Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ Án Mạ Điện
Chng 1: Tng quan v cụng ngh m in 1.1. Gii thiu chung v cụng ngh m in S thng c s dng trong quỏ trỡnh m in bng in phõn ngy nay: S cu to M in phõn gm cỏc thnh phn c bn sau: 1.1.1. Ngun 1 chiu a) Máy phát điện một chiều. Hầu hết các quá trình mạ đều dùng nguồn điện một chiều có công suất khác nhau nhng điện thế chỉ từ 6 -12 V hay 24 V. Để cấp điện cho tải một chiều ngời ta dùng máy phát điện một chiều: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy phát cung cấp điện cho bể mạ: Trong sơ đồ gồm có các phần tử sau: - MF: là máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung cấp điện áp cho quá trình mạ. Sức điện động của máy phát đợc thay đổi bằng cách thay đổi dòng điện kích từ i kt - ĐCK: Là động cơ không đồng bộ (động cơ sơ cấp) để quay máy phát MF và máy phát kích từ FK. - FK: Là máy phát điện một chiều tự kích có công suất bé, nó cung cấp dòng kích từ i kt cho máy phát MF. - CD: Cầu dao để bảo vệ và đóng cắt. Hoạt động của sơ đồ: + Khi đóng cầu dao CD xuống, lúc này ta đã cung cấp điện áp xoay chiều cho động cơ sơ cấp (ĐCK). Khi động cơ sơ cấp (ĐCK) làm việc nó cung cấp năng lợng làm quay phần ứng của máy phát điện một chiều kích từ độc lập (MF) và may phát điện tự kích (FK). Lúc này máy phát điện tự kích thích hoạt động sinh ra dòng điện một chiều cung cấp dòng điện kích từ cho máy phát điện kích từ độc lập, kết quả là a b c CD FK MF ĐCK i kt KT + anốt - catốt Chuyển dịch ion Bể mạ Dung dịch mạ Lớp mạ U 1c ne ne H.1.1- Sơ đồ nguyên lý máy phát cung cấp điện một chiều máy phát điện kích từ độc lập hoạt động, sinh ra điện áp một chiều cung cấp nguồn điện cho quá trình mạ. Qua việc phân tích sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát điện một chiều cung cấp cho bể mạ, ta thấy hệ thống máy phát có một số u, nhợc điểm sau: + Ưu điểm: - Có thể đảo chiều dòng điện bằng cách đổi chiều dòng điện kích từ i kt . - Tạo ra dòng điện và điện áp liên tục, lý tởng hơn so với chỉnh lu. Vì trong thành phần dòng, áp không chứa sóng hài bậc cao. - Điều chỉnh điện áp trong một phạm vi tải nhất định. + Nhợc điểm: - Chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp. - Cổ góp mau hỏng. - Thiết bị cồng kềnh, khi làm việc có tiếng ồn lớn. - Do sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than sinh ra tia lửa điện nên rất nguy hiểm khi vận hành. - Hiệu suất thấp, tổn thất lớn. - Tốn diện tích đặt máy, dễ bị ăn mòn (bị ôxy hoá) do dung dịch mạ, hơi muối, chất phụ gia, chất xúc tác. - Khó điều chỉnh điện áp cho từng bể mạ vì loại động cơ máy phát th- ờng dùng cho nhiều bể mạ có điện thế và cờng độ dòng điện gần giống nhau do đó cần trang bị mỗi bể một bảng điện trở để điều chỉnh dòng và thế cho phù hợp với yêu cầu của bể đó. - Đờng dây tải điện từ máy phát tới các bể mạ dài, tiết diện lớn, dẫn đến tổn hao trên đờng dây lớn, không kinh tế b) Bộ chỉnh lu có điều khiểu Ngày nay, do sự phát triển của k thuật bán dẫn công suất lớn đã đa ra nhiều ứng dụng của nó trong mạ điện, đó là chế tạo ra bộ nguồn chỉnh lu biến đổi năng l- ợng điện xoay thành dòng điện một chiều dùng cho tải mạ, với những u điểm sau: Bộ nguồn chỉnh lu có kích thớc nhỏ, gọn, không tốn diện tích lắp đặt, không có phần quay, làm việc với hiệu suất cao, tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển và ổn định dòng, áp. Thờng trang bị một chỉnh lu cho riêng một bể mạ, bố trí gần các bể mạ mà không sợ bị ăn mòn nhờ vậy nên dây dẫn ngắn, điều chỉnh dòng và thế dễ dàng hơn cho từng bể mạ mà không làm ảnh hởng tới bể khác. B1. Điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu: - Sơ đồ nguyên lý: - Nguyên lí làm việc: Dùng một máy biến áp tự ngẫu để thay đổi điện áp lới xoay chiều từ trị số cao về trị số thấp hơn, rồi mới qua máy biến áp chỉnh lu cấp điện áp cho bộ chỉnh lu. Do đó việc điều chỉnh điện áp ra trên tải đợc thực hiện thông qua máy biến áp tự ngẫu bằng cách dùng động cơ kéo con trợt trợt trên dây quấn thứ cấp máy biến áp. - Ưu, nhợc điểm của sơ đồ: Qua phân tích nguyên lý hoạt động, ta thấy cần phải có hai biến áp (một biến áp tự ngẫu, một biến áp chỉnh lu) nên giá thành đắt và cồng kềnh. Điều chỉnh điện áp bằng máy biến áp tự ngẫu có hệ số công suất cao, nhng ta phải dùng hệ thống chổi than - con trợt để lấy điện áp ra, do đó có tính trễ, khó khăn khi muốn điều chỉnh tinh, bộ chỉnh lu diode dùng ít thuận tiện B.2 Điều khiển bằng điều áp xoay chiều: - Sơ đồ nguyên lý: . . . . . . . . . . . Z t MBA tự ngẫu MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode H1.2 - Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu Hình 1.3. Điều chỉnh điện áp bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều. H1.4.Điều chỉnh điện áp bằng bộ chỉnh lu có điều khiển. Dùng một bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (bộ điều áp xoay chiều) để điều chỉnh điện áp phía sơ cấp biến áp, phía thứ cấp đợc đa vào một bộ chỉnh lu điện áp dùng Diode. Ưu điểm của sơ đồ này là phía sơ cấp điện áp lớn, dòng nhỏ, việc chọn các van Tiristor dễ dàng, nhng lại dùng quá nhiều van bán dẫn, thành phần hài bậc cao lớn, điều khiển các Tiritor khó khăn, chất lợng điện áp một chiều không cao. Do đó sơ đồ này không đợc sử dụng phổ biến. B.3 Điều khiển bằng Tiristor: Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lu: Các van bán dẫn thờng đợc dùng trong các mạch chỉnh lu là: Diôt và Tiristor. + Diôt chỉ cho dòng chạy qua khi thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt. + Tiristor cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện: - Thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt. - Đồng thời phải có tín hiệu điều khiển. Z t A B C . . . . . . . Bộ điều áp xoay chiều MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode Z t A B C . . . . . . . MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode Hoạt động của sơ đồ: Khi đặt điện áp xoay chiều u 1 vào máy biến áp (MBA) thì ở đầu ra của MBA ta thu đợc một điện áp xoay chiều u 2 , điện áp này qua bộ chỉnh lu sẽ cho ta điện áp một chiều cung cấp cho bể mạ. - Một số u điểm của bộ chỉnh lu: + Dễ tự động hoá. + Dễ điều chỉnh và ổn định dòng, áp. + Có thể thay đổi điện áp sau chỉnh lu. + Bộ chỉnh lu có thể đặt ngay sát bể mạ: không tốn không gian đặt thiết bị; tổn thất trên đờng dây ít. + Dễ bảo quản, không bị ăn mòn trong môi trờng mạ. + Thiết bị gọn nhẹ: ví dụ để tạo ra 1kw điện năng một chiều, nếu dùng máy phát điện một chiều thì phải mất từ 10kg ữ 15kg thiết bị, nhng nếu dùng van bán dẫn thì ta chỉ cần 1kg ữ 2kg thiết bị. + Nhợc điểm của bộ chỉnh lu: + Cho dòng điện và điện áp gián đoạn, không lý tởng bằng máy phát điện một chiều. + Điện áp sau chỉnh lu còn chứa thành phần sóng hài bậc cao, nên điện áp chỉnh lu có sự nhấp nhô, không bằng phẳng. Điều này làm nhiễu; ảnh hởng tới chất lợng làm việc của nhiều loại máy móc, thiết bị và các hộ dùng điện một chiều. Kết luận: Qua phân tích u nhợc điểm của các thiết bị cung cấp một chiều cho tải là mạ điện thì: Nếu chọn máy phát điện một chiều, để đáp ứng yêu cầu đòi hỏi của công nghệ mạ ta phải sử dụng máy phát điện một chiều có nhiều phần tử, nghiều phiến góp, máy phát phải có công suất lớn để bù tổn hao, dẫn đến một số vấn đề là cổ góp mau hỏng, cồng kềnh, không kinh tế, dễ cháy nổ, không an toàn cho ngời sử dụng và thiết bị, nên trong thực tế ít dùng cho tải mạ điện. Nh vậy chỉnh lu có điều khiển với các u điểm: Thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, tự động hoá, dễ điều chỉnh và ổn định dòng áp, đáp ứng yêu cầu của mạ điện nên đợc chọn làm nguồn cấp điện chủ yếu cho công nghệ mạ. Ta bit rng thit k b ngun cho ti m in , ngun thng c s dng là ngun 1 chiu 1.1.2. Anot Anot l in cc ni vi cc dng ca ngun 1 chiu. Trong quỏ trỡnh in phõn thỡ anot tan dn vo trong dung dch in phõn theo phn ng ụxi húa in cc: M - ne = M n+ Cỏc cation kim loi tan vo trong dung dch in phõn v đi n catot v bỏm cht lờn trờn b mt catot 1.1.3. Catot Catot l in cc ni vi cc õm ca ngun 1 chiu Trờn b mt catot luụn din ra phn ng kh cỏc ion kim loi m M n+ + ne = M Cỏc nguyờn t kim loi m c sinh ra to thnh lp kim loi bỏm lờn trờn b mt catot gi l lp m 1.1.4. Dung dch m Dung dch m gi vai trũ quyt nh v nng lc m v cht lng m. Dung dch m thng l 1 hn hp khỏ phc tp gm in kim loi, cht in ly v cỏc cht ph gia nhm m bo thu c lp m cú cht lng v tớnh cht nh mong mun +Dung dch mui n : cũn gi l dung dch axit, cu to chớnh l ca cỏc axit vụ c hũa tan nhiu trong nc phõn ly hon ton thnh cỏc ion t do . Dung dch n thng dung m vi tục m cao cho cỏc vt cú hỡnh thự n gin. + Dung dch mui phc: ion phc to thnh ngay khi pha ch dung dch. Ion kim loi m l ion trung tõm ni cu phc. Dung dch phc thng dung trong trng hp cn cú kh nng phõn b cao m cho vt cú hỡnh dỏng phc tp. + Cỏc ph gia: -Cht dn in : úng vai trũ dn dũng in trong dung dch. - Cht bong: Cht bong thng c dung lm cho lp m nhn mn v búng hn. - Cht san bng: Cỏc cht ny cho lp m nhn , phng. - Cht thm t : Trờn catot thng cú phn ng phu sinh khớ Hydro. Cht ny thỳc y bt khớ mau tỏch khi b m, lm cho quỏ trỡnh m nhanh hn. 1.1.5. B in phõn ợc lm bằng vt liu cỏch in,bn v húa hc, nhit v khụng thm nc 1.1.6. o chiu dũng m Thông thờng để thực hiện mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấp vào anôt và catôt. Nhng trong một số trờng hợp mạ đặc biệt, mạ đồ trang sức bằng các kim loại quí nh: vàng, bạch kimhay các sản phẩm yêu cầu chất lợng cao, nền mạ khó bámthì ngời ta dùng dòng mạ có đảo chiều. Nguyên tắc mạ đảo chiều nh sau: tc 0 Ia t I I c t a Trong thời gian t c vật mạ chịu phân cực catôt nên đợc mạ vào với cờng độ dòng thuận I c , sau đó dòng điện đổi chiều và trong thời gian t a vật mạ chịu phân cực anôt nên sẽ tan ra một phần.Sau đó lại bắt đầu một chu kì mới .Thời gian mỗi chu kỳ bằng T= t c + t a .Nếu I c .t c > I a .t a thì vật vẫn đợc mạ. Khi lớp mạ bị hòa tan bởi điện l- ợng I a . t a , thì chính những đỉnh nhọn, gai, khuyết tật . là những chỗ hoạt động anôt mạnh nhất nên tan nhanh nhất, kết quả là thu đợc lớp mạ nhẵn, hoàn hảo hơn. Tuỳ từng dung dịch mà chọn tỷ lệ t c : t a cho hợp lý (5:1 đến10:1)và T thờng từ 5:10s. Với yêu cầu cụ thể trong đồ án này thì tỷ lệ t c : t a luôn không đổi là 10:1. Phơng pháp này có thể dùng đợc mật độ dòng điện lớn hơn khi dùng dòng điện một chiều thông thờng. M o chiu lm tng cờng quá trình m m vẫn thu đợc lớp mạ tốt. 1.2. Yờu cu ca cụng ngh m in + Điện áp bể mạ phải nhỏ : 6 - 12V hoặc 24 V, ổn định, và có thể điều chỉnh vô cấp. + Anot cn c ỏnh sch du m, bi, lp r. + Catot cn c ỏnh búng, sch nhỳng gp trong dung dch in phõn , khụng sỏt ỏy b in phõn. Ch ni catot vi ngun 1 chiu phi m bo tip xỳc tt, khụng gõy hin tng phúng in trong quỏ trỡnh in phõn. Tuyt i khụng chm trực tip gia catot v anot khô ó ni mch in. Lm vy s giỳp cho lp m c sch khụng ln cht bn va gn kt s cao hn + Dung dch m phi cú dn in cao gim tn tht in trong quỏ trỡnh m ng thi lm cho lp m dũng u hn. Mt dũng in phi cao trong 1 khong nht nh.Tựy theo c thự ca chi tit m chn mt dũng in cho phự hp. Mi dung dch m s cho cht lng lp m tt trong 1 khong nhit v PH nht nh. + Để nâng cao năng suất và chất lợng của sản phẩm mạ, ngời ta thờng hớng đến các mục tiêu sau : - Tăng cờng mật độ dòng điện của quá trình mạ. - Dùng chất mạ bóng thích hợp. - Chọn công nghệ mạ phù hợp. - Tạo các lớp mạ đặc biệt. - Nâng cao tính tự động hóa trong dây truyền. 1.3 Phm vi ng dng Do các lớp mạ có u điểm nh: Bền ăn mòn, bền hóa học, bền cơ học, tăng độ cứng, độ dẻo, độ dẫn điệnNên đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, giao thông vận tải, hầm mỏ, vô tuyến viễn thông, thiết bị y tế, đồ ding sinh hoạt Do s phỏt trin ca ngnh cụng nghip núi riờng v nn kinh t núi chung nờn ngy nay cụng ngh thông tin,lm trang sc, tng s chng n mũn,phc hi kớch thc ,tng cng ,dn nhit,phn quang,d hn v lm búng trang sc. 1.4 Một số sản phẩm(dây chuyền)thực tế có ứng dụng công nghiệp Một số sản phẩm thơng mại: Mạ kẽm, crôm, sắt, đồng, thiếc, chì. Ngoài ra còn một số kim loại quý hiếm đợc sử dụng để đáp ứng nhu cầu của công nghệ cao: Độ dẫn điện cao, đặc tính từ đặc biệt, độ phản quang hoặc hấp thụ ánh sáng, độ chịu mài mòn cao Chơng 2 Tính toán và thiết kế mạch công suất . với điện áp van Tiristor T 1 , trong khoảng thời gian θ 1 ữ θ 3 van dẫn nên điện áp ngược của van U nv = 0, trong khoảng thời gian θ 3 ữ θ 5 van bị khoá. nhóm, khi một van mở nó sẽ khoá ngay van dẫn dòng trước nó. Điện áp ngược mỗi van phải chịu sẽ bằng không khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá. Cụ