BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGHUYÊN -------***------- TRƢƠNG ĐỨC THIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠ COMPOSITE VÀ ỨNG DỤNG MẠ THỬ NGHIỆM CÁC CHI TIẾT NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 62.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên; Trƣờng Cao đẳng Nghề Cơ khí nông nghiệp. Người hướng dẫn khoa học: 1. Phan Quang Thế 2. Trần Minh Đức Phản biện 1: GS.
Phạm Văn Lang Phản biện 2: PGS. Trần Thế Lục Phản biện 3: PGS. Nguyễn Ngọc Quế Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Thái Nguyên. Họp tại: Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia; - Thư viện Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên; - Thư viện Trường Cao đẳng Nghề Cơ khí nông nghiệp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 1. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2008), Kỹ thuật bề mặt và ứng dụng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Số 4(48) Tập 2, Hội thảo Khoa học Công nghệ Toàn quốc, Công nghệ Vật liệu và bề mặt, Bộ giáo dục và đào tạo - Đại học Thái Nguyên. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2010), Mạ composite TiO2 một giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của lớp mạ Ni, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Số 72, Bộ giáo dục và đào tao - Đại học Thái Nguyên. Nguyễn Duy Cương - Nguyễn Đăng Bình - Bùi Chính Minh - Trương Đức Thiệp (2010), Nguồn xung cung cấp cho công nghệ mạ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Số 72, Bộ giáo dục và đào tao - Đại học Thái Nguyên.
Phan Quang Thế - Trương Đức Thiệp (2009), Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ cắt và tuổi bền của dao Nitrit Bo phủ dùng tiện tinh thép hợp kim qua tôi; Đề tài cấp Bộ mã số B-2007 TN 06-05. Nguyễn Đăng Bình - Phan Quang Thế - Trần Minh Đức - Trương Đức Thiệp - và một số cộng sự (2008) “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ tổ hợp kim loại composite coating, nhằm nâng cao chất lượng chi tiết làm việc trong điều kiện ăn mòn và ma sát cao”; Đề tài cấp Quốc gia mã số KC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái niệm chất lƣợng bề mặt chi tiết Các chi tiết bị hỏng khi các thông số của nó sai khác so với yêu cầu kỹ thuật.
Dƣới đây trình bày khái niệm về các thông số của chi tiết [3,8,78]: Thông số của chi tiết gồm: các thông số bề mặt, các thông số bên trong. - Các thông số bề mặt: hình dáng (hình trụ, hình côn, hình răng, hình then, hình ren, hình prôphil, hình cầu, hình phẳng, hình rãnh, dạng mặt phẳng nhẵn); kích thƣớc (đƣờng kính, chiều dài, chiều rộng, chiều dày, chiều sâu, diện tích); tính chất cơ - lý (độ cứng, tính chống mòn, độ bám của lớp phủ với nền, tính chịu mỏi, tính đàn hồi); độ chính xác (cấp chính xác); độ nhám; tính hoàn chỉnh; dạng nhiệt luyện hay hóa nhiệt luyện; sự có mặt của vật liệu phủ; cấu trúc (tổ chức tế vi); thành phần hóa học;…. - Các thông số bên trong: độ cứng; tính chịu mỏi; tính đồng nhất (rỗ, vết nứt,…); tính đàn hồi; cấu trúc (tổ chức tế vi); thành phần hóa học;. Các thông số bề mặt của chi tiết đã trình bày ở trên có thể đƣợc xem nhƣ là đặc trƣng cho chất lƣợng bề mặt chi tiết.
Trên thực tế, tùy vào lĩnh vực nghiên cứu, các thông số đƣợc quan tâm nhiều hơn (thông số chính) hay ít hơn (thông số phụ). Trong gia công cơ khí, chất lƣợng bề mặt gia công đƣợc đánh giá bằng hai yếu tố đặc trƣng: tính chất cơ - lý của lớp kim loại bề mặt và độ nhám bề mặt. Khi nghiên cứu về ma sát, chất lƣợng bề mặt bao gồm: các thông số về hình học bề mặt (trạng thái hình học bề mặt). Tính chất cơ - lý - hóa của lớp bề mặt.
Trạng thái ứng suất của lớp bề mặt. Các thông số trên có quan hệ lẫn nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Hƣ hỏng và phƣơng pháp phục hồi chi tiết máy 1.
Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng của chi tiết máy Có rất nhiều nguyên nhân (yếu tố) làm các thông số đối tƣợng (chi tiết, máy) thay đổi. Chúng có thể phân chia theo một số cách. Dƣới đây trình bày một trong các cách phân loại [1,39,76]: Các nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trạng thái của đối tƣợng (dẫn đến hƣ hỏng của đối tƣợng) đƣợc chia thành hai nhóm: nguyên nhân nhân tạo (thiết kế, chế tạo, sử dụng và sửa chữa) và nguyên nhân tự nhiên. Ở đây chủ yếu quan tâm đến nguyên nhân tự nhiên.
Các nguyên nhân tự nhiên đƣợc chia thành hai nhóm: yếu tố bên ngoài và yếu tố bên trong. Các yếu tố bên ngoài Các yếu tố bên ngoài có thể chia thành ba nhóm: * Các yếu tố vật lý: lực, nhiệt,… các yếu tố này tác dụng lên đối tƣợng (chi tiết) với cƣờng độ (độ lớn) khác nhau. * Các yếu tố hóa học: các chất khí, không khí, chất lỏng,… các yếu tố này tác dụng lên chi tiết ở các nhiệt độ khác nhau. * Các yếu tố lý - hóa: cùng một lúc các yếu tố vật lý và hóa học tác dụng lên chi tiết.
Trong nhiều trƣờng hợp chi tiết hay cặp lắp gép chịu tác dụng cùng một lúc một số yếu tố nhƣng về nguyên tắc chủ đạo sẽ là một trong các yếu tố: các yếu tố hay gặp nhất là lực (lực ma sát) và môi trƣờng ăn mòn. Các yếu tố này là nguyên nhân dẫn đến giảm chất lƣợng bề mặt chi tiết máy. Khi chất lƣợng bề mặt giảm quá giới hạn cho phép, chi tiết xem nhƣ bị hỏng. Các yếu tố bên trong Các yếu tố bên trong có thể đƣợc chia thành hai nhóm: các thông số (yếu tố) bề mặt; các thông số bên trong.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Ma sát và mài mòn chi tiết máy Ma sát là hiện tƣợng xuất hiện những lực và ngẫu lực có tác dụng cản trở các chuyển động, hoặc các xu hƣớng chuyển động tƣơng đối của hai vật trên bề mặt của nhau (khi xét hai vật rắn có liên kết với nhau). Ma sát còn có thể đƣợc hiểu là sự mất mát năng lƣợng cơ học trong các quá trình: khởi động, chuyển động, dừng. Ma sát có thể đƣợc phân loại dựa vào đối tƣợng, quá trình, chuyển động và trạng thái nhƣ hình 1.1; ngoài ra còn có thể dựa vào tác dụng của ma sát: ma sát có lợi và ma sát có hại [4,39].
Đối tƣợng Hình 1.1: Tổng quan về phân loại ma sát Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 4 Một số đặc trưng cơ bản của ma sát * Lực ma sát Cho đến thế kỷ XX, lực ma sát đƣợc tính gần đúng theo công thức Fms FN (1.1) Ở trạng thái tĩnh (trƣớc khi có chuyển động tƣơng đối), lực ma sát bằng lực tác dụng theo phƣơng tiếp tuyến: Fms = Ft (1.2) * Mômen ma sát Mômen ma sát đƣợc viết nhƣ sau Mms = Fms.3) * Công ma sát (năng lượng ma sát) Năng lƣợng ma sát (Wms, Ems) đƣợc viết nhƣ sau - Đối với ma sát trƣợt: Wms T EmsT Fms dS ms (1.4) S ms - Đối với ma sát lăn: Wms L EmsL M ms d L (1.5) L - Đối với ma sát xoay: Wms X Ems X M ms d X (1.6) X Trong đó: FN- lực pháp tuyến với bề mặt tiếp xúc có chuyển động tƣơng đối; R- cánh tay đòn tƣơng ứng với lực ma sát Fms.; Sms- quãng đƣờng ma sát; L- góc lăn; X- góc xoay. Mòn là một quá trình thay đổi hình dáng, khối lƣợng, kích thƣớc của bề mặt vật thể, làm mất mát hoặc thay đổi vị trí tƣơng đối trên bề mặt do biến dạng, mất liên kết, bong tách, chảy dẻo, ion hóa tạo ra vùng vật liệu mới. Mòn còn là một quá trình làm thay đổi bản chất vật liệu trên bề mặt tiếp xúc do hiện tƣợng khuếch tán, hấp thụ, hợp kim hóa, ăn mòn, xâm thực. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 5 Một số công thức tính mòn cổ điển theo kinh nghiệm Trong một thời gian dài, cƣờng độ mòn (Ih) đƣợc tính theo một số công thức kinh nghiệm sau: p m I dn h (1.7) H Công thức trên thƣờng đƣợc sử dụng khi biến dạng đàn hồi, pdn nhỏ và gần bằng 0,14 MPa, độ cứng lớn (HB ≈ 8500 MPa).
Theo một số tác giả khác, cƣờng độ mòn đƣợc tính theo công thức sau: I h 209E 1,31 (1.8) Đối với một số vật liệu phi kim loại, cƣờng độ mòn đƣợc tính nhƣ sau: I h 8, 4.9) I h ebh Đối với polyme: I h 1, 42.ebh 0,5 Trong đó: pdn- áp lực danh nghĩa trên bề mặt tiếp xúc; H- độ cứng của vật liệu tiếp xúc; m- chỉ số mòn phụ thuộc vào bản chất vật liệu; E- môđun đàn hồi của vật liệu; HV- độ cứng Vicke; ebh- năng lƣợng bốc hơi của vật liệu. Ảnh hưởng của môi trường ăn mòn Do tác động của môi trƣờng, nhiều chi tiết máy (đặc biệt là các chi tiết kim loại) bị hỏng là do bị ăn mòn dẫn đến máy bị hỏng. Ăn mòn kim loại là hiện tƣợng tự phá hủy của các vật liệu kim loại do tác dụng hóa học hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại với môi trƣờng bên ngoài. Tùy theo cách quan sát hiện tƣợng, các quá trình ăn mòn kim loại có thể phân loại nhƣ hình 1.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 6 Ăn mòn hóa học Phân Ăn mòn điện loại hóa theo quá Ăn mòn trong k.khí ƣớt Ăn mòn trong trình khí Ăn mòn trong k.khí ẩm Ăn mòn trong không khí Ăn mòn trong k.khí khô Ăn mòn trong PHÂN đất LOẠI Phân Ăn mòn trong axit CÁC loại QUÁ Ăn mòn trong TRÌNH theo chất lỏng Ăn mòn trong kiềm ĂN môi MÒN KIM trƣờng Ăn mòn trong d.