Nghiên cứu chế tạo lớp vỏ mạ crôm gia cường bằng ống nanô cacbon

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Cơ sở lý thuyết quá trình mạ điện

1.2. Cơ sở lý thuyết quá trình mạ crôm

1.3. Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm

1.4. Nguyên lý quá trình mạ crôm

1.5. Phân loại các lớp mạ crôm

1.6. Đặc điểm của quá trình mạ crôm

1.7. Cấu tạo của lớp mạ crôm

1.8. Các loại dung dịch mạ crôm thông thường

1.9. Thành phần các cấu tử ảnh hưởng tới quá trình mạ crôm

1.10. Lớp mạ composit

1.10.1. Giới thiệu chung về lớp mạ composit

1.10.2. Cơ chế hình thành lớp mạ composit

1.10.3. Tính chất của các hạt gia cường

1.10.4. Ảnh hưởng của thành phần, tính chất dung dịch lên lớp mạ composit

1.10.5. Ảnh hưởng của điều kiện điện phân lên quá trình tạo lớp mạ composit

1.10.6. Cấu tạo lớp mạ composit

1.10.7. Tính chất hoá học và tính chất chống ăn mòn của lớp mạ composit

1.10.8. Một số lớp mạ crôm với các hạt gia cường

1.10.8.1. Lớp mạ composit của crôm với bột Al2O3

1.10.8.2. Lớp mạ composit của crôm với bột TiCN

1.10.8.3. Lớp mạ composit của crôm với bột TiO2 và bột MoO2

1.11. Giới thiệu về ống nanô cacbon

1.11.1. Cấu trúc ống nanô cacbon

1.11.2. Tính chất cơ học của ống nanô cacbon

1.11.3. Tổng hợp và biến tính ống nanô cacbon

1.11.4. Công nghệ mạ nanô sử dụng CNTs

1.11.4.1. Mạ nanô sử dụng vật liệu gia cường là CNTs thường

1.11.4.2. Mạ nanô sử dụng vật liệu gia cường là CNTs biến tính

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Biến tính vật liệu CNTs

2.1.1. Biến tính bằng phương pháp axít hoá

2.1.2. Biến tính bằng phương pháp diazo hoá

2.2. Chuẩn bị mẫu mạ

2.3. Lựa chọn và cắt mẫu mạ

2.4. Xử lý bề mặt đế thép trước khi mạ

2.5. Quá trình mạ crôm

2.6. Mạ crôm có gia cường vật liệu CNTs

2.7. Quá trình mạ với chế độ mạ liên tục

2.8. Quá trình mạ với kỹ thuật mạ xung

2.9. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất cơ lý của lớp mạ

2.9.1. Kính hiển vi lực nguyên tử

2.9.2. Kính hiển vi điện tử quét

2.9.3. Phương pháp đo độ cứng của lớp mạ

2.9.4. Phương pháp đo độ bền mài mòn

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Biến tính vật liệu CNTs

3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại

3.3. Phổ tán xạ Raman

3.4. Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

3.5. Kiểm tra độ dày lớp mạ

3.6. Phân tích cấu trúc pha và cấu trúc hình thái bề mặt của lớp mạ

3.6.1. Phân tích cấu trúc pha của lớp mạ

3.6.2. Phân tích hình thái bề mặt của lớp mạ

3.7. Xác định hàm lượng của CNTs trong lớp mạ composit

3.8. Phương pháp đo độ cứng của lớp mạ

3.9. Phương pháp đo độ bền mài mòn

KẾT LUẬN

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO VÀ BÁO CÁO KHOA HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về lớp vỏ mạ crôm

Lớp vỏ mạ crôm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp ô tô đến thiết bị y tế. Lớp vỏ mạ crôm không chỉ tăng cường độ cứng mà còn cải thiện khả năng chống ăn mòn và mài mòn. Đặc biệt, lớp mạ này có độ cứng cao, dao động từ 600 đến 800 HV, giúp bảo vệ các chi tiết máy khỏi sự hao mòn. Tuy nhiên, để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao, việc gia cường lớp mạ crôm bằng các hạt có độ cứng cao như TiN, TiO2, và đặc biệt là ống nanô cacbon (CNTs) đã trở thành một xu hướng nghiên cứu quan trọng. Việc gia cường này không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ chế tạo.

1.1. Tính chất và ứng dụng của lớp mạ crôm

Lớp mạ crôm có nhiều tính chất vượt trội như khả năng chống ăn mòn, độ bền mài mòn cao và khả năng phản xạ ánh sáng tốt. Những tính chất này làm cho lớp vỏ mạ crôm trở thành lựa chọn lý tưởng cho các chi tiết máy trong môi trường khắc nghiệt. Các ứng dụng của lớp mạ này bao gồm mạ cho các chi tiết máy như vòng bi, bánh răng, và các bộ phận trong động cơ đốt trong. Đặc biệt, lớp mạ crôm xốp có khả năng chứa dầu tốt, giúp tăng cường khả năng bôi trơn và giảm ma sát trong các chi tiết máy. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của lớp mạ crôm trong việc nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị cơ khí.

1.2. Nguyên lý và quy trình chế tạo lớp mạ crôm

Quy trình chế tạo lớp mạ crôm thường sử dụng phương pháp mạ điện, trong đó ion kim loại crôm được điện phân từ dung dịch mạ. Nguyên lý của quá trình này dựa trên sự chuyển đổi ion Cr6+ thành Cr kim loại thông qua các phản ứng điện hóa. Để đạt được lớp mạ chất lượng cao, cần kiểm soát nhiều yếu tố như nồng độ dung dịch, mật độ dòng điện và điều kiện điện phân. Việc sử dụng ống nanô cacbon trong quá trình mạ crôm không chỉ giúp cải thiện độ bám dính mà còn tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn của lớp mạ. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các vật liệu composite với tính chất vượt trội.

II. Nghiên cứu và ứng dụng ống nanô cacbon

Ống nanô cacbon (CNTs) là một trong những vật liệu mới có tính chất cơ lý vượt trội, bao gồm độ cứng cao, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Việc sử dụng ống nanô cacbon trong lớp mạ crôm không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ học mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ chế tạo. Nghiên cứu cho thấy rằng việc gia cường lớp mạ crôm bằng CNTs có thể làm tăng đáng kể độ bền và khả năng chống mài mòn của lớp mạ. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao và khả năng chịu mài mòn tốt.

2.1. Tính chất và ứng dụng của ống nanô cacbon

CNTs có cấu trúc hình ống với đường kính chỉ vài nanomet, nhưng lại có độ cứng và độ bền rất cao. Những tính chất này làm cho CNTs trở thành vật liệu lý tưởng để gia cường các lớp mạ kim loại. Việc sử dụng CNTs trong lớp mạ crôm không chỉ giúp cải thiện độ cứng mà còn tăng cường khả năng chống ăn mòn và mài mòn. Các ứng dụng của CNTs trong công nghiệp rất đa dạng, từ sản xuất các linh kiện điện tử đến chế tạo các vật liệu composite có tính chất vượt trội.

2.2. Quy trình biến tính và phân tán CNTs

Để đạt được hiệu quả cao trong việc sử dụng CNTs, cần thực hiện các quy trình biến tính và phân tán CNTs vào dung dịch mạ. Các phương pháp biến tính như axít hoá và diazo hoá được sử dụng để cải thiện khả năng phân tán của CNTs trong dung dịch. Việc này giúp tăng cường khả năng bám dính của CNTs vào lớp mạ crôm, từ đó nâng cao tính chất cơ học của lớp mạ composit. Nghiên cứu cho thấy rằng việc phân tán tốt CNTs vào dung dịch mạ là yếu tố quyết định đến chất lượng của lớp mạ crôm gia cường.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng CNTs trong lớp mạ crôm đã mang lại những cải tiến đáng kể về tính chất cơ học. Các phép đo độ cứng và độ bền mài mòn cho thấy lớp mạ composit Cr-CNTs có độ cứng cao hơn so với lớp mạ crôm thông thường. Điều này chứng tỏ rằng ống nanô cacbon không chỉ cải thiện độ bền mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới trong công nghệ chế tạo. Những kết quả này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất thiết bị công nghiệp đến chế tạo linh kiện điện tử.

3.1. Phân tích kết quả thí nghiệm

Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng lớp mạ crôm gia cường bằng CNTs có độ dày đồng đều và tính chất cơ học vượt trội. Phân tích cấu trúc pha và hình thái bề mặt của lớp mạ cho thấy sự phân bố đồng đều của CNTs trong lớp mạ, điều này giúp tăng cường khả năng chống mài mòn và độ bền của lớp mạ. Những kết quả này khẳng định giá trị thực tiễn của việc sử dụng CNTs trong lớp mạ crôm, mở ra hướng nghiên cứu mới cho các vật liệu composite trong tương lai.

3.2. Đánh giá ứng dụng thực tiễn

Việc nghiên cứu chế tạo lớp mạ crôm gia cường bằng CNTs không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao. Những ứng dụng của lớp mạ này trong công nghiệp có thể giúp nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị cơ khí. Đồng thời, nghiên cứu này cũng góp phần thúc đẩy việc phát triển và ứng dụng CNTs trong các lĩnh vực công nghệ cao, từ điện tử đến vật liệu composite. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của CNTs trong việc cải thiện chất lượng và hiệu suất của các sản phẩm công nghiệp.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo lớp vỏ mạ crôm gia cường bằng ống nanô cacbon