MỤC LỤC
Nội dung Trang
Lời cam đoan
01
Lời cám ơn
02
MỤC LỤC
03
Danh mục các bảng biểu
06
Danh mục các sơ đồ, hình vẽ
07
MỞ ĐẦU
08
1. Tính cấp thiết của đề tài
08
2. Mục đích của đề tài
09
3. Đối tượng nghiên cứu
09
4. Phương pháp nghiên cứu
09
5. Ý nghĩa của đề tài
10
Phần 1 – TỔNG QUAN
13
1.1 Những vấn đề cơ bản về mạ Composite
13
1.2 Nguyên lý Mạ composite.
14
1.3 Mạ composite trên nền Ni


25
2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến
mật độ hạt cứng lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

28
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến
độ bám dính của lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

37
2.3. Kết luận phần 2
41
PHẦN 3 – NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU MA SÁT
MÀI MÒN CỦA CHI TIẾT ĐƯỢC MẠ Ni -Al
2
O
3
44
3.1: Chế tạo thiết bị ma sát trượt:
44
3.1.1 Thiết bị mặt phẳng nghiêng để xác định hệ số ma sát
của chi tiết mạ Ni-Al
2
O

56
3.2.2 Kết cấu bộ khuôn dập thuốc và nguyên lý làm việc
58
a) Kết cấu bộ khuôn dập
58
b) Nguyên lý làm việc
59
3.2.3. Cơ chế tác dụng lực và các dạng hỏng của bộ khuôn
62
3.2.4. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bộ khuôn
64
a. Các giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng bộ khuôn
64
b. Lựa chọn loại viên thuốc để thử nghiệm
65
c. Kết luận
66
3.2.5 Quy trình thử nghiệm
66
3.2.6 Kết luận phần 3
69
PHẦN 4 – KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
72
PHỤ LỤC
74
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu Tên bảng biểu Trang
Trang 3

2
O
3
, khi thay đổi nhiệt độ mạ
35°C, 40°C, 45°C, 50°C, mật độ dòng điện 5A/dm
2
, tốc độ khuấy
210 v/p.
26
Bảng 2.4 Chiều dày lớp mạ phụ thuộc vào thời gian mạ 37
Bảng 3.1 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường 51
Bảng 3.2 Hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite Ni-
Al
2
O
3
51
Bảng 3.3 Hệ số ma sát của các chi tiết chỉ được mạ Ni thông thường khi
ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao.
52
Bảng 3.4 Bảng hệ số ma sát của các chi tiết đã được mạ tổ hợp composite
Ni-Al
2
O
3
khi ngâm trong các dung dịch ăn mòn cao.
52
Bảng 3.5 Kết quả đo mòn đương kính đầu chày 68
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ
Số hiệu Tên hình vẽ và sơ đồ Trang

Hình 2.6
EDS phân tích bề mặt lớp mạ trên hình (b) và (d) cho thấy Ni,
Al
2
O
3
và Fe.
31
Hình 2.7
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 35
0
C
32
Trang 4
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Hình 2.8
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 40
0
C
32
Hình 2.9
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 45
0
C
33
Hình 2.10
Ảnh chụp bề mặt lớp mạ với chế độ mạ 3 – Nhiệt độ mạ 50
0
C
34

60
Hình 3.7:
Máy dập ZP 31
67
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp trên thế giới, các
chi tiết máy phải làm việc trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt như nhiệt
độ, áp suất, tốc độ cao, chịu ảnh hưởng của ma sát mài mòn lớn. Do vậy các chi
tiết máy sau khi gia công sử dụng kỹ thuật mạ nhằm nâng cao chất lượng bề mặt
được sử dụng ngày càng phổ biến. Chúng dần thay thế cho các chi tiết máy gia
công truyền thống không có sự can thiệp của công nghệ bề mặt hỗ trợ. Những ưu
việt của chi tiết được mạ có thể chỉ ra được ngay như: có độ bền và độ dai, khả
năng chống va đập, chịu được ăn mòn về hóa học hay Ôxi hóa do môi
trường….cao hơn hẳn [1], [2], [3].
Trang 5
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, ngành công nghệ bề mặt nói chung và kỹ
thuật mạ cũng không ngừng tiến bộ và phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu
của xã hội. Kỹ thuật bề mặt nói chung và kỹ thuật mạ nói riêng đã trở thành một
trong những ngành kỹ thuật đầy tiềm năng. Trong thập niên đầu tiên của thế kỷ
XXI, sự chuyển giao công nghệ, kỹ thuật mạ tiên tiến từ các tập đoàn nước ngoài
vào nước ta diễn ra hết sức mạnh mẽ. Mặt khác trong nền giáo dục sau đại học ở
các nước công nghiệp phát triển kỹ thuật bề mặt cũng phát triển nở rộ tạo ra rất
nhiều cơ hội nghiên cứu chuyên sâu cho các học viên cao học.
Tuy nhiên tại thời điểm này, kỹ thuật mạ ở Việt Nam vẫn chủ yếu tập trung
vào lĩnh vực mạ đơn thuần, tức là mạ các vật liệu ở dạng đơn chất như mạ
Niken, Crôm, …lên vật dụng [4],[5]. Những cách mạ này có thể tăng được khả
năng chống ăn mòn trên vật liệu tuy nhiên cơ tính bề mặt lại bị ảnh hưởng xấu
đi. Mặt khác, các chi tiết được mạ ở dạng đơn chất có chất lượng bề mặt chỉ

O
3
-Ni.
3. Đối tượng nghiên cứu
Tạo ra lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni cho các chi tiết máy, nghiên cứu khả
năng làm việc của các chi tiết máy được mạ so sánh với các chi tiết máy không
có lớp mạ này. Rút ra những ưu việt của lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với triển khai thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết, qua đó triển khai thí nghiệm tạo ra lớp mạ trên các
chi tiết máy.
Thí nghiệm Phân tích các đặc tính cơ lý của lớp mạ.
Thử nghiệm cho chi tiết làm việc trong môi trường có các chất hóa học ăn
mòn.
5. Ý nghĩa của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Về mặt khoa học đề tài rất phù hợp với xu thế phát triển trong và ngoài
nước về công nghệ bề mặt. Do đó ý nghĩa khoa học của đề tài là thể hiện trong
nghiên cứu khả năng làm việc của chi tiết máy được mạ Composite Al
2
O
3

2
O
3
-Ni trên các chi
tiết máy.
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
- Trên cơ sở phân tích SEM của lớp mạ nhận xét về các nhân tố ảnh hưởng
đến đặc tính cơ lý của lớp mạ Composite Al
2
O
3
-Ni. Tối ưu về giá thành
của sản phẩm.
Phần 3: Chế tạo thiết bị ma sát trượt, nghiên cứu khả năng làm việc của chi
tiết được mạ tổ hợp composite Al
2
O
3
-Ni
- Chế tạo thiết bị ma sát trượt dựa trên các cơ cấu nguyên lý máy cơ bản
như mặt phẳng nghiêng, cơ cấu bốn khâu bản lề…
- Thực hiện đưa các chi tiết máy đã được mạ Composite Al
2
O
3
-Ni và chi tiết
máy chỉ được mạ Ni thông thường vào thiết bị ma sát trượt, sau đó so sánh
và đánh giá khẳ năng chịu ma sát mài mòn giữa chúng. Thử nghiệm cho
các chi tiết ngay trong môi trường ăn mòn:

Mạ điện composite thường được thực hiện bằng các thiết bị mạ điện thông
thường cộng thêm thiết bị khuấy để giữ các hạt trung tính lơ lửng trong dung
dịch mạ và tham gia vào lớp mạ.
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM

*) Cơ chế mạ composite
Cơ chế mạ composite là do: va chạm cơ học của các hạt trong quá trình
khuấy đẩy các hạt về phía ca tốt; tương tác tĩnh điện của các hạt điện cực kim
loại hay điện ly; đồng lắng đọng của các hạt bằng cơ chế liên kết hoá học với
điện cực, hay hai giai đoạn hấp thụ.
Hiệu quả của Katot là rất quan trọng trong việc xác định khả năng các hạt
cứng có tính trơ có thể tham gia vào lớp mạ được không. Nếu tốc độ mạ xảy ra
quá nhanh các hạt cứng khi đến cathode sẽ bị bật ra. Độ giảm hiệu điện thế trong
quá trình mạ điện (0,1 – 0,3 V/cm) là quá thấp để tạo nên cơ chế lắng đọng của
các hạt cứng và vì thế việc khuấy dung dịch điện phân là rất cần thiết để đẩy các
Trang 11
Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị mạ điện
a)Katot di động; b) bơm; c) khuấy không khí; d) chi tiết quay; e) khuấy cơ khí; f)
quay li tâm; quay nghiêng; h) rung điện từ hoặc siêu âm
Hạt cứng trung tính
Bước 1Dung dịch điện phân
Bước 2: Hình thành lớp mạ
composite
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
hạt cứng va chạm và gắn vào bề mặt cathode và sau đó tham gia vào lớp mạ.
Dung d?ch di?n phân
l?p m? composite t? h?p
Bu?c 1
H?t c?ng trung tính

O
3
trong lớp mạ tỉ lệ thuận với tỉ
lệ phần trăm các hạt trong dung dịch điện phân. Trong một số trường hợp tỉ lệ
hạt có thể lên tới 200 mg/l. [8]
1.4. Kết luận
Qua các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có thể thấy mạ
composite đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là mạ điện composite
Al
2
O
3
trên nền Ni hoàn toàn có thể áp dụng trong điều kiện nghiên cứu ở nước ta.
Trong năm 2010 trường ĐHKTCN Thái Nguyên cũng đã bảo vệ thành công một
đề tài cấp nhà nước về mạ tổ hợp composite để nâng cao chất lượng làm việc của
chi tiết máy. Tuy nhiên tác giả nhận thấy việc nghiên cứu khả năng làm việc của
các chi tiết máy được mạ tổ hợp composite Al
2
O
3
trên nền Ni là chưa phổ biến,
các công bố ưu điểm về khả năng làm việc của các chi tiết này của các tác giả
nước ngoài cũng rất khó được kiểm chứng, hơn nữa khi chi tiết làm việc trong
điều kiện ma sát trượt lớn lại có các chất ăn mòn như sút, axit, muối thì rất
thiếu các nghiên cứu cụ thể và kiểm chứng rõ ràng.
Trang 13
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết máy mạ
composite trong điều kiện ma sát trượt trong môi trường ăn mòn, tuy nhiên qua
các tài liệu đã công bố [10,11] tác giả nhận thấy có 3 yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới

O
3
nhằm tạo độ bám dính tốt, độ cứng tế vi và mật độ hạt cứng tối ưu bằng thực
nghiệm.
Trong quá trình thực hiện đề tài và cũng như tìm hiểu các công trình
nghiên cứu trước đó về chất lượng chi tiết mạ composite việc điều khiển chế độ
mạ có thể làm thay đổi hoàn toàn khả năng làm việc của chi tiết máy, nói một
cách cụ thể hơn có nghĩa là đề tạo được độ bám dính, độ cứng tế vi, cũng như
mật độ hạt tối ưu trong lớp mạ ta phải đưa ra được một bộ thông số về chế độ mạ
chính xác. Việc này có thể thực hiện được một cách khoa học và chính xác dựa
Trang 15
Hình 2.3
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tuy nhiên với điều kiện và trình độ
hiện tại của bản thân tác giả cố gắng thực hiện dựa trên thực nghiệm bằng cách
thay đổi độc lập từng thông số của chế độ mạ và đưa ra điểm tối ưu của chất
lượng chi tiết mạ composite theo thông số đó. Ở đây em thực hiện thí nghiệm với
3 yếu tố điều khiển (Factor) là Tốc độ khuấy, Mật độ dòng điện, Nhiệt độ của
quá trình mạ.
Chế độ 1 : - Thay đổi tốc độ khuấy từ 140 v/p đến 312 v/p
Nhiệt độ mạ 40°C, mật độ dòng điện 5A/ dm
2
.
Chế độ 2 : - Thay đổi mật độ dòng điện: 3A/dm
2
, 5A/dm
2
, 7A/dm
2


140 v/p
Ni-
Al
2
O
3
175 v/p
Ni-
Al
2
O
3
210 v/p
Ni-
Al
2
O
3
245 v/p
Ni-
Al
2
O
3
278 v/p
Ni-
Al
2
O
3

2
O
3
5A/dm
2
Ni-Al
2
O
3
7A/dm
2
1 154 250 280 170
2 184 210 270 200
3 170 160 270 200
Trung bình 170 206 273 190
*) Thực hiện thí nghiệm theo chế độ 3.
Thực hiện thí nghiệm theo chế độ mạ 3 trên 3 lần đo, mỗi lần đo thực hiện
với 4 nhiệt độ mạ thí nghiệm khác nhau đồng thời so sánh với mẫu thí nghiệm
chỉ mạ Ni thông thường ta được bảng số liệu sau :
Trang 17
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
Bảng 2.3: Độ cứng tế vi của lớp mạ Ni-Al
2
O
3
, khi thay đổi nhiệt độ mạ 35°C,
40°C, 45°C, 50°C, mật độ dòng điện 5A/dm
2
, tốc độ khuấy 210 v/p.
Lần đo Ni Ni-Al

3
,
cho thấy tốc độ khuấy, mật độ dòng điện và nhiệt độ dung dịch mạ có ảnh hưởng
đáng kể tới độ cứng tế vi của lớp mạ composite.
Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ
cứng tế vi của lớp mạ composite là đáng kể tuy nhiên mức độ ảnh hưởng là khác
nhau.
*) Nhận xét kết quả
Để tăng khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc làm việc trong môi
trường ăn mòn, tăng độ cứng tế vi của lớp bề mặt là một giải pháp hữu hiệu.
Thay đổi các thông số của quá trình mạ như tốc độ khuấy, mật độ dòng điện,
nhiệt độ mạ dẫn đến những thay đổi đáng kể về độ cứng tế vi của lớp mạ
composite Ni-Al
2
O
3
. Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến độ cứng tế vi của lớp
mạ composite (có thể tăng độ cứng đến 125%) sau đó là tốc độ khuấy và mật độ
dòng điện (có thể tăng độ cứng đến 86%). Đây là những kết quả có ý nghĩa to
lớn trong việc nâng cao khả năng chống mòn của bề mặt tiếp xúc.
Trang 18
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố điều khiển đến mật độ hạt
cứng lớp mạ composite Ni-Al
2
O
3

Sự tham gia của các hạt trung tính Al
2

2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 40
0
C
Al chiếm 14,0%
Hình 2.9 Ảnh chụp bề
mặt lớp mạ với chế độ
mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm
2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 45
0
C
Al chiếm 16,0%
Hình 2.10 Ảnh chụp
bề mặt lớp mạ với chế
độ mạ 3 :
Mật độ dòng điện
5A/dm
2
.
Tốc độ khuấy 210 v/p.
Nhiệt độ mạ 45
0
C

O
3

Trong quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tốc độ khuấy, mật
độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch điện phân đến độ cứng tế vi và mật độ hạt trong
lớp mạ có thể sơ bộ rút ra khoảng nên dùng của các yếu tố này là tốc độ khuấy
trong khoảng từ 174 v/p – 240 v/p; mật độ dòng điện 4 A/dm
2
– 5 A/dm
2
; nhiệt
Trang 21
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành CNCTM
độ dung dịch điện phân là khoảng 40 ± 2
0
C. Do vậy khi nghiên cứu tới độ bám
dính của lớp mạ tác giả nhận thấy không nên thay đổi các yếu tố này theo các
chế độ 1, 2, 3 như trước nữa bởi lẽ nếu thay đổi các yếu tố này sẽ gây ảnh hưởng
rất lớn đến chất lượng và khả năng làm việc của lớp mạ.
Trong phần này người thực hiện chỉ quan tâm tới yếu tố ảnh hưởng đến độ
bám dính của lớp mạ composite trên nền chi tiết dựa trên ảnh hưởng của nhân tố
thời gian mạ. Các yếu tố tốc độ khuấy, mật độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch
điện phân được lựa chọn ở mức độ tối ưu cho độ cứng tế vi và mật độ hạt trong
lớp mạ composite. Tốc độ khuấy 235 v/p mật độ dòng điện 4 A/dm
2
và nhiệt độ
dung dịch điện phân là 40 ± 2
0
C.
Thực hiện với 6 mẫu thí nghiệm với thời gian mạ từ 30 phút đến 180 phút.

chiều dày lớp mạ đạt tới 80-90 µm. Các hạt Al
2
O
3
phân bố tương đối đồng đều
Trang 25