Nội dung

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI ĐẾN ĐỘ HẠT NANO-MICRO KHI GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN EFFECT OF LIQUID ON THE SIZE OF NANO-MICROPARTICLES PRODUCED BY EDM NGUYỄN TIẾN DŨNG1, NGUYỄN HỮU DĨNH2, NGUYỄN ANH XUÂN1 BÙI THỊ DIỆU THÚY1, NGUYỄN THỊ XUÂN HƯƠNG1 1Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Khoa Cơ sở - Cơ bản, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Trong nghiên cứu này, nhóm tác đã giả sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện với ba loại dung môi là nước, dầu hỏa và dầu gia công tia lửa điện để gia công chế tạo hạt nano - micro Niken. Sử dụng máy ảnh SEM để chụp kết quả về đường kính hạt, dùng phần mềm Smileview để phân tích đường kính hạt. Kết quả thấy rằng, khi dung môi là nước thì đường kính hạt là nhỏ nhất. Từ khóa: Gia công tia lửa điện; hạt nano-micro; Hạt niken; dung dịch gia công. Abstract In this study, we was applied to produce Nickel microspheres with three types of dielectric liquids, such as deionized water, kerosene, and EDM fluid. Using scanning electronic microscopy (SEM) to capture the result of the particle diameter, use Smileview software to analyze particle diameter. The results found that when the dielectric liquid is water, the size of particles is smallest. Keywords: Electrical discharge machining (EDM), nano-microparticles, niken particles, dielectric liquid. 1. Mở đầu Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia công chế tạo các hạt kim loại có kích thước nano – micro, như sử dụng phương pháp điện phân, phương pháp ăn mòn hóa học, phương pháp siêu âm, phương pháp gia công bằng tia lửa điện… Đối với phương pháp gia công bằng tia lửa điện để chế tạo hạt nano – micro là phương pháp mới được tìm ra và chưa nghiên cứu nhiều. Phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp mới được đưa vào ứng dụng trong thời gần đây để gia công các hạt kim loại có kích thước nano – micro, và nó ưu điểm nổi trội là có khả năng gia công được các loại vật liệu kim loại cứng một cách dễ dàng. A.E.Berkowitz [1] đã tự thiết kế chế tạo ra hệ thống này trong phòng thí nghiệm, sau đó tiến hành gia công hạt nano – micro niken. Ngoài ra, Vasudevamurthy [2] cũng sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo các hạt thép không gỉ SUS 304, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến đường kính hạt. Hong Juan [3,4] dùng phương pháp này để chế tạo các hạt Silic. Liu Yifan [5] đã kết hợp gia công tia lửa điện để chế tạo hạt niken. Một số nghiên cứu [6] về ảnh hưởng của cường độ dòng điện, hiệu điện thế đến độ hạt niken khi gia công bằng phương pháp này. Bài báo này đưa ra mô hình chế tạo nano - micro bằng tia lửa điện, tiến hành thí nghiệm để nghiên ảnh hưởng của dung môi đến độ hạt niken, từ đó tìm ra loại dung môi gia công cho độ hạt là bé nhất. 2. Phương pháp thí nghiệm Sử dụng hai thanh niken làm hai điện cực và lắp trên máy gia công tia lửa điện E46PM (Hình1). Trong mỗi thí nghiệm sẽ đổ đầy dung dịch gia công vào hộp gia công làm bằng inox, giữ nguyên các thông số gia công như cường độ dòng điện, hiệu điện thế,… chỉ thay đổi dung môi gia công. Do niken có tính chất từ tính nên sử dụng nam châm vĩnh cửu để tách các hạt niken ra khỏi dung môi gia công, dùng cồn tinh khiết để làm sạch các loại tạp chất. 72 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 Hình 1. Sơ đồ nguyên lý cơ bản gia công bằng tia lửa điện: 1- Nguồn điện; 2- Hệ thống điều khiển trục chính; 3- Dụng cụ điện cực; 4- Dung dịch gia công; 5- Chi tiết gia công; 6- Bàn máy gia công. 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi gia công 3.1. Các thông số làm thí nghiệm Với nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi, thay đổi lần lượt ba loại dung môi là dầu gia công tia lửa điện, dầu hỏa và nước. Các thông số công nghệ khác không thay đổi như độ dài xung là 300μs, điện áp 15A, hiệu điện thế là 45V. Vật liệu gia công là Niken 99,99% được cắt thành từng miếng 260mm*190mm*170mm, trước mỗi thí nghiệm đều được làm sạch bằng giấy ráp. Bảng 1. Thông số thí nghiệm khi dung môi thay đổi Thí nghiệm Dung môi Độ dài xung điện (s) Điện áp (A) Hiệu điện thế (V) A Dầu gia công EDM 300 15 45 B Dầu hỏa 300 15 45 C Nước 300 15 45 3.2. Kết quả thí nghiệm và thảo luận Các hạt niken sau mỗi thí nghiệm sẽ được đưa lên máy hiển vi điện tử SEM để chụp với độ phóng 200 lần (Hình 2). Sử dụng phần mềm Smileview để đo và thống kê kích thước hạt kim loại trong mỗi ảnh, kết quả thống kê thể hiện tại Bảng 2. Thí nghiệm A Thí nghiệm B Thí nghiệm C Hình 2. Hạt Niken thể hiện trên SEM Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 73 Bảng 2. Phân bố đường kính hạt khi dung môi khác nhau Đường kính (m) 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-65 65-70 Thí nghiệm A (%) 0 2,15 17,13 27,52 17,43 14,06 6,11 3,36 4,59 3,36 2,45 0,61 0,92 0,31 Thí nghiệm B (%) 0,54 7,22 22,48 30,26 18,8 10,63 7,36 1,5 0,95 0,26 0 0 0 0 Thí nghiệm C (%) 73,4 16,1 7,12 2,62 0,75 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Hình 3. Tỷ lệ phân bố đường kính hạt Niken khi dung môi thay đổi Hình 4. Hạt Niken thể hiện trên SEM với mức phóng đại 3000 lần 74 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 Bảng 3. Độ nhớt động học của dung môi khác nhau Dung môi Nước Dầu gia công tia lửa điện Dầu hỏa Độ nhớt động học 10-6 (m2/s) 0,659 1,5-2,5 2,3-3,2 Dựa vào thống kê tỷ lệ phân bố đường kính hạt (Bảng 2), lập được đồ thị thể hiện tỷ lệ phân bố đường kính hạt Niken khi dung môi thay đổi như Hình 3. Có thể thấy rằng, khi dung môi là dầu gia công tia lửa điện và dầu hỏa thì tỉ lệ phân bố đường kính hạt chủ yếu tập trung trong khoảng từ 10μm đến 30μm, thậm chí có những hạt có đường kính rất lớn, cỡ vài trăm micromet và không thấy xuất hiện hạt có kính thước nano. Ngược lại, khi dung môi là nước, đường kính hạt tập trung chủ yếu dưới 5μm và xuất hiện rất nhiều hạt nằm trong vài chục nanomet (Hình 4). Điều này là do độ nhớt động học của nước nhỏ hơn rất nhiều so với dầu gia công tia lửa điện và dầu hỏa (Bảng 3), do vậy mà trong quá trình gia công, vùng gia công có nhiệt độ rất cao làm cho kim loại bốc hơi, kim loại bốc hơi này sẽ đi vào dung môi gia công, khi dung môi là nước thì khả năng phân tán của kim loại bốc hơi được dễ dàng hơn, vì vậy mà kích thước hạt sẽ nhỏ. Còn khi dung môi gia công là dầu gia công tia lửa điện và dầu hỏa thì khả năng phân tán của kim loại bốc hơi là rất kém, chúng sẽ nhanh chóng tập trung lại với nhau và khi kết tinh tạo thành các hạt có kích thước lớn. 4. Kết luận Bài viết đã thực hiện được một số thí nghiệm để đưa ra ảnh hưởng của dung môi đến độ hạt của hạt niken khi gia công bằng tia lửa điện. Kết quả thu được là khi dung môi là nước thì kính thước hạt là nhỏ nhất, chủ yếu nằm từ (0-5) μm và xuất hiện một số lượng lớn hạt nằm trong vài chục nanomet. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Berkowitz, A.E., Harper, H.,Smith,D. J.Hu,H.,Jiang,Q., Solomon, V. C. et al. “Hollow metallic microspheres produced by spark erosion” [J]. Applied Physics Letters,85, 940–942. 2004. [2]. Vasudevamurthy G, Knight T W. “Effect of system parameters on size distribution of 304 stainless steel particles produced by Electrical Discharge Mechanism” [J]. Materials Letters, 61: 4872-4874, 2007. [3] 洪捐, 汪炜, 冯海娣, 等. 重掺杂硅微球的脉冲放电法制备研究[J]. 电加工与模具, vol, 4: 19-22, 2011. [4]. SONG Hongwei. “Technical study and analysis of hollow micro-nano spheres produced by EDM”[J]. Modern Manufacturing Engineering, (11)： 90-92, 2011. [5]. LIU Yifan, et al. “Effect of system parameters on the size distribution of hollow nickel microspheres in ultrasonic-aided electrical discharge machining process”[J]. Particuology, (17):36-41, 2014. [6]. Nguyễn Tiến Dũng. “Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến đường kính hạt micro niken khi gia công bằng tia lửa điện” . HỘI NGHỊ KH&CN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC, 2016. Ngày nhận bài: Ngày nhận bản sửa: Ngày duyệt đăng: 26/7/2018 03/8/2018 10/8/2018 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 75