khuếch đại thuật toán .
- Chọn khâu khuếch đại toạ xung.
- Tính chọn khâu so sánh .
- Tính chọn khâu đồng pha .
IV Sơ đồ bộ nguồn một chiều cấp điện cho mạch điều khiển .
Chương V. Các vấn đề bảo vệ và ổn định các thông số đầu ra của nguồn mạ xoa .
I Tính chọn các thiết bị bảo vệ .
1.Bảo vệ quá điện áp .
2.Bảo vệ nắn mạch điện .
3.Bảo vệ quá nhiệt cho van .
V .Vấn đè ổn định thông số đầu ra của nguồn mạ xoa .
Kết luận
Tài liệu tham khảoTHIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY MẠ XOA, thuyết minh, động học máy, kết cấu máy, nguyên lý máy mạ xoa, quy trình sản xuất, NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY MẠ XOA
