Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công, cho phép của Nhà trường và Bộ môn Công nghệ Điện hóa
và Bảo vệ Kim loại, chúng em được nhận làm Đồ án Tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn
của GS.TS Mai Thanh Tùng.
Sau một thời gian tập trung, nỗ lực tìm tài liệu, đi thực tế, viết bài, thiết kế v.v...
tới nay, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng yêu cầu. Để đạt được kết quả như ngày
nay, ngoài sự cố gắng của bản thân, chúng em nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của
nhiều cá nhân và tập thể.
Trước hết, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Mai
Thanh Tùng - người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
thực hiện đồ án. Chúng em xin đồng cảm ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Công
nghệ Điện hóa và Bảo vệ Kim loại đã tạo điều kiện tốt nhất để đồ án được hoàn thành.
Đồng thời, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên
và cá nhân anh Lý Đức Anh – cán bộ dây chuyền sơn, anh Đào Minh Hải – quản lý kĩ
thuật Công ty Cổ phần Plato Việt Nam đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình đi
thực tế tại xưởng cũng như cung cấp tài liệu liên quan tới nhiệm vụ thiết kế của đồ án.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian có hạn, sự hạn chế về kiến thức chuyên
môn nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em kính mong
nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý chân thành của thầy cô và các bạn để đồ án
được hoàn thiện hơn cũng như nâng cao kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2018
Sinh viên thực hiện


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.............................................................................................1
1.1. Lịch sử......................................................................................................................... 1
1.2. Đặc điểm công nghệ.....................................................................................................2
1.2.1. Đặc điểm lớp phủ.................................................................................................2
1.2.2. Dung dịch tạo lớp phủ..........................................................................................4
1.2.3. Phương pháp tạo lớp phủ [1]................................................................................4
1.2.4. Ưu điểm...............................................................................................................6
1.2.5. Ứng dụng.............................................................................................................6
1.3. Một số loại sơn phủ vẩy kẽm.....................................................................................10
1.3.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất vật lý...........................................................10
1.3.2. Khả năng chịu ăn mòn và kháng hóa chất..........................................................11
1.4. So sánh các loại lớp phủ.............................................................................................13
1.5. Thị trường, thị phần của sản phẩm công nghệ............................................................15
1.5.1. Thị trường thế giới.............................................................................................15
1.5.2. Thị trường Việt Nam..........................................................................................15
1.6. Khó khăn, thách thức.................................................................................................16
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ...........................................................................................17
2.1. Nguyên lý công nghệ.................................................................................................17
2.1.1. Hình thành lớp phủ............................................................................................17
2.1.2. Cơ chế bảo vệ....................................................................................................18
2.2. Quy trình công nghệ chung........................................................................................19
2.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ.................................................................................19
2.2.2. Thuyết minh.......................................................................................................20
2.3. Tiêu chuẩn công đoạn công nghệ...............................................................................21
2.3.1. Sơ đồ công đoạn công nghệ...............................................................................21
2.3.2. Tiêu chuẩn công việc từng công đoạn................................................................22



Đồ án tốt nghiệp
2.4. Lựa chọn quy trình công nghệ...................................................................................25
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.........................................................................28
3.1. Thông số ban đầu.......................................................................................................28
3.1.1. Hình ảnh chi tiết.................................................................................................28
3.1.2. Khối lượng.........................................................................................................32
3.1.3. Kế hoạch sản xuất..............................................................................................32
3.2. Tính toán, lựa chọn thiết bị, dây chuyền....................................................................32
3.2.1. Thiết bị sấy băng tải...........................................................................................32
3.2.2. Hệ thống nhúng, vắt...........................................................................................33
3.2.3. Hệ thống thông gió............................................................................................34
3.3. Tính toán vận hành dây chuyền..................................................................................34
3.3.1. Vận tốc băng tải.................................................................................................34
3.3.2. Năng suất băng tải..............................................................................................35
3.3.3. Nhịp cấp hàng....................................................................................................37
3.3.4. Hệ số tận dụng thiết bị nhúng, vắt......................................................................43
3.3.5. Thời gian làm việc của dây chuyền....................................................................43
3.4. Giải thích lựa chọn.....................................................................................................46
3.4.1. Hệ thống sấy băng tải.........................................................................................46
3.4.2. Hệ thống nhúng..................................................................................................47
3.5. Các thiết bị phụ..........................................................................................................49
3.5.1. Máy khuấy sơn...................................................................................................49
3.5.2. Dụng cụ đo độ nhớt............................................................................................49
3.6. Tính toán hóa chất tiêu tốn và năng lượng tiêu tốn....................................................50
3.6.1. Hóa chất tiêu tốn................................................................................................50
3.6.2. Năng lượng tiêu tốn...........................................................................................51
KẾT LUẬN...................................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................53



Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Lớp phủ vẩy kẽm (Zinc flake coating)............................................................2
Hình 1.2. Màu sắc lớp phủ............................................................................................3
Hình 1.3. Polysilane thông thường................................................................................4
Hình 1.4. Gá treo đĩa phanh trong phương pháp phun..................................................5
Hình 1.5. Giỏ làm việc trong phương pháp nhúng-vắt..................................................5
Hình 1.6. Bu lông đai ốc sơn phủ ZFC..........................................................................7
Hình 1.7. Lò xo sơn phủ ZFC........................................................................................7
Hình 1.8. Dây xích sơn phủ ZFC...................................................................................7
Hình 1.9. Cần số, chân phanh sơn phủ ZFC.................................................................8
Hình 1.10. Kẹp ống sơn phủ ZFC..................................................................................8
Hình 1.11. Thùng chứa thông minh sơn phủ ZFC..........................................................8
Hình 1.12. Cột chống sàn sơn phủ ZFC........................................................................9
Hình 1.13. Ứng dụng trong công nghiệp biển, đường sắt, quốc phòng, tuabin gió.......9
Hình 1.14. Các sản phẩm cơ khí gia công mạ phủ FOMECO.....................................16
Hình 2.1. Cấu trúc lớp phủ ZFC..................................................................................17
Hình 2.2. Cấu trúc barrier của lớp phủ ZFC...............................................................18
Hình 2.3. Cơ chế hình thành sản phẩm cacbonat........................................................18
Hình 2.4. Quy trình chung của công nghệ phủ ZFC....................................................19
Hình 2.5. Sơ đồ công đoạn công nghệ phủ ZFC..........................................................21
Hình 2.6. Dụng cụ đo độ nhớt.....................................................................................23
Hình 2.7. Kiểm tra ngoại quan....................................................................................24
Hình 3.1. Ảnh chụp đế tròn.........................................................................................28
Hình 3.2. Ảnh chụp đế vuôn........................................................................................28
Hình 3.3. Ảnh chụp thân ống.......................................................................................29
Hình 3.4. Ảnh chụp đại ốc phải...................................................................................29
Hình 3.5. Vòng đệm vênh trái......................................................................................30

Hình 3.6.Vòng đệm vênh phải.....................................................................................30
Hình 3.7. Ảnh chụp thân ống.......................................................................................31
Hình 3.8. Ảnh chụp bộ chi tiết.....................................................................................31
Hình 3.9. Máy khuấy sơn.............................................................................................49
Hình 3.10. Cốc đo độ nhớt..........................................................................................49


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất vật lý cơ bản........................................10
Bảng 1.2. Chiều dày lớp mạ và tính chịu ăn mòn........................................................11
Bảng 1.3. Nhiệt độ nung sấy và khả năng chịu ăn mòn...............................................11
Bảng 1.4. Khả năng chịu hóa chất..............................................................................12
Bảng 1.5. So sánh các đặc tính của sơn phủ với các loại lớp phủ kẽm khác...............13
Bảng 1.6. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của các lớp phủ kẽm.....................................14
Bảng 1.7. Khả năng chịu ăn mòn và chiều dày lớp phủ vẩy kẽm.................................14
Bảng 2.1. Điều chỉnh độ nhớt của dung dịch...............................................................23
Bảng 3.1. Khối lượng 1 chi tiết mỗi loại......................................................................32
Bảng 3.2. Khối lượng mỗi loại chi tiết trên 1 m chiều dài băng tải.............................35
Bảng 3.3. Số lượng chi tiết trên 1 m chiều dài băng tải...............................................36
Bảng 3.4. Năng suất băng tải ứng với mỗi loại chi tiết...............................................36
Bảng 3.5. Năng suất băng tải ứng với mỗi loại chi tiết (chi tiết/ph)............................37
Bảng 3.6. Thời gian các bước trước khi sấy của mỗi loại chi tiết...............................39
Bảng 3.7. Khối lượng tối đa của mỗi loại chi tiết trên 1 mẻ nhúng.............................40
Bảng 3.8. Số lượng tối đa của mỗi loại chi tiết trong 1 mẻ nhúng...............................41
Bảng 3.9. Thời gian nhúng ứng với khối lượng chi tiết tối đa của hệ thống................41
Bảng 3.10. Nhịp cấp hàng của mỗi loại chi tiết...........................................................42
Bảng 3.11. Khối lượng thực tế mỗi loại chi tiết trên 1 mẻ nhúng................................43
Bảng 3.12. Hiệu suất sử dụng của hệ thống nhúng – vắt.............................................43

Bảng 3.13. Số mẻ sơn mỗi loại chi tiết........................................................................44
Bảng 3.14. Thời gian sơn phủ một lượt của mỗi loại chi tiết.......................................45
Bảng 3.15. Thời gian phủ yêu cầu của mỗi loại chi tiết..............................................46
Bảng 3.16. Nhịp cấp hàng của mỗi loại chi tiết...........................................................47
Bảng 3.17. Hiệu suất sử dụng của hệ thống nhúng – vắt.............................................48
Bảng 3.18. Diện tích tương đối của một chi tiết mỗi loại............................................50
Bảng 3.19. Năng lượng tiêu tốn...................................................................................51


Đồ án tốt nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp đòi hỏi công nghệ
cao như sản xuất ô tô, thiết bị điện tử, công nghiệp biển, quân sự, hàng không...công
nghệ chống ăn mòn phục vụ cho các chi tiết, kết cấu, máy móc, trang thiết bị...cũng
phát triển không ngừng. Một trong phương pháp chống ăn mòn được áp dụng phổ biến
hiện nay là tạo lớp phủ bề mặt. Lớp phủ bề mặt có tác dụng cách ly nền với môi
trường ăn mòn.
Có nhiều loại lớp phủ bề mặt như lớp phủ mạ điện phân, lớp phủ mạ nhúng
nóng, lớp phủ sơn tĩnh điện... Đó là những công nghệ phủ truyền thống.
Ngày nay, một công nghệ phủ mới với nhiều đặc tính nổi trội đã được ứng dụng
và phát triển trên toàn thế giới đó là công nghệ phủ vẩy kẽm. Với khả năng chống ăn
mòn tuyệt vời, không bị giòn hydro, hình thức đẹp, thân thiện với môi trường...lớp phủ
vẩy kẽm được đánh giá là lớp phủ cao cấp, được nhiều ngành công nghiệp hiện đại lựa
phục vụ cho trang trí và bảo vệ vật liệu khỏi ăn mòn.
Qua thực tế chứng minh, kẽm là một thành phần có khả năng chống được rỉ sét
và ăn mòn rất hiệu quả cho kim loại, đặc biệt là các kết cấu. Tuy nhiên, đối với các loại
sơn truyền thống hay sơn kẽm khác, lớp phủ có hàm lượng kẽm dưới 92% lại không
có khả năng chống rỉ sét tuyệt đối bởi chỉ cần bị một lỗ thủng rất nhỏ cũng đủ để các
tác nhân xâm thực có đường đột nhập vào nền và gây ra ăn mòn.
Công nghệ sơn phủ vẩy kẽm FC (zinc flake coating) cho phép tạo ra polymer

vô cơ - hữu cơ làm nền cho gradient vẩy hợp kim kẽm song song với bề mặt kim loại,
do đó tạo ra đặc tính ưu việt cho lớp phủ.
Cho đến nay lớp phủ vẩy kẽm ZFC được đặt hàng khá nhiều từ các công ty sản
xuất cơ khí, điện tử, hàng không...Thị phần của sản phẩm sơn phủ vẩy kẽm trên thế
giới ngày càng tăng cao.
Tuy vậy công nghệ này vẫn chưa được triển khai rộng rãi tại Việt Nam, lý do
chủ yếu là các vấn đề kỹ thuật, cụ thể là hợp chất hóa học sử dụng cho nhúng (phun)
tạo lớp phủ có công thức rất đặc biệt, việc pha chế, bảo quản, sử dụng dung dịch
nhúng đòi hỏi cao về tri thức công nghệ và kỹ năng...thường phải lệ thuộc vào các
chuyên gia nước ngoài.
Để tiếp cận và phát triển công nghệ còn mới tại Việt Nam này, dưới sự hướng
dẫn của GS.TS Mai Thanh Tùng, chúng em xin nhận Đồ án Tốt nghiệp với đề tài:
“Thiết kế dây chuyền sơn vẩy kẽm cho cột chống sàn và ốc vít công nghiệp
năng suất 8 tấn/ngày”.


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử
Trước những năm 70 của thế kỷ XX, ngành bảo vệ vật liệu kim loại đã ứng
dụng nhiều công nghệ khác nhau để tạo lớp phủ bề mặt chống ăn mòn như mạ điện
phân, mạ nhúng nóng, sơn tĩnh điện...
Những lớp phủ này có thể cho độ bền ăn mòn tương đối cao cao nhưng lại có
nguy cơ bị nứt bởi ăn mòn ứng suất do hydro. Quá trình mạ kẽm điện phân và những
giai đoạn trước đó như tẩy gỉ bằng axit mạnh…có ảnh hưởng lớn đến độ giòn của lớp
phủ do hydro gây ra.
Trong những năm 70 của thế kỷ XX, một hệ thống lớp phủ mới đã được phát
triển tại Hoa Kỳ, đó là lớp phủ vẩy kẽm (số bằng sáng chế 1376067). Độ dày của lớp
phủ này thường là 8-12μm. Hệ thống lớp phủ này tạo ra một mức độ bảo vệ cao,
chống lại sự ăn mòn và không bị giòn hydro.

Hệ thống phủ này chủ yếu được sử dụng cho các ốc vít, đai ốc, vòng đệm, bản
lề và thép có độ bền cao. Lợi thế của quá trình tạo lớp phủ này đáng kể, bao gồm tiền
xử lý không có HCl, nhiệt độ thấp (cỡ 280 °C) và đặc tính chống ăn mòn tuyệt vời [3].
Trong những năm của thập kỷ 80, 90 của thế kỷ XX, việc sử dụng hệ thống lớp
phủ này lan truyền rộng rãi hơn, ví dụ như trong ngành công nghiệp ô tô. Ngành công
nghiệp này cần hệ thống lớp phủ cung cấp mức độ chống ăn mòn cao. Vì lớp phủ vẩy
kẽm không tạo ra hydro trong bất kỳ một giai đoạn nào của quá trình hình thành lớp
phủ, nên chúng đã được sử dụng cho các ứng dụng quan trọng như là một thay thế cho
mạ điện.
Ngoài các ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hệ thống lớp phủ này cũng
được tìm thấy trong các hệ thống năng lượng gió, công nghiệp xây dựng, thiết bị điện
(xây dựng nhà máy), xe tải và các lĩnh vực khác.
Ngày này, với những ưu điểm nổi bật, công nghệ sơn phủ vẩy kẽm được ứng
dụng rộng rãi trong các lĩnh vực ô tô, kết cấu dân dụng, công trình biển, quân sự, hàng
không…Lượng mặt hàng đòi hỏi công nghệ này tăng liên tục trong 5 năm trở lại đây.
Do độ công nghệ này tương đối mới và là công nghệ cạnh tranh với nhiều công
ty, các bí quyết công nghệ thường được giữ kín phục vụ cho ốc vít, lò xo, gầm xe, chi
tiết dập, xích, kết cấu, cánh gió, tua bin, cột chống lò khai thác than… trong hàng cơ
khí, ô tô, hàng điện tử, thiết bị khai tác than, truyền tải điện...

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp
1.2. Đặc điểm công nghệ
1.2.1. Đặc điểm lớp phủ
CHƯƠNG 2. Cấu trúc lớp phủ
Lớp phủ vẩy kẽm ZFC (zinc flake coating) là loại lớp phủ cao cấp hơn mạ điện
phân, mạ kẽm nóng và sơn kẽm lạnh. ZFC không được tạo ra bằng điện phân mà bằng
việc tạo ra lớp phủ chứa vẩy kẽm kích thước cỡ 5-20m sắp xếp theo gradient song

song với bề mặt kim loại nền trên nền của polymer hữu cơ-vô cơ (hay còn gọi là hệ
kẽm hybrid).

Hình 1.1. Lớp phủ vẩy kẽm (Zinc flake coating)
a. Cấu tạo lớp phủ
b. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mặt cắt ngang lớp phủ vẩy kẽm ZFC
(x10 000)

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 3. Màu sắc
- Lớp phủ vẩy kẽm cho các màu đa dạng. Thông dụng nhất là màu satin ánh bạc
và màu đen

Hình 1.2. Màu lớp phủ vẩy kẽm (satin bạc và đen)
CHƯƠNG 4. Phân loại
-

Có nhiều cách phân loại khác nhau
+ Theo tính chất của chất kết dính:
 Hữu cơ
 Vô cơ
+ Theo thành phần Cr (VI) và dung môi, chia thành 3 nhóm:
 Lớp phủ flake kẽm chứa Cr (VI): Các bề mặt chứa Cr (VI) cung cấp khả
năng bảo vệ chống ăn mòn tốt hơn với lớp phủ mỏng hơn, nhưng Cr (VI)
gây ung thư và gây nguy cơ cho môi trường. Các nghị định mới của châu
Âu cấm sử dụng các bề mặt chứa Cr (VI)
 Lớp phủ vảy kẽm không chứa Cr (VI) dựa trên dung môi

 Lớp phủ vảy kẽm không chứa Cr (VI) không dung môi
 Ngày nay, lớp phủ vẩy kẽm được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô
không có chứa Cr (IV). Các nhà sản xuất ô tô v.v...đã đưa ra các thông số
kỹ thuật và quy tắc cung cấp riêng của họ để xác định các yêu cầu cho
các lớp phủ này

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp
-

Các thông số kỹ thuật cho lớp phủ vẩy kẽm được xác định theo tiêu chuẩn quốc
tế ISO 10683 và cũng theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 13858
+ ISO 10683 quy định các yêu cầu đối với lớp mạ kẽm cho ốc vít ren
+ EN 13858 mô tả các yêu cầu đối với lớp phủ kẽm cho ốc vít không có ren và
cho các bộ phận khác.
4.1.1. Dung dịch tạo lớp phủ

-

Hợp chất hóa học sử dụng cho nhúng (phun) tạo lớp phủ vẩy kẽm có công thức
rất đặc biệt, cho phép tạo ra polymer vô cơ - hữu cơ làm nền cho gradient vẩy
hợp kim kẽm song song với bề mặt kim loại, do đó tạo ra đặc tính ưu việt cho
lớp phủ.

-

Hệ sơn dùng trong công nghệ phủ vẩy kẽm nghiên cứu ở Đồ án này là sơn vô
cơ hệ silane (các polysilane) – phân tán vẩy kẽm.


Hình 1.3. Polysilane thông thường
-

Dung dịch tạo lớp phủ có nhiều loại khác nhau, loại không dung môi, loại dùng
dung môi (nước hoặc hữu cơ).

-

Màu sắc: Màu satin ánh bạc hoặc màu đen, các màu khác ít được ứng dụng

-

Việc pha chế, sử dụng, bảo quản dung dịch nhúng đòi hỏi cao về tri thức và kỹ
năng pha chế. Các các bí quyết công nghệ thường được giữ kín bởi các công ty,
tập đoàn công nghệ trong lĩnh vực này
4.1.2. Phương pháp tạo lớp phủ [1]

-

Vật liệu có thể được sơn phủ bằng phương pháp (kỹ thuật) phun hoặc nhúng:
+ Phương pháp phun
 Lớp phủ được phủ lên bề mặt chi tiết bằng súng phun. Phương pháp này
có thể được sử dụng trong một cơ sở phun hoàn toàn tự động.

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp
 Phương pháp này thường được sử dụng cho các chi tiết có kích thước lớn

hoặc phức tạp.
 Với phương pháp này, các chi tiết cần sơn sẽ được mắc lên một hệ thống
gá.

Hình 1.4. Gá treo đĩa phanh trong phương pháp phun
+ Phương pháp nhúng-quay
 Các chi tiết được cho vào một cái giỏ.
 Lớp phủ được thực hiện bằng cách nhúng giỏ vào một thùng chứa dung
dịch sơn phủ.
 Quá trình này được sử dụng cho các bộ phận có kích thước, khối lượng
nhỏ hơn, các chi tiết có bề mặt hõm, nhiều lỗ, hốc.

Hình 1.5. Giỏ làm việc trong phương pháp nhúng-vắt
4.1.3. Ưu điểm
Trang 5


Đồ án tốt nghiệp
-

Lớp phủ này có một loạt các ưu điểm quan trọng sau:
+ Độ bền ăn mòn: Độ bền ăn mòn của lớp mạ gấp 10-20 lần so với lớp mạ kẽm
nóng cùng chiều dày và hơn 5 - 6 lần lớp mạ kẽm điện phân (công nghệ cũ)
+ Không có ứng suất hydro
+ Lớp phủ mỏng (cỡ 8 - 12 micromet),độ phủ đồng đều cao nên có hình thức
đẹp, nhẵn, rất thích hợp với các chi tiết đòi hỏi thẩm mỹ công nghiệp và độ
chính xác cao (sai lệch phân bố chiều dày không quá 10%) (đặc biệt quan
trọng đối với các linh kiện điện tử kích thước bé cũng như không ảnh hưởng
đến sự phù hợp tối ưu giữa bu lông và đai ốc). Với các chi tiết nhiều hốc,
hõm, thì độ phủ đồng đều của ZFC ưu việt hơn mạ điện rõ rệt.

+ Khả năng bám dính bề mặt tuyệt vời (gấp 5-10 lần so với lớp phủ thông
dụng hiện tại)
+ Khả năng chịu nhiệt cao, thậm khả năng chống ăn mòn không thay đổi sau
nhiều lần sốc nhiệt gián đoạn
+ Kháng hóa chất tốt
+ Có độ dẫn điện nhất định
+ Đặc điểm ma sát tốt (trên bu lông và đai ốc)
+ Thân thiện với môi trường, công nghệ này không sử dụng dung môi, không
phải xử lý dung dịch trước khi phủ, không phải xử lý công nghệ bảo vệ môi
trường, giảm thiểu tối đa phát thải kim loại nặng, nước thải và chất thải rắn.
4.1.4. Ứng dụng

-

Do công nghệ này tương đối mới và là công nghệ cạnh tranh với nhiều công ty,
các bí quyết công nghệ thường được giữ kín phục vụ cho các chi tiết ô tô (bu
lông, đai ốc, lò xo, khung gầm xe...), cơ khí (dây xích, kẹp, chi tiết dập), kết cấu
dân dụng (cột chống sàn), tuabin gió, các kết cầu chịu ăn mòn khốc liệt (cột
chống lò khai thác than, thiết bị nhiệt điện…), ứng dụng trong quân sự, công
nghiệp biển hàng không…

-

Một số công ty rất nổi tiếng đang dẫn đầu về nghiên cứu phát triển công nghệ
này trên thế giới là NOF (Nhật Bản), ATOTECH (Đức), Tập đoàn Anochrome
(Anh)

-

Dưới đây là hình ảnh về các chi tiết ứng dụng công nghệ phủ vẩy kẽm:


 Bu lông, đai ốc

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.6. Bu lông đai ốc sơn phủ ZFC
 Lò xo

Hình 1.7. Lò xo sơn phủ ZFC
 Dây xích

Hình 1.8. Dây xích sơn phủ ZFC
 Chi tiết xe máy: cần số, chân phanh

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.9. Cần số, chân phanh sơn phủ ZFC
 Kẹp ống

Hình 1.10. Kẹp ống sơn phủ ZFC
 Thùng chứa thông minh

Hình 1.11. Thùng chứa thông minh sơn phủ ZFC
 Cột chống sàn

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.12. Cột chống sàn sơn phủ ZFC
 Ứng dụng trong hệ thống sử dụng năng lượng gió (tuabin gió), quân sự, công
nghiệp biển, hàng không, đường sắt..

Hình 1.13. Ứng dụng trong công nghiệp biển, đường sắt, quốc phòng, tuabin gió

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp
4.2. Một số loại sơn phủ vẩy kẽm
Trên thị trường, có nhiều loại sơn dùng trong công nghệ phủ vẩy kẽm khác
nhau, ta tìm hiểu đại diện 2 loại sơn DP-37 và DP-400
4.2.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất vật lý
Bảng 1.1. Đặc điểm, thành phần và tính chất vật lý cơ bản
Loại

DP-37

DP-400

Chất kết dính (polymer)

Vô cơ


Vô cơ

Kim loại

Zn, Al, Ti

Zn, Al, Ti

Dung môi

n-butanol

DP Thinner

Phụ gia

Ethyl cellulose,
silane

Ethyl cellulose,
silane

Màu bạc

Màu bạc

Dung dịch ban đầu

50-60 giây


40-45 giây

Khi sơn (nhúng, quay)

40-60 giây

35-40 giây

Phần không bay hơi (%)

55-60

57-62

Điều kiện sấy khô tiêu chuẩn

200oC x 30 phút

250oC x 30 phút

Chiều dày tiêu chuẩn

7m

9m

Lượng bám dính

200 mg/dm2


257 mg/dm2

Tính chịu nhiệt
(Nung ở 300oC trong 8 giờ liên tục)

Không vỡ, bong

Không vỡ, bong

Không vỡ, bong

Không vỡ, bong

Đặc điểm, thành phần

Thành phần

Màu sắc
Độ nhớt

Tính chịu va đập
(lực va đập 500g x 20cm x 0,5s)

4.2.2. Khả năng chịu ăn mòn và kháng hóa chất

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 5. Khả năng chịu ăn mòn theo chiều dày mạ

Bảng 1.2. Chiều dày lớp mạ và tính chịu ăn mòn

Loại sơn

Chiều dày
trung bình
(m)

Thời gian phát
sinh gỉ đỏ
(h)

5

200-300

7

350-500

muối

9

500-700

11

700-1000


+Vật được
sơn: Bu lông
M8x50

5
7,5
10

200-250
500-550
1000-1100

12.5

1400-1500

DP-37

DP-400
(thuộc nhóm có
tính chịu ăn
mòn cao)

Điều kiện thử
nghiệm

+Phun mù

+ Phun mù
muối

+
Vật
được sơn: Bu
lông M8x20

CHƯƠNG 6. Khả năng chịu ăn mòn theo nhiệt độ nung sấy
Bảng 1.3. Nhiệt độ nung sấy và khả năng chịu ăn mòn

Thời gian nung sấy Nhiệt độ nung sấy
Loại sơn

DP-400
(dày 7m)

(phút)

30

(oC)

Thời gian phát
sinh gỉ đỏ
(giờ)

200

504

220


672

240

672

260

1176

280

1176

300

1512

CHƯƠNG 7. Tính kháng hóa chất
Tính kháng hóa chất của lớp phủ hay còn gọi là khả năng chịu hóa chất của lớp
phủ được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1.4. Khả năng chịu hóa chất

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

Thời gian
nhúng

(giờ)

Mục thử nghiệm

Khả năng
chịu axit

Khả năng
chịu kiềm

Khả năng
chịu dầu mỡ

Kết quả

Axit Sunfuric 0,1N

24

Không có bất thường

Axit Sunfuric 5%

24

Bong

Axit HCl 0,1N

24


Không có bất thường

NaOH 5%

24

Bong toàn bộ bề mặt

Na2CO3

168

Đổi màu một chút

Xăng dầu

240

Không có bất thường

Dầu động cơ

240

Không có bất thường

Xylene

240


Không có bất thường

Ethanol

240

Không có bất thường

Coca-Cola

360

Không có bất thường

Nước táo ép

360

Không có bất thường

Khác

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp
7.1. So sánh các loại lớp phủ
Bằng việc so sánh giữa các loại lớp phủ, ta sẽ thấy được những đặc tính ưu việt
của lớp phủ vẩy kẽm.

Bảng 1.5. So sánh các đặc tính của sơn phủ với các loại lớp phủ kẽm khác

Lớp phủ

Phủ vẩy
kẽm ZFC

Mạ hợp kim
Zn kỹ thuật
cao

Mạ kẽm
thường

Mạ nhúng
kẽm (dày 1220μm)

(dày 812μm)

(dày 8-15μm)

(dày 815μm)

10 - 12000

25000

3000 - 6000

11000 -13000


15002000h

700-800h

200-300h

150-200h

Grade 3

Grade 4

Grade 4

Grade 4

120-150HV

300-320HV

250-260HV

200-220HV

150-250oC

150-200oC

150-200oC


250-300oC

Giòn hydro

Không

Có

Có

Có thể

Hình thức

Màu satin
ánh bạc,
đen bóng...

Rất đẹp, đa
dạng màu

Đẹp,
đa dạng màu
(đen tuyền,
vàng, xanh...)

Màu trắng, độ
bóng kém


Đơn giá
(VNĐ/kg vật mạ)
Khả năng chịu
ăn mòn
(Phun mù muối
(ASTM B117)
Độ bám dính
(ASTMB517)
Độ cứng
(ASTM E18)
Nhiệt độ
vận hành

(đen tuyền,
vàng, xanh…)

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp
Bảng 1.6. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của các lớp phủ kẽm

Lớp phủ

Phủ vẩy kẽm
ZFC

Mạ hợp kim
Zn kỹ thuật
cao


Mạ kẽm
thường

Mạ nhúng
kẽm

Chiều dày

8-12μm

8-15μm

8-15μm

12-20μm

Ứng dụng

Bu lông, đai ốc,
dây xích, lò xo
lớn nhỏ, chi tiết
dập hàng loạt
cho ô tô, kết
cấu, giao
thông…

Chi tiết tinh Xe máy, bàn
Kết cấu xây
xảo, ô tô,

ghế, nội thất
dựng, thiết bị,
điện tử, hàng xây dựng, kết
giao thông
không,
cấu..

Chống ăn
Công nghệ
Hao tổn kẽm
Chịu ăn mòn
mòn cao, đẹp cũ, chống ăn (mất mát 30Ưu thế/
tuyệt vời, năng
tinh tế, an
mòn chưa
40%). Ô
nhược điểm
suất cao
toàn môi
cao, độc hại
nhiễm môi
trường,
môi trường
trường.
Bảng 1.7. Khả năng chịu ăn mòn và chiều dày lớp phủ vẩy kẽm
và mạ hợp kim kỹ thuật cao
Lớp phủ
Khả năng
chịu ăn mòn
(Phun mù

muối (ASTM
B117)
Chiều dày
lớp phủ

Phủ vẩy
kẽm ZFC

1500-2000h

8-12μm

Mạ hợp kim Zn
kỹ thuật cao

700-800h

8-15μm

Tiêu chuẩn công
nghiệp Nhật Bản

Ghi chú

ZFC: t= 800-1500h

Theo tiêu
chuẩn JIS
H8618


Zn-Ni: t= 300-500h

5-10μm

Theo tiêu
chuẩn JIS
H8617

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp
7.2. Thị trường, thị phần của sản phẩm công
nghệ
Phân tích một số nội dung liên quan đến thị trường thế giới, thị trường trong
nước, dự kiến thị phần của sản phẩm.
7.2.1. Thị trường thế giới
-

Thị trường thế giới đối với sản phẩm mạ hợp kim: chiếm khoảng 1,3-1,5 tỷ
USD mỗi năm tập trung vào công nghiệp ô tô, điện tử.

-

Xu hướng thị phần cho các công nghệ mới sẽ ngày càng tăng do thay thế công
nghệ cũ, đồng thời mở ra các thị trường mới (như điện thoại di động, năng
lượng mới ...

-


Đối với phủ vẩy kẽm ZFC: lượng mặt hàng đòi hỏi công nghệ này tăng liên tục
trong 5 năm trở lại đây từ cỡ 0,3 tỷ USD (tính theo lượng sản phẩm) 2010 đã
tăng vọt khoảng 2 tỷ USD, chủ yếu trong các lĩnh vực ô tô, kết cấu dân dụng,
công trình biển, quân sự và hàng không.
7.2.2. Thị trường Việt Nam

-

Mạ phủ chống ăn mòn được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kết, cấu
xây dựng, cơ khí chế tạo tại Việt Nam...Đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp hỗ
trợ đòi hỏi các lớp phủ tính năng cao, chính xác cho giá trị gia tăng cao 15-20
lần so với các công nghệ cũ. Với nhu cầu bảo vệ chống ăn mòn ngày càng tăng,
sản lượng ước tính cần thiết lên đến 1.500 tỷ VNĐ/năm.

-

Ngoài ra công nghệ này đặc biệt quan trọng trong việc mở ra các thị trường mới
cho các doanh nghiệp sản xuất cơ khí xuất khẩu, dự kiến 2017 sẽ mở rộng
khoảng 230 tỷ tiền gia công phủ bề mặt.

-

Bên cạnh đó, một số công ty Việt Nam như Vinacomin, EVN, Petrovietnam
cũng như các ngành công nghiệp Quốc phòng cũng đòi hỏi những công nghệ
đặc chủng để tránh hư hỏng xuống cấp gây tổn thất không chỉ về tài sản mà còn
đến tiến độ sản xuất vận hành của ngành.

-

Mạ phủ của PLATO Vietnam hiện nay có phần lớn cho các sản phẩm cơ khí của

Công ty CP Cơ khí Phổ Yên (Fomeco). Cơ cấu sản phẩm được PLATO Vietnam
mạ của Fomeco được thể hiện ở hình 1.14. Dự kiến các công nghệ phủ vẩy kẽm
và mạ hợp kim Zn-Ni tại PLATO Vietnam sẽ phục vụ ngay các mặt hàng mới
xuất khẩu sang Nhật hoặc các doanh nghiệp sản xuất chi tiết điện tử, xe máy, ô
tô đang hoạt động tại Việt Nam. Ngoài ra một loạt các doanh nghiệp khác cũng
đang có nhu cầu đặt hàng các công nghệ này từ PLATO Vietnam.

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.14. Các sản phẩm cơ khí gia công mạ phủ FOMECO
7.3. Khó khăn, thách thức
-

Cho đến nay lớp phủ vẩy kẽm ZFC được đặt hàng khá nhiều từ các công ty sản
xuất cơ khí, điện tử. Tuy vậy công nghệ này vẫn chưa được triển khai rộng rãi
tại Việt Nam, lý do chủ yếu là các vấn đề kỹ thuật, cụ thể là:
+ Hợp chất hóa học sử dụng cho nhúng (phun) tạo lớp phủ có công thức rất
đặc biệt, việc pha chế, bảo quản, sử dụng dung dịch nhúng đòi hỏi cao về tri
thức và công nghệ và thường phải lệ thuộc vào các chuyên gia nước ngoài
+ Quy trình sản xuất tuy khá tương đồng với dây chuyền sơn đơn giản, nhưng
ẩn chứa trong một số công đoạn (nhúng, đóng rắn, sấy...) đòi hỏi cao các
nghiên cứu thích ứng và kỹ năng của các cán bộ kỹ thuật

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 8. CÔNG NGHỆ
8.1. Nguyên lý công nghệ
8.1.1. Hình thành lớp phủ
-

Về cơ bản đây, lớp phủ ZFC cũng được hình thành theo nguyên lý chung của
lớp phủ sơn thông thường song những bí quyết công nghệ để tạo dung dịch sơn
phủ (được giữ kín) đã làm lớp phủ ZFC có cấu trúc đặc biệt và những tính năng
ưu việt:
+ Lớp phủ chứa vẩy kẽm (kích thước 5-20m) và hợp kim kẽm sắp xếp theo
các gradient trên nền của polymer hữu cơ-vô cơ

Hình 2.15. Cấu trúc lớp phủ ZFC
+ Điều đặc biệt ở đây là hóa chất dùng để tạo lớp phủ có công thức đặc biệt
cho gradient vẩy hợp kim kẽm song song với bề mặt kim loại, do đó tạo ra
đặc tính ưu việt cho lớp phủ. Để được như vậy, quá trình đóng rắn, sấy phải
tuân thủ theo những chế độ nhất định
+ Trong quá trình phủ, bề mặt thép kim loại hình thành lớp oxit thụ động bảo
vệ hiệu quả bề mặt
+ Để chống ăn mòn tốt, bất kỳ hạt kẽm nào trong cấu trúc lớp phủ phải tiếp
xúc tốt với nền và các hạt lân cận của nó. Ở đây, hạt kẽm ở dạng tiểu cầu
hoặc mảnh (vẩy) kẽm có kích thước khoảng 15m, thì sự gia tăng bề mặt
cho phép tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt kim loại với nhau và với nền.
Kết quả là tăng khả năng chống ăn mòn. [2]

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp
8.1.2. Cơ chế bảo vệ

-

Lớp phủ này bảo vệ nền kim loại theo 4 cơ chế:
+ Cơ chế barrier (cơ chế hàng rào bảo vệ): Tức là các lớp vẩy kẽm và hợp kim
kẽm xếp kín theo nhiều tầng che chắn hiệu quả sự thâm nhập của môi trường
bên ngoài tới bề mặt cần bảo vệ.

Hình 2.16. Cấu trúc barrier của lớp phủ ZFC
+ Cơ chế chống ăn mòn vi pin (galvanic corrosion): Kẽm bảo vệ catot bề mặt.
Zn → Zn2+ + 2e-

E0 = - 0,7618

Fe → Fe2+ + 2e-

E0 = - 0.44

 Khi tiếp xúc với thép, nhôm, kẽm và cadmium...kẽm sẽ bảo vệ bề mặt
nền bằng việc đóng vai trò là anot hy sinh.
+ Cơ chế thụ động: Trong quá trình phủ, bề mặt thép kim loại hình thành lớp
oxit thụ động bảo vệ hiệu quả bề mặt
+ Cơ chế tự sửa chữa: Khi ăn mòn xảy ra tại một điểm, cacbonat hình thành do
phản ứng của lớp phủ với độ ẩm ngay lập tức che bịt phần thép đang bị ăn
mòn tấn công, do đo ngay lập tức ngăn cản ăn mòn tiếp tục xảy ra

Hình 2.17. Cơ chế hình thành sản phẩm cacbonat

Trang 18



Đồ án tốt nghiệp
8.2. Quy trình công nghệ chung
8.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ
Quy trình chung của công nghệ phủ vẩy kẽm được thể hiện ở hình 2.4

Hình 2.18. Quy trình chung của công nghệ phủ ZFC

Trang 19