Chương 1: Giới thiệu Hình 1. Biểu đồ tiến trình đồ án 4 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Giới thiệu chung. Đầu năm 2012, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tiếp cận chương trình đào tạo CDIO (Conceive: Hình thành ý tưởng; Design:Thiết kế; Implement: Thực hiện; Operate:Vận hành).
Mục đích đưa mô hình học tập tích cực – năng động vào môi trường đào tạo Việt Nam. Hiện tại, trong chương trình đào tạo ngành kỹ thuật công nghiệp từ năm 2012 trở đi, có một số môn học mới như: - Xử lý và hóa bền bề mặt (Mã môn học: 151SUEN421526, 2 tín chỉ). - Thí nghiệm xử lý và hóa bền bề mặt (Mã môn học: 151SEPR411626, 1 tín chỉ). - Phương pháp kiểm tra đánh giá vật liệu (Mã mô học: 151TEMA421726, 2 tín chỉ).
Trong mục tiêu chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Công nghiệp cho trình độ đại học ban hành theo hướng tiếp cận CDIO với mục tiêu môn học “Thí nghiệm xử lý và hóa bền bề mặt ” là giúp sinh viên ngành Kỹ thuật công nghiệp đáp ứng đầy đủ các chuẩn đầu ra của ngành đào tạo, có khả năng không ngừng học tập nâng cao trình độ và phát huy tốt vai trò nghề nghiệp chuyên môn để đáp ứng yêu cầu của nhà tuyển dụng lao động, doanh nghiệp và xã hội. Sơ đồ cấu trúc, mục tiêu chuẩn đầu ra Kiến thức: bao gồm nội dung kiến thức liên quan. Kỹ năng: vận dụng kiến thức đã học thực hiện được quá trình xử lý bề mặt để lựa chọn phương pháp kiểm tra, đánh giá sản phẩm phù hợp với từng vật liệu. Thái độ: bao gồm ý thức tích cực học tập kiến thức và rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, ý thức an toàn lao động trong khi làm việc.
5 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài 2. Bài thí nghiệm số 2 “ Mạ đồng” Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bài thí nghiệm số 2 “ Mạ đồng” trong môn thí nghiệm xử lý và hóa bền bề mặt. - Mạ đồng bằng dung dịch sunfat được nghiên cứu trong đề tài: + Chi tiết mạ: Vật liệu thép ở dạng tấm (dày 0,05-0,1mm). + Trước khi mạ đồng bằng dung dịch sunfat ta phải mạ trước một lớp đồng photphat.
Vì dung dịch sunfat có khả năng phân bố kim loại thấp và không thể dùng để mạ đồng trực tiếp lên thép, lên vật có hình thù phức tạp, không mạ được trực tiếp lên kẽm (Zn), gang, nhôm (Al) hay hợp kim kẽm- nhôm (Zn-Al). Tính toán thời gian sử dụng để tiến hành thí nghiệm. - Số nhóm học/lớp: 6-9 nhóm/ lớp. - Thời gian học môn thí nghiệm xử lý hóa bền là 05 tiết (tương đương với 5x50 = 250 phút).
Học lý thuyết: 85 phút. - Thời gian giảng viên hướng dẫn lý thuyết và giải đáp thắc mắc: 1 tiết (1x50=50 phút); - Thời gian sinh viên chuẩn bị thí nghiệm: 20 phút ( đo đạc phôi, tính toán); - Thời gian nghỉ giữa giờ: 15 phút. Thí nghiệm: 135 phút - Các nhóm tiến hành thí nghiệm theo thứ tự liên tiếp, nhóm 1 tiến hành thí nghiệm xong tới nhóm 2 và cứ thế cho đến hết. Giả sử, một lớp có 6 nhóm tham gia thí nghiệm.Tiến hành thí nghiệm mạ đồng photphat.
Thời gian Nhóm Nhiệt độ (0C) Mật độ dòng điện (A/dm2) (phút) 1 Phòng 0.3 8 Tổng 33 6 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Bảng 2.Tiến hành thí nghiệm mạ đồng sunfat. Mật độ dòng điện Thời gian Nhóm Nhiệt độ (0C) (A/dm2) (phút) 1 Phòng 1 15 2 Phòng 1 20 3 Phòng 2 15 4 Phòng 2 20 5 Phòng 3 15 6 Phòng 3 20 Tổng 105 - Thời gian tiến hành thí nghiệm: 105 phút - Thời gian viết báo cáo: 30 phút. Như vậy: tổng thời gian khi tiến hành môn học: 220 phút. Cơ sở vật chất hiện có tại phòng thí nghiệm xử lý và hóa bền bề mặt-trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.
- Hiện tại, phòng thí nghiệm có những thiết bị như sau: + 01 một máy gia nhiệt; + 01 máy điều chỉnh cường đội dòng điện; + 01 máy sấy; + 04 thau nhựa; + 04 hàm kẹp; + 03 que đồng để làm cái giá đỡ phôi; + 02 que thủy tinh để khuấy dung dịch; + 01thanh thép không gỉ; Hình 2. Máy mạ Matrix + 01 thanh chì; + Máy mạ matrix, model: MPS – 3010 – L1. Mô hình thí nghiệm được bố trí theo tiêu chuẩn công nghiệp, tuy nhiên chỉ thực hiện đối với những chi tiết đơn giản, chất lượng lớp mạ không đồng đều vì phụ thuộc vào quá trình sinh viên tiến hành thí nghiệm. 7 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Trong quá trình thí nghiệm, để cho hóa chất tác động nhanh đến bề mặt chi tiết cần mạ, sinh viên sẽ tiến hành lắc các sản phẩm nên dễ tiếp xúc trực tiếp với các hóa chất độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
Khi tiến hành thí nghiệm, sinh viên phải thực hiện các bước bằng tay, không được tiến hành một cách tự động hóa, gây mất thời gian, không có thời gian quan sát các phản ứng hóa học xảy ra cũng như quá trình mạ sản phẩm. Nhận xét ưu và nhược điểm Ưu điểm: - Bố trí phòng thí nghiệm theo tác phong công nghiệp. - Bài giảng được thiết kế rõ ràng, giúp sinh viên nắm chắc được nội dung, Nhược điểm: - Cơ sở vật chất còn thiếu thốn, chỉ có một vài thiết bị và dụng cụ thí nghiệm (đã liệt kê ở mục 2.2 chương 2 trang 6) - Quá trình thực hiện mất rất nhiều thời gian. - Sinh viên không có nhiều thời gian để quan sát quá trình thí nghiệm.
- Tính an toàn chưa cao, các quá trình thí nghiệm đều được thực hiện bằng tay, va chạm nhiều với các hóa chất, ảnh hưởng đến sức khỏe. - Giảng viên chưa kiểm soát được quá trình sinh viên thực hiện thí nghiệm. - Chưa điều chỉnh được dung dịch trong quá trình mạ nhiều lần. Kết luận: Chúng ta cần tự động hóa và tối ưu hóa quá trình để có thể tiết kiệm thời gian và nâng cao chất lượng giảng dạy, giúp sinh viên có thể tiếp thu và lĩnh hội kiến thức tốt hơn, đồng thời, đảm bảo sức khỏe.
Ý tưởng: Để khắc phục những nhược điểm trên, nhóm nhóm nghiên cứu đã có ý tưởng chế tạo máy mạ điện bán tự động. Nguyên lý làm việc 8 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Hình 2. Đặc tính của máy - Máy được ứng dụng trong phạm vi phòng thí nghiệm. - Do vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm nên có thể tính ổn định vẫn chưa cao.
Kết cấu của máy - Thiết kế này giúp dễ dàng di chuyển và lắp đặt. - Kết cấu máy tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2. Nghiên cứu ngoài nước Hiện nay ngoài nước đã có một số loại máy mạ, như máy mạ của công ty Shunde SamYang CO., LTD [Plating Machine for Chrome, Zinc, Nickel, Gold, Copper Plating Rectifier] đã sử dụng PWM để điều chỉnh cường độ dòng điện tự động, hiệu suất cao và kiểm soát được các quá trình mạ diễn ra.
Loại máy này phù hợp cho mạ đồng với dung dịch axit, kiềm đồng , nhiều lớp niken, kẽm, vàng, bạc, điện tẩy dầu mỡ. Các kết quả nghiên cứu của I.Ohono, in Modern Electroplating, M.Schlesinger and M Paunovic, Ed., Wiley, New York, 2000, p.210] chỉ ra các yếu tố ảnh hướng đến lớp mạ đó là dung dịch, cường độ dòng điện, nhiệt độ, sự thủy động của dung dịch và điều kiện làm việc. 9 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Điểm khác biệt cơ bản với đề tài của nhóm nghiên cứu là đối tượng nghiên cứu và yêu cầu về quá trình mạ. Đối tượng nghiên cứu của các đề tài này là mạ đồng sunfat lên thép trong phòng thí nghiệm và yêu cầu đối với quá trình là bán tự động.
Tham khảo những đề tài này cho chúng tôi ý tưởng về phương án thiết kế và di chuyển. Nghiên cứu trong nước Thời gian gần đây trong nước ta cũng có một số nhóm tiến hành nghiên cứu đề tài tương tự nhưng vẫn chưa có những kết quả đáng kể. Nhóm nghiên cứu Lê Thị Ngọc Ly, Nguyễn Thị Quý [ Lê Thị Ngọc Ly, Nguyễn Thị Quý, Đồ án tốt nghiệp Ngành xi mạ] đã chỉ ra tầm quan trọng của ngành xi mạ trong công nghiệp, nguyên lý của mạ điện và các phương pháp xử lý nước thải sau khi mạ. Đề tài của sinh viên Nguyễn Bá Phong, trường ĐH Bách khoa- Đà Nẵng [Nguyễn Bá Phong, Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, thiết kế và thi công thiết bị mạ điện, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng] đã sử dụng biến áp xung để tăng hiệu suất cho biến áp và lập trình điều khiển thời gian mạ tự động trong suốt quá trình mạ.
Kết luận rút ra sau khi nghiên cứu về đề tài liên quan. Thông qua việc tìm hiểu một số thiết bị mạ điện nhóm nghiên cứu rút ra được 1 vài nhận xét như sau: - Thông số chính là dòng điện và điện áp tối đa: Các nguồn mạ thường có dòng điện cao vì đặc tính mạ điện hóa cần dùng nhiều electron. Điện áp của các nguồn mạ có thể thấp hoặc cao tùy thuộc vào đặc điểm của dung dịch và kim loại cần mạ. Thường thì điện áp mạ thấp để giảm công suất của nguồn vì dòng điện của nguồn tương đối cao.
- Các loại nguồn mạ đều sử dụng chỉnh lưu tần số cao (dùng biến áp xung). Vì như vậy sẽ làm tăng hiệu suất cho biến áp, giảm kích thước hơn rất nhiều so với sử dụng biến áp sắt từ. - Nguồn điện vào là điện lưới 1 pha 220VAC/50Hz. Các nguồn mạ có công suất không quá lớn thì việc sử dụng điện lưới 1 pha là phù hợp với công suất của nguồn.
Nếu sử dụng trong các bể mạ lớn, quy mô công nghiệp có thể dùng nguồn cung vào 3 pha để tương ứng với tải công suất lớn. - Điện áp ra có thể điều chỉnh được từ 0 ÷ Vmax. - Thường có phần hiển thị dòng, áp bằng số. Phần hiển thị này thường dùng Led 7 đoạn để hiển thị giá trị dòng điện và điện áp thực tế đo trên mạch.
Điều này cần thiết cho người điều khiển, vận hành thiết bị. 10 Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài - Thao tác tại chỗ, điều chỉnh bằng tay hoặc bán tự động: các thiết bị này không có bộ điều khiển từ xa nên mọi thao tác đều thực hiện tại chỗ và tự điều chỉnh các nút nhấn hay các nút xoay. - Vật liệu tiếp xúc với dung dịch mạ phải là vật liệu không bị ăn mòn.
