Đồ án Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kim ứng dụng công nghệ plasma (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kim ứng dụng công nghệ plasma (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ SỢI HỢP KIM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA GVHD: ThS. THÁI VĂN PHƯỚC SVTH: TRỊNH ĐÌNH THẮNG MSSV: 11143150 SVTH: NGUYỄN VĂN TRUNG MSSV: 11143174 SVTH: ĐOÀN ANH PHƯƠNG MSSV: 11143120 S K L 0 0 4 0 8 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ môn công nghệ chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Trịnh Đình Thắng MSSV: 11143150 Nguyễn Văn Trung 11143174 Đoàn Anh Phƣơng 11143120 Lớp: 111431B- 111431DKhóa: 2011 - 2015 Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Hệ: chính quy 1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kim ứng dụng công nghệ Plasma. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Làm sạch và mềm sợi vàng 18K; - Đƣờng kính sợi vàng 0,38 mm; - Tốc độ xử lý 15m/giờ 3. Nội dung chính của đồ án: - Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, mục đích và nhiệm vụ đề tài; - Cơ sở lý thuyết: nguyên lý nhiệt luyện sợi hợp kim, Plasma nhiệt độ môi trƣờng ở áp suất thƣờng, và nguyên lý xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma; - Tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình; - Kiểm tra và tìm ra các thông số tối ƣu của thiết bị - điện áp,dòng điện, nhiệt độ. - Kết luận và kiến nghị: những ƣu và nhƣợc điểm của mô hình, khả năng ứng dụng của mô hình vào thực tế. 4. Ngày giao đồ án: 5. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ: (GVHD ký, ghi rõ họ tên)
3. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kimứng dụng công nghệ Plasma. - GVHD: Th.S Thái Văn Phƣớc - Họ tên sinh viên: Trịnh Đình Thắng - MSSV: 11143150 Lớp: 111431B - Địa chỉ sinh viên: Bình Định - Số điện thoại liên lạc: 0962829513 - Email:trinh.thang.1368@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “ Tôi xin cam đoan khóa luận chính tôi nghiên cứu và thực hiện. tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm” Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 (Ký tên) Trịnh Đình Thắng i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kimứng dụng công nghệ Plasma. - GVHD: Th.S Thái Văn Phƣớc - Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Trung - MSSV: 11143174 Lớp: 111431D - Địa chỉ sinh viên: Phƣớc Bình – Phƣớc Tỉnh – Long Điền – Bà Rịa Vũng Tàu - Số điện thoại liên lạc: 0949206248 - Email: nguyentrung201093@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “ Tôi xin cam đoan khóa luận chính tôi nghiên cứu và thực hiện. tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm” Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 (Ký tên) Nguyễn Văn Trung ii
5. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:Thiết kế và chế tạo máy xử lý sợi hợp kimứng dụng công nghệ Plasma. - GVHD: Th.S Thái Văn Phƣớc - Họ tên sinh viên: Đoàn Anh Phƣơng - MSSV: 11143120 Lớp: 111431D - Địa chỉ sinh viên: Cần Thơ - Số điện thoại liên lạc: 01694603485 - Email: spkphuong@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “ Tôi xin cam đoan khóa luận chính tôi nghiên cứu và thực hiện. tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm” Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 (Ký tên) Đoàn Anh Phƣơng iii
6. LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các thầy cô giáo trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã chỉ dạy tận tình chúng em trong 4 năm học vừa qua. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ khí chế tạo máy trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Thái Văn Phƣớc và thầy Trần Ngọc Đảm đã nhiệt tình chỉ dạy, hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp. Chúng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến mọi ngƣời trong gia đình, các anh chị và các bạn đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các giáo sƣ, tiến sĩ, phó tiến sĩ, thạc sĩ là chủ tịch Hội đồng bảo vệ và ủy viên Hội đồng đã bỏ thời gian quí báu của mình để đọc, nhận xét và tham gia Hội đồng chấm đề án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! iv
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ và CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ SỢI HỢP KIM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA Làm mềm sợi hợp kimvề trạng thái ban đầu và làm sáng bề mặt sợi hợp kim là một bƣớc trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhỏ và các chi tiết hàn nhỏ. Nhằm cơ khí hóa các bƣớc gia công sợi hợp kim để làm trang sức và đảm bảo quá trình sản xuất là nhanh, bền và đẹp thì bên cạnh đó phải tiết kiệm đƣợc thời gian và tính kinh tế cho nên nhóm nghiên cứu đề tài đã thiết kế ra máy làm mềm và tăng độ sáng bóng bề mặt sợi hợp kim. Thay vì xử lý nhiệt để đƣa cơ tính của sợi hợp kimvề trạng thái ban đầu thì nhóm nghiên cứu đề tài đã ứng dụng công nghệPlasma. Hiện này, Việt Nam có rất nhiều cơ sở sản xuất sợi hợp kimđể gia công chúng thành trang sức thì phải trải qua rất nhiều công đoạn và mỗi công đoạn cần phải có những yêu cầu khác nhau. Chính vì thế, để tạo hình cho sản phẩm sợi hợp kimthì trƣớc đó phải đƣa sợi hợp kim về cơ tính đảm bảo đủ độ bền, độ dẻo và độ dai. Bên cạnh đó, sợi hợp kim cần phải có tính dẫn điện cao cho việc dùng để hàn các chi tiết nhỏ vì thế mà cần phải làm sạch bề mặt sợi hợp kim để tăng độ dẫn điện. Để đáp ứng những yêu cầu của cơ sở về quy trình sản xuất trong công đoạn đó, nhóm nghiên cứu đề tài đã vận dụng kiến thức phần nhiệt luyện của môn vật liệu học để xử lý sợi hợp kim nhằm thay đổi cơ tính, hóa tính của chúng để đƣa về trạng thái gần nhƣ ban đầu; sau đó ứng dụng kiến thức về Plasma để xử lý bề mặt. Sau khi trải qua công đoạn làm mềm thì sợi hợp kimsẽ đƣợc đƣa vào máy định hình để tạo hình thành các săm phẩm mỹ nghệ. v
8. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT i LỜI CAM KẾT ii LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 3 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận 3 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 3 1.6. Kết cấu của ĐATN 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5 2.1. Giới thiệu chung về hợp kim 5 2.2. Phƣơng pháp xử lý nhiệt 5 2.3. Giới thiệu về Plasma 6 2.4. Khả năng xử lý bề mặt của Plasma 6 2.5. Đặc tính của mô hình 7 2.6. Kết cấu của mô hình 7 vi
9. CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 3.1. Các định nghĩa cơ bản 9 3.1.1. Tính chất chung của kim loại và hợp kim 9 3.1.2. Các hợp chất oxit 12 3.2. Giới thiệu về hợp kim vàng 12 3.3. Khái niệm về cán – kéo 13 3.3.1. Quy trình cán kim loại 13 3.3.2. Quy trình kéo kim loại 14 3.4. Nhiệt độ kết tinh lại của vàng 15 3.5. Khái niệm về Plasma 16 3.5.1. Ion hóa 16 3.5.2. Năng lƣợng ion hóa 16 3.5.3. Bậc ion hóa 16 3.6. Sự tƣơng tác giữa các hạt trong plasma 19 3.6.1. Tiết diện hiệu dụng 19 3.6.2. Khoảng đƣờng tự do trung bình 19 3.6.3. Tần số va chạm 19 3.7. Vì sao sợi hợp kim (sợi vàng 18K) bị đen 19 3.8. Chọn công nghệ Plasma 20 CHƢƠNG 4: CÁC PHƢƠNG ÁN ĐẶT RA 22 4.1. Yêu cầu của đề tài: 22 4.2. Phƣơng án thiết kế 22 Hệ thống quy trình xử lý 22 4.2.1. Cấu tạo: 23 23 4.2.2. Nguyên lý hoạt động 23 4.2.3. Nhận xét 24 4.3. Các bộ phận trong mô hình máy xử lý sợi hợp kim 24 4.4. Cơ cấu định hƣớng 24 4.4.1. Bộ phận tang cấp phôi 24 vii
10. Hình 4.4: Trụ côn 26 4.4.2. Ròng rọc 27 Hình 4.5: Ròng rọc 27 Vật liệu: Thép CT3 27 4.4.3. Thiết kế bộ phận cảm biến (sensor) 27 4.5. Bộ phận xử lý Plasma 29 4.5.1. Cơ cấu đỡ ống thạch anh 29 4.5.2. Hệ thống cấp khí cho xử lý 30 4.5.3. Lựa chọn lƣu lƣợng khí 32 4.5.4. Hệ thống Plasma 32 4.6. Cơ cấu định hƣớng và căng dây 33 4.6.1. Cơ cấu xếp dây lên tang 34 4.6.2. Trình tự công việc tiến hành 36 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ SỢI HỢP KIM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA 38 5.1. Yêu cầu 38 5.2. Tính toán cho hệ thống 38 5.2.1. Tính ròng rọc 39 5.2.2. Tính tang: 39 5.2.3. Động cơ 40 5.3. Nhiệt độ tại bộ phận xử lý Plasma 41 5.4. Sự liên hệ giữa tốc độ của mô hình máy 41 5.5. Độ ma sát giữa dây và ròng rọc 42 CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM 43 6.1. Chế tạo thử nghiệm 43 6.2. Đánh giá – kết quả 49 6.3. Kết luận – đề nghị 49 viii
11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng của kim loại và hợp kim 10 Bảng 3.2: Thành phần hóa học của hợp kim vàng và màu sắc tƣơng ứng 13 Bảng 3.3: Nhiệt độ nấu chảy của một số hợp kim vàng thông dụng và đồng thau, bạc 15 Bảng 5.1: Bảng nhiệt độ một số loại Plasma [nguồn internet] 41 ix
12. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ tạo sản phẩm sợi kim loại 1 Hình 2.1: Một số loại sợi hợp kim 5 Hình 2.2: Sơ đồ chung 8 Hình 3.2: Một số hợp kim vàng 15 Hình 4.1: Cấu tạo của mô hình 23 Hình 4.2: Tang lắp với trục thông qua ổ bi 25 Hình 4.3: Tang lắp lồng không với trục 26 Hình 4.6: Các loại cảm biến quang 27 Hình 4.7: Cơ cấu cảm biến 28 Hình 4.8: Cơ cấu đỡ ống thạch anh 30 Hình 4.9: Cấp khí cùng chiều cấp phôi 30 Hình 4.10: Cấp khí cho hệ thống 31 Hình 4.11: Tấm inox 33 Hình 4.12: tấm inox 33 Hình 4.13: Cơ cấu ròng rọc 34 Hình 4.14: Vít-me 2 chiều xoắn 35 Hình 4.15: Vít-me bi và hệ thống xếp dây 36 Hình 5.1: Lực và dây 38 Hình 6.1: Máy xử lý sợi hợp kim 43 Hình 6.2: Bộ nguồn và mạch điều khiển Plasma 43 Hình 6.3: Động cơ và hệ thống truyền động 44 Hình 6.4: Cơ cấu xếp sợi hợp kim 44 Hình 6.5: Mạch điều khiển động cơ 45 Hình 6.6: Sợi hợp kim (đồng) 45 Hình 6.7: Trục 1 45 Hình 6.8: Giá đỡ trục 1 46 Hình 6.9: Trụ côn 46 Hình 6.10: Giá đỡ các ròng rọc 47 Hình 6.11: Bộ biến đổi điện áp (Flyback) 47 Hình 6.12: Miếng cách điện 48 Hình 6.13: Tấm điều chỉnh ống thạch anh 48 Hình 6.14: Bộ phận cấp khí 48 x
13. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT KTL Kết tinh lại xi
14. CHƢƠNG 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Quy trình tạo ra các sản phẩm dạng sợi mảnh: vàng, bạc, đồng Kim loại nguyên chất Kim loại tái chế Điều chỉnh %kim loại Đúc Ủ (nếu có) Cán, kéo nhiều lần Xử lý nhiệ t Cần cải thiện Xử lý hóa chất Tạo hình – đánh bóng Hình 1: Sơ đồ tạo sản phẩm sợi kim loại Ở công đoạn xử lý nhiệt tiêu tốn nhiều thời gian và năng lƣợng bởi vì phải dùng một lƣợng nhiệt khá lớn để làm cho vàng sợi đạt cấu trúc nhƣ ban đầu hay còn đƣợc gọi à quá trình KTL của sợi hợp kim. Bên cạnh đó, mất rất nhiều thời gian xử lý nhiệt (thƣờng ủ) để sợi hợp kimKTL, thƣờng khoảng 1 đến 2 giờ đồng hồ không có tính liên tục (và ở công đoạn liền kề sau phải chờ) trong quá trình sản xuất dây chuyền. 1
15. CHƢƠNG 1 Ở nguyên công tiếp theo, xử lý sơ bộ bề mặt sợi hợp kim bằng cách dùng hóa chấtvà thƣờng đƣợc dùng là axit là hóa chất độc hại, không thân thiện với con ngƣời và môi trƣờng. Trên thực tế trong quá trình làm việc đã xảy ra trình trạng công nhân uống nhầm hóa chất này hoặc đổ trực tiếp lên da, gây những tai nạn không đáng có. Nhằm tăng khả năng cạnh tranh giữa các cơ sở sản xuất thì các cơ sở sản xuất không ngừng cải tiến các công đoạn trong quá trình sản xuất nhằm tối ƣu hóa thời gian, chi phí và nhân công. Do đó, yêu cầu đặt ra là làm cách nào để xử lý sợi vàng mềm, sáng bề mặt trong một nguyên công để đảm bảo thời gian và tính liên tục của quy trình nhằm cơ khí hóa cả 2 quy trình này để hạn chế các khâu trung gian và nhân công. Ngoài ra, để hạn chế sử dụng hóa chất nhằm đảm bảo an toàn và thân thiện với môi trƣờng.Ngày nay công nghệ Plasma đƣợc ứng dụng nhiều trong việc xử lý bề mặt tăng năng lƣợng bề mặt hấp thu, thay đổi độ cứng. Chính vì thể nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình để khắc phục nhƣợc điểm trên của hình 1. Để giải quyết đƣợc tất cả những yêu cầu trên của các cơ sở sản xuất, nhóm thực hiện đề tài đã đi vào nghiên cứu và phân tích: làm nhiều thí nghiệm khác nhau ở nhiều môi trƣờng và nhiệt độ khác nhau để tìm ra giải pháp giải quyết những yêu cầu đã đặt ra. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Với việc thay thế lao động thủ công hoàn toàn phụ thuộc vào công nhân trong 2 công đoạn: xử lý nhiệt và xử lý bề mặt bằng cơ khí hóa. Thành lập một dây chuyền sản xuất liên tục thay thế 2 công đoạn trên thành một quy trình liên tục, đảm bảo tính nhanh nhằm đáp ứng kịp thời tiến độ cho các nguyên công sau. Hiện nay, phần lớn các cơ sở sản xuất sợi hợp kim(chủ yếu là các sợi kim loại quý, có giá trị kinh tế cao) ở khu vực miền Nam nói riêng và cả nƣớc nói chung đều gặp khó khăn ở các công đoạn này. Trên thị trƣờng, những máy xử lý làm mềm, sạch và tăng tính dẫn nhiệt cho sợi hợp kim (hay nói cách khác là làm cho sợi hợp kim trở về trạng thái có cấu trúc tinh thể nhƣ ban đầu gọi là quá trình KTL) nhƣng chủ yếu đƣợc nhập khẩu từ nƣớc ngoài nhƣ: Ý, Trung Quốc, v.v với giá thành rất cao. Với những vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu, thiết kế một hệ thống xử lý mới nhằm giải quyết những vƣớng mắc trên, nâng cao tính hiệu quả của chu trình sản xuất sợi hợp kim và mang tính ứng dụng cao. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2
16. CHƢƠNG 1 - Nhiệt độ KTL, nhiệt độ làm nguội và môi trƣờng làm nguội của sợi hợp kim thông qua giản đồ trạng thái và thí nghiệm thực tiễn; - Xử lý làm thay đổi cơ tính, lý tính và hóa tính của sợi hợp ki; - Làm thay đổi tính dẫn điện của sợi hợp kim. - Thay thế các công đoạn mất thời gian bằng các cơ cấu mang tính liên tục. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Sợi hợp kim và điển hình là sợi hợp kim của vàng (vàng 18K). - Chế độ nhiệt luyện: cấp nhiệt trực tiếp hay gián tiếp để sợi hợp kim thay đổi cấu trúc tế vi (mềm). - Thiết bị điều chỉnh vô cấp để điều chỉnh thời gian sợi hợp kim ở trong môi trƣờng nhiệt khác nhau khi kích thƣớc sợi hợp kim khác nhau. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu - Sợi hợp kim của các kim loại có giá trị kinh tế cao nhƣ: vàng, bạc, đồng, làm cho chúng mềm, sạch và tăng độ dẫn điện. - Phạm vi của đề tài chủ yếu là các sợi hợp kim mảnh có kích thƣớc đƣờng kính sợi từ 0,38 ÷ 2 (mm) mục đích là để hàn các chi tiết có kích thƣớc nhỏ. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận - Tiến hành nghiên cứu và phân tích dựa trên cơ sở lý thuyết của nhiệt luyện và Plasma. - Kiểm tra quá trình dẫn nhiệt và truyền điện của sợi hợp kim - Tính kết dính của sợi hợp kim trong quá trình hàn nóng chảy. 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể - Tiến hành làm thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm để đạt kết quả mong muốn. - Cho sợi hợp kim vào trong môi trƣờng nhiệt để kiểm tra quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt. - Tiến hành thử tính dẫn điện của sợi hợp kim khi cho dòng điện chạy qua. 1.6. Kết cấu của ĐATN 3
17. CHƢƠNG 1 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm sáu chƣơng, trong đó chƣơng một và hai là giới thiệu tổng quát về đề tài đang nghiên cứu, chƣơng ba là sơ lƣợc cơ sở lý thuyết, chƣơng bốn là phƣơng hƣớng và giải pháp, chƣơng năm là đề xuất công nghệ tính toán thiết kế, chƣơng sáu là chế tạo thực nghiệm, kiểm nghiệm, đánh giá. 4
18. CHƢƠNG 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2.1. Giới thiệu chung về hợp kim Hình 2.1: Một số loại sợi hợp kim Hợp kim là dung dịch rắn của nhiều nguyên tố kim loại hoặc giữa nguyên tố kim loại với nguyên tố phi kim. Hợp kim mang tính kim loại (dẫn nhiệt cao, dẫn điện, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim ). Hợp kim màu, là hợp kim của các kim loại khác ngoài sắt. Trong số này có đồng thau, đồng điếu, hợp kim nhôm, bạc, vàng tây ; Dung dịch rắn thay thế: đƣợc tạo thành khi các nguyên tố kim loại có cùng kiểu mạng tinh thể, các nguyên tố kim loại này có khả năng hòa tan vô hạn hoặc có hạn trong hợp kim của chúng, ví dụ: Cu-Ni; Al-Cu; Au-Cu; Nhƣ vậy, sợi hợp kim đang đƣợc nói đến ở đây là dung dịch rắn thay thế và thông thƣờng thì trong dung dịch rắn thay thế chúng ta khảo sát hệ hợp kim 2 cấu tử, rất ít khi khảo sát hệ hợp kim 3 cấu tử. 2.2. Phƣơng pháp xử lý nhiệt Ủ trong nghề luyện kim và khoa học vật liệu là một phƣơng pháp nhiệt luyện nhằm mục đích sửa chữa lại sự sắp xếp cấu trúc tinh thể của vật liệu để cho một vật liệu có tính mềm hơn để cải thiện tính gia công hay giảm độ cứng không cần thiết cho cơ tính của vật liệu đó. Vật liệu khi thực hiện ủ là kết quả của một quy trình nung nóng ở một nhiệt độ nào đó và duy trì ở nhiệt độ đó với thời gian nhất định và sau đó làm nguội sản phẩm với một tốc độ cần thiết. Sản phẩm sau khi ủ thƣờng có các đặc tính sau: mềm dẻo hơn. Khử đƣợc nội ứng suất và chịu đƣợc điều kiện làm việc trong môi trƣờng rất lạnh. 5
19. CHƢƠNG 3 Ƣu điểm: - Tạo môi cơ tính thay đổi tốt. - Đảm bảo tính đồng đều, chất lƣợng sợi hợp kim cao. Nhƣợc điểm: - Mất nhiều thời gian. - Bị oxi hóa. - Tốn nhiều nhiên liệu. - Không có tính liên tục. - Không có tính kinh tế cao. 2.3. Giới thiệu về Plasma Plasma là trạng thái thứ tƣ của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh.Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electronchuyển động tƣơng đối tự do giữa các hạt nhân.Plasma không phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất trong vũ trụ tồn tại dƣới dạng Plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, Plasma đƣợc xem nhƣ trạng thái đầu tiên trong vũ trụ. Nếu sự ion hóa đƣợc xảy ra bởi việc nhận năng lƣợng từ các dòng vật chất bên ngoài, nhƣ từ các bức xạ điện từ thì Plasma còn gọi làPlasma nguội.Thí dụ nhƣ đối với hiện tƣợng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa.Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trƣờng và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tƣợng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dƣơng, ion âm, electron và các phân tử trung hòa. Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần, các electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa tột độ, chỉ còn các hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.Nhờ vào các đặc tính đặc biệt của Plasma (năng lƣợng động lực học của chùm hạt electron, các tia UV đƣợc tạo ra, các hạt mang điện tích) ở nhiệt độ thấp đƣợc ứng dụng để gia công các chi tiết dạng sợi có tiết diện nhỏ. 2.4. Khả năng xử lý bề mặt của Plasma 6
20. CHƢƠNG 3 Plasma bao gồm các hạt mang điện tích âm, điện tích dƣơng và các gốc tự do. Nhiệt độ tạo thành trong môi trƣờng Plasma khá cao, có thể điều chỉnh lƣợng nhiệt này thông qua hiệu điện thế và dòng điện.lƣợng nhiệt tạo ra nhanh tác động trực tiếp lên sợi hợp kim (một đầu điện cực) nên làm thay đổi nhanh cơ tính của sợi hợp kim trong thời gian ngắn từ 1 đến 5 phút. Trong môi trƣờng này, nhiệt độ xung quanh không chênh lệnh nhiều nên sợi hợp kim sẽ đƣợc làm nguội coi nhƣ chậm nên không bị biến cứng trở lại. bên cạnh đó, các gốc tự do, các electron mang điện tích và năng lƣợng cao cộng với tia UV sẽ tác động lên bề mặt sợi hợp kim làm phá vỡ các liên kết của oxit tạo ra các nguyên tố riêng rẽ, giải phóng các oxi. 2.5. Đặc tính của mô hình - Mô hình tạo ra Plasma có nhiệt độ đủ để làm mềm, sạch và tăng độ dẫn điện cho sợi hợp kim. - Phải ngăn không khí ở môi trƣờng bên ngoài tác dụng vào sợi hợp kim khi quá trình xử lý Plasma để không cho quá trình oxi hóa xảy ra. - Đảm bảo thời gian và vận tốc của sợi hợp kim đi qua môi trƣờng Plasma đủ để xử lý nhiệt và xử lý bề mặt. - Đảm bảo cách điện an toàn cho ngƣời thao tác và dễ dàng điều khiển. 2.6. Kết cấu của mô hình 2 1 3 4 5 Tank Gas 5 4 1- Cơ cấu định hƣớng; 2- Xử lý plasma; 3- Cơ cấu định hƣớng và căng dây; 4- Cơ cấu làm đều dây; 5- Cuộn dây; 7 5