Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện

1 
 MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Nguyên công mài ngày càng chiếm một tỷ trọng lớn trong gia công chi 
tiết máy vì mài có thể đạt chính xác cao và đóng vai trò quyết định đến chất 
lượng sản phẩm. Trong đó, đá mài đóng vai trò quan trọng đến chất lượng và giá 
thành mài. Đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (PPMĐ) 
có nhiều ưu điểm trong việc gia công các loại vật liệu có độ cứng cao, trong các 
nguyên công mài định hình, hay chế tạo đá mài dùng để sửa đá. Ngoài ra, đá mài 
này còn có các ưu điểm như thời gian chế tạo nhanh, tiết kiệm hạt mài nên giá 
thành thấp. 
Hiện nay ở Việt Nam, các loại đá CBN liên kết kim loại bằng PPMĐ 
đang được các công ty của nước ngoài sử dụng để gia công cơ khí khá phổ biến 
và chúng được nhập khẩu, trong khi ở trong nước chưa có công trình nghiên cứu 
nào về vấn đề này, cũng như chưa nắm được công nghệ sản xuất chúng. Vì vậy, 
đề tài “Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên 
kết kim loại bằng phương pháp mạ điện” nhằm đặt cơ sở ban đầu cho việc 
nghiên cứu chế tạo loại đá mài này trong nước. 
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án 
- Nghiên cứu chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng PPMĐ. 
- Đánh giá độ bền của cầu liên kết và tính cắt gọt của đá mài được chế tạo. 
3. Đối tƣợng nghiên cứu 
Đá mài CBN đơn lớp chế tạo bằng PPMĐ trên nền thép C45 và tính cắt của 
loại đá được chế tạo này. 
4. Phƣơng pháp nghiên cứu 
- Phương pháp theo mẫu: Tiến hành phân tích mẫu đá mài CBN liên kết 
kim loại bằng PPMĐ do Nhật Bản và Trung Quốc sản xuất để có các cơ sở lý 
thuyết và thực tế phục vụ cho quá trình nghiên cứu. 
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm: 
Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các các thông số công nghệ 
khi chế tạo đá mài. Nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng trong quá trình chế 
tạo đá và thực nghiệm mài để đánh giá đặc tính mài của đá được chế tạo. 
5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 
- Nghiên cứu công nghệ chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại 
PPMĐ dạng hình trụ, có đường kính từ 10-15, chiều dài từ 10-15mm, kích 
cỡ hạt mài CBN để chế tạo đá mài: #140/170 tương ứng với kích cỡ hạt mài từ 
90-106 m. 
- Đánh giá tính cắt gọt của đá mài khi gia công mặt phẳng. Chỉ giới hạn 
đánh giá hai yếu tố cơ bản đặc trưng cho khả năng cắt gọt của đá mài là hệ số 
mài và nhám bề mặt của chi tiết mài. 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 
Ý nghĩa khoa học: 
2 
Kết quả nghiên cứu có những ý nghĩa khoa học sau: 
- Phân tích, đánh giá và lựa chọn công nghệ mạ điện phù hợp để chế tạo đá 
mài đơn lớp CBN; 
- Xây dựng được công thức xác định hệ số phân bố hạt mài (KPBQU và KPBT), 
căn cứ và đó thiết lập được phương trình xác định chiều dày chôn lấp gần đúng 
của hạt mài khi mạ. 
- Xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ (mật độ dòng, thời 
gian, tốc độ quay của chi tiết, nhiệt độ) của phương pháp mạ điện niken đến sự 
phân bố của hạt mài trên bề mặt của đá mài chế tạo; 
- Đánh giá được khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo theo hai yếu tố là hệ 
số mài G và nhám bề mặt Ra, Rz. 
- Bước đầu đặt cơ sở khoa học cho việc đưa ra được công nghệ chế tạo đá 
mài CBN liên kết kim loại niken bằng phương pháp mạ điện tại Việt Nam. 
 Ý nghĩa thực tiễn: 
Kết quả nghiên cứu của luận án đặt khởi đầu cho việc nghiên cứu chế tạo đá 
mài CBN liên kết kim loại niken bằng phương pháp mạ điện và chế thử ở quy 
mô phòng thí nghiệm, có thể áp dụng vào thực tế sản xuất trong nước. Các kết 
quả của đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho công tác giảng dạy và nghiên cứu 
khoa học trong lĩnh vực chế tạo đá mài. 
7. Kết quả nghiên cứu của đề tài 
- Đề xuất một phương pháp chế tạo và một bộ các thông số công nghệ để 
chế tạo đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại bằng PPMĐ. 
- Phương pháp đánh giá được khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo bằng 
PPMĐ. 
8. Nội dung nghiên cứu và bố cục của luận án 
Nội dung của luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Tổng quan 
về vấn đề nghiên cứu; Chương 2: Vật liệu thí nghiệm và phương pháp nghiên 
cứu; chương 3: Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng thiết bị thí nghiệm; 
Chương 4: Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài. 
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 
1.1. Quá trình mài, đá mài CBN và đá mài CBN đơn lớp 
1.1.1. Quá trình mài 
Nguyên công mài ngày càng chiếm một tỷ trọng lớn trong gia công các chi 
tiết máy vì mài là phương pháp gia công chính xác cao, đóng vai trò quyết định 
đến chất lượng sản phẩm. 
1.1.2. Đá mài – thành phần và cấu trúc 
Đá mài đóng vai trò quan trọng đến chất lượng và giá thành mài. Cấu trúc 
của đá mài là một thể gồm 3 pha: Hạt mài, chất dính kết và khoảng trống. 
3 
1.1.3. Đá mài CBN 
Đá mài CBN ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực mài. Hạt mài 
CBN có độ cứng xấp xỉ 4500 kG/mm
2
 cứng thứ 2 sau kim cương, có tính chịu 
nhiệt cao, có tính dẫn nhiệt tốt, có khả năng chống mòn cao khi mài các hợp kim 
có chứa các bon. Đá mài CBN được chế tạo ở dạng đơn lớp hoặc đa lớp. 
1.1.4. Các phương pháp chế tạo đá mài CBN 
1.1.4.1. Đá mài CBN đa lớp (đá mài phổ thông) 
Đá mài CBN đa lớp chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết với 
chất dính kết (CDK) là chất thủy tinh hóa và kim loại, ngoài ra có thể chế tạo 
bằng phương pháp lưu hóa với chất liên kết nhựa. 
1.1.4.2. Đá mài CBN đơn lớp 
Đá mài đơn lớp CBN được chế tạo bằng 3 phương pháp sau: phương pháp 
hàn cứng, phương pháp mạ hóa học và PPMĐ. 
+ Phương pháp hàn cứng : Đây là phương pháp gắn hạt mài lên lõi đá bằng kim 
loại nhờ phản ứng hóa học giữa hạt mài, hợp kim hàn và lõi đá, chiều dầy lớp 
phủ khoảng 20  30 % kích thước trung bình của hạt mài cho phép tạo ra 
khoảng thoát phoi lớn và giảm được lực mài. Tuy nhiên, quá trình hàn thực hiện 
ở nhiệt độ lên đến 1000 °C, do đó làm giảm độ bền của các hạt, gây biến dạng 
lõi đá và xung quanh vị trí hạt mài chịu ứng suất kéo khi nguội. Thiết bị chế tạo 
đắt tiền và yêu cầu khắt khe với vật việu lõi đá. 
+ Phương pháp mạ hóa học: Sử dụng phương pháp mạ hóa học niken-photpho 
cùng với xử lý nhiệt cho phép tăng độ bền của lớp mạ niken. Nhược điểm của 
phương pháp này là năng suất thấp, giá thành thiết bị cao, nhiệt độ kết tủa cao dễ 
xuất hiện vết nứt do độ dòn của lớp liên kết. 
+ Phương pháp mạ điện: PPMĐ là phương pháp phổ biến để chế tạo đá mài đơn 
lớp, thực hiện ở nhiệt độ thấp (dưới 100 
o
C). Ưu điểm của đá mài này là các hạt 
mài phân bố đồng mức trên bề mặt lõi đá, topography của đá mài không dựa vào 
việc sửa đá mà phụ thuộc vào profile của lõi đá bằng kim loại. Chế tạo đá mài 
CBN bằng PPMĐ có ưu điểm là năng suất cao và thiết bị đơn giản, dễ dàng chế 
tạo đá mài mỏng, đá mài định hình để gia công các bề mặt định hình mà không 
cần sửa đá. Đồng thời, có thể tái sử dụng lõi đá sau khi các hạt mài bị mòn do đó 
nâng cao hiệu quá kinh tế khi sử dụng loại đá mài này. 
1.2. Phƣơng pháp chế tạo đá mài bằng PPMĐ 
1.2.1 Khái niệm về PPMĐ 
1.2.1.1. Sự hình thành lớp phủ kim loại mạ trên catốt 
1.2.1.2. Lớp mạ composite và kỹ thuật tạo lớp mạ composite 
Lớp mạ composite được tạo ra bằng cách đồng kết tủa các hạt rắn với kim 
loại mạ từ một dung dịch huyền phù. Dung dịch huyền phù được tạo ra bằng 
cách cho trộn lẫn một lượng hạt rắn xác định vào dung dịch mạ. 
4 
1.2.1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình mạ điện. 
Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình mạ điện bao gồm: Ảnh hưởng của mật 
độ dòng điện; ảnh hưởng của độ pH; ảnh hưởng của nhiệt độ; ảnh hưởng của 
thành phần dung dịch; ảnh hưởng của tốc độ khuấy; ảnh hưởng của việc chuẩn 
bị bề mặt chi tiết; ảnh hưởng của thời gian mạ. 
1.2.2 Ứng dụng PPMĐ để hình thành cầu liên kết của đá 
Chế tạo đá mài CBN bằng PPMĐ chính là sử dụng công nghệ mạ 
composite để chế tạo lớp phủ hạt CBN. Tuy nhiên, các hạt CBN không bị chôn 
lấp hoàn toàn mà chỉ bị chôn lấp một phần để tạo phần nhô của hạt CBN ra 
ngoài lớp mạ là những lưỡi cắt thực hiện quá trình cắt kim loại. 
1.2.2.1. Vật liệu chất dính kết 
Đá mài CBN đơn lớp chế tạo bằng PPMĐ sử dụng niken là chất liên kết. 
Quá trình chế tạo đá mài CBN đơn lớp bằng PPMĐ với chất liên kết là niken là 
sự đồng kết tủa của Ni-CBN trên nền kim loại. 
1.2.2.2. Dung dịch mạ 
Hai loại dung dịch phù hợp để tạo lớp mạ niken và niken composite khi chế 
tạo đá mài là dung dịch Watts và dung dịch sulphamate. Tuy nhiên, dung dịch 
sunfamate có nhược điểm lớp mạ dễ bị tách khỏi lớp nền, độc và giá thành cao 
nên dung dịch Watts là dung dịch được chọn để chế tạo lớp mạ niken và lớp mạ 
niken composite. 
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 
 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 
A. K. Chattopadhyay và cộng sự, nghiên cứu cải tiến đá mài đơn lớp CBN 
chế tạo bằng PPMĐ để thực hiện quá trình mài. Khi quan sát bề mặt đá mài 
CBN chế tạo bằng PPMĐ có sự nhô lên của CDK mạ điện tại khoảng không 
gian giữa các hạt mài làm giảm khả năng cắt của đá mài. 
Có một số nghiên cứu chế tạo đá mài vi mô bằng PPMĐ với đường kính 
dao nhỏ =100  500 µm, sử dụng các hạt kim cương có kích thước nhỏ 2  4 
µm, 7,5  12 µm và 8  16 µm. Yu Zhang và cộng sự, nghiên cứu chế tạo đá 
mài kim cương chế tạo bằng PPMĐ bằng cách sử dụng hạt kim cương phủ một 
phần niken. Trong đó các hạt kim cương phủ niken được tách một phần lớp phủ 
niken, sau đó thực hiện quá trình mạ lên phôi là thép JIS S45C. Hạt mài được sử 
dụng để chế tạo có kích thước 30 40 µm. Dung dịch sử dụng để mạ composite 
là sulfamate và dung dịch để mạ trước và sau khi mạ composite là dung dịch 
Watts. 
1.3.2.Tình hình nghiên cứu trong nước 
Trong nước hiện chưa có công trình nghiên cứu nào về chế tạo đá mài CBN 
liên kết kim loại bằng PPMĐ. Tuy nhiên, liên quan đến việc sử dụng công nghệ 
mạ composite để chế tạo các lớp mạ chức năng có một số công trình nghiên cứu 
công nghệ mạ composite niken bằng dung dịch Watts với các hạt Al2O3, TiO2, 
5 
CeO2 hoặc CNTs biến tính có kích thước nano để tạo các chức năng chịu mài 
mòn, xúc tác, bề ăn mòn hoặc siêu kỵ nước trên bề mặt kim loại. 
1.4. Giới hạn nghiên cứu của đề tài: 
Trong phạm vi luận án, nội dung nghiên cứu sẽ được thực hiện là: Nghiên 
cứu chế tạo đá mài CBN đơn lớp bằng PPMĐ bằng dung dịch Watts với các 
thông số kỹ thuật: 
+ Đá mài hình trụ, đường kính từ 10  15 mm, chiều dài 10  15 mm; Kích 
cỡ hạt mài CBN để chế tạo đá mài: #140/170 tương ứng với kích cỡ hạt mài từ 
90  106 m; Chất liên kết là niken mạ điện hóa. 
+ Đánh giá tính cắt gọt của đá mài khi mài phẳng thông qua hai thông số là: 
Hệ số mài của đá và nhám bề mặt của chi tiết gia công. 
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 
Từ các kết quả nghiên cứu tổng quan, các kết luận sau được rút ra: 
- Có ba phương pháp để chế tạo đá mài đơn lớp hiện được sử dụng: Hàn 
cứng, mạ hóa học và mạ điện. Trong đó phương pháp mạ điện có ưu điểm là 
năng suất cao, thiết bị không đòi hỏi phức tạp, có thể chế tạo được đá mài có 
chất lượng tốt và phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. 
- Có thể chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện bằng công nghệ 
mạ composite Ni-CBN để tạo lớp phủ hạt mài trên bề mặt lõi kim loại. Đặc điểm 
của quá trình mạ composite Ni-CBN là kích thước hạt CBN nằm trong khoảng 
90  106 m, nhưng phải được gắn kết một phần với lớp mạ và một phần phải 
nhô lên bề mặt để thực hiện chức năng mài. Dung dịch Watts được sử dụng để 
thực hiện quá trình mạ niken và composite Ni-CBN. 
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là chế tạo được đá mài CBN liên kết kim 
loại bằng phương pháp mạ điện ở phạm vi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 
với các thông số kỹ thuật: Đá mài hình trụ, đường kính từ 10  15 mm, chiều dài 
10  15 mm, kích cỡ hạt mài CBN để chế tạo đá mài: #140/170 tương ứng với 
kích cỡ hạt mài từ 90  106 m. 
CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị 
2.1.1. Mẫu và vật liệu: 
 Mẫu đá mài: Đá mài CBN liên kết kim loại bằng PPMĐ do hãng Okazaki 
của Nhật Bản và đá mài của Trung quốc. 
Vật liệu hạt mài: Sử dụng 2 loại hạt để nghiên cứu. 
+ Loại hạt 1: Hạt SiC, cỡ hạt 140/170 (90  106 µm), dùng để khảo sát ban 
đầu và đánh giá chất lượng của thiết bị. Khối lượng riêng: 3,21g/cm
3
 của Công 
ty Cổ phần đá mài Hải Dương. 
+ Loại hạt 2: Hạt CBN sử dụng để tạo lớp mạ Composite Ni-CBN là CBN 
10A+ có màu vàng, có cỡ hạt 140/170 (90 ÷ 106 µm). Khối lượng riêng: 3,48 
g/cm
3
 của hãng Changsha 3 Better Ultra-Hard Materials Co.,Ltd, Trung Quốc. 
6 
Vật liệu điện cực anốt: Điện cực niken dạng tấm, lá. 
Vật liệu lõi đá mài (catốt): là C45 được gia công có đường kính 10 ÷ 12 
mm và chiều dài phần mạ 10 ÷ 12 mm, được gia công nhẵn, đánh bóng, rửa 
sạch, tẩy dầu mỡ, tẩy rỉ và sấy khô. 
Vật liệu phôi mài: Vật liệu phôi mài là thép SDK11 có kích thước 
24x45x10 mm, nhiệt luyện để đạt độ cứng 60  63 HRC 
2.1.2. Hóa chất và thiết bị 
Hóa chất: Các hóa chất để pha dung dịch mạ niken: NiSO4.7H2O: 300 g/L; 
NiCl2. 6H2O: 60 g/L; H3BO3 : 30 g/L; Natri lauryl sunphat: 0,1-0,15 g/L. 
Các hóa chất để pha dung dịch mạ composite Ni-CBN: NiSO4.7H2O: 300 
g/L; NiCl2. 6H2O: 60 g/L; H3BO3 : 30 g/L; Natri lauryl sunphat: 0,1-0,15 g/L, 
hạt CBN cỡ hạt #140/170: 160 g/L. 
Thiết bị và dụng cụ thực hiện quá trình mạ điện: Cốc, bể thí nghiệm, nguồn điện 
mạ, máy khuấy từ gia nhiệt. 
Thiết bị đánh giá chất lượng lớp mạ:Kính hiển vi quang học CNU500X; Kính 
hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL JSM-6510LV; Cân phân tích điện tử 4 số 
AB204-5: Máy đo nhám bề mặt SJ 400; Panme điện tử Mitutoyo Series 293-
240. 
2.2. Phƣơng pháp xác định đặc tính lớp mạ composite Ni-CBN 
2.2.1. Xác định thành phần hóa học 
Sử phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) để xác định thành 
phần hóa học của lớp phủ. 
2.2.2. Xác định mật độ phân bố hạt mài trên bề mặt 
- Quan sát trên kính hiển vi quang học: Nhằm quan sát mức độ phân bố của 
hạt mài trên bề mặt mẫu. 
- Quan sát bằng SEM: Cho phép quan 
sát ở tỷ lệ lớn hơn và xác định mật độ phân 
bố của hạt mài bằng cách đếm hạt tại hai vị 
trí bất kỳ trên bề mặt mẫu lấy giá trị trung 
bình để xác định hệ số KPBT. 
- Xác định hệ số phân bố KPBQU: 
 (hạt/mm
2
) (2-8) 
Trong đó mhạtCBN là khối lượng hạt 
CBN được xác định bằng chênh lệch của 
khối lượng mạ và khối lượng của niken mạ. 
2.2.3. Xác định chiều dày lớp mạ 
Để xác định chiều dày lớp mạ có 2 
phương pháp: 
- Tính toán chiều dày lớp mạ: 
Hình 2.8. Sơ đồ tính chiều dày 
lớp mạ 
7 
Sơ đồ tính chiều dày lớp mạ được mô tả như hình 2.8, với các giả thiết sau: 
Các hạt mài phân bố đồng đều trên bề mặt của lớp mạ; Các hạt mài hình cầu và 
có kích thước bằng nhau Rh; Khối lượng niken mạ tính theo định luật Faraday. 
Chiều dày lớp mạ  được xác định từ phương trình 2-19: 
    (2-19) 
Trong đó : ; ; ; 
- Đo chiều dày lớp mạ: 
Tiến hành làm mẫu cắt ngang mẫu đá mài sau đó tiến hành đo chiều dày lớp 
mạ và chụp ảnh SEM. 
2.2.4. Đánh giá độ bền liên kết của hạt mài và kim loại liên kết 
 Máy mài thử nghiệm được thể hiện 
 ...  91,35. Hệ số KPBQU và KPBT có thể chênh lệch từ 9,41 đến 
13,47 nhưng dạng đường cong quan hệ giữa 2 hệ số KPBQU và KPBT đều cho thấy 
là khi thời gian mạ tăng thì lượng hạt CBN trên bề mặt phôi mạ tăng. 
4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch mạ. 
Bảng 4.9. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch mạ đến chiều dày 
lớp mạ và hệ số KPBQU và KPBT (i= 3 A/dm
2
, nct = 0,7 v/phút, tm =5 phút) 
Bảng 4.9 trình bày các 
kết quả thí nghiệm liên quan 
KPBQU, KPBT và chiều dày 
chôn lấp của hạt CBN tại các 
nhiệt độ dung dịch mạ T= 
50; 55; 60
o
C với các mẫu 
M14; M3 và M13. 
Hình 4.23 là các ảnh 
SEM bề mặt của các mẫu. 
Hình 4.25 biểu diễn ảnh 
hưởng không đáng kể của 
nhiệt độ dung dịch mạ đến 
KPBT và KPBQU của hạt trên 
bề mặt mạ. Từ các kết quả 
trên có thể nhận thấy: 
- Các hạt CBN phân bố 
tương đối đồng đều trên bề 
mặt lớp mạ. Nhiệt độ dung 
dịch mạ ảnh hưởng không 
đáng kể đến mức độ phân bố của hạt mài trên bề mặt phôi mạ trong khoảng 
nhiệt độ từ 50-60 
o
C 
- Khi nhiệt độ dung dịch mạ tăng từ 50; 55; 60
 o
C, thì hệ số KPBQU nhận các 
giá trị 63,20; 66,20; 65,29 còn hệ số KPBT nhận các giá trị 74,23; 76,26; 75,86. 
Hệ số KPBQU và KPBT có thể chênh lệch từ 10,57 đến 11,03 nhưng dạng đường 
Hình 4.23. Ảnh SEM các mẫu M14, M3 và M13 
18 
cong quan hệ giữa 2 hệ số KPBQU và 
KPBT đều cho thấy khi nhiệt độ mạ 
thay đổi thì ảnh hưởng rất ít đến sự 
phân bố của hạt mài trên bề mặt phôi 
mạ. 
4.2.5. Ảnh hưởng đồng thời của đa 
yếu tố đến sự phân bố của hạt mài 
trong lớp mạ. 
4.2.5.1. Kế hoạch thí nghiệm đồng thời 
ba yếu tố 
Căn cứ vào các thí nghiệm ở 
trên, khoảng biến thiên của các yếu tố 
được lựa chọn như sau: Mật độ dòng được chọn biến đổi từ 3-8 A/dm
2
 ; Tốc độ 
quay của chi tiết mạ được chọn biến đổi từ 0,7 - 1,3 vòng/ phút; Thời gian mạ 
composite được chọn khoảng biến đổi từ 5- 10 phút. 
4.2.5.2. Kết quả thí nghiệm. 
Kết quả thí nghiệm với các các thông số thí nghiệm được trình bày 
trong bảng 4.12. 
Bảng 4.12. Kết quả và thông số thí nghiệm ảnh hưởng của ba yếu tố 
TT 
Biến mã hóa Biến thực KPBT 
A B C n T i KPBT1 KPBT2 
1 -1 -1 -1 0,7 5 3 75,04 76,26 
2 +1 -1 -1 1,3 5 3 70,96 69,74 
3 -1 +1 -1 0,7 10 3 83,20 84,01 
4 +1 +1 -1 1,3 10 3 79,12 79,93 
5 -1 -1 +1 0,7 5 8 89,72 91,35 
6 +1 -1 +1 1,3 5 8 81,57 83,61 
7 -1 +1 +1 0,7 10 8 96,25 99,10 
8 +1 +1 +1 1,3 10 8 87,28 88,91 
9 -1 0 0 0,7 7,5 5,5 84,01 83,61 
10 +1 0 0 1,3 7,5 5,5 78,71 79,12 
11 0 -1 0 1 5 5,5 79,12 77,08 
12 0 +1 0 1 10 5,5 86,46 84,01 
13 0 0 -1 1 7,5 3 79,12 76,26 
14 0 0 +1 1 7,5 8 90,54 92,17 
15 0 0 0 1 7,5 5,5 83,61 81,16 
16 0 0 0 1 7,5 5,5 79,12 81,57 
4.2.5.3. Xác đinh phương trình hồi quy (PTHQ) 
Sử dụng phần mềm Minitab 17.0 để xử lý kết quả thực nghiệm, PTHQ theo 
biến thực có dạng: 
 KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i (4-3) 
Hình 4.25. Quan hệ của KPB và 
nhiệt độ mạ 
19 
Dựa vào PTHQ (4.4) vẽ được đồ thị 3D của hàm mật độ phân bố KPBT với 
các thông số thời gian mạ, mật độ dòng và tốc độ quay thể hiện trên hình 4.26. 
PTHQ cho thấy hệ số của yếu tố tốc độ quay của chi tiết là hệ số - 3,13 có nghĩa 
là khi tốc độ quay của chi tiết mạ tăng thì hệ số phân bố giảm. Hệ số của yếu tố 
thời gian mạ t bằng 1,476 cũng cho thấy khi thời gian mạ tăng thì mật độ dòng 
tăng. Trong khi đó hệ số của yếu tố mật độ dòng i lại bằng -0,049, nhưng hệ số 
của i
2
 lại bằng 0,3586 nên ảnh hưởng của mật độ dòng không tuyến tính, nhưng 
khi mật độ dòng tăng thì mật độ phân bố của hạt mài cũng tăng. Còn tương tác 
của hai yếu tố n.i cũng ảnh hưởng làm giảm hệ số KPBT do hệ số âm. 
a) Quan hệ của hệ số 
KPBT với n và t 
b) Quan hệ của hệ số 
KPBT với n và i 
c) Quan hệ của hệ số 
KPBT với t và i 
Hình 4.26. Đồ thị 3D quan hệ của hệ số KPBT và thông số công nghệ mạ 
Qua các đồ thị các hình 4.26 nhận thấy: 
- Trong vùng thí nghiệm không xuất hiện cực trị của hàm mật độ phân bố, 
điều này cũng logic vì trong khoảng thí nghiệm khi mật độ dòng và thời gian mạ 
tăng và tốc độ quay giảm thì mật độ phân bố KPBT tăng. Tuy nhiên, mật độ phân 
bố KPBT không phải càng cao càng tốt mà chỉ nằm trong một phạm vi hợp lý. Vì 
nếu mật độ quá cao dễ xảy ra sự xếp chồng của các hạt mài trong quá trình mạ 
sẽ làm cho liên kết không tốt của các hạt mài với lớp lõi, đồng thời sẽ làm giảm 
khoảng thoát phoi và thoát nhiệt trong quá trình mài, ảnh hưởng xấu đến quá 
trình cắt trong vùng mài. 
- PTHQ trong nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng là cho phép dự đoán mật 
độ phân bố hạt KPBT ứng với bộ thông số thí nghiệm hoặc khi yêu cầu mật độ 
phân bố hạt sẽ dự báo bộ thông số thí nghiệm cần thiết. 
4.3. Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo 
Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo cần đánh giá độ bền cầu liên 
kết và đánh giá khả năng cắt gọt thông qua một số yếu tố: hệ số mài và nhám bề 
mặt của chi tiết mài. 
20 
4.3.1. Quan sát cầu liên kết sau khi chế tạo bằng PPMĐ 
Quan sát mức độ liên kết của hạt mài CBN với kim loại mạ trên các ảnh 
SEM chụp bề mặt của đá mài (hình 4.28) có thể nhận thấy, có sự gắn kết tốt 
giữa hạt mài CBN và kim loại mạ, bề mặt của đá mài chế tạo cũng tương tự như 
đá mài của Nhật Bản (hình 4.1). Quan sát trên ảnh chụp mặt cắt ngang của mẫu 
như hình 4.29 cũng nhận thấy các hạt mài đã bị chôn lấp 1 phần, liên kết giữa 
lớp mạ và kim loại nền rất tốt không bị tách lớp. Quan sát sự liên kết của hạt mài 
và lớp mạ và lớp mạ và lõi đá của đá mài chế tạo hình 4.30 và của đá mài do 
Nhật Bản chế tạo hình 4.3 và hình 4.4 cũng không khác nhau. 
 a)M5 tỷ lệ 200 b)M5 tỷ lệ 800 c)M7 tỷ lệ 200 d)M7 tỷ lệ 800 
Hình 4.28. Ảnh chụp bề mặt mẫu M5 và M7 
Chiều dày của lớp mạ niken 
nền có chiều dày khoảng 12-17 
µm và chiều sâu chôn lấp hạt 
khoảng 55 µm. Một số hạt mài 
trong quá trình làm mẫu kim 
tương bị bong ra nhưng vẫn để lại 
những khoảng rỗng của hạt mài. 
Để đánh giá mức độ liên kết 
của hạt mài với thân kim loại cần 
tiến hành mài thử nghiệm để xem xét khả năng cắt của đá mài chế tạo, từ đó sẽ 
đưa ra được kết luận chính xác hơn. 
4.3.2. Đánh giá độ bền của cầu liên kết 
Hình 4.31 trình bày ảnh SEM bề mặt của các mẫu M1, M2, M3 và M6 sau 
200 hành trình mài khi cắt với chiều sâu cắt 0,01mm cho thấy không xuất hiện 
sự bong của các hạt mài ra khỏi bề mặt đá mài. 
a) M1 b) M2 a) M3 b) M6 
Hình 4.31. Ảnh SEM bề mặt đá mài sau 200 hành trình mài 
a)Mẫu M5 b) mẫu M7 
Hình 4.29. Ảnh SEM mặt cắt ngang 
21 
Khi quan sát ảnh SEM (hình 4.34) bề mặt đá 
mài sau khi mài mà chưa được làm sạch có những 
hạt mài đã tham gia quá trình cắt gọt, có những hạt 
mài chưa tham gia cắt gọt và sự xuất hiện các 
mảnh phoi dây trên bề mặt đá là minh chứng rõ 
ràng cho quá trình cắt kim loại của hạt mài thông 
qua quá trình tạo phoi. Điều này khẳng định cầu 
liên kết vật liệu niken được tạo ra bằng PPMĐ đủ 
bền chịu được tác động của lực mài khi mài. 
 4.3.3. Đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo 
Đánh giá khả năng cắt gọt của 
đá mài chế tạo bằng hai cách: đánh 
giá thông qua hệ số mài của đá G và 
nhám bề mặt đạt được của chi tiết 
mài Ra, Rz. 
4.3.3.1. Hệ số mài 
Một trong những tiêu chí được 
dùng phổ biến để đánh giá khả năng 
cắt của đá mài là hệ số mài. Để đánh 
giá khả năng cắt gọt của đá được 
thực hiện bằng cách so sánh giữa 
lượng kim loại thực tế được cắt đi 
với lượng kim loại được cắt theo 
lý thuyết dựa trên số hành trình 
mài thử nghiệm. 
Quan hệ giữa chiều sâu kim 
loại được cắt đi trong quá trình 
mài và số hành trình mài thử 
nghiệm được thể hiện trên bảng 
4.14 và các đồ thị hình 4.35. Các 
kết quả thí nghiệm cho thấy lượng 
kim loại bị cắt đi tăng theo tỷ lệ 
tuyến tính với số hành trình mài. 
Điều này cho thấy đá mài được 
chế tạo có hai đặc tính rất quan 
trọng cho mỗi dụng cụ cắt là: có 
độ sắc tốt và ít bị mòn trong quá 
trình cắt kim loại. 
Với thời gian mài 75 phút, 
chiều dày kim loại được cắt đi là 
Hình 4.34. Bề mặt đá sau 
khi mài mà chưa được 
làm sạch 
Hình 4.35. Quan hệ giữa lượng kim loại 
được cắt và số hành trình mài 
Bảng 4.14. Hành trình mài và chiều sâu 
lớp kim loại cắt được 
22 
4,995 mm, 4,989 mm, 4,996 mm và 4,995 mm cho các đá M1, M2, M3 và M6 
so với chiều dày cắt theo lý thuyết là 5 mm. Điều này cho thấy đá mài chế tạo có 
hệ số mài dự báo sẽ rất cao. 
Hệ số mài với đá mài chế tạo và đá 
mài của Nhật Bản được xác định qua 
kết quả mài thử nghiệm và tính toán có 
kết quả như bảng 4.15. Hình 4.37 là đồ 
thị giá trị hệ số mài của đá mài chế tạo 
và của Nhật Bản. 
Qua bảng 4.15, nhận thấy hệ số mài của đá mài 
rất cao 649,66  1789,06. Đá mài M2 hệ số mài là 
649,66, thấp hơn các loại đá mài khác, có thể do mật 
độ hạt mài phân bố lớn KPBT = 99,1, có xuất hiện một 
số hạt chồng lên nhau (hình 4.38), nên trong quá trình 
cắt các hạt mài này bị bong ra làm cho hệ số mài 
thấp, như vậy mật độ hạt mài không phải càng cao 
càng tốt mà chỉ nên nằm trong một giới hạn hợp lý. 
So với đá mài của Nhật Bản sản xuất, hệ số mài 
của đá mài chế tạo bằng (0,8 1) lần, riêng mẫu đá mài M2 chỉ bằng 0,36 lần. 
Điều đó cho thấy độ bền cầu liên kết được tạo ra đủ bền để giữ hạt mài tương 
đương như của đá mài do Nhật bản chế tạo. 
4.3.3.1. Nhám bề mặt chi tiết gia công 
Nhám bề mặt chi tiết mài sau 200 
hành trình mài được thể hiện trên bảng 
4.16 và hình 4.39 khi mài với chiều 
sâu mài 0,005 mm và 0,01 mm bằng 
đá M1, M2, M3, M6 và đá mài đối 
chứng của Nhật Bản sản xuất. Trong 
cả hai chế độ mài, nhám bề mặt chi tiết 
mài thay đổi không đáng kể. Giá trị 
nhám bề mặt Ra thay đổi từ 2,5 đến 
2,84 m khi mài với chiều sâu mài 0,005 mm và từ 2,72 đến 3,27 m khi mài 
với chiều sâu mài 0,01 mm. 
Tuy nhiên kết quả nhám bề mặt chi tiết mài được mài bằng đá chế tạo cũng 
lớn hơn không đáng kể so với nhám bề mặt chi tiết mài khi mài bằng đá mài 
Nhật Bản chế tạo (Ra=2,35m). Điều này cũng có thể hiểu được vì chất lượng 
bề mặt đá mài do Nhật Bản tốt hơn so với đá được chế tạo. 
Hình 4.38. Bề mặt đá 
M2 trước khi mài 
Bảng 4.16. Kết quả đo nhám bề mặt 
Hình 4.37. Hệ số mài của các mẫu 
Bảng 4.15. Giá trị hệ số mài của các mẫu 
23 
4.3.4. Đánh giá chung 
 Từ các kết quả thực nghiệm và 
các thảo luận có thể nhận thấy: 
Cầu liên kết kim loại niken được 
tạo thành bằng phương pháp mạ điện 
đủ bền để giữ các hạt mài CBN không 
bị bong tróc ra khỏi bề mặt đá mài 
dưới tác dụng của lực mài. 
Đá mài CBN đơn lớp liên kết kim 
loại bằng phương pháp mạ điện có khả 
năng cắt tốt, hệ số mài cao từ 649,66  
1789,06, có thể ứng dụng vào trong 
sản xuất thực tế. 
Nhám bề mặt chi tiết mài bằng đá 
mài chế tạo bằng phương pháp mạ 
điện còn cao (Ra: 2,5  2,84 m khi 
mài với chiều sâu mài 0,005 mm và 
2,72  3,27 m khi mài với chiều sâu 
mài 0,01 mm) nhưng cũng gần tương 
đương với nhám bề mặt chi tiết mài bằng đá Nhật Bản chế tạo. 
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 
Từ các kết quả nghiên cứu trên có thể khẳng định: 
- Đã xác định được quy trình chế tạo đá mài CBN bằng phương pháp mạ 
điện. 
- Đã chế tạo được đá mài CBN bằng phương pháp mạ điện sử dụng công 
nghệ mạ composite Ni-CBN bằng dung dịch Watts. Đã nghiên cứu xác định 
được ảnh hưởng đến sự phân bố của hạt mài khi chế tạo đá mài của các thông số 
là: mật độ dòng, thời gian mạ, nhiệt độ mạ và tốc độ quay chi tiết. Khi mật độ 
dòng, thời gian mạ tăng và tốc độ quay chi tiết giảm thì mật độ phân bố hạt mài 
trên bề mặt đá mài chế tạo tăng, còn nhiệt độ mạ không ảnh hưởng nhiều đến sự 
phân bố của hạt mài. Mật độ dòng thích hợp nằm trong khoảng 3  8 A/dm
2
, 
thời gian mạ composite Ni-CBN thích hợp là từ 5  10 phút, tốc độ quay của chi 
tiết mạ là 0,7  1,3 v/phút, nhiệt độ mạ thích hợp là 50  60
o
C. 
- Ứng dụng phương pháp QHTN đã xác định được hàm hồi qui mô tả ảnh 
hưởng đồng thời của 3 thông số công nghệ đến sự phân bố của hạt mài theo 
công thức 4-3: 
KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i 
từ hàm hồi quy này có thể dự đoán thông số mạ cần thiết ứng với mật độ 
phân bố hạt theo yêu cầu. 
- Qua nghiên cứu đá mài bằng cách quan sát bề mặt, mặt cắt ngang và mài 
thử nghiệm đã khẳng định cầu liên kết kim loại niken được tạo thành bằng 
Hình 4.39. Đồ thị nhám bề mặt chi 
tiết mài sau 200 hành trình mài 
b) t=0,01 mm 
a) t=0,005 mm 
24 
phương pháp mạ điện đủ bền để giữ các hạt mài không bị bong tróc ra khỏi bề 
mặt đá mài dưới tác dụng của lực mài. Đá mài được chế tạo có khả năng cắt tốt, 
hệ số mài cao, có thể ứng dụng vào trong sản xuất thực tế. Nhám bề mặt chi tiết 
mài bằng đá mài chế tạo còn tương đối cao nhưng cũng gần tương đương với 
nhám bề mặt chi tiết mài bằng đá Nhật Bản chế tạo. 
KẾT LUẬN CHUNG 
Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài 
CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện, luận án đã đạt được các kết 
quả cụ thể như sau: 
- Lần đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu và chế tạo thành công đá 
mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện bằng công nghệ mạ 
Composite Ni-CBN sử dụng dung dịch Watts. 
- Xây dựng được công thức xác định hệ số phân bố hạt mài (KPBQU và 
KPBT), căn cứ và đó thiết lập được phương trình xác định chiều dày chôn lấp gần 
đúng của hạt mài khi mạ. 
- Để mạ được composite Ni-CBN với cỡ hạt có kích thước lớn từ 90  106 
µm bằng dung dịch Watts, hệ thống thiết bị mạ được thiết kế với chi tiết mạ 
(catốt) nằm ngang điều khiển tốc độ quay ổn định theo yêu cầu cũng như kiểm 
soát được các yếu tố của công nghệ mạ ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ Ni-
CBN như nhiệt độ dung dịch mạ, thời gian mạ, mật độ dòng catốt. 
- Đã đưa ra được quy trình chế tạo đá mài mạ và chọn được 4 thông số công 
nghệ (mật độ dòng, thời gian mạ, tốc độ quay chi tiết, nhiệt độ dung dịch mạ) để 
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ quá trình mạ điện đến quá 
trình chế tạo đá mài CBN. Các thông số công nghệ được xác định: mật độ dòng 
3  8 A/dm
2
, thời gian mạ Ni-CBN: 5  10 phút, tốc độ quay chi tiết: 0,7  1,3 
v/phút, nhiệt độ mạ: 50-60 
o
C đảm bảo sự phân bố đồng đều và gắn kết tốt hạt 
mài CBN trên bề mặt đá. Để tạo sự gắn kết của CBN với nền thép quá trình mạ 
niken được thực hiện qua ba giai đoạn: mạ lớp lót, mạ gắn hạt và mạ chôn lấp 
hạt. 
- Mô hình toán học phản ảnh sự phụ thuộc của mật độ phân bố của hạt mài 
vào đồng thời 3 thông số công nghệ của quá trình mạ theo công thức 4-3 trang 
102 là: 
KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i 
phù hợp với quy luật thực tế của các yếu tố công nghệ mạ. Dựa vào mô 
hình này có thể dự đoán thông số mạ cần thiết ứng với mật độ phân bố hạt yêu 
cầu. 
- Khả năng cắt gọt của đá mài chế tạo được thử nghiệm qua 500 hành trình 
mài với vận tốc 12,56 m/s, chiều sâu mài t = 0,01 mm đối với vật liệu có độ 
cứng 63HRC có hệ số mài từ 649,66  1789,06 đã khẳng định cầu liên kết kim 
loại niken được tạo thành bằng phương pháp mạ điện đủ bền để đảm bảo quá 
trình cắt của đá mài khi mài vật liệu.