Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện

Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phunNghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện. plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.Nghiên cứu công nghệ phun plasma hợp kim nền crom, ứng dụng phục hồi cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện.

Tính cấp thiết củađềtài

Máy và thiết bị cơ khí trong công nghiệp khi làm việc liên tục trong điều kiện môi trường khắc nghiệt có thể bị hư hỏng dưới nhiều mức độ và hình thức khác nhau, trên cả bề mặt lẫn cấu trúc bên trong Để đảm bảo độ tin cậy và duy trì hoạt động ổn định của các chi tiết trong quá trình làm việc, đồng thời nâng cao chất lượng và tuổi thọ của máy và thiết bị, các nhà khoa học nghiên cứu,đề xuất nhiều giải pháp và công nghệ khác nhau Công nghệ phun phủ bề mặt đã và đang được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực nhằm nâng cao tuổi bền và đặc tính làm việc của chi tiết, sản phẩm, đặc biệt cho các chi tiết cơ khí làm việctrongđiềukiệnmôitrườngkhắcnghiệt,dướitácđộngcủanhiệtđộ,độẩm, tải trọng gây ra các dạng hỏng trên bề mặt [1, 2] Phương pháp phun phủ cho phép tạo ra lớp phủ cứng gốc kim loại hoặc ceramics trên bề mặt, giúp bảo vệ, tăngcơtínhnhưđộcứng,khảnăngchốngmàimòn,ănmònnhằmlàmtăngtuổi thọ cho các chi tiết máy Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình khoa học nghiêncứu,ứngdụngphụchồicácchitiếtcơkhítronglĩnhvựcthủyđiện,nhiệt điện, xi măng…, tuy nhiên các nghiên cứu mới phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố độc lập hoặc cho một số cặp yếu tố và ứng dụng cho một số loại vật liệu phủ, vật liệu nền xác định trên các bề mặt cơ bản Bên cạnh đó, nghiên cứuảnhhưởng của thông số công nghệ phủ tới độ bám dính và chất lượng lớp phủ vẫn làchủđềcótínhthờisự,đượcnghiềunhàkhoahọcquantâmvàtiếptụcnghiên cứu nhằm hoàn thiện công nghệ này, đặc biệt là các nghiên cứu nhằm nâng cao tuổi thọ chi tiết Lớp phủ nhiệt đã và đang được ứng dụng rộng rãi bới các đặc tính như độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn, ăn mòn trong điều kiện môi trường khác nghiệt Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu sâu và đặc biệt với mỗi loại vật liệu và đối tượng phủ cần xác định bộ thông số phủ phù hợp Luận án sử dụng phương pháp phủ nhiệt plasma để tạo lớp phủ hợp kim nền crom trên bề mặt thép 16Mn, thực nghiệm và xây dựng các hàm toán học biểu diễn quan hệ toán học cho phép đánh giá ảnh hưởng của một số thôngsốcôngnghệphủtớiđộbámdínhvàchấtlượnglớpphủ,từđócóthểgiải bài toán tối ưu,đưa ra bộ thông số phủ phù hợp theo một số chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ Luận án còn có ý nghĩa thực tiễn khi có thể triển khai áp dụng các kết quả trong thực tế sản xuất của doanhnghiệp.

Mục tiêunghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số công nghệ phủ đến chất lượng lớp phủCr3C2-NiCrtạobằngphươngphápphunphủnhiệtplasma;Tìmrabộthông số công nghệ phủ tối ưu nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng lớp phủ và thử nghiệm áp dụng vào thựctế.

- Xácđịnhđượcmức độảnhhưởngcủabathôngsốcôngnghệgồm(Ip,mpvà Lp) đến độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo, độ xốp và độ cứng tế vi của lớpphủ.

- Xây dựng được hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa ba thông số côngnghệ(Ip,mpvàLp)vớiđộbềnbámdính,độbềnbámtrượt,độbềnkéo,độ xốp và độ cứng đồng đều tế vi của lớp phủ Cr3C2-NiCr.

- Xác định được bộ thông số công nghệ phủ tối ưu (Ip,mpvà Lp) theo chỉ tiêu chất lượng lớp phủ Cr3C2- 30%NiCr trên bề mặt thép nền16Mn.

- Sửdụngbộthôngsốcôngnghệphủđạtđượcsaukhitốiưu,ứngdụngtạo lớp phủ trên cánh quạt khói nhà máy nhiệt điện và đánh giá chất lượng lớp phủ trong điều kiện làm việc thựctế.

Đối tượngnghiêncứu

Nghiên cứu mối quan hệ giữa ba thông số chế độ khi phủ gồm (Ip,mpvà Lp) đến chất lượng lớp phủ Cr3C2- 30%NiCr khi phủ trên bề mặt thép nền hợp kim16Mnbằngphươngphápphunphủplasma.Trêncơsởđóápdụngphụchồi cho các chi tiết làm việc trong điều kiện môi trường chịu mài mòn và nhiệtđộ.

Phạm vinghiêncứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số công nghệ (Ip, mpvà Lp) đến chất lượng lớp phủ gồm độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo, độ xốp và độ cứng tế vi của lớp phủ Cr3C2- 30%NiCr; Vật liệu thép nền 16Mn; Phủ bằng phương pháp phun plasma.

Nội dungnghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu kể trên, nội dung nghiên cần thực hiện:

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ phun phủ nhiệt; Cơ sở lý thuyết về sự hình thành và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ khi phun bằng phương pháp phun phủplasma.

- Nghiên cứu xây dựng hệ thống thínghiệm.

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của ba thông số công nghệ gồm (Ip,mpvà Lp) và xác định các bộ thông số công nghệ tối ưu khi phun bột

Cr3C2- 30%NiCr trên bề mặt thép nền hợp kim 16Mn với các chỉ tiêu đầu ra khácnhau.

- Ứng dụng tạo lớp phủ vào phục hồi chi tiết làm việc trong điều kiện môi trường chịu mài mòn và nhiệtđộ.

Phương phápnghiên cứu

Đềtàiluậnánđượcthựchiệnbằngcáchkếthợpgiữanghiêncứulýthuyết và nghiên cứu thựcnghiệm.

* Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ phun phủ liên quan đến sự hình thành và chất lượng lớp phủ bằng phương pháp phun phủplasma;Phântíchnhữngvấnđềcầnthiếtphảitiếptụcnghiêncứu,từđóxác định hướng nghiêncứu.

* Nghiên cứu thực nghiệm: Bằng thực nghiệm, xác định được chấtlượng lớp phủ với các thông số công nghệ đã chọn Từ đó xác định được bộ thông số tối ưu để cải thiện và nâng cao chất lượng lớp phủ Trên cơ sở đó áp dụng bộ thông số tối ưu để tạo lớp phủ phục hồi cho cánh quạt khói, đánh giá hiệu quả trong hoạt động sản xuất thựctiễn.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàiluậnán

Lp) đến độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo, độ xốp vàđộ cứng đồng đều tế vi của lớp phủ Cr3C2- 30%NiCr trên bề mặt thép nền 16Mn sử dụng phương pháp phun phủplasma.

- Đã xây dựng được phương trình hàm hồi quy thực nghiệm, dùng để dự đoán và xác định được các thông số tối ưu nhằm tạo lớp phủ có chất lượng để ứng dụng phủ trên bề mặt thép nền16Mn.

- Phương trình các hàm hồi quy thực nghiệm có được từ kết quả thực nghiệm của luận án cho phép dự đoán được các chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ nhưđộbềnbámdính,độbềnbámtrượt,độbềnkéo,độxốpvàđộcứngtếvicủa lớp phủ plasma ứng với các thông số công nghệ khácnhau.

- Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong đào tạo, giảng dạy về công nghệ phủ nhiệt ứng dụng trong các ngành côngnghiệp.

Những đóng góp mới của đề tàiluận án

- Tạolớp phủCr3C2-30%NiCrtrênnềnthép 16Mn bằngphươngphápphủnhiệtplasmavànghiêncứu ảnhhưởngcácthôngsốcông nghệphủ baogồm:Cườngđộdòng điện phun(I p ),lưu lượngcấp bột phun(m p ) vàkhoảng cách phun(L p )tớichất lượngcủa lớpphủ.

- Xây dựng được các phương trình hàm hồi quy thực nghiệm thể hiện mối quanhệgiữađộbềnbámdính,độbềnbámtrượt,độbềnkéo,độxốpvàđộcứng tế vi của lớp phủ với bộ thông số công nghệ phủ gồm (Ip, mpvà Lp) để dự đoán chất lượng lớpphủ.

- Xác định được các bộ thông số phun (Ip,mpvà Lp) phù hợp từng chỉ tiêu chất lượng nhằm đạt được độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo, độ độ cứng tế vi của lớp phủ là cao nhất và độ xốp lớp phủ là nhỏ nhất Đối với hàm tối ưu đa chỉ tiêu chất lượng, bộ thông số phun đạt được với IpX2,3(A);mp 31,5(g/ph); Lp= 160,7(mm) cho chất lượng lớp phủ phù hợp hàihòa.

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào phục hồi thành công 14 cánh quạt khói bị mòn của nhà máy nhiệt điện, tạo tiền đề để ứng dụng rộng rãi cho các sản phẩm công nghiệp có điều kiện làm việc tươngtự.

Bố cụcluận án

Bố cục của luận án ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về phương pháp phun phủ nhiệt

Chương 2: Quá trình hình thành và các đặc tính của lớp phủ nhiệt plasma Chương 3: Mô hình thực nghiệm, thiết bị, vật liệu và phương pháp nghiên cứ u Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và thảo luận đánh giá

Chương5:Ứngdụngkếtquảnghiêncứuvàophụchồicánhquạtkhóitrong nhà máy nhiệt điện

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHUNPHỦNHIỆT

LÝ THUYẾT VỀ SỰ HÌNH THÀNHLỚPPHỦ

Phun phủ nhiệt được một kỹ sư người Thụy Sỹ tên là Max Ulrich Schoop phát minh từ đầu những năm của thế kỷ 20 Tính năng ưu việt của công nghệ cho phép tạo các loại lớp phủ khác nhau trên bề mặt chi tiết làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt như chịu mài mòn, ăn mòn và nhiệt độ cao nhằm nâng cao tuổi thọ và mang lại hiệu quả kinh tế Trong quá trình phát triển công nghệ phun phủ nhiệt, nhiều nhà khoa học đã xây dựng các lý thuyết về sự hình thành lớp phủ, trong đó các lý thuyết đóng vai trò quan trọng gồm: Quan điểm của Pospisil- Sehyl, Schoop, Karg, Katsch và Reininger và Schenk đã được tác giả trích dẫn [1].

Quan điểm Pospisil - Sehyl cho rằng: Lớp phủ phun bằng kim loại xuất hiện các giọt kim loại lỏng bị phun bằng một dòng khí nén với một tốc độ rất cao(trungbìnhkhoảng200m/s).Cácgiọtnàybịphávỡthànhnhiềuhạtrấtnhỏ.

Dạngcủacáchạtnàyđượcđặctrưngbằngkimloạicủanó.Theothuyếtnàycác phần tử kim loại trong thời điểm va đập trên bề mặt phun là ở thểlỏng.

QuanđiểmcủaM.U.Schoopchorằngđộngnăngcủacáchạtkimloạikhi bay được cung cấp bởi dòng khí nén, nên khi va đập lên bề mặt phun thực tế có sựthayđổinhiệt.Thựcnghiệmđãxácđịnhrằngnhữnghạtkimloạikhirờikhỏi miệng vòi phun bắt đầu bị nguội và đông đặc rất nhanh do tác dụng của dòng khí nén Trong thời điểm va đập chúng sẽ bị biến dạng dẻo, do vậy chúng liên kết với nhau thành những lớp liên kết Tác giả cũng cho rằng các phần tử kim loạichảylỏngkhiphunluônluônnguộidần.Trongmộtkhoảngcáchrấtngắn từ đầu vòi phun, sự giữ nhiệt trong các dòng tia kim loại là tương đối thấp còn khoảng 50°C ÷ 100°C Do vậy tác giả đã kết luận cho lý thuyết của mình rằng, có thể phủ được những vật liệu dễ cháy mà không xảy ra sự cháy [1].

QuanđiểmKarg,KatschvàReiningerlạiđưaraquanđiểm:Nhữnghạtkim loại bị nguội và đông đặc là do tác dụng của nguồn năng lượng động năng và khí nén Mặt khác trong quá trình baytừvòi phun các hạt đã ở trạng thái nguội nên không xảy ra sự biến dạng dẻo khi va đập[1].

QuanđiểmSchenklạiđưaranhìnnhậnkhác:Tácgiảchorằngnhiệtđộcủa các hạt phun phải lớn hơn nhiệt độ chảy lỏng để xảy ra sự hàn chặt giữa chúng vớinhau.Nhưngđiềunàykhôngthựctếvìthờiđiểmvađậptrênbềmặtbịphun, kim loại lớp bề mặt nền có khả năng bị nóng đến nhiệt độ chảy để có thể xảy ra sự hàn gắn giữa các phần tử phun với kim loại nền cơ sở[1].

Khái niệm mở rộng: Sự hình thành lớp phun là cơ chế rất phức tạp, nhưng có thể khái quát khi các hạt vật liệu phun với vận tốc rất cao chúng va đập với bề mặt kim loại nền (có nhiệt độ 140°C ÷ 150°C), đã hình thành lớp phun, các phần tử pha nóng chảy và pha kim loại nguội của nền liên kết với nhau và các phần tử kim loại nóng liên kết chồng lên nhau Nhờ quá trình liên kết cơ học, hóa học, vật lý học các phần tử kim loại đã được bám dính vào nhau Sự bám dính được hiểu là các phần tử kim loại của pha nóng chảy liên kết với nhau Từ đây đã phát sinh ra hai khái niệm độ bám dính khác nhau là, độ bám dính giữa kim loại phun với kim loại nền và độ bám dính giữa các phần tử phủ với nhau.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHUNPHỦNHIỆT

Phun phủ nhiệt ra đời từ đầu thế kỷ 20 cho đến nay, đã có hàng chục các phương pháp phun phủ và biến thể của chúng được ra đời và phát triển Việc ứng dụng các nguồn năng lượng vào trong các phương pháp phun là cơsởcủa cácquátrìnhphunkhácnhau.Dođó,cácquátrìnhphunnhiệtthườngđượcphân loại theo nguồn năng lượng sử dụng để làm nóng chảy nguyên liệu phun (hình 1.1) Các phương pháp trong quá trình phun có thể sử dụng vật liệu phủ ở dạng bột, dạng dây hoặc dạngthanh.

Hình 1.1 Sơ đồ các phương pháp phun phủ nhiệt [26] Điều đáng chú ý là, dù có nhiều phương pháp phun phủ khác nhau nhưng tất cả đều có những đặc điểm chung và chỉ có sự khác nhau về nguyên lý, hiệu suất, khả năng ứng dụng vật liệu lớp phủ, các tính chất lớp phủ tạo thành Do đó một số phương pháp với hiệu suất và chất lượng lớp phủ tốt được ứng dụng phổ biến sau đây:

1.2.1 Phương pháp phun phủ bằng hồ quangđiện

Phương pháp phun hồ quang điện do kỹ sư Schoop phát minh vào năm 1910.Tuynhiênphảiđến1960quátrìnhphunnàymớiđượcchấpnhậnvàphát triển[1].Quátrìnhphunhồquangđiệnsửdụngnguồnnănglượngđiệnnăngđể tạo thành nguồn nhiệt nung chảy vật liệu phun thông qua hồ quang điện Hồ quang được hình thành giữa hai điện cực là hai dây phun được cấp vào liên tục với tốc độ được xác định trước và không đổi (hình1.2).

Hình 1.2 Nguyên lý của phương pháp phun phủ bằng hồ quang điện [95]

Tốcđộcấpdâyđượcđiềuchỉnhphụthuộcvàonăngsuấtphun,độdẫnđiện của vật liệu phun thông qua dòng điện Vật liệu phun nóng chảy được đẩy về phía bề mặt chi tiết được chuẩn bị sẵn bằng một luồng khí nén với áp suất cao, các hạt nóng chảy va đập vào bề mặt của chi tiết phun và hình thành lớpphủ.

* Ưuđiểm:Năngsuấtcao,đặctínhlắngđọnglớpphủởnhiệtđộthấpđiều đó làm giảm thiểu sự gia nhiệt lên bề mặt nền phun so với các phương pháp khác Đồng thời phương pháp cũng cho chất lượng lớp phủtốt.

* Nhược điểm:Chỉ ứng dụng được vật liệu dạng dây, nhạy cảm với khí hoạttính.Chođộxốpcủalớpphủcaonhưvậycóthểlàmgiảmhiệusuấtchống ăn mòn, xói mòn cũng như mài mòn của lớp phủ[27]

1.2.2 Phương pháp phun phủ bằng ngọn lửa khícháy

Nguyênlýcủaphươngphápphunkhícháydựatrênnhiệtđộcủaphảnứngcháygiữakhí nhiênliệuvớioxy[26].Sovớicácnguồnnhiệtphuntừđiệnnăng thì phương pháp phun bằng ngọn lửa khí cháy có nhiệt độ thấp hơn Phun khí cháy ít tạo ra các ảnh hưởng biến dạng do nhiệt trong quá trình phun, bởi nhiệt độcủangọnlửađượctạoraởđầusúngphunchỉđạttốiđakhoảng3000°C.Phun khí cháy có thể tạo được lớp phủ dày tuy nhiên lại chứa nhiều oxit và cho độ xốp lớp phủ cao hơn so với quá trình phun nhiệt khác [28] Quá trình phun phụ thuộc vào việc kiểm soát nhiệt của phản ứng cháy giữa oxy và nhiên liệu để nung chảy nguyên liệu phun Phương pháp phun ngọn lửa khí cháy có hai phương pháp phun đó là phương pháp phun dạng dây(WFS-Wire flame spray)và phương pháp phun dạng bột(FPS- Powder flamespray).

Với vật liệu phun dạng dây hoặc thanh được cấp qua lỗ tâm của đầu phun,dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm nóng chảy vật liệu phun (hình 1.3) Luồng khícháyápsuấtcaothổilàmphântánvậtliệunóngchảytạothànhcáchạtnhỏ, các hạt này bay đến phủ lên bề mặt vật phun Dây được cấp với tốc độ đã được xác định nhờ các con lăn được dẫn động của tuabin khí nén hoặc động cơđiện.

Hình 1.3 Nguyên lý của phương pháp phun phủ bằng ngọn lửa khí cháy sử dụng dây [96]

Vật liệu phun dạng bột được cấp vào đầu phun từ một phễu chứa qua một lỗnhỏ,bộtphunđượchòatrộnvớikhívànhờluồnghỗnhợpôxy-khícháyhút vào buồng đốt, ở đây bột được nung nóng đến trạng thái chảy Cũng nhờ luồng khí cháymàcác hạt bột bay tới va đập với kim loại nền và tạo thành lớp phủ trên bề mặt nền lớp phủ (hình1.4).

Hình 1.4 Nguyên lý của phương pháp phun phủ bằng ngọn lửa khí cháy sử dụng bột [97]

* Ưuđiểm:Giátrangthiếtbịthấp,sửdụngđơngiản,phùhợpvớisảnxuất nhỏ, tính ứng dụngcao.

* Nhược điểm:Hiệu quả thấp khi dùng các vật liệu phủ có nhiệt độ nóng chảycao.

1.2.3 Phương pháp phun phủ nhiệt khí tốc độ cao(HVOF)

HVOF là chữ viết tắt của từ tiếng anh “High velocity oxy – fuel coating spraying”nghĩalà“Phunphủhỗnhợpvậtchấtởvậntốccao”.Phươngphápnày khiphunlàsựphatrộnhỗnhợpnhiênliệucháyởthểkhínhưkhíhydro,mêtan, propylen, axetylen hoặc propan cùng với nhiên liệu chất lỏng có thể được sử dụng [19] Các nhiên liệu này được đưa vào buồng đốt, chúng được đốt cháy liên tục tạo thành khí nóng với áp suất cao khoảng 10bar qua vòi phun hội tụ - phânkìvàđiquamộtđoạnốngthẳngvớivậntốcvượtquátốcđộcủaâmthanh, bột phun được hòa trộn vào trong dòng khí đạt tốc độ lên đến trên 800m/s Hỗn hợp dòng khí nóng và bột kim loại tan chảy trong dòng khí nóng và được phun lênbềmặtkimloạinền.Kếtquảlàhìnhthànhcáclớpphủcóđộxốpthấpvàlực liên kết cao (hình1.5).

Hình 1.5 Nguyên lý của phương pháp phun phủ HVOF [98]

Sự lựa chọn khí cháy được xác định bởi nhiệt độ ngọn lửa đạt được tối đa và đặc tính của vật liệu phun bằng cách điều chỉnh tỷ lệ khí cháy giữa oxy và nhiên liệu.

* Ưuđiểm:Phươngphápchobềmặtphủmịndovậntốcphuncao,lớpphủ có độ xốp thấp và độ bám dínhcao.

* Nhược điểm:Nhiệt độ phun bị giới hạn (dưới 3000°C), tiếng ồn lớn, chi tiết phun cần được làm nguội do sự truyền nhiệt từ ngọnlửa.

Nguyêntắccủaphươngphápnàylàlợidụngnhiệtđộcaocủangọnlửakhí cháy oxy - acetylen làm chảy bột phun trên miệng vòi phun, sau đó dùng khí nén hoặc oxy để tăng tốc dòng khí thông qua vòi phun De-Laval với áp lực đầu vào lên đến 4MPa, nhiệt độ đầu vào tối đa 800°C [26] Khí được sử dụng trong quá trình phun có thể là khí nén, nitơ hoặc heli Quá trình phun nhiệt bột phun đượccấpvàophầnhộitụcủavòiphun,nhờápsuấtkhíđẩycáchạtphunvềphía trước(hình1.6).Thôngthườngphươngphápphunnguộivậttốchạtđạtkhoảng

(500÷1200)m/s(Tùyvàovậtliệuphunvàsửdụngloạikhíphun).Nhiệtđộcủa chi tiết trong suốt quá trình phun không vượt quá 250°C (đối với vật liệu Metaceram thì không được vượt quá 150°C), vì vậy không làm biến dạng hoặc thay đổi thuộc tính của kim loại nền chi tiếtphun.

Hình 1.6 Nguyên lý của phương pháp của phun phủ nguội

*Ưu điểm:Chi tiết phủ không bị biến dạng và thay đổi thuộc tính của kim loại do nhiệt độ phun thấp Thuận lợi khi phun các chi tiết nhỏ và mỏng.

* Nhược điểm:Yêu cầu công việc chuẩn bị bề mặt chi tiết phun rất kỹ để đạtđượcđộliênkết.Phươngphápcholớpphủcóđộxốpcao,độbámdínhthấp.

1.2.5 Phương pháp phun phủ bằng kích nổkhí

Phươngphápnàydựatrênquátrìnhđốtcháykhôngliêntụcđượcđặctrưng bởi một chuỗi các sự nổ, trong đó dùng nguồn nhiệt tạo ra để kích nổ khí với công suất đạt hàng triệu W,vận tốc phần tử phủ đạt tới (800 ÷ 1500)m/s, nhiệt độđạttớikhoảng4000°C[1].QuátrìnhnổđượckíchhoạtbởiBujicủasúng phun khi hỗn hợp nhiên liệu khí cháy được đưa vào buồng súng phun theo tỷ lệ cùngvớibộtphunđượccấpdokhívậnchuyểnnitơquaốngdẫn.Tầnsuấtđánh lửa có thể khác nhau từ (4 ÷ 8)Hz, thậm chí có thể đạt cao hơn (hình 1.7).Quá trình cấp khí cháy và bột phun theo chu kỳ tương ứng với chu kỳ nổ được tính toántrước.Saumỗichukỳnổ,khínénsẽđượccấpvàobuồngphunđểthổisạch buồngphun.Đầuphunđượcbảovệnhờlàmmátbằnghệthốngnướctuầnhoàn Buồng cháy là một hệ hở luôn mở và chu kỳ diễn ra liên tiếp nhau khi phun trongbuồngsúngphun,tỷlệlắngđọnglớpphủcủaphươngphápnàycóthểđạt 6kg/giờ (Tùy theo loại súng phun)[29].

Hình 1.7 Nguyên lý của phương pháp phun nổ

*Ưu điểm:Phương pháp cho năng suất phủ cao và phủ được nhiều loại bột Lớp phủ có độ xốp thấp, độ bám dính cao.

*Nhượcđiểm:Tiếngồnlớn(>140dB),khôngphủđượcsảnphẩmcóđộ cứng >

60HRC, khó khăn khi dùng bột có khối lượng riêng nhỏ, đầu tư trang thiết bịlớn.

1.2.6 Phương pháp phun phủ bằngplasma

Phun phủ bằng plasma trong không khí (APS) được thực hiện bởi Gage là phương pháp sử dụng 2 điện cực để tạo ra năng lượng (từ dòng điện) sang một dạng khí plasma gồm có khí nitơ và argon (hydro và argon hoặc heli phụ thuộc vào loại hệ thống) cho tới khi năng lượng đủ để ion hóa chất khí đó [32] Khi năng lượng được giải phóng, do các ion tái kết hợp giải phóng nhiệt và năng lượng ánh sáng được tăng tốc thông qua một vòi phun (hình 1.8) Trong quá trình phun plasma, vật liệu dạng bột được đưa vào buồng hồ quang plasma có nhiệt độ rất cao và sau đó được làm nóng chảy Nhiệt độ của phương pháp có thểlêntới20.000 0 Cnghĩalàhầuhếtcácvậtliệuđềubịnungchảy(tùytheoloại khí và công suất sử dụng của thiết bị) [30] Vì lý do nàymàquá trình phun plasma là rất lý tưởng cho các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao [31] Vận tốc củahạtphunđạtđượctrongphươngphápnàytươngđốicaodẫnđếnmậtđộphủ và độ bền liên kết của lớp phủ cao so với một số phương pháp khác như phun hồ quang điện, ngọn lửa khícháy….

Hình 1.8 Nguyên lý làm của phương pháp phun phủ plasma trong không khí [99]

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHUN PHỦ NHIỆT TRÊNTHẾ GIỚI VÀ ỞVIỆTNAM

Hiện nay các loại lớp phủ được tạo bằng phương pháp phun phủ nhiệt khí đượcsửdụngvàođangành,đalĩnhvựckhácnhau.Điểnhìnhlàứngdụngtrong cơkhíchếtạo,hàngkhôngvũtrụ,nănglượng,điện-điệntử,ôtô,nôngnghiệp, chotớitrongytế,ysinh,côngnghiệpbándẫn (hình1.10).Phạmviứngdụng củacácphươngphápphủnhiệtlàvôcùngrộnglớnvớicáclĩnhvựcsảnxuấtvà đời sống như đã nêu ở trên Ngày nay, các nghiên cứu về công nghệ phủ nhiệt vẫn tiếp tục thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học và kỹ sư vật liệu trên thế giới Với sự phát triển khoa học công nghệ, có thể nghiên cứu, thiết kế tạo ra những lớp phủ có những đặc tính tốt hơn, phù hợp với các điều kiện, yêu cầu làm việc đặc thù của chitiết.

Hình 1.10 Một số lĩnh vực và sản phảm ứng dụng công nghệ phun phủnhiệt

1.3.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun nhiệt trên thếgiới

Phun phủ nhiệt đã và đang phát triển mạnh mẽ ở các nước như: Mỹ, Anh, Pháp,Đức,Nga,Nhật Ởcácnướctiêntiếnđãcónhữngdâychuyềnphunphủ côngsuấtcao.Songsongvớipháttriểnứngdụng,họcòntiếptụcnghiêncứucơ sở lý thuyết để nhằm nâng cao chất lượng lớp phủ cho nhiều ứng dụng khác nhau Phương pháp phun plasma rất được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, vấn đề này được thấy rõ hàng năm có nhiều nghiên cứu được công bố cho thấy còn nhiều lợi thế đã được tìm ra Tiêu biểu như một số công trìnhsau:

- V Sreenivasulu và cộng sự [34], đã nghiên cứu phủ lớp phủ Cr3C2-25NiCrvàNiCrMoNbchốngănmònởnhiệtđộcao900°Cbằngcôngnghệphủ plasma,kết quả nghiên cứu cho độ xốp dưới 4% và có độ bền liên kết lớn hơn 35MPa Sự hiện diện của nguyên tố Mo cao trong lớp phủ NiCrMoNb làmtăng khả năng chống ăn mòn nóng ở900°C trong môi trường dung dịch muối nóng chảy (Na2SO4+ 60%V2O5).

- M Arai và cộng sự [35], đã nghiên cứu lớp phủ gốm để làm lưỡi tuabin khí, trong nghiên cứu này, lớp phủ gốm có độ xốp cho hệ thống làm mát do thoátkhítronglưỡituabin Nghiêncứuđượcthựchiệnbằngphươngphápphun plasma (APS), lớp phủ được cấu tạo từ hỗn hợp zirconia và bột polyester ổn định 8%. Sau đó bột polyester đã bị bốc hơi bởi xử lý nhiệt sau khi phun Các đặc tính phủ được kiểm tra cho thấy lớp phủ gốmxốp,độ dẫn nhiệt thấp, chỉ bằngmộtnửa(TBC)vàcóđộbềnbámdínhchỉthấphơn20%sovới(TBC).Do đó, hệ thống làm mát thoát hơi kết hợp với lớp phủ gốm xốp cho lưỡi tuabin khí đã được đánh giá là rất hiệu quả để làm mát lưỡi tuabinkhí.

- M.Nicolausvàcộngsự[36],đãnghiêncứukếthợpquátrìnhhànvàphun nhiệt phủ NiCrSi/NiCoCrAlY/Al để sửa chữa lưỡi tuabin Nghiên cứu này đã chứng minh tính khả thi của một quá trình kết hợp hàn với phun phủ Cụ thể kim loại phụ, lớp phủ chống ăn mòn khí nóng và nhôm đều được phun bằng cách phun nhiệt và sau đó được xử lý nhiệt thông thường Hơn nữa, các pha nhôm giàu niken và coban thấp được hình thành trong hệ thống lớp phủ cải thiện khả năng bảo vệ chống lại sự phá hủy của dòng khí nóng Thử nghiệm (UTS) của mẫu thử được hàn với kim loạiphụ,sau đó phun nhiệt được thực hiện thấy rằng có giá trị trong phạm vi điển hình so với các hệ thống vật liệu tương tự Để xác nhận tính khả thi của quá trình sửa chữa này, kiểm tra (UTS) ở nhiệt độ cao (lên đến900°C).

- J.H.Ouyang và cộng sự [37], đã nghiên cứu đặc điểmmasát và mài mòn của ZrO2- Cr2O3- CaF2bằng phương pháp phủ plasma ở nhiệt độ phòng đến 800°C Báo cáo đã chỉ ra tính khả thi của việc sử dụng CaF2và Cr2O3như chất bôi trơn rắn cho lớp phủ gốm ZrO2áp suất thấp (LPPS) ở nhiệt độ cao các ứng dụng nhiệt độ cao chủ yếulàmột thành phần của vật liệu tổng hợp tự bôi trơn. Các nghiên cứu sâu hơn đã được thực hiện để phân tích cơ chếmasát và mài mòn của ZrO2Cr2O3- CaF2đối với quả cầu gốm Al2O3thiêu kết 10 mm ở nhiệt độ cao tới800ºC.

- El-Sayed M và cộng sự [38], đã nghiên cứu và kết luận tác dụng của lớp phủ75%Cr3C2-25%NiCrđốivớikhảnăngchốngănmòncủathépốngAPI-2H saukhoảngthờigiantiếpxúckhácnhautrong4wt.Thínghiệmquẹtquedương phân cực bằng phương pháp điện hóa, đã chỉ ra rằng phủ thép với 75%Cr3C2- 25%NiCrlàmgiảmdòngănmònvàtốcđộănmòntrongdungdịchNaClclorua 4% Bài viết nêu các nghiên cứu của các tác giả khác: Chatha và cộng sự đã nghiêncứuảnhhưởngcủalớpphủCr3C2-NiCrlênkhảnăngchốngănmòncủa thépnồihơiT91trongcácloạimôitrườngkhácnhau.Tillmannvàcộngsựcũng tuyênbốrằngtínhnănglớpphủCr3C2-NiCrđộxốprấtthấp,quátrìnhoxyhóa thấp và phân hủy cacbua thấp hoặc hòa tanmatrận cacbua, dẫn đến tăng độ cứng và chống mài mòn Thi và cộng sự cho biết lợi thế khi sử dụng lớp phủ gốmkimloạiCr3C2- NiCr,đượcphủlênbềmặtcủathépkhônggỉ410 chấtnền để bảo vệ sự ăn mòn của thép 3,5wt này Dung dịchNaCl%.

25NiCrvàNiCrBSi.Cácthínghiệmmasátvàmòntạiđiềukiệnnhiệtđộ300°Cvànhiệtđộ phòngchứngtỏrằngthành phầnNiCrBSigiúplớpphủcómasátthấptạinhiệtđộcao.

- V.N.Shukla và cộng sự [39], đã nghiên cứu tuổi thọ của lớp phủ Cr3C2- 25%NiCr khi tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cao, các tác giả đã nghiên cứu tuổi thọ của lớp phủ trong một chu kỳ, sự thay đổi chất nền và bề mặt phủđược xemxéttrongcáckhoảngthờigian10,30,50giờ,kếtquảchothấytuổithọcủa lớp phủ tuân theo quy luậtparabol.

- Josep A Picas và các cộng sự [40], cũng đã nghiên cứu tác dụng ảnh hưởng của nhiệt độ cao tới lớp phủ CrC - NiCr được phun bằng phương pháp phun phủ nhiệt khí HVOF kết quả từ nghiên cứu này đã chứng minh rằng các loạibộtCrC-NiCrđượcphunbằngphươngphápHVOFcóthểlàmộtgiảipháp hyvọngđểcảithiệnchocácchitiếtthiếtbịlàmviệctốtcảithiệnkhảnăngchống mài mòn ở nhiệt độ khoảng900°C.

- M Leylavergne và cộng sự đã nghiên cứu lớp phủ cacbit titan (TiC) plasmatrongmôitrườngargoncókhí(N)vàđánhgiáảnhhưởngcủahàmlượng khí (N) tới độ bám dính, độ nhấp nhô bề mặt, vi cấu trúc lớpphủ.

- TheotàiliệuThermalSprayFundametal[26],đãtổnghợpcáccôngtrình khoa học trong lĩnh vực phun phủ nhiệt, cũng như qua nghiên cứu tìm hiểu về côngnghệphunnhiệtkhíkháctrênthếgiớinhậnthấyrằngcórấtnhiềunhàkhoa họcquantâmnghiêncứuvềlĩnhvựcnày.Đểtạorađượclớpphủcóchấtlượng tốt thì còn tùy thuộc và rất nhiều yếu tố khác nhau như điều kiện phun, chế độ thôngsốcôngnghệphun,bềmặtchitiếtphun Tuynhiêncácnghiêncứutrên chothấychủyếunghiêncứuvềảnhhưởngcủatốcđộphun,lưulượngkhí,nhiên liệu, nhiệt độ hạt, khoảng cách phun, đến đặc tính và chất lượng lớpphủ.

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun phủ nhiệt ở ViệtNam Ở Việt Nam, công nghệ phun phủ đang trong giai đoạn nghiên cứu, ứng dụng các thành quả của thế giới Tuy nhiên trong những năm gần đây đã có những công trình được một số các nhà khoa học triển khai nghiên cứu và ứng dụng tiêu biểu sau: Đề tài,mãsố KHCN 05 - 07 - 03 [3], đã tiến hành nghiên cứu xác định độ cứng, độ bám dính, độ bền uốn lớp phủ bột hợp kim Ni-Cr-B-Si trên nền thépCT38, kết quả nghiên cứu ứng dụng vào phục hồi trục pit tông thủy lực, đếpittông bơm tại công ty kỹ nghệ hàn Việt Nam đảm bảo yêu cầu đề ra Đề tài,mãsố KC05.10 [4], đã nghiên cứu xác định độ chịu mài mòn và độ bám dính lớp phủbộthợpkimZRO-182trênnềnvậtliệuNimonic263(đượcsửdụngchếtạo ống vòi voi trong các nhà máy nhiệt điện) có lớp phủ trung gian bột hợp kim NiCrAlY, kết quả cho thấy độ bám dính với kim loại nền đạt 378 kG/cm 2 , độ xốplớptrunggian2%,tuynhiêncáckếtquảnghiêncứumớichỉdừnglạiởmức phòng thực nghiệm Đề tài,mãsố: 01C-01/04-2009-2 [5], đã nghiên cứuảnhhưởngcủakhoảngcáchphun,vậntốcphun,lưulượngphunđếnđộxốp,độbám dính lớp phủ bột hợp kim Cr20Ni3trên nền trục thép 40Cr bằng phương pháp phunnổ,ứngdụngkếtquảnghiêncứuvàophụchồitrụckhuỷuxetảiCAT773E tậpđoànthan- khoángsảnViệtNamlàmchotuổithọtănggấp4lầnsovớimua mới và giá thành chỉ bằng30% mua mới Đề tài,mãsố 256-08 RD/HĐ-KHCN[6],đãnghiêncứuđộcứng,độchịumàimònlớpphủbột75Cr3C2-25NiCrbằng phươngphápphunplasmavớitốcđộquaycủalôsấykhoảng39,93m/ph,tốcđộ dịch chuyển đầu phun 2,5mm/vòng quay lô sấy, kết quả so sánh các tính chất của lớp phủ bằng vật liệu cacbit crôm với lớpmạcrom cứng cho thấy độ cứng tế vi bề mặt lớp phủ, khả năng gia công sau khi phủ, cũng như khả năng chịu mài mòn của lớp phủ tốt hơn nhiều so với lớpmạcrôm cứng, đồng thời có khả năng chịu mài mòn gấp 2,5 lần so với lớp mạ crômcứng.

Một số nghiên cứu khác theo hướng ứng dụng cũng được đề cập trong các công trình nghiên cứu sau: Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách phun, áp suất khí thổi, áp suất oxy đến độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo lớpphủNi-Cr-Si-BtrênthépC45phuntheophươngphápngọnlửaoxyaxetylen

[1],kếtquảchothấychếđộphuntốiưucủa3thôngsốbằngphươngphápngọn lửa oxy axetylen là: khoảng cách phun từ (170 ÷ 200)mm; áp suất khí thổi(0,3 ÷ 0,4)MPa và áp suất khí oxy (0,20 ÷ 0,22)MPa Nghiên cứu công nghệ phun phủ plasma với vật liệu hợp kim-gốm làm tăng độ bền mòn, chịu mài mòn, ứng dụngvàophụchồivàchếtạomớicácchitiếtmáylàmviệctrongđiềukiệnchịu mài mòn, chầy xước [7] Công trình công bố của nhóm tác giả Phạm Thị Hà và cộngsự,nghiêncứulớpphủkimloạiCr3C2-NiCrđượcchuẩnbịbằngcáchphun plasma (APS), thực hiện trên nền thép không gỉ 410 với các thông số phun như dòng điện và tốc độ cấp bột phun Kết quả thu được chỉ ra rằng mẫu lớp phủ phun plasma ở mức plasma cao dòng điện 600A và tốc độ cấp bột thấp 10g/ph cho lớp phủ ăn mòn, xói mòn là thấp nhất so với lớp phủ khác mẫu[8].

Ngoài ra phương pháp phun phủ plasma được một số nhóm tác giả thực hiệnnhư:Tạolớpphủtổnghợplênbềmặtchitiếtchốngmàimòn,ănmòntrong các môi trường hóa chất khắc nhiệt chứa flo [9] Các chi tiết với vật liệu khác cũng được nghiên cứu phục hồi như bề mặt chi tiết vật liệu gang làm việctrong điều kiện chịu mài mòn và các điều kiện khắc nghiệt được cải thiện khả năng làm việc nhờ lớp phủ chứa Crôm cacbit [10] Bên cạnh đó, sự kết hợp của hệ lớpphủCr3C2- NiCrtạolớpphủchịuănmòn,màimònbằngphươngphápphun phủplasmađểphụchồivànângcaochấtlượngbềmặtchobánhxecôngtáccủa tua bin trong nhà máy thủy điện Lào Cai[11].

Gần đây một số đề tài luận án tiến sĩ đã được thực hiện bởi phương pháp phunphủnhiệtmộtcáchcôngphuvàbàibản,cácđềtàiđãđónggópquantrọng vào khoa học, đồng thời làm cơ sở ứng dụng công nghệ một cách hiệu quả nhất điển hình nhưsau: TS.HoàngVănGợt[12],đãnghiêncứuảnhhưởngcủakhoảngcáchphun, áp suất khí thổi và oxy axetylen bằng phương pháp phun khí cháy đến độ bền bám dính, độ bền trượt, độ bền kéo của lớp phủ 77Ni15Cr3Si2B trên nền thép 16Mn.Phươngphápquyhoạchthựcnghiệmtrựcgiaotruyềnthốngđểxâydựng ma trận thực nghiệm Kết quả đã xác định được mối quan hệ giữa các thông số phun đến từng tính chất lớp phủ nghiên cứu thông qua hàm hồi quy toánhọc.

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỚPPHỦNHIỆT

2.1.1 Nguyên lý sự hình thành lớp phủnhiệt

Hình 2.1 Nguyên lý chung của công nghệ phun phủ nhiệt

Nguyên lý chung của phun phủ nhiệt là dùng nguồn nhiệt (hồ quang, khí cháy,plasma)làmnóngchảytoànbộhaymộtphầncácvậtliệuphundướidạng bột,dạngdâyhoặcdạngthanh.Vậtliệusauđóđượcphântánthànhcáchạtnhỏ dạngsươngmù,dướitácdụngcủadòngkhínănglượngcaosẽtăngtốcvàphun lên bề mặt của chi tiết đã được chuẩn bị trước Các vật liệu dùng để phun phủ cóthểlàkimloại,hợpkim,bộtceramic,nhựahoặccomposit.Vớiđặcđiểmhình thành như vậy, lớp phủ sẽ có cấu trúc dạng lớp, trong đó các phần tử vật liệu bị biến dạng và xếp chồng lên nhau Vì vậy chiều dày lớp phủ khụng bị giới hạn, cú thể tạo lớp phủ mỏng vài chục àm hoặc dày vài mm[41].

Từ những quan điểm lý thuyết về sự hình thành lớp phủ của các nhà khoa học trên thế giới thấy rằng, đã có những quan điểm khác nhau về trạng thái của cáchạtphuntạithờiđiểmvađập,tuynhiêntheotácgiả[19]đãtríchdẫncóthể môtảvềquátrìnhhìnhthànhlớpphủđượcđặctrưngbởi4giaiđoạnđólà:Giai đoạn nung nóng và làm nóng chảy vật liệu phun, giai đoạn phân tán hình thành giọtkimloạilỏng,giaiđoạnbaycủacácgiọtkimloại,giaiđoạnvađậpcủacác giọtkimloạivàobềmặtkimloạinềnđểhìnhthànhlớpphủ,bằnghìnhảnhđượcmôphỏng như (hình2.1).

2.1.2 Các giai đoạn hình thành lớp phủnhiệt

2.1.2.1 Giai đoạn nung nóng vàlàmnóng chảy vật liệuphun

Giaiđoạnnăynhiínliệukhíchâyvẵxyđượccungcấpvăobuồngđốtcủa súng phun, tại đây chúng tạo thành hỗn hợp cháy Khi được mồi cháy khí nén đượcmởtiếp tục được cung cấp vào buồng phun, tạo thành sản phẩm cháy có nhiệtđộvàápsuấtcao.Cácphầntửphunsaugiaiđoạnnàysẽđượcdịchchuyển theo dòng khí với tốc độ siêu âm và vượt siêu âm nhờ kết cấu ống Laval, theo định luật bảo toàn lưu lượng[6].

2.1.2.2 Giai đoạn phân tán thànhgiọt

Giai đoạn này vật liệu phun nóng chảy khi đi ra khỏi miệng súng phun,các giọtnóngchảycóápsuấtcaotiếpxúcvớikhíquyểncóápsuấtthấp,làmápsuất bêntrongcácgiọtnóngchảybịgiảmđộtngộtvàchúngbungrathànhnhiềuhạt nhỏdạngsương,theonguyênlýtạohạtphun.Sựphântáncủacácgiọtkimloại dướitácdụngcủaápsuấtvànhiệtđộkhítùythuộcvàoáplựcdòngkhícháyvà đường kính của miệng phun Toàn bộ quá trình chảy và phân tán các hạt diễn ra rất nhanh, sự phân tán chỉ kéo dài khoảng 1/10.000 ÷ 1/100.000 giây và sau mỗi giây chúng tạo ra khoảng

7000 hạt kim loại Dạng của các hạt kim loại được hình thành do sự phân tách giọt của vật liệu phun phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng Trong hạt, ngoài vật liệu phun cơ bản còn do tỷ lệ phần trăm nhất định của các oxít và chúng có thể được phân chia làm hai loại đó là hạt có dạng hình cầu và hạt có dạng đa giác[6].

2.1.2.3 Giai đoạn bay của các phần tửphun

Giai đoạn này tốc độ bay của các hạt tăng dần từ vùng đốt đến miệngsúng phun,nhưng khi ra khỏi miệng phun thì tốc độ giảm dần do ma sát với không khí.Cácphầntửphunnóngchảyởnhiệtđộcaophântánthànhchùmhạtnhỏ tương tác hóa học vật lý với môi trường xung quanh, một phần vật liệu phun bị ôxy hóa và hòa tan khí Do vậy các phần tử phun bị bao bọc bởi một lớp oxit, lớpoxitnàylớnlênphụthuộcvàokhoảngcáchbay.Quátrìnhôxyhóatùythuộc vào thành phần khí cháy, độ hòa tan khí phụ thuộc sức căng bề mặt giọt kim loại,sứchútcủacácnguyêntửhợpchấtphun,hệsốdẫnnhiệtcủavậtliệu.Trong quá trình bay, do chênh lệch về áp suất bên trong hạt với áp suất môi trường xung quanh, các hạt tiếp tục vỡ phân tán thành nhiều hạt nhỏ Dòng phun có dạnghìnhphễu,gócloecủaphễuphụthuộcgócloecủaốngLaval,tốcđộphun và đường kính của đầu phun [6] Ngoài ra, các phần tử cũng bị ảnh hưởng của rất nhiều các nhân tố khác, biểu thị ở những phản ứng không đồng nhất Do đó trong quá trình phun cần phải tính toán đến các vấn đềsau:

+ Các hạt kim loại tách ra ở trạng thái lỏng hay bán lỏng.

+ Các phần tử phun luôn bị thay đổi trong trường gia tốc khi bay.

+ Các hạt phản ứng với môi trường xung quanh có ôxy, hơi nước, nitơ… + Khả năng hòa tan của khí phụ thuộc vào nhiệt độ, áp lực riêng…

2.1.2.4 Giai đoạn va đập của các giọtkimloại vào bề mặtkimloạinền

Các hạt vật liệu phủ mang động năng và nhiệt năng bay đến va đập vào bề mặtnềnvàhìnhthànhlớpphủ,cáchạtbámdínhđượctrênbềmặtnềnphụthuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ, tốc độ va đập hay trạng thái của giọt vật liệu (lỏng, bán lỏng, rắn), thuộc tính vật lý của bột phun, trạng thái bề mặt của vật liệu nền [6] Các giọt vật liệu khi va đập, động năng của hạt chuyển thành nhiệt năng, truyền năng lượng cho bề mặt nền làm tăng nhiệt độ bề mặt nền, khi tiếp xúcvớibềmặtnềncácphầntửphunởtrạngtháilỏngbịbiếndạngtừtrònthành dẹtvàbámchắctrênbềmặtgồghềcủakimloạinềncũngnhưsựbámdínhgiữa các nhóm vật liệu phun với nhau (hình2.2).

Hình 2.2 Quá trình va đập của các hạt (gọt) nóng chảy hình thành lớp phủ

Trongquátrìnhhìnhthànhlớpphủ,doởnhiệtđộcaonênxảyraquátrình khuyếch tán giữa các nguyên tử tạo thành khối vật liệu phủ đồng nhất Do kết quảcủasựtruyềnnhiệt,cáchạtphủbiếndạngvànguội,kèmtheothểtíchgiảm, đại bộ phận các hạt bám chắc vào bề mặt nền, một bộ phận nhỏ bị bắn ra khỏi bềmặt.Tùysựdịchchuyểncủađầuphunhoặcvậtđượcphun,chùmtiahạtphủ được bắn vào bề mặt nền theo từng lớp, chồng chất lên nhau tạo thành lớp phủ theo yêu cầu (hình2.3).

Hình 2.3 Sự chồng chất của lớp phủ phụ thuộc vào sự chuyển động khi phun

2.2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ CẤU TRÚC LỚP PHỦ NHIỆTPLASMA

Phunplasmalàquátrìnhtạocácloạilớpphủđượclắngđọngrấtkhácnhau,bao gồm kim loại,gốmsứ và vậtliệu tổnghợp vvv Nhiệt plasma bao gồm một hỗn hợp các electron, phân tử trung tính và các nguyên tử cũng như các ion, ở trạngtháicơbảnhoặcbịkíchthích.Sựdaođộngcủacácphântử,nguyên tửvà ion giữa trạng thái kích thích của chúng và trạng thái thấp hơn hoặc dưới mặt đất dẫn đến sự phát xạ của các photon tạo thành luồng phát sáng của plasma Tuy nhiên, một hỗn hợp như vậy được chứng minh là plasma nếu các điện tích âm và dương cân bằng với nhau, tức là, tổng thể plasma là trung tính về điện Các plasma nhiệt chỉ tồn tại nếu độ dẫn điện của chúng vượt quá một ngưỡng nhất định, đối với các hỗn hợp được sử dụng trong phun plasma ở áp suất khí quyển tương ứng với nhiệt độ cỡ khoảng từ 700°C ÷ 800°C [42] Như vậy có thể thấy quy trình phun phủ nhiệt nói chung và phun phủ plasma nói riêng là một sự tổng hợp của quá trình hóalý.

2.2.1 Sự hình thành lớp phủplasma

Lớpphủđượctạorabởiquátrìnhphunliênquanđếnviệccấpbộtvàongọn lửahồquangplasmaởnhiệtđộcao.Bộtđượcnungnóngvàcưỡngbứcởáp suất cũng như vận tốc cao, hướng tới bề mặt vật liệu nền đã được chuẩn bị trước.Hạtvậtliệuphunnóngchảycóthểcónhiệtđộbênngoàinhỏnhất1000 ° C Do nhiệt độ rất cao này, lớp ngoài mỏng của mỗi hạt chắc chắn sẽ trải qua quá trình chuyển pha.

Bề mặt phủ phải đủ lớn để có thể làm dẻo lớp ngoài và cho phép một lớp phủ dính dày đặc được hình thành Hạt phun cũng phải đủ nhỏ để khôngảnhhưởngđếnphatinhthểlắngđọngtrênvậtliệunền.Lớpphủnhiệtnóichung được hình thành có cấu trúc cơ bản như (hình2.4).

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc về sự hình thành lớp phun nhiệt [100]

Lớpphủnhiệtcóđặctrưngcủacáccấutrúcbịnguộinhanhđộtngộtdovận tốc,quãng đường…,do vậy khiđôngđặcsẽxuấthiện trong mạngtinh thể(hoặc trongcấutrúc)nhữngtrungtâmlệchmạng.Dosựkếttinhnhanhcủalớpphủ,có thểnhận đượccấu trúc giả bền vững dướidạngcác dung dịch rắn bão hòa vàcó thểcócảtrạngtháivôđịnhhìnhcủakimloại.

Trong lớp phủ nhiệt có thể có 2 loại ôxít, một loại ôxít được hình thành riêng biệt, loại khác bao bọc xung quanh các phần tử kim loại phun khi đậpvào bềmặtcầnphun,cácphầntửnàysẽbịbiếndạng.Loạiđầuthườngcoilàbấtlợi, làm xấu tính chất cơ học của lớp phủ Loại thứ hai tạo thành trên bề mặt (đặc biệt là ôxít crôm) có độ xít chặt cao, thụ động trong môi trường ăn mòn sẽnâng cao độ bền ăn mòn và mài mòn của lớp phủ Các lỗ xốp có trong cấu trúc của lớp phủ sẽ cho lớp phủ những tính chất tốt khi lớp phủ làm việc trong điều kiện bôi trơn Lớp phủ hình thành trong không khí, do vậy các lỗ xốp bị lấp đầykhí, đặc biệt là giữa các lớp có khả năng bão hòa khí lớn nhất Các khuyết tật khác cũngcóthểhìnhthànhnhư:sựkhôngbámdínhgiữalớpphủvàchitiết,sựphân tầng, nứt tế vi do ứng suất kéo trên các phần tử biến dạng và sự nguội không đồng nhất tạo thành, các vết nứt vuông góc với bề mặt do lớp phủ co lại khi nguội và bị cản co do lực bám dính, do các hạt không nóng chảy[17].

Lớp phủ có cấu trúc lớp, bao gồm các hạt bị biến dạng rất nhiều, nối với nhautheobềmặt.Lớpphủcóđặctrưngởdạngđẳngtâmcósựphânlớpdoquá trình phun hình thành ở các thời điểm khác nhau chồng lên nhau Các lớp này có độ biến dạng khác nhau vàbịphân cách với nhau bằng một lớp ôxít mỏng với chiều dày cỡ khoảng 1àm Trờn (hỡnh 2.5)mụtả sự phõn lớp trong cấu trỳc của lớp phủnhiệt.

Hình 2.5 Ảnh chụp mặt cắt lớp phủ Cr 3 C 2 -NiCr tạo bằng plasma

Biên giới phân chia giữa lớp phủ và nền kim loại xác định độ bám dính giữa chúng Tính chất của bản thân lớp phủ thể hiện bằng độ kết dính giữa các phần tử hạt Biên giới giữa các lớp hình thành do khoảng thời gian khác nhau giữacáclầnphun.Saumỗilầnphun,bềmặtrấtnhanhbịnhiễmbẩn,bịoxyhóa.

Dođólàmchocácquátrìnhtiếpxúcgiữacáchạttrởnênkhókhănhơnvàtừđó xuất hiện biên giới giữa các lớp phun Chiều dày lớp phun dao động rất nhiều và phụ thuộc vào công nghệ tiến hành Thụng thường, mỗi lớp phun dày (10 ữ 100)àm Như vậy, cấu trỳc và tính chất lớp phủ phụ thuộc vào các quá trình tương tác giữa các phần tử phun với dòng khí và quá trình hình thành lớp phủ trên bề mặt kim loạinền.

MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA LỚP PHỦNHIỆTPLASMA

Lớp phủ plasma cũng như các lớp phủ nhiệt khác là kết quả của quá trình cơ, lý, hóa tạo ra Bởi vậy lớp phủ có những đặc tính chung và riêng nhất định, mỗi đặc tính đặc trưng cho một tiêu chí độ bền của lớp phủ gồm:

Cấu trúc và tính chất của lớp phủ nhận được sau khi phun phụ thuộc vào các thông số khác nhau trong đó vật liệu sử dụng phủ đóng một vai trò quan trọng [43, 44] Vật liệu phủ có ảnh hưởng đến tính hiệu quả của lớp phủ domộttrong các yếu tố như: Thành phần hóa học, kích thước hạt, cấu trúc pha, độ ẩm vàhìnhtháihạt Điềunàyđãđượcchứngminhkhiphunplasma[45-51].Dựa vàođiềukiệnlàmviệccủatừngloạichitiếtđểchọnlựaloạibộtphunthíchhợp đối với từng loại vật liệu nền nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.Những loạibột phundùngphổbiếnhiệnnayđượcchialàmbốnnhómcơbảnđượctrìnhbàytrong (bảng2.1). Trongsốcácnhómloạibộtphủtrên,nhómbộtphủCrômcacbitlàvậtliệu cứng có khả năng chịu mài mòn, xói mòn và ăn mòn tốt Nó cũng là một hợp chất chịu nhiệt lên đến khoảng 900 0 Cmàvẫn giữ được cơ tính tốt vốn có như ban đầu Thành phần có độ cứng nhất và được sử dụng phổ biến nhất cho mục đích chống mòn, chịu nhiệt là Cr3C2 Crôm cacbit có ba cấu trúc tinh thể khác nhau, tương ứng với ba thành phần hóa học khác nhau[41]:

+ Cr23C6có cấu trúc tinh thể khối và độ cứng Vickers: 976kg/mm 2

+ Cr7C3cấu trúc tinh thể hình lục giác và độ cứng Vickers: 1336kg/mm 2

+Cr3C2làbềnnhấttrongbachếphẩm,vàcócấutrúctinhthểtrựcgiaovới độcứngVickerslà2280kg/mm 2 ChínhvìCr3C2cóđộcứngcaonênnólàdạng chính của Crôm cacbit được sử dụng trong xử lý bềmặt.

Bảng 2.1 Nhóm vật liệu phun dạng bột phổ biến đang dùng hiện nay

Nhóm Loại bột Thành phần cơ sở của loại bột

- Bột trên cơ sở nền cô ban(Co).

- Bột trên cơ sở nền đồng(Cu).

- Bột trên cơ sở nền sắt(Fe).

- Bột trên nền cơ sở môlípđen(Mo).

- Bột trên cơ sở nền niken(Ni).

II Bột hợp kim dạng

- Hợp kim bột trên nền cơ sở cô ban(Co).

- Hợp kim bột trên nền cơ sở niken(Ni).

- Bột dựa trên nền cơ sở là ôxít nhôm(Al2O3)

- Bột dựa trên nền cơ sở là ôxít crôm(CrO2)

- Bột dựa trên nền cơ sở là ôxítzircôni(ZrO2)

IV Bột cacbit - Bột Crôm cacbit là nền cơ sở(CrC).

- Bột cacbit vônfram là nền cơ sở(W).

2.3.2 Độ bền bám dính của lớpphủ

Sựbámdínhcủalớpphủvớikimloạinềnlàmộttrongnhữngchỉtiêuquan trọng nhất để đánh giá chất lượng lớpphủ. a, Độbámdính lớp phủ với nền: Sự liên kết này chủ yếu là liên kết do cơ học,chứkhôngmangnhiềutínhchấtluyệnkimhayhóahọc.Liênkếtnàyđược quyết định bởi sự va đập của hạt phun đối với nền, nhiệt độ hạt khi phun và độ nhấp nhô bề mặt chi tiết phun là những yếu tố quyết định độ bám dính của lớp phủ với nền Động năng của hạt càng lớn, hạt phun bị nóng chảy cục bộ hoặc toàn phần khi va đập sẽ biến dạng mạnh mẽ hơn Mặc dù các hạt nóng chảy đã làm biến dạng đến độ nhấp nhô của bề mặt vật liệu nền, tạo ra một liên kết cơ học, việc làm sạch và tạo nhám làm tăng độ nhấp nhô bề mặt vật liệu nền cũng khônglàmtăngđángkểdiệntíchbềmặtcholiênkếtcơhọcđó[52].Mộtnghiên cứu của Moss và Young đã chỉ ra rằng khi sử dụng bột thiếc phun lên thép nhẹ đã được tạo nhám bằng phun cát với vận tốc V0m/s thì động năng và nhiệt năngcógiátrịlớnhơnứngsuấtchảydẻo[53].CácnghiêncứukháccủaBaxtor và Reiter cho thấy rằng phun phủ nhôm bằng plasma cũng phávỡlớp ôxít trên bề mặt kim loại[54]. Một vấn đề khác liên quan đến cường độ bám dính của lớp phủ đó là sự tích tụ của các hạt riêng lẻ khi va đập vào bề mặt vật liệu nền, nhiệt độ bề mặt vật liệu nền ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm phẳng của các hạt nóngchảy khivađậpvàobềmặtvậtliệunền,dođócótácđộngđếncácđặctínhcơhọcvà lýhọccủalớpphunphủnhiệt[55].Quátrìnhlàmphẳnglàmộttrongcácyếutố quantrọngnóquyếtđịnhđếncácđặctínhcủalớpphủ.Quátrìnhlàmphẳngtrên cácbềmặtnhấpnhô(hình2.6)cũngđãđượcMoreaunghiêncứuvàchorằngtỷ lệlàmphẳngvàtốcđộlanrộngsẽgiảmđikhiđộnhấpnhôbềmặttănglên[56].

Hình 2.6 Mô hình sự va chạm của hạt phun trên bề mặt nhấp nhô

Nhiềulớpmỏngphuntrênmộtbềmặtnhấpnhôcủavậtliệunền,đượcgắn kếtbằngmộtlựcsinhrabởisựcongótcủachấtlỏngbaoquanhnhữngđiểmlồi lõm trên bề mặt Đối với nhóm hạt phun không nóng chảy hoặc bị nguội trong quá trình bay khi đến bề mặt sẽ chỉ có lực bám dính nhờ lực cơ học Nhóm hạt được nung nóng chảy khi va đập và bám dính vàobềmặt chi tiết mang đầy đủ cả liên kết cơ học, hóa học và luyện kim do các hạt nóng chảy khuếch tán vào nhau Độ bám dính của lớp phủ đạt khoảng 70MPa cho độ bám dính cơ học và cao hơn nhiều cho độ bám dính khuếchtán.

* Phương pháp xác định độ bền bám dính:Độ bền bám dính giữa lớp phủ với vật liệu nền thường được kiểm tra theo hai phương pháp: Độ bền bám dính theo phương pháp tuyến (gọi tắt là Độ bền bám dính) (hình 2.7a) và độ bền chống trượt theo phương tiếp tuyến (gọi tắt là Độ bền bám trượt) (hình 2.7b). a, Sơ đồ đo độbámdính b, Sơ đồ đo độ bám trượtHình 2.7 Sơ đồ nguyên lý đo xác định độ bền lớp phủ

[1,17] b, Một số đặc trưng của sự liên kết giữa các phần tử lớp phủ

Sự liên kết này bao gồm liên kết cơ học, liên kết luyện kim, liên kết hóa học và liên kết vật lý (hình 2.8).

1 Liên kết cơ học; 2 Liên kết luyện kim

3 Liên kết bám dính khác

Hình 2.8 Mô hình mô tả cơ chế liên kếtcủa lớp phủ [16]

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý đo xácđịnh độ bền kéo đứt lớp phủ [1]

Trong số các liên kết này, liên kết cơ học có vai trò là liên kết khóa chặt, nhờlựccơhọccácphầntửphủkhôngnóngchảyvàcácphầntửphủnóngchảy hòa quện với nhau tạo thành một khối liên kết Để có được độ bền liên giữa các phầntửphủvớinhautốt,cầncónhiềuhơnnữacácphầntửphủđượcnóngchảy.

Dovậycầnchomộtchếđộthôngsốphunphùhợp.Mộttrongcácthôngsốphun cóảnhhưởngtrựctiếptớisựliênkếtgiữacácphầntửlớpphủđólàcườngđộ dòng điện phun, khoảng cách phun, lưu lượng cấp bột phun, thành phần khí cháy Như vậy cần lựa chọn được bộ thông số phun phù hợp cho từng trường hợp và điều kiện cụ thể để lớp phủ cho độ bám dính tốt Có một số nghiên cứu đã chỉ ra đối với các vật liệu được điều chế bằng các quy trình luyện kim, và kích thước hạt phủ nhỏ ở dạng nanomet, cho độ bền kéo thường cao có thể đạt vài trăm MPa.

* Phương pháp xác định độ liên kết giữa các phần tử phủ (Bền kéo): Để đánh giá độ bền bám dính giữa các phần tử lớp phủ thường được kiểm tra theo sơ đồ nguyên lý (hình 2.9

2.3.3 Độ xốp Độ xốp lớp phủ là phần trăm thể tích của các lỗ rỗng trên thể tích của lớp phủ và thường có giá trị khoảng (0,1 ÷ 15)% đối với các lớp phủ nhiệt [57]. Độ xốp là một trong những tính chất quan trọng nó ảnh hưởng rất lớn đến tíchchấtcủalớpphủ.Chúngđượchìnhthànhtrongquátrìnhtươngtácgiữahạt phunvớibềmặtnền,giữacáchạtphuntrongcảquátrìnhphun.Bởivậyđộxốp làthànhphầnluônluôntồntạitronglớpphủnhiệtvàtỷlệcủanótùythuộcvào các yếu tố quá trình phun cũng như các thông số công nghệ và phương pháp phun Thông thường, các hạt chưa nóng chảy hết chúng sẽ bị đông đặc và co ngót thể tích tạo thành các lỗ xốp, ngoài ra độ xốp của lớp phủ chịu ảnh hưởng của vận tốc hạt và năng lượng nung nóng, sự co rút ứng suất cục bộ của các hạt khi nguội, góc phun, kích thước hạt và xử lý bề mặt trước khi phun Ngoài ra, do các hạt phun sau không điền hết không gian, cũng sinhlỗxốp (hình2.10).

Hình 2.10 Ảnh SEM cho thấy cấu trúc lỗ xốp của lớp phủ nhiệt

Tùy thuộc vào quá trình phun, phương pháp phunmàlớpphủ có thể nhận đượcđộxốpkhácnhau.Độxốpcònphụthuộcvàoviệclựachọntốiưuhóacác thôngsốphunnhư:Cườngđộdòngđiệnphun,kíchthướchạtphun,tốcđộphun, lưulượngcấpbộtvàkhoảngcáchphun.Dođó,việcnghiêncứuđểlàmgiảmđộ xốpđếngiátrịthấpnhấtđápứngnhucầusửdụngtrongcácngànhcôngnghiệp luôn được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiêncứu.

* Phương pháp xác định độ xốp lớp phủ:Để xác định độ xốp lớp phủhiện nayngườitathườngxácđịnhtổngkhốilượngriêngcủalớpphủtheocácphương pháp sau: Phương pháp cân khối lượng chất lỏng; Phương pháp đo độ xốp thủy ngân và phương pháp soi kim tương học Trong nghiên cứu này đề cập và sử dụng phương pháp soi kim tươnghọc.

Phương pháp soi kim tương học là phương pháp được đo bằng cách quan sát gián tiếp, để quan sát người ta sử dụng kính hiển vi quang học, kính hiển vi điệntửquét Độxốpđượcxácđịnhdựavàodiệntíchcáclỗxốptrongkhuvực quan sát và so sánh diện tích này với tổng diện tích muốn xem Kính hiển vi đượctrangbịhệthốngmáytínhvàphầnmềmđểphântích,kếtquảxácđịnhgiá trị độ xốp của mẫu bằng cách chuyển đổi các vùng rỗ xốp thành màu đỏ trong khiphầncònlạicủacáccấutrúctếviđượcgiữnguyênmàusắcbanđầucủanó.

2.3.4 Độ cứng của lớpphủ Độ cứng của lớp phủ liên quan trực tiếp đến khả năng chịu mài mòn, đây làcơtínhđượcápdụngnhiềukhilựachọnphươngphápphunphủ.Độcứnglớp phủ ngoài việc phụ thuộc vào loại vật liệu phủ, độ cứng còn phụ thuộc vào quá trình phun, điều này được giải thích là do lớp phủ trong quá trình phun hình thànhcấutrúckhôngđồngnhất,tronglớpphủcóchứaôxitvàlỗxốp.Vìvậyđộ cứng lớp phủ có giá trị thấp hơn so với các vật liệu tương đương được chế tạo bằng các phương pháp như rèn, dập hoặc đúc …, khi phun với các vật liệu bột phủ khác nhau có thể nhận được các lớp phủ có độ cứng khác nhau điều này được khẳng định trong nghiên cứu của tác giả Qun Y và các cộng sự[58].

Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi độ cứng của lớp phủ so với tính chất vật liệu phủ ban đầu của nó là do các hạt phun trong quá trình hình thành lớp phủ có sự va đập tương đối với quá trình biến dạng, quá trình này được coi nhưmột phương pháp rèn phần tử phun dẫn đến tính bền, mật độ lớp phủ tăng dẫn đến độ cứng lớp phủ được cải thiện Thông thường độ cứng các hạt tạo thành lớp phủ cao hơn độ cứng vật liệu phun, vì vậy lớp phủ có độ chịu mài mòn tốt.Một nghiêncứukhiphunsửdụnghạtcỡmicromet,vòiphunanodeđườngkínhtrong 9 mm, tất cả các hạt được nung chảy tương ứng với độ cứng cao nhất 773 ± 55 HV3và phương sai được ổn định với số đo thấp[59]. Độ cứng lớp phủ được xác định là độ cứng tế vi và cần đạt được sự đồng đều trên toàn bộ diện tích lớp phủ Để đạt được điều đó ta cần có một chế độ phun hợp lý với từng phương pháp và từng loại vật liệu.

*PhươngphápxácđịnhđộcứnglớpphủVicker-thangđoHV:Dùngmũi đâmcóhìnhdạngtháptứdiệnlàmtừkimcươngcógóccácmặtkềnhaulà136°, góc giữa các cạnh là 148° tác dụng lực (P) qua mũi tháp lên vật thử, sau đó đo đường chéo vết lõm (d) ta xác định được độ cứng Vickers (được ký hiệu HV) (hình 2.11).

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠ TÍNH VÀ CHẤT LƯỢNG LỚPPHỦPLASMA

Quá trình phun phủ nhiệt nói chung, phun phủ plasma nói riêng có nhiều thông số điều chỉnh được có thể được xem xét trong quá trình phun bởi nó ảnh hưởng tới chất lượng lớp phủ Các yếu tố ảnh hưởng phức tạp và đa dạng đến chấtlượnglớpphủkimloại.Mỗimộtyếutốcónhữngthôngsốđặctrưngriêng Tuy nhiên trong phun phủ plasma những yếu tố công nghệ có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng lớp phủ thường được xem xét nhưsau:

2.4.1 Đặc tính bề mặt chi tiếtphủ

Trong phun phủ nhiệt, độ bám dính của lớp phủ là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến độ bền của vật liệu phủ với chất nền sau khi phủ Để làmtăngđộbámdínhkhitạolớpphủvớichấtnềntacầnphảixemxétvànghiên cứu đến cả 3 yếu tố: Trước khi phủ, trong khi phủ và sau khiphủ.

Trước khi phủ ta cần quan tâm đến phương pháp làm sạch và độ nhám bề mặt của chi tiết phủ, độ nhám bề mặt của chi tiết phủ ảnh hưởng lớn tới độbám dính của lớp phủ với chất nền Tuy nhiên với từng hệ lớp phủ và vật liệu nền khác nhau thì mối liên hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết phun với độ bền bám dính là khác nhau, để biết được với độ nhám nào của bề mặt chi tiết phủ cho độ bám dính cao nhất thì cần được nghiên cứu thực nghiệm cụ thể Trong thực tế không phải cứ độ nhám cao là cho độ bám dính tốt, độ bám dính đạt được bao nhiêucònphụthuộcvàoloạibộtphun,thànhphầnhợpchấttrongbộtphun,loại vật liệu nền Theo khuyến cáo từ nhà sản xuất thiết bị phun plasma, độ nhám bề mặt ứng dụng cho phun plasma là khoảng Rz > 10àm Một nghiờn cứu thực nghiệmđãchobiếtsựảnhhưởngcủađộnhámđếnđộbámdínhcủalớpphủtrên bề mặt thép nền, đối với thộp nền C45 độ bỏm dớnh cao nhất đạt K = 14,90MPa ứng với Rz = 58,39àm, đối với thộp nền CT3 độ bỏm dớnh đạt K = 16,26MPa ứng với Rz = 62,25àm (hỡnh 2.12)[17].

Hình 2.12 Ảnh hưởng của nhám bề mặt đến khả năng bám dính của lớp phủ[ 1 7 ]

Phương pháp làm sạch và tạo nhám quyết định đến năng suất và tính chất của nhám trên bề mặt vật liệu nền Trong công nghiệp chế tạo máy có rất nhiều phương pháp làm sạch cũng như tạo nhám cho bề mặt sản phẩm, mỗi phương phápcónhữngưuđiểmvàtíchchấtkhácnhau.Tuynhiêntrongthựctếhiệnnay phươngpháplàmsạchvàtạonhámbềmặtbằngmáyphunhạtmàiđượcdùng phổbiếnvàrộngrãihơncảbởinăngsuấtvàchấtlượngcủanóđemlại.Phương pháp này được sử dụng phổ biến cho các công việc làm sạch trước khi sơn, sơn lại,mạhoặc phun phủ Với nhiều các ưu điểm của phương pháp này đem lại vì thế trong nghiên cứu này đã lựa chọn, nghiên cứu và ápdụng.

2.4.2 Cường độ dòng điện phun (I p )

Cường độ dòng điện phun là năng lượng chính tạo ra nhiệt độ hồ quang plasma trong buồng đốt để làm nóng chảy vật liệu phun Quá trình phun phủ plasma,sựmấtổnđịnhquantrọngnhấtlàsựmấtổnđịnhđếnanode.Kếtquảsự mấtổnđịnhđólàdodòngđiệnảnhhưởngmạnhmẽđếndaođộngcủacôngsuất hồquang,ảnhhưởngcủabiếnđộngnhưvậytácđộngđếnnhiệtđộvàgiatốchạt [77].

Sự tác động mạnh mẽ của dao động điện áp lên các hạt và quỹ đạo hạt đã đượcbáocáobởiFinckevàSwankvàonăm1991,chobiếtcòncỡkhoảng10% tổng khối lượng các hạt vẫn không bị nung nóng [78] Trong một thí nghiệm khác của Bisson và cộng sự cũng cho thấy ảnh hưởng của dao động điện áp lên hạtnhiệtđộvàvậntốc[79].Mộtnghiêncứusosánhkhácđượcsửdụngvớihai điềukiệnthínghiệm:Mộtvớidòngđiện300A,vậntốckhíArlà35(l/ph),H2là 10(l/ph), khí mang 6(l/ph) và khoảng cách phun là 100mm; Hai với dòng 700A vận tốc khí Ar là 35(l/ph), H2là 3(l/ph), khí mang 6(l/ph) khoảng cách phun là 100mm, tất cả các điều kiện khác còn lại là như nhau Những điều kiện này đã đượcchọnđểmanglạicùngnhiệtđộhạttrungbìnhkhoảng2850°Cvàhạttương tự vận tốc lần lượt là 274 và 316m/s Điều kiện đầu tiên cho kết quả mạnh mẽ chếđộkhởiđộnglạihoạtđộngcủahồquangvàsựdaođộngmạnhcủanhiệtđộ hạt và vận tốc, trong khi các dao động cho bộ thông số vận hành thứ hai là mối quan hệ nhỏ Có thể kết luận rằng hành vi khởi động lại của vòng cung sẽ dẫn đếnkếtquảlớnhơnmộtphầncủacáchạtkhôngđượcnóngchảysẽdẫnđếnlớp phủ kém[80]. Coudert và Rat [81 - 83] đã nghiên cứu biến động của plasma với hỗn hợp

Ar - H2 Dòng hồ quang 600A, khí Ar bằng 45(l/ph), cho các tốc độ dòng H2khác nhau, phổ tần số điện áp hồ quang hiển thị các đỉnh tần số (một vài kHz) với chính tần số dao động quan sát được giữa (4 ÷ 5kHz), nhưng một đỉnh thứ cấp xuất hiện ở tốc độ dòng hydro thấp ở khoảng 7,5kHz Kết quả ghi nhận lớp ranhgiớilạnh(CBL)làkhôngthỏađángvìtầnsốdaođộngtăngkhitốcđộdòng hydro tăng Hơn thế nữa, theo tớn hiệu điện ỏp thời gian phục hồi hồ quang là khoảng từ (30 ữ 100)às, đú là tần số cao hơn 10 kHz và sự phát triển của biến động chính tần số (4 ÷ 5kHz) Coudert và

Rat cho thấy dao động chính này chủ yếulàdohiệuứngnéncủakhítạoplasmaởphầnsaucủaplasma,nghĩalàtrong khoangcựcâm.Độổnđịnhđiệncủahồquangđượcxácđịnhbởiđặctínhampe

- volt của nó Vòng cung cháy tự do có một loạt các điều kiện đặc trưng rơi xuống, có nghĩa rằng điện áp giảm khi tăng dòngđiện.

Một số nghiên cứu cũng chỉ ra sự xói mòn cực âm xảy ra chủ yếu khi mật độ dòng điện ở phần cực âm là đủ cao để lượng nóng chảy lớn hơn Điều này xảy ra do sử dụng khí plasma như hydro dẫn đến sự co thắt hồ quang mạnh và việc sử dụng dòng điện cao vượt quá giá trị thiết kế catốt Nói chung, xói mòn cực âm ảnh hưởng đến hoạt động của ngọn lửa hồ quang trong vài giờ đầu tiên, đặc biệt là trong giờ đầu tiên, kết quả là giảm điện áp hồ quang [84] Một phân tích nhiệt chỉ ra rằng với thời gian cư trỳ là 150às sự gia tăng mạnhmẽvề xúi mòncóthểđượcdựkiến,tứclàmộtkhimộtđiểmbịxóimònnhẹđãhìnhthành, hồquangcưtrútạiđiểmnàydẫntớisựtăngnhanhtốcđộxóimòn[85].Rõràng, kiểm soát thông lượng nhiệt anode phải đạt được để kiểm soát xóimòncực dương.

Trong thực tiễn một số các công trình đã công bố khi phủ plasma đã sử dụng cường độ dòng điện phun trong khoảng từ (300 ÷ 700)A với vật liệu phủ khác nhau cho kết quả đạt tốt [21, 22, 86].

Lưu lượngcấp bột phunlàlưu lượngkhí vậnchuyển mangbột cấp vàovùnghồquangcủasúngphun.Trongcácthôngsốcôngnghệkhiphủ,lưulượngcấpbột phuncũnglàmộttrong những thôngsốcó ảnhhưởng khôngnhỏ đếnchấtlượnglớpphủ,cấp bột trong phun nhiệtcó2cáchlàcấptừ bêntronghoặcbên ngoàilối ra của vòi phun(hình 2.13) Ống cấpbột phunthườngcóđườngkínhtừ1,2đến2mm.Hướng cấpcóthểvuônggóc vớitrụcsúngphunởgócdươnghoặc gócâm sovớihướng vuông góc.Bộtđược cấpvới gócâm sovới trục phun(tiêm ngược)cóthểchonhiệtđộhạtcaohơnnhưngvậntốchạtthấphơnmộtchút[87].Cấpbột bêntrong đòihỏiphải điều chỉnh cẩn thậnlưulượngkhímang,tốc độdòng quá caosẽdẫn đếnđộlệchtiaplasma.Theo mộtsốnghiên cứu,tốcđộdòngkhímangnêndưới10%tốcđộdòngkhíplasma.Đốivớicấpbộtbênngoài,tố cđộdòngkhímangítảnhhưởnghơn[88].

Hình 2.13 Sơ đồ cấp bột phun

Các hạt sẽ rời khỏi kim phun đi vào vùng nhiệt plasma, lúc này các hạt có sự phân bố quỹ đạo khác nhau do kích thước của bột phun do động lượng của hạttỷlệvớicôngsuất.Nếuphunbộtcóphânbốkíchthướcdanhnghĩatừ(10÷

15)àm,độnglượngcủacỏchạtcúthểthayđổitheohệsốchocựngmộtvậntốc, dẫn đến sự khác biệt lớn quỹ đạo hạt Nói chung, các hạt nhỏ vẫn ở rìa (phía trên) không bao giờ đến được tâm của vùng nhiệt độ, tuy nhiên thời gian cư trú dài hơn do ở trong vùng vận tốc thấp hơn và thời gian tan chảy ngắn Các hạt lớnsẽđiquavùngtâmnhiệtdichuyểnxuốngởrìaphíađốidiện(phíadưới),có khả năng những hạt này không nóng chảy hoàn toàn khi chúng va vào chất nền (hình 2.14) Các hạt có kích thước trung bình sẽ có quỹ đạo đi vào vùng tâm nhiệt độ là điều kiện thuận lợi cho hạt nóng chảy Tuy nhiên, động lượng của hạt có thể được điều chỉnh bằng tốc độ dòng khí mang Nói chung, nên điều chỉnh tốc độ dòng chảy sao cho động lượng hạt trung bình bằng động lượngtia plasma Nhưng có thể giảm tốc độ dòng khí mang để cho phép các hạt lớn hơn có một quỹ đạo thuận lợi [88].

Hình 2.14 Sơ đồ quỹ đạo của các hạt có khối lượng khác nhau khi phun [26] Để xét sự ảnh hưởng của việc thay đổi lưu lượng cấp bột phun đến chất lượng lớp phủ, bằng cách các thông số phun khác được giữ không đổi Kết quả cho thấy, khi lưu lượng cấp bột phun thay đổi làm nhiệt độ và tốc độ hạt thay đổi theo (hình 2.15) do nhiệt độ và động năng tác động đến các phần tử phun Điều này dẫn tới hiệu suất và trạng thái va đập thay đổi và làm chất lượng lớp phủbịảnhhưởng[16].Từđócóthểdẫntớiđộxốptăng,độcứngvàđộbềnbám dính của lớp phủ với lớp kim loại nền giảm Tuy nhiên, mỗi loại bột phun có nhiệt độ hạt phù hợp với quá trình và công nghệ phun khác nhau như (Loại bột, hình thái bột, kích thước hạt, tỉ lệ thành phần hóa học của bột, độ ẩm….) từ đó lưu lượng cấp bột ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớpphủ.

Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng cấp bột đến vận tốc và nhiệt độ hạt [16]

Một số nghiên cứu còn chỉ ra khi lưu lượng cấp bột phun nhỏ sẽ làm giảm năng suất phun Năng lượng hạt lúc này được tập trung giúp cho việc tăng các hạt phun nhỏ, nên phân tán có thể sẽ làm tăng sự mất mát do hóa bụi và sự đốt cháy vật liệu nhất là đối với vật liệu có khối lượng riêng nhỏ hoặc nhiệt nóng chảy thấp Bởi vậy nếu lưu lượng quá nhỏ cũng không hiệu quả cho quá trình phun.Ngoàiranếulưulượngphunquánhỏdẫnđếnkhôngtạođượclớpphủkínbề mặt trong một lượt phun, mật độ phun lúc này nhỏ nên làm giảm hiệu quả bám dính cũng như tăng độ xốp do bề mặt lớp phủ trước để lại Qua tìm hiểu một số các công trình nghiên cứu đã được công bố [21, 22, 86, 89], lưu lượng cấpbộtphunchothínghiệmđượclựachọntừ(20÷40)g/ph.Chínhvìvậytrong phun phủ nhiệt sử dụng bột phun, thì lưu lượng cấp bột cần phải được nghiên cứu và đánh giá một cách cẩn thận, bài bản để đạt được kết quả cao nhất cả về năng suất và chất lượng khi phun đối với mỗi loại bột trên thiết bị phủđó.

Khoảng cách phun là khoảng cách giữa mặt mút của đầu phun đến bề mặt chitiếtphủ[1].Sựthayđổikhoảngcáchsẽlàmthayđổitốcđộhạt(nănglượng va đập) và nhiệt độ hạt (trạng thái hạt khi va đập sẽ thay đổi) Nếu khoảng cách phunquágần,độcứnglớpphủthấpđivìlúcnàylớpphunbịnhiệttậptrungcao dẫn đến có sự oxi hóa mạnh vì nhiệt làm cho độ xốp tăng lên do đó độ cứng sẽ giảm[2].

BỘT PHỦ Cr 3 C 2 -NiCr

Crôm cacbit là một hợp chất gốm tồn tại trong một số thành phần hóa họckhácnhaunhưCr3C2,Cr7C3vàCr23C6.Ởđiềukiệntiêuchuẩn,Crômcacbit tồn tại dưới dạng chất rắn màu xám Những tính chất này làm cho Crôm cacbit hữu ích như một phụ gia cho hợp kim kim loại, khi các tinh thể Crôm cacbit được tích hợp vào bề mặt kim loại, nó cải thiện khả năng chống mòn và chống ăn mòn của kim loại rất tốt ở trong môi trường có nhiệt độ cao Trong hỗn hợp lớp phủ Cr3C2- NiCr thì Cr3C2đóng vai trò là thành phần chính khi hình thành tạo ra độ cứng, trong khi đó (Ni) lại có nhiệm vụ là chất kết dính tạo thành một khối liên kết bền vững của lớp phủ [43] Đối với mỗi yêu cầu cho từng trường hợp cụ thể người ta sẽ thay đổi tỷ lệ pha trộn để đảm bảo mục đích và yêu cầu khácnhau.

* Một số ứng dụng dùng bột phủ crôm cacbit:

Bột phủ Crôm cacbit được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến với nhiều tính ưu việt của nó mang lại, một cách hiệu quả để ngăn chặn sự mài mòn, xói mòn và ăn mòn khi sử dụng lớp phủ Cr3C2- NiCr với các ứng dụng điển hình nhưtuabinkhí,nồihơivàcácchitiếtquantrọngtrongmáybay….Ởtrongnước cũngđãcómộtsốcácứngdụngthànhcônglớpphủCrômcacbitđểphụchồivà nâng cao tuổi bền cho các chi tiết mang lại hiệu quả cao điển hình như: Tạo thành công lớp phủ vật liệu hợp kim-gốm bằng phương pháp phun phủ plasma đểphụchồivàlàmmớicácchitiếtmáylàmviệctrongđiềukiệnchịumài mòn,chầyxước[7].LớpphủCr3C2-NiCrđượcphủbằng phươngphápphunplasma cũngđãđượcứngdụngvào phụchồibềmặtchitiếtcánhbơmvậtliệugangcủa nhàmáynhiệtđiệnNghiSơnlàmviệctrongđiềukiệnchịumàimònvàcácđiều kiện khắc nghiệt[10] Lớp phủ Cr3C2- NiCr được tạo bằng phương pháp phun plasmanhằmnângcaochấtlượngbềmặtchobánhxecôngtáccủatuabintrong nhà máy thủy điện Lào Cai [11] Như vậy có thể thấy lớp phủ Cr3C2- NiCr đã được ứng dụng và bước đầu có những thành công nhất định ở trong nước bằng phương pháp phun nhiệtplasma.

Từnghiêncứucơsởlýthuyếtquátrìnhhìnhthànhlớpphủnhiệtnóichung và phương pháp phun phủ plasma nói riêng và các đặc tính của lớp phủ nhiệt plasma, chothấy:

1 Chất lượng lớp phủ nhiệt plasma chịu tác động và ảnh hưởng bởi nhiều các yếu tố, nhưng trong đó có ba thông số công nghệ phủ bao gồm: Cường độ dòngđiệnphun(Ip),lưulượngcấpbộtphun(mp)vàkhoảngcáchphun(Lp)ảnh hưởng mạnh đến các đặc tính quan trọng của lớp phủnhiệt.

2 Độ bền bám dính của lớp phủ plasma phụ thuộc vào nhiều các yếu tố, một trong số đó là độ nhám bề mặt của chi tiết phủ Với lớp phủ nhiệt trên bề mặtthépnền,quacáckếtquảnghiêncứuchothấyđộbềnbámdínhcủalớpphủ đảm bảo được khi bề mặt mẫu phủ cú độ nhỏm Rz >10àm.

3 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy lớp phủ plasma Cr3C2- NiCr trên bề mặt thép nền, đạt được chất lượng với: (Ip) có giá trị trong khoảng từ (300 ÷ 700)A; (mp) có giá trị từ (20 ÷ 40)g/ph và (Lp) cógiá trị từ (100 ÷ 200)mm Bên cạnh đó độ bền bám dính của lớp phủ tốt nhất đạt được khi có góc phun90º. Đây là cơ sở để chế tạo mẫu và lựa chọn khoảng giá trị khảo sát của các thông số công nghệ phun cho thí nghiệm tiếp theo của luận án nghiên cứu này.

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM, VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ

Trongchươngnàyluậnánxâydựngmôhìnhthựcnghiệm,xácđịnhrõcácyếu tố đầu vào, đầu ra của quá trình nghiên cứu và giải quyết các mục tiêu của luận án đặt ra Trên cơ sở đó, lựa chọn phương pháp và các trang thiết bị thực nghiệm phù hợp để đo các đặc tính của lớp phủ Kế hoạch thực nghiệm được thực hiện bao gồm lựa chọn phương pháp quy hoạch để xây dựng ma trận thực nghiệm,xác định mô hình hàm hồi quy thực nghiệm, xác định phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm và tối ưu hóa; xây dựng quy trình phủ trên mẫu nghiên cứuvàphươngphápđothuthậpsốliệuphụcvụcácnộidungchínhcủaluậnán ở chương tiếptheo.

XÂY DỰNG MÔ HÌNHTHỰCNGHIỆM

Mô hình thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở các yếu tố đầu vào của quá trình phun phủ và các chỉ tiêu đầu ra (hình 3.1).

Hình 3.1 Sơ đồ mô hình thực nghiệm

VẬT LIỆU, THIẾT BỊTHÍNGHIỆM

Vậtliệu nền sử dụngtrong nghiên cứunày là thép hợp kim16Mn,cóthành phầnhóahọcđượctrìnhbàytrong(bảng3.1).Quaquátrìnhtìmhiểuvàkhảosát thực tế,mácthép hợp kim 16Mn được sử dụngphổbiến chocác kết cấuchi tiếtmáylàmviệctrongđiềukiệnchịumàimònvàxóimòn.Cácchitiếtmáyloạinàyđượcứngd ụng nhiều trongcácngànhnhưkhai thácmỏ,nhiệtđiện,thủy điện, ximăngvà các nồi hơicông nghiệp Mẫu phunđượcgiacông trêncácmáycông cụđảmbảotheođúngyêucầucủatừngloạimẫuthựcnghiệm.

Bảng 3.1 Thành phần hóa học và cơ tính của mẫu thép 16Mn.

Thành phần C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) Cr(%) Cu(%) Ni(%) Mo(%)

Giới hạn chảy Y.S (MPa) Giới hạn bền

Qua các nghiên cứu khảo sát ở chương 1 và 2, bột Cr3C2- NiCr (Sulzer Metco - Singapore) được lựa chọn sử dụng tạo lớp phủ trong nghiên cứu này. HạtCr3C2-NiCrcóđườngkínhtrungbình-30/+5μm,m,vớithànhphầnhóahọc:

C≤0,2%;Si≤0,5%;NiCr29,5%vàCr3C269,8%.Loạibộtnàyởđiềukiệntiêu chuẩn tồn tại dưới dạng chất rắn có màu xám và hình thái bột (hình3.2). a, Ảnh chụp bột Crôm cacbit b, Hình thái cấu trúc bột Cr 3 C 2 -NiCrHình

3.2 Hình ảnh và cấu trúc bột Crômcacbit

Khi các tinh thể Crôm cacbit được phủ lên bề mặt kim loại, nó cải thiện khả năng chống mài mòn, ăn mòn và xói mòn của kim loại và duy trì các đặc tínhnàyởnhiệtđộcao.Thànhphầnchínhđóngvaitròcứngnhấttronghỗnhợp bột Cr3C2-NiCr là Cr3C2, các thuộc tính của Crôm cacbit được trình bày trong (bảng 3.2)[4].

Bảng 3.2 Các thuộc tính của Crôm cacbit

Công thức phân tử Cr3C2

Hình dạng tinh thể Bát diện

Nhiệt độ nóng chảy 1,895°C (2,168 K; 3,443°F) Nhiệt độ sôi 3,800°C (4,070 K; 6,870°F)

Mẫu và đồ gá cần được gia công đảm bảo chính xác, vì vậy trong nghiên cứunàycácmẫuđượcvàđồgáphụcvụchoviệcnghiêncứuđượcgiacôngtrên các máy công cụ có tại trung tâm Cơ khí, khoa Cơ khí - Trường đại học Công nghiệp Hà Nội baogồm:

- Máy tiện CNC, Lynx 220L của hãng DOOSAN - HÀNQUỐC.

- Máy mài tròn ngoài 120W của TrungQuốc.

- Máy mài phẳng JL-618 của ĐàiLoan.

- Máy cắt dây molipden GS-2532B của TrungQuốc.

- Máy đánh bóng mẫu SmartLam3.0

Ngoài ra còn sử dụng một số máy gia công khác như máy phun hạt mài Shang-Po có ở phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí Bộ Công thương.

Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống phun plasma Praxair (Model 3710)

Hệ thống phun phủ plasma Praxair-3710 (của Mỹ), là thiết bị sử dụng để tạo lớp phủ cho các mẫu nghiên cứu và đồng thời cũng được sử dụng tạo lớp phủchocánhquạtkhóiứngdụngtrongluậnánnày.Hệthốngphunphủplasma Praxair- 3710cóởphòngthínghiệmtrọngđiểmcôngnghệHànvàXửlýbềmặt

-Viện Nghiên cứu Cơ khí (hình3.3).

Hệ thống gồm một tổ hợp các thiết bị có các thông số cơ bản như sau:

- Trạm khí bao gồm: Argon, hidrogen,heli.

+ Nguồn: 115 VAC/1 pha, 50/60 Hz, 20 amps.

+ Khí cấp thanh lọc: > 80 psi + Khí chính (argon): (33,5 ~ 202) l/phút; (30 ~ 250)psi.

+ Khí thứ cấp (heli): (33,5 ~ 202) l/phút; (30 ~ 250)psi.

+ Khí thứ cấp (hydro): (2 ~ 12,4) l/phút; (30 ~ 250) psi.

+ Khí mang (argon): (4 ~ 22,6) l/phút; (30 ~ 200) psi.

- Nguồn: Nguồn PS-1000 là nguồn điện không đổi 3 pha (dòng điện không đổi 3 pha), 40kW, 100% chu kỳ công suất (chu kỳ làm việc), được thiết kế đặc biệt cho phunplasma.

- Bộ khởi động tần số cao HF-2210: Bộ đánh lửa cao tần HF-2210 hoạt độngvớinguồnđiệnđểkhởiđộngsúngphunplasma.Nócóđầuraliêntục1200

Amp,điềukhiểncườngđộtầnsốcaovàbộdaođộng(daođộng),giúpquátrình đánh lửa ổn địnhhơn.

- Hệ thống cấp bột 1264: Hệ thống cấp bột phun 1264 hoạt động theo nguyên tắc thể tích trực tiếp kiểm soát tỷ lệ lưu lượng cấp bột bằng cách thay đổi tốc độ quay của đĩa gạt bột, khí mang và chuyển động quay của đĩa gạt để cung cấp bột đến súngphun.

3.2.4 Thiết bị kiểm tra và đánh giá các đặc tính của lớpphủ

Trên cơ sở các trang thiết bị hiện có tại các phòng thí nghiệm, các đặctính lớp phủ và phương pháp đánh giá, kết cấu của từng loại mẫu để lựa chọn thiết bị kiểm tra và đánh giá phù hợp nhất Trong luận án,các thiết bị được lựachọn để kiểm tra và đánh giá có tại phòng thí nghiệm của khoa Cơ khí - Trường Đại học Công nghiệp Hà nội được sử dụng như sau:

3.2.4.1 Máy kéo nén vạn năng BESTUTM500HH

Hình 3.4 Máy kéo nén vạn năng BESTUTM 500HH

Máy kéo, nén vạn năng BESTUTM 500HH (hình 3.4), là thiết bị được sửa dụng để đo và thu thập số liệu các chỉ tiêu đánh giá trong luận án bao gồm độ bền bám dính, độ bền bám trượt và độ bền kéo đứt sự liên kết của lớp phủ trêncácmẫutiêuchuẩn.Máykéo,nénvạnnăngBESTUTM500HHcócácđặc tính kỹ thuật chínhsau:

+ Máy có lực ép danh nghĩa: 500kN

+ Tốc độ dịch chuyển đầu chày ở trạng thái làm việc: 0 ÷ 10 (mm/ph) + Khoảng hành trình di chuyển đầu ép: 150mm.

+ Khoảng cách lớn nhất giữa mặt bàn máy với mặt đầu lắp chày: 500mm. + Các thông số hiển thị được trên máy tính: Lực, ứng suất, biến dạng tuyệt đối, biến dạng tương đối, thời gian, tốc độ biến dạng.

Hình 3.5 Kính hiển vi Leice ICC50E

KínhhiểnviLeiceICC50E(hình3.5),đượcsửdụngđểchụpảnh,quansát và phân tích hình ảnh mẫu và lớp phủ Kính hiển vi Leice ICC50E có các đặc tính kỹ thuật chínhsau:

+ Có bốn đèn led phía trên: Để chỉnh các chế độ chiếu sáng khác nhau. + Khả năng điều khiển đế theo 3 phương: dX= 25mm, dYvmm và dZ 30mm (5x) hoặc dZ= 20mm (50x).

3.2.4.3 Thiết bị đo độ cứng ISOSCANHV2AC

Hình 3.6 Thiết bị đo độ cứng ISOSCAN HV2 AC

Thiết bị đo phiên bản ISOSCAN AC (hình 3.6), cho phép thực hiện kiểm tra độ cứng và độ cứng siêu nhỏ Vickers của lớp phủ bằng cách đo đường chéo của vết lõm được tạo ra tự động bởi thiết bị Hệ thống đảm bảo độ tin cậy cao và đo lường nhanh chóng, được tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn ISO- ASTM Thiết bị đo độ cứng ISOSCAN HV2 AC có các đặc tính kỹ thuật chính sau:

+ Tải trọng: từ 25g đến2Kg

+ Khả năng điều khiển đế theo 3 phương: dX = 25mm, dY = 25mm, dZ 85mm.

XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHUN PHỦTRÊNMẪU

Quy trình phun phủ trên mẫu được thực hiện theo sơ đồ (hình 3.7), gồm các bước sau:

Hình 3.7 Sơ đồ quy trình tạo lớp phủ trên mẫu

- Mẫuphủ:Mẫuphủđượcchếtạotừthéphợpkim16Mnvàđượcgiacông trên các máy công cụ theo đúng yêu bản vẽ kỹ thuật của từng loạimẫu.

- Thiếtbịphủ:HệthốngthiếtbịphunphủplasmaPraxairđượckiểmtravà chuẩn bị các điều kiện đảm bảo hoạt động ổnđịnh.

- Vật liệu phủ: Bột Cr3C2- 30%NiCr được sấy khô ở nhiệt độ 100°C ÷ 150°C khoảng 12 giờ trước phun để loại bỏ tối đa độ ẩm có trongbột.

Rzq±2àm).Cỏcmẫusaukhitạonhỏmđượclàmsạchbằngkhớkhụvàđượcphủnga y(tốiđakhôngđểquá4giờtránhbềmặtmẫubịoxyhóa) Bước3.Gáđặtmẫuvàsúngph un:Đối vớicácloạimẫutrònlớpphủđượctạotrênbềmặtđườngsinh,mẫuđượcl ồngvàotrụcgávàđượckẹpchặttrênmâmcặpcủamáytiệnvớitốcđộquay10v/ ph.Súngphunđượcgátrênbàndaocủamáyvớibướcdịchchuyểnnganglà2mm/ vòng.Đốivớimẫulớpphủđượctạotrênbềmặtphẳng,mẫuđượcgácốđịnhtrênbànđồgáph un,đầuphun dịch chuyển theo hai phương dọc và ngang.

Bước 4 Cài đặt các thông số phun: Các thông số công nghệ phủ được thựchiệntheokếhoạchthựcnghiệmđãđịnhsẵn,cácthôngsốcònlạiđượcgiữ cốđịnhgồmđiệnáp(UP5V),lưulượngkhíchính(PArP(l/ph)),lưulượng khí thứ cấp (PH₂ 5 (l/ph)), lưu lượng khí tải bột (PAr= 40 (l/ph)), góc phun(βp

Bước5.Gianhiệtbanđầuchomẫu:Gia nhiệtbanđầuchomẫubằngcách sửdụngtrựctiếpngọnlửamàsúngphunđangtạorađểnungnóngsơbộbềmặt mẫu phủ có nhiệt độ khoảng (140ºC ÷ 150ºC) Kiểm soát nhiệt này trên mẫu, bằng cách sử dụng nhiệt kế hồng ngoại OPTEXPT-7LD.

Bước 6 Tiến hành tạo lớp phủ: Ngay sau khi kiểm tra mẫu đã đạt nhiệt độ ban đầu ta tiến hành phủ với các bước thực hiện như sau:

+ Điều chỉnh cường độ dòng điện phun.

+ Hiệu chỉnh áp suất, lưu lượng khí đúng với yêu cầu.

+ Điều chỉnh lưu lượng cấp bột và mở van cấp bột.

+ Tiến hành phun tạo lớp phủ trên mẫu đạt độ dày tối thiểu 1mm theo quy trình đã được thiết lập Trong quá trình phun cần kiểm tra để duy trì nhiệt độbề mặt mẫu phun không quá 150°C.

Bước 7 Gia công cơ khí sau phủ: Căn cứ vào tính chất và phương pháp đo và đánh giá của từng loại mẫu, cần lựa chọn phương pháp gia công sau khi phủ cho phù hợp để không làm ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ trên mẫu đo Trong nghiên cứu này cụ thể các mẫu được gia công sau phủ như sau:

+ Sử dụng mỏy mài trũn ngoài, mài mẫu đo đạt kớch thước ỉ42 +0,2 mm. +Màivàđánhbóngchocácmẫuthửđộbềnbámtrượt,độxốpvàđộcứng Bước 8 Kiểm tra tổng thể mẫu phủ: Sử dụng các thiết bị chuyêndùngđãđược lựa chọn vàmôtả ở trên để kiểm tra và đánh giá các đặc tính củalớpphủnhư:Độbềnbámdính,độbềnbámtrượt,độbềnkéo,độxốpvàđộcứngtếvi trên các mẫu.

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH CỦALỚPPHỦ

3.4.1 Phương pháp xác định độ bềnbámdính của lớp phủ(σ Bd ) a, Mẫu đo:Trong nghiên cứu này, mẫu độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền được lựa chọn chế tạo theo tiêu chuẩn JIS-H-8664 [92].

Hình 3.8 Mẫu thử đo độ bền bám dính theo JIS-H-8664 [92]

Mẫu thử gồm có 2 chi tiết chính là chốt và đĩa chốt (hình 3.8) Chốt và đĩa chốt sau khi lắp ghộp được kẹp chặt với nhau nhờ vớt M3, yờu cầu mặt đầu chốt ỉ8 và mặt đầu đĩa chốt đảm bảo kín khít và đồng phẳng với nhau sau khi lắp ghép như(hình 3.9a), trước khi phủ bề mặt phủ của mẫu được tạo nhám bằng máy phunhạtmàiđạtđộnhỏmRzq±2àm(hỡnh3.9b).Lớpphủđượctạotrờnmẫu đạtchiềudàytừ(1÷1,2)mmnhư(hình3.9c).Chếđộphuntạolớpphủmẫuđược thực hiện theo bảng quy hoạch thực nghiệm đãđịnh. a, Lắpghép mẫu b, Tạonhámmẫu c, Mẫu sau khiphủHình 3.9 Hình ảnh các bước thực hiện tạo lớp phủ chomẫu b,Chếtạođồgáđomẫuthửbámdính:Để quátrìnhđomẫutrênmáydiễn ra nhanh và chính xác, cần có một bộ đồ gá mẫu như sơ đồ (hình3.10). a, Sơ đồ nguyên lýđomẫu b, Ảnh chụp đồ gá mẫu thử sau khi chế tạoHình 3.10 Đồ gá đo độ bền bám dính lớp phủ trên mẫuthử c,Quytrìnhđomẫutrênmáy:Đồ gákéomẫuđượclắplênmáykéo,trước khi lắp mẫu lên đồ gá thì vít M3 phải được tháo bỏ Đặt mẫu thử kéo vào rãnh định vị phía trên của đồ gá,đẩy chố kéo áp sát vào cuối rãnh định vị của gáđỡ đồ gá như (hình 3.11a) Điều khiển cho ụ động máy tịnh tiến đi lên sao cho lỗ chốtcủamẫukéovàlỗchốtcủatrụckéotrùngnhauđểxỏchốtnhư(hình3.11b).

Hình 3.11 Hình ảnh đồ gá và mẫu thử đo độ bền bám dính trên máy kéo-nén

Hình 3.12 Biểu đồ lực kéo mẫu thử khi đo độ bám dính lớp phủ

Dưới tác dụng lực kéo của máy, máy tính sẽ tự động vẽ ra biểu đồ đường đặctínhbiểudiễngiátrịlựckéo,chotớikhichốtbậtrakhỏilớpphủ(hình3.12).

Quansátbiểuđồchotathấyđườngđặctínhđượcchiarathành3giaiđoạn,giai đoạnđầu(I)đườngđặctínhlàmộtđườngthẳngnằmngangtrùngvớitrụchoành, đây là quãng đường đầu máy di chuyển và chưa có lực tác dụng (vì khi lắpmẫu thử trên đồ gá lúc này còn khoảng hở) Giai đoạn hai (II) đường đặc tính là một đườngcongđilênlúcnàymớibắtđầuxuấthiệnlực,ởgiaiđoạnba(III)lựckéo bắtđầutăngdầnđếnmộtgiớihạnlớnnhấtrồigiảmvề0,thôngquabiểuđồgiá trị lực kéo cũng cho ta thấy độ bám dính của lớp phủ với thép nền là tương đối đều và khá ổn định Tại điểm đạt giá trịnh lớn nhất của đường đặc tính rồi giảm về 0, có nghĩa lúc này chốt đã bật ra khỏi lớp phủ trên đĩa chốt Kết quả phản ánh đúng giá trị độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền là khi chốt kéobung rakhỏiđĩachốt,lớpphủkhôngbịpháhủytrênbềmặtđĩachốtnhư(hình3.13). a, Mặttrênmẫu b, Mặt dướimẫu.Hình 3.13 Ảnh mẫu thử sau khi đo độ bền bámdính.

Tỷ lệ giữa lực kéo tối đa trên diện tích mặt chốt chính là độ bám dính được xác định theo công thức (3.1). σ= Bd P

Trong đó: σBd- Độ bền bám dính lớp phủ.

F - Diện tích tiết diện chốt (Trong nghiên cứu này F = 50,24 mm 2 )

3.4.2 Phương pháp xác định độ bền bám trượt của lớp phủ(τ Btr ) a, Mẫu đo: Mẫu đo độ bền bám trượt của lớp phủ với thép nền cũng được lựa chọn thực hiện theo tiêuchuẩnJIS-H-8664[1,92]vớikích thước mẫuvà sơ đồnguyênlý đonhư (hình3.14).

Hình 3.14 Mẫu thử đo độ bền bám trượt theo JIS-H-8664 [1, 92]

Mẫu đo được làm từ vật liệu thép 16Mn, sau khi gia công bề mặt phủ của mẫu được tạo nhỏm bằng mỏy phun hạt mài, độ nhỏm đạt Rz = 71±2àm Tiếp theo lớp phủ được tạo trờn mẫu cú chiều dày tối thiểu 1mm (ỉ42 +0,2 mm) như (hỡnh 3.15a). Chế độ phun tạo lớp phủ mẫu được thực hiện theo bảng quy hoạch thực nghiệm đã định. a, Ảnh mẫu saukhiphủ b, Đồ gá và mẫu thử được gá đặt trên máyHình 3.15 Mẫu và đồ gá mẫu được lắp trên máynén a, Lắp trục dẫn vào khuôn b, Lắp mẫu thử vào trục dẫn c, Đặt bạc ép lên mẫu.

Hình 3.16 Đồ gá đo độ bền bám trượt lớp phủ trên mẫu b,Chếtạođồgáđomẫuthửbámtrượt:Để cóđượckếtquảđochínhxác, một vấn đề quan trọng là phương pháp đo cần được đảm bảo khi đo được nén đúngtâmchomẫuthử.Dựatrênkíchthướcvàkếtcấucủamẫu đo,bộđồgáđo mẫu được thiết kế và sau khi chế tạo đạt được (hình3.16). c, Quy trình đo mẫu trên máy: Để xác định độ bền bám trượt của lớp phủ vớithépnền,tatiếnhànhlắprápmẫuvớiđồgátheosơđồ(hình3.14)vàthứtự thựchiệncácbướcnhư(hình3.16).Saukhilắpráp,tiếnhànhđặtvàđiềuchỉnh đồ gá vào đúng tâm của đầu trục nén của máy như (hình 3.15b) Dưới tác dụng lựcnéncủamáy,hệthốngmáytínhđượckếtnốisẽtựđộngvẽrabiểuđồđường đặc tính như (hình 3.17), biểu đồ đường đặc tính biểu diễn giá trị lực nén từkhibắt đầu cho tới khi lớp phủ bung ra khỏi mẫu thépnền.

Hình 3.17 Biểu đồ lực nén mẫu thử khi đo độ bền bám trượt lớp phủ

Quan sát trên biểu đồ cũng cho thấy đường đặc tính được chia thành 3giai đoạn,giaiđoạnđầu(I)đườngđặctínhlàmộtđườngthẳngnằmngangsongsong và trùng với trục hoành, đây là khoảng thời gian chưa có lực tác dụng lên mẫu thử Ở giai đoạn (II) đường đặc tính là một đường cong đi lên, đây là giai đoạn đầu trục máy nén bắt đầu tiếp xúc với bạc ép của đồ gá và lúc này bắt đầu xuất hiện lực Giai đoạn (III) lực nén tăng đều và nhanh đến một giá trị lớn nhất rồi giảm về 0, nhìn vào đường đặc tính của giai đoạn này cũng cho ta thấy đường đặctínhgầnnhưtuyếntính,điềuđóchứngtỏrằngđộbềnbámtrượtcủalớpphủ với thép nền là tương đối đều và ổn định cho tới khi lớp phủ bị bong trượt ra khỏi mẫu thép nền như (hình3.18).

Hình 3.18 Ảnh chụp mẫu thử sau khi đo độ bền bám trượt Độ bền bám trượt (τBtr) được xác định theo công thức (3.2):

Trong đó: τBtr- Độ bền bám trượt lớp phủ (MPa).

F - Diện tích xung quanh lớp phủ tiếp xúc với mẫu (mm 2 )

F =.d.h (3.3) Ở đây: d - đường kính ngoài của mẫu thép nền (mm). h - chiều cao mẫu (mm).

Diện tích lớp phủ kiểm tra trong nghiên cứu này F ≈ 1030 (mm 2 )

3.4.3 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt liên kết lớp phủ(σ k ) a, Mẫu đo: Mẫu đo độ bền kéo đứt liên kết lớp phủ (độ bền liên kết giữa các phần tử phủ với nhau) được lựa chọn chế tạo theo tiêu chuẩn JIS-H-8664 với kết cấu và kích thước như (hình 3.19) Mẫu thử kéo gồm hai nửa, nửa mẫu bên trái và nửa mẫu bên phải được lắp ghép với nhau thành một khối có cùng kích thước ỉ40mm và cú tổng chiều dài là 65mm.

Hình 3.19 Mẫu thử đo độ bền kéo đứt liên kết lớp phủ theo JIS-H-8664 [1, 92]

Mẫu khi ghép hai nửa với nhau tạo ra mặt cắt tách rời để khi kéo lớp phủ bị phá hủy tại vị trí đó, ở hai đầu phía ngoài của mẫu có gia công ren M24x2để lắpghépbulôngtrụckéo.Độkhôngđồngtâmcủahainửamẫukhôngđượcvượt quá 0,02mm, sau khi gia công mẫu được lồng vào trục gá để tạo nhám bề mặt phủ có độ nhám Rz 71±2àm.Tiếp theo mẫu được phủ cú lớp phủ đạt chiều dày (1 ữ 1,2)mm, cỏc bước thực hiện cơ bản đượcmôtả như (hình3.20). a, Lắp ghép hai nửa mẫu thử b, Lắp mẫu vào trục gá c, Gá kẹp mẫu trên đồ gá phun d, Mẫu sau khi phủ và được thiêu kết

Hình 3.20 Hình ảnh các bước thực hiện tạo lớp phủ trên mẫu

Trước khi đo, mẫu được mài trên máy mài tròn ngoài đạt kích thước ỉ42 +0.2 mm (hỡnh 3.21). a, Ảnh mẫu đang mài trên máy b, Ảnh mẫu sau khi mài xong

Hình 3.21 Ảnh mẫu được gia công mài trên máy mài tròn ngoài b,Chếtạotrụcgákéomẫu:Căn cứvàokíchthướcvàkếtcấucủamẫuđo cũng như khoảngmởmá kẹp của máy đo, ta tiến hành thiết kế và chế tạo 2 trục kéo với một đầu có ren M24x2 để lắp vào 2 đầu mẫu thử như (hình3.22). a, Sơ đồnguyênlý b, Ảnh chụp trục gá lắp vào mẫu thửHình 3.22 Sơ đồ lắp ráp mẫu thửkéo c,Quytrìnhđođộbềnkéođứtlớpphủ:Để đotatiếnhànhlắpbulôngtrục gávàohaiđầucủamẫuthửnhư(hình3.22b),tiếptheobulôngtrụcgákéođược kẹp chặt trênmákẹp của hai đầu máy kéo như (hình 3.23) Điều khiển cho đầu máy kéo tự động dịch chuyển cho tới khi lớp phủ bị đứt rời hai nửa với nhau như (hình 3.24), lực máy đo được chính là lực kéo đứt của lớp phủ được biểu diễn trong (hình3.25).

Hình 3.23 Ảnh mẫu gá kẹp trên máy kéo Hình 3.24 Ảnh mẫu sau khi kéo đứt

Hình 3.25 Biểu đồ lực kéo khi đo độ bền kéo đứt lớp phủ

Quan sát biểu đồ (hình 3.25) cho thấy đường đặc tính về cơ bản được chia ra thành 3 giai đoạn, giai đoạn ban đầu (I) lực tăng dần theo quy luật đường thẳng nhưng chậm, theo quy luật thì giai đoạn này gọi là biến dạng đàn hồi Ở giai đoạn (II) đường đặc tính là một đường ngang gần như song song với trục hoành,giaiđoạnnàygọilàgiaiđoạnbiếndạngdẻokèmbiếndạngđànhồi.Giai đoạn (III) đường đặc tính bắt đầu tăng nhanh đến một giá trị lớn nhất sau đó giảm về 0, có nghĩa tại thời điểm này lớp phủ đã bị đứt lìa và giai đoạn này gọi là giai đoạn pháhủy. Độ bền kéo đứt(𝜎 𝑘 )của lớp phủ được xác định theo công thức (3.4) sau: σ k = P k

Trong đó: σk– Độ bền kéo (MPa/mm 2 )

F – Tiết diện lớp phủ (mm 2 ) Mặt khác diện tích lớp phủ được xác đinh theo công thức (3.5) sau:

Trong đó: d1– Đường kính ngoài lớp phủ (mm) d2– Đường kính ngoài mẫu (mm) Diện lớp phủ ở trong nghiên cứu này là:

3.4.4 Phương pháp xác định độ xốp lớp phủ(γ lp )

Vị trí đo độ xốp là phần mặt cắt ngang của lớp phủ trên mẫu, vì vậy mẫu được cắt và gia công bề mặt trên máy mài phẳng, sau đó được đánh bóng bằng máy đánh bóng chuyên dụng với các loại giấy giáp có kích thước hạt từ (400 ÷ 1200)àm Mẫu sau khi đỏnh búng đạt yờu cầu mới tiến hành mang đi đo.

Hình 3.26 Hình ảnh mẫu sau khi được đánh bóng trên máy SmartLam 3.0 a, Độ xốp được phân tích trên máy b, Kết quả đo độ trên máy Hình 3.27 Ảnh đo độ xốp và phân tích trên máy kính hiển vi Leice ICC50E Độxốpđượcxácđịnhbằngcáchtrựctiếpđodiệntíchcáclỗxốptrongkhu vựcquansátcủakínhhiểnvivàsosánhcáckhuvựcnàyvớitổngdiệntíchquan sát Kính hiển vi được trang bị hệ thống máy tính và phần mềm để phân tích, xác định giá trị độ xốp của mẫu bằng cách chuyển đổi các vùng rỗ xốp thành màuxanhtrongkhiphầncònlạicủacáccấutrúctếvichuyểnthànhmàuđỏnhư

3.4.5 Phương pháp xác định độ cứng tế vi lớp phủ(K Lp ) Độcứngtếvicủalớpphủđượcđotạivịtríphầnmặtcắtngangcủalớpphủ trên mẫu (hình 3.28), chính vì vậy mẫu cũng được cắt và gia công bề mặt trên máy mài phẳng, sau đó được đánh bóng bằng máy đánh bóng chuyên dụng với cỏcloạigiấygiỏpcúkớchthướchạttừ(400ữ1200)àm.Mẫusaukhiđỏnhbúng đạtyêucầumớitiếnhànhmangđiđo.Độcứngtếvicủalớpphủđượcxácđịnh là giá trị trung bình của ba vị trí đo khác nhau trên mẫu, ba vị trí đo khác nhau này được ấn định vùng đo trên lớp phủ là (vị trí ngoài cùng, vị trí điểm giữa và vị trí gần biên giới thép nền), vị trí đo đượcmôtả như (hình3.29).

Hình 3.28 Hình ảnh mặt cắt ngang lớp phủ trên mẫu sau khi đánh bóng

Hình 3.29 Hình ảnh mô tả vị trí đo độ cứng tế vi lớp phủ

Quá trình đo được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E384 Thông qua ống kính xác định vị trí cần đo, điều chỉnh các thông số kỹ thuật trên máy Mũi thử kim cương hình chóp 4 cạnh có kích thước tiêu chuẩn, góc giữa các mặt phẳng đốidiệnlà136°(±30°)sẽtựđộngdichuyểnvàovịtrí,hạthấpvàấnvàobềmặt mẫu với tải trọng là 100g Sau khi cắt bỏ tải trọng, máy được chuyển sang chế độ quan sát bằng kính hiển vi quang học tiến hành đo hai đường chéo của vết lõm (hình3.30). a, Đo độ cứng lớp phủ trên máy b, Vết đo độ cứng Vickers

Hình 3.30 Ảnh đo độ cứng lớp phủ trên máy

Kết quả độ cứng vicker được xác định theo công thức (3.6) như sau:

=0,102S S Trong đó: HV - độ cứng Vickers

20,18915F d 2 d 2 (kgf/mm 2 ) (3.6) k - là một hằng số (k = 1/gn= 1/9,80665 = 0,102)

S - diện tích bề mặt lõm d - độ dài đường kính trung bình,𝑑= (d1+ d2)/2

- góc hợp bởi hai mặt phẳng đối diện =

136 0 gn- gia tốc trọng trường

MỘT SỐ NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU PHỤC VỤ CHO QUÁ TRÌNH PHỦBỘT Cr 3 C 2 -NiCr TRÊN NỀNTHÉP 16Mn

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của các công trình khoa học đã tổng hợp ở chương 2, cho thấy chất lượng lớp phủ bị ảnh hưởng nhiều bởicácyếutốnhưđặctínhbềmặtcủachitiếtphủ,tỷlệthànhphầnhợpchấtbột phủ, và cường độ dòng điện phun….Đó là những cơ sở ban đầu và quan trọng để làm căn cứ cho việc lựa chọn, tuy nhiên chưa có một nghiên cứu nào chỉ ra cho biết chính xác giá trị những thông số đó khi phun bột Cr3C2- NiCr bằng phươngphápphunplasmatrênbềmặtnềnthép16Mn.Đểcócơsởchoviệcxác định và lựa chọn bộ thông số phun hợp lý, thông qua một số các kết quả thực nghiệm khảo sát sơ bộ ban đầu nhưsau:

3.5.1 Xác định độ nhám bề mặt phù hợp cho mẫu thép16Mn

Quá trình phun phủ ngoài việc làm sạch bề mặt, còn cần tạo ra độ nhám phù hợp để tăng độ bền bám dính của lớp phủ trên bề mặt chi tiết… Liên quan đếnvấnđềnàyvàtrựctiếpđếnlớpphủCr3C2-30%NiCr,thôngquanghiêncứu khảo sát thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới độ bám dính củalớpphủtrênbềmặtthépnền16Mn,bằngphươngphápphủplasma.Kếtquả chobiếtđộbámdínhcủalớpphủcaonhấtđạtđượclà32,4MPakhibềmặtmẫu phủ có độ nhỏm Rz = 71±2àm (hỡnh 3.31)[20].

55 58 61 64 67 70 73 76 Độ nhỏm bề mặt mẫu phủ Rz (àm)

Hình 3.31 Ảnh hưởng của nhám bề mặt tới độ bền bám dính lớp phủ [20] Đ ộ bề n b ám d ín h σ ( M P a)

58.0 57.3 Đồng thời thông qua thực nghiệm khảo sát này cũng cho biết bề mặt mẫu phủ được tạo nhám bằng máy phun hạt mài Shang-Po TM-DT1, sử dụng hạt

Al2O3với kích thước của hạt trong khoảng (0,35 ÷ 1,19)mm Độ nhám trên bề mặt mỗi mẫu có được khác nhau là do việc thay đổi khoảng cách phun (40, 60, 80,

100, 120, 140)mm Thời gian và áp suất phun được cố định lần lượt là 30s và 6.0Bar Kết quả độ nhỏm đạt được 76,7àm là lớn nhất ứng với khoảng cỏch phun là 100mm (hình 3.32) [20].

Khoảng cách phun L p (mm) Hình 3.32 Ảnh hưởng của khoảng cách phun tới độ nhám bề mặt thép 16Mn [20]

3.5.2 Xác định tỷ lệ thành phần Crom cacbit trong bột phủCr 3 C 2 -NiCr ĐộbềnchốngănmòncủalớpphủCr3C2-NiCrliênquanđếntươngtácgiữa cácthànhphầncacbitvàNiCr.BộtphủCr3C2-NiCrcócácnguyêntốchính,mỗi nguyên tố giữ một vai trò nhất định trong lớp phủ, cụ thể như: NiCr có vai trò làmtăngtínhdẻoliênkếtgiữacáchạtcholớpphủvàtínhkếtdính,Cr3C2cóvai trò làm tăng độ cứng cho lớp phủ và làm tăng độ chịu tải trọng cho lớp phủ… Đối với mỗi yêu cầu về chất lượng lớp phủ cụ thể như độ bám dính, độ xốp, độ cứng khác nhau người ta sẽ thay đổi tỷ lệ pha trộn hỗn hợp vật liệu phủ là khác nhau Để xác định tỷ lệ pha trộn phù hợp đảm bảo chất lượng lớp phủ sau khi phun có độ bám dính, độ cứng một cách hài hòa nhất, một nghiên cứu khảo sát tiền đề đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, sự ảnh hưởng của tỷ lệ phần trăm cacbittronghỗnhợpvậtliệubộtCr3C2– NiCr,đếnđộbềnbámdínhvàđộcứng tế vi của lớp phủ sau khi phun trên bề mặt thép hợp kim 16Mn Kết quảnghiên Đ ộ n h ỏm R z (à m )

411 cứuchothấy,khitănghàmlượngCrômcacbittừ50%lên80%theokhốilượng, độbámdínhlớpphủgiảmkhoảnggần3lần,từ43,58MPaxuốngcòn16,32MPa (hình 3.33). Trong khi đó, độ cứng tế vi lớp phủ tăng lên khoảng gần 2 lần, từ 411HV lên 701HV (hình 3.34)[23].

Tỷ lệ phần trăm Crôm cacbit trong vật liệu bột phủ

Hình 3.33 Ảnh hưởng tỷ lệ % Crôm cacbit tới độ bền bám dính lớp phủ [23]

Tỷ lệ phần trăm Crôm cacbit trong vật liệu phủ

Hình 3.34 Ảnh hưởng tỷ lệ % Crôm cacbit tới độ cứng lớp phủ [23]

QuakếtquảthựcnghiệmchothấykhithayđổiphầntrămCrômcacbittrong bộtphunlàmđộbámdínhvàđộcứngcủalớpphủcótỷlệnghịchvớinhau,đây làcơsởquantrọngchocácứngdụngcụthểmuốnưutiênchỉtiêunàohơnhoặc lựa chọn hài hòa cả 2 chỉ tiêu để quyết định tỷ lệ pha trộn bột trước khiphun.

3.5.3 Xác định khoảng giá trị cường độ dòng điệnphun

Liênquanđếnvấnđềnàyđãtiếnhànhmộtnghiêncứuđánhgiáảnhhưởng củadòngđiệnplasmađếnđộbámdínhcủalớpphủCr3C2-30%NiCrtrênbề Đ ộ cứ n g (H V ) Đ ộ bề n b ám d ín h σ ( M P a)

19.3 17.4 mặt mẫu thép hợp kim 16Mn, với 5 giá trị cường độ dòng điện phun là (300, 400,

500, 600, 700)A để tạo ra các lớp phủ cho độ bám dính khác nhau (hình 3.35) [23].

Hình 3.35 Ảnh hưởng của đòng điện phun tới độ bền bám dính lớp phủ [23]

Kết quả cho thấy cường độ dòng điện phun ảnh hưởng mạnh đến độ bám dínhcủalớpphủCr3C2-30%NiCrvớibềmặt16Mn.Độbềnbámdínhtăngkhi cườngđộdòngđiệntăng,tuynhiênđộbámdínhtăngnhanhkhicườngđộdòng điệntăngtrongkhoảngtừ400Ađến550A.Khidòngđiệntăng,nhiệtđộcủaquá trìnhtănglênlàmtăngsựtanchảycủacáchạt,dẫnđếntăngcườngđộbámdính của lớp phủ vào bề mặt Ngược lại, tiếp tục tăng cường độ dòng điện từ 600A đến 700A lại dẫn đến giảm độ bám dính (hình 3.35) Điều này có thể liên quan đến sự quá nhiệt làm các hạt phun bị cháy dẫn đến giảm độ bám dính[23].

Quansátđồthị(hình3.35),cóthểthấylớpphủCr3C2-30%NiCrkhiphun trênbềmặtthépnền16Mn,bằngphươngphápphunplasmaảnhhưởngđángkể khi cường độ dòng điện phun trong khoảng từ 450A đến650A.

XÂY DỰNG KẾ HOẠCHTHỰCNGHIỆM

3.6.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp quy hoạch thựcnghiệm

Một phương pháp quy hoạch thực nghiệm hay còn gọi là một kế hoạchthí nghiệm được lựa chọn và thiết kế tốt sẽ cho phép nhà nghiên cứu tiến hành số lượng thí nghiệm ít nhất, tốn kém ít chi phí, giảm được thời gian và công sức nhưnglạithuđượcnhiềuthôngtinnhấtvềquátrình,đốitượngnghiêncứu.Mục Đ ộ bề n b ám d ín h σ ( M P a) đích cơ bản của việc quy hoạch thực nghiệm là xây dựng một tiến trình thí nghiệm bền vững, ít bị ảnh hưởng của các thay đổi bên ngoài như:

- Giảm thiểu các yếu tố không điều khiểnđược.

- Xác định các yếu tố quan trọng và có thể điều khiểnđược.

- Xác định được cấp độ sai khác về giá trị giữa các kếtquả.

- Xác định số lượng thí nghiệm cần thiết tốithiểu.

Trongthựctếcónhiềuphươngphápquyhoạchthựcnghiệm,tuynhiênhiện nay có một số phương pháp được ứng dụng phổ biến như: Taguchi, giai thừa hoặc phương pháp bề mặt chỉ tiêu [24] Trong nghiên cứu này tiến trình thí nghiệm được lựa chọn thực hiện theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Methods -RSM).

Phươngphápbềmặtchỉtiêurấthữuíchtrongviệcpháttriển,nângcaohiệu quảvàtốiưuhóaquátrìnhsảnxuất.Nộidungchínhcủa(RSM)làsửdụngmột chuỗi các thí nghiệm được thiết kế với các mục đích sau[24]:

- Chỉ ra tập giá trị các biến đầu vào (điều kiện vận hành, thực thi) sao cho tạo ra ứng xử của đối tượng nghiên cứu là “tốtnhất”.

- Tìm kiếm các giá trị biến đầu vào nhằm đạt được các yêu cầu cụ thể về ứng xử của đối tượng nghiêncứu.

- Xác định các điều kiện vận hành mới đảm bảo cải thiện chất lượng hoạt động của đối tượng so với tình trạngcũ.

- Mô hình hóa quanhệgiữa các biến đầu vào với ứng xử của đối tượng nghiên cứu, dùng làm cơ sở để dự đoán hay điều khiển quá trình hay hệthống. Ngoàiraphươngphápnàychophépxáclậpđượccácảnhhưởngtươngtác và ảnh hưởng bậc cao của các yếu tố Dựa vào kết quả thí nghiệm ta xây dựng đượcmôhìnhhồiquy,haycòngọilàhàmhồiquythựcnghiệmnhằmbiểudiễn quan hệ đầu vào và đầu ra dưới dạng một hàm liên tục Có thể sử dụng hàmhồi quy nhằm dự đoán ứng xử của hệ thống, quá trình hay của đối tượng dưới các điều kiện đầu vào khác nhau[24].

3.6.2 Tiến trình thí nghiệm tối ưuhóa

Trongnghiêncứunày,cácthôngvàkhoảngkhảosátđầuvàođượclựachọn vớimụcđíchđểthínghiệmtốiưuhóađãđượcthựchiệnquamộtloạtcácbước: Nghiên cứu tài liệu tham khảo và thí nghiệm sàng lọc Kết quả thí nghiệm sàng lọc đã cho biết ba thông số đầu vào gồm: Cường độ dòng điện phun (Ip), lưu lượngcấpbộtphun(mp)vàkhoảngcáchphun(Lp)làcácthôngsốcóảnhhưởng mạnh nhất đến chất lượng lớp phủ Cr3C2- 30%NiCr khi phun trên bề mặt thép nền 16Mn bằng phương pháp phun plasma, như vậy ba thông số này được lựa chọnđểthựchiệnchotiếntrìnhthínghiệmtốiưuhóa.Tiếntrìnhtốiưuhoátheo phương pháp bề mặt chỉ tiêu cơ bản gồm 3 giai đoạnsau: a, Giai đoạn 1: Thí nghiệm khởi đầu Thí nghiệm khởi đầu là giai đoạn saukhitiếnhànhcácthínghiệmsànglọc(ScreeningDesign)nhằmlựachọncác biến thí nghiệm được tiếp tục khảo sát, ta phân tíchmôhình rút gọn (đã loại bỏ các yếu tố không có ảnh hưởng đáng kể), nhằm xây dựngmôhình hồi quy bậc nhấtmôtả hàm mục tiêu để xác định xem vùng khảo sát của các thông số đầu vàođãđảmbảohàmmụctiêuđãchứavùngcựctrịhaychưa.Nếuhàmmụctiêu chưa nằm trong vùng cực trị thì chuyển sang gian đoạn 2, còn hàm mục tiêu đã có vùng cực trị thì ta bỏ qua gian đoạn 2 và chuyển luôn sang giai đoạn3.

Thựchiệnthínghiệmkhởiđầutrongnghiêncứunàyđượcthựchiệnvớisố thínghiệmlàN=2 k +6(thínghiệmhaimứcđầyđủvàcộngthêm6thínghiệm tại điểm trung tâm), như vậy N = 14 thí nghiệm Giá trị các mức thông số đầu vào của giai đoạn này được trình bày trong (bảng3.3).

Bảng 3.3 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm khởi đầu

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị tại các mức

Cường độ dòng điện phun Ip A 450 550 650

Lưu lượng cấp bột phun mp gam/phút 20 30 40

Khoảng cách phun Lp mm 120 160 200 Đểxácđịnhxemgiátrịcácthôngsốđầuvàođãlựachọn,đảmbảođượchàmmụct iêuđầuracóchứacựctrịhaychưa.Nghiêncứutiếnhànhphântíchphươngsai(ANOV A)vớicácchỉtiêuđầurabaogồmđộbềnbámdính(σBd),độ bền bám trượt (τBT), độ bền kéo (σk), độ xốp (γLp) và độ cứng tế vi(KLp)củalớpphủ.Kếtquảphântíchchothấycả5hàmmụctiêuđầurađềuđãởtro ngvùngchứacựctrị.Nhưvậykhoảnggiátrịcủacácthôngsốđầuvàotrongnghiêncứunàyđượcl ựachọnđãđảmbảovìvậytabỏquagiaiđoạnleodốc/ xuốngdốcđểtìmvùngcựctrịmàthựchiệnngaysanggiaiđoạnthínghiệmbềmặtchỉtiêu b,

Giai đoạn 2: Thí nghiệm leo dốc tìm vùng cực trị Giai đoạnnàyđượcthựchiệnnếuvùngthínghiệmcònởxavùngcựctrị,tiếnhànhcácthíngh iệmleodốc/xuốngdốc(SteepestAscent/ DescentMethod)nhằmtìmnhanhđếnvùngchứacựctrị.Nhiệmvụcơbảnlàxácđịnhgiátrịgiasốch otừngbiếnthínghiệm.Sauđótiếnhànhcácthínghiệmvớicácgiátrịmớicủacácbiến chođếnkhihàmmụctiêuđảochiềuthayđổigiátrị(Tuynhiêntrongnghiêncứunàykhông phải thực hiện giai đoạn 2 này). c,Giaiđoạn3:Thínghiệmbềmặtchỉtiêu.Khi hàmmụctiêuđãchứacực trị, tiến hành các thí nghiệm đểmôtả quan hệ đầu vào và đầu ra dưới dạnghàm bậc cao (Hồi quy bậc cao) Các thí nghiệm được thiết kế theo kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉtiêu.

Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu: Trong nghiên cứu này thực hiện xây dựng kế hoạch thí nghiệm theo thiết kế thí nghiệm hỗn hợp tâm xoay (Central Composite Design - CCD) Với số thí nghiệm là N = 2 k + 6 + 2k (k là số biến thí nghiệm) [24].

Một yêu cầu quan trọng của thiết kế thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu (RSM) là:matrậnthínghiệmphảicótínhchất“xoayđược”(Rotatability);Taquyướcgọi là tính chất tâm xoay Nguyên nhân là do (RSM) được thiết kế với mục đích tối ưuhóa,nhưngvịtríđiểmcựctrịlạichưabiếttrước.Thiếtkếtâmxoayđảmbảo cơ hội ngang bằng cho các dự đoán về vị trí điểm cực trị theo mọi phương.Các

4 n F tínhtoánđãchỉrarằng,đểđạtđượctínhchất“tâmxoay”,cầnchọnkhoảngcách α theo công thức (3.7)[24].

Với𝑛 𝐹 là số điểm thí nghiệm gốc Trong nghiên cứu này thí nghiệm gốc được thiết kế là 2 k như vậy ta có: n =2 k (3.8)

Mụcđíchcủagiaiđoạnthínghiệmbềmặtchỉtiêulàmởrộngvùngkhảosátcủacácthôngs ốđầuvàođểgiátrịtốiưucủacácthôngsốđầurađạtđượcgiátrị tối ưutoàncục(tránhxảy ra tìnhtrạng cựctrị địaphương).Việcmởrộngvùng khoảngkhảo sát củacác thôngsố được xác địnhtheocông thức (3.7).Trongđó,

là giá trịmãhóa cầnmởrộng của các thông số đầu vào, k là số thông sốđầuvào.Trong trường hợpnày k = 3.Nhưvậy vùng cầnmởrộngkhoảngkhảosátcủacácthôngsốđầuvàoởmức(1,682).Nhưvậygiátrịt hựctạihaimứcmãhóađược trình bày trong(bảng 3.4).

Bảng 3.4 Giá trị các mức của thông số khi thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu

Thông số Ký hiệu Đơn vị

Giá trị tại các mức

Cường độ dòng điện phun Ip A 381,82 450 550 650 718,18 Lưu lượng cấp bột phun mp g/ph 13,18 20 30 40 46,82

Khoảng cách phun Lp mm 92,73 120 160 200 227,27

Ma trận thí nghiệm của giai đoạn này là sự kết hợp giữamatrận của giai đoạn thí nghiệm khởi đầu và bổ sung thêm các thí nghiệm ở các mức giá trịmởrộng.Như vậy số điểm thí nghiệm trong nghiên cứu này là N = 20 điểm được trình bày trong (bảng 3.5) Quá trình phun phủ cho các mẫu thí nghiệm đượcthựchiệntheothứtựquyluậtngẫunhiên,vớimụctiêulàmgiảmthiểusai số do nhiễu và sai số lặp lại đối với các điểm thí nghiệm có thông giốngnhau.

Bảng 3.5 Ma trận thí nghiệm và giá trị của các yếu tố khi thí nghiệm

TT Quy luật Các biến thực nghiệm

Các biến mã hóa Chuẩn Ngẫu nhiên Ip

3.6.3 Xây dựng mô hình hàm hồi quy thực nghiệm

Quá trình phủ, chất lượng lớp phủ ảnh hưởng chính đến tuổi bền của chi tiết, việc xây dựng các phương pháp xác địch chất lượng lớp phủ từ lâu đã trở thànhmụctiêunghiêncứucủacácnhàkhoahọc.Chấtlượnglớpphủphụthuộc nhiềuvàocácyếutốnhư:phươngpháp,chếđộcôngnghệ,vậtliệuphủ,vậtliệu nền,chuẩnbịbềmặtchitiếtphủ,xửlýsaukhiphủ….Dođó,khócóthểxây dựng được một phương pháp chung để xác định chất lượng lớp phủ Tuynhiên, một số phương trình dùng để dự đoán chất lượng lớp phủ có thể áp dụng được cho nhiều điều kiện phun phủ cụ thể đã được xây dựng.

Cácmôhình toán học bậcnhấtvàbậchaiđốivớichấtlượnglớpphủcóthểápdụngchomộtđiềukiện cụ thể Mối quan hệ giữa chế độ cộng nghệ khi phủ gồm cường độ dòng điện phun,lưulượngcấpbộtphun,khoảngcáchphunlàcácbiếnsốđầuđộclập,môhình toán học hàm bậc nhất códạng:

𝑙𝑛𝑦 = 𝑏 0 + 𝑏 1 𝑙𝑛𝑉 + 𝑏 2 𝑙𝑛𝑓 + 𝑏 3 𝑙𝑛𝑑 (3.9) Trong khi đó mô hình toán hàm bậc hai có dạng:

+𝑏 33 (𝑙𝑛𝑑) 2 + 𝑏 12 𝑙𝑛𝑉 𝑙𝑛𝑓 + 𝑏 13 𝑙𝑛𝑉 𝑙𝑛𝑑 + 𝑏 23 𝑙𝑛𝑓 𝑙𝑛𝑑 (3.10) Theomộtsố nhữngnghiên cứu đượccông bốtrong nhữngnăm gần đây [14, 15, 16], từmốiquan hệ giữa thông số đầu vào vàthôngsốđầurathường đượcbiểu diễn ở dạng đathứcbậc 2 Mặt khác, phầnmềm

Minitablàmộtphầnmềmrấtphổbiếnđượcsửdụngtrongviệcphântíchcácsốliệuthựcnghiệ mvàchỉcho kết quảphân tíchởdạngđa thức Các sốliệuthựcnghiệmthuđượcsẽphân tíchnhằmxâydựngmốiquanhệgiữahàmmụctiêuvớicácbiếnthínghiệm.Quanhệ nàyđượcgọilàmôhìnhhồiquythựcnghiệmvàđượcsửdụngđểtìmgiátrịcựctrị củatừnghàmmụctiêu làm cơ sở khigiảibàitoántốiưu Khixây dựngmôh ì n h hồiquy,cầnlựachọndạngbiểudiễncủamôhình,kiểmtramứcđộphùhợpgiữ amôhình và sốliệuthựcnghiệm.Lýthuyếtquy hoạch thực nghiệm chỉrarằng,trong mộtphạm vi khảo sátkhông lớn,môhình bậc hai là phùhợpđểbiểudiễnquanhệhàm- biến.Môhìnhhồiquimôtảsựphụthuộccủahàmchỉtiêu𝑦và các thông sốảnh hưởng𝑥 𝑖 được biểu diễn dưới dạng [24,25].

Trong đó:𝑏 0 - hệ số tự do.

𝑏 𝑖 - các hệ số tuyến tính.

𝑏 𝑖𝑗 (𝑖𝑗) - các hệ số tương tác cặp.

𝑛- số thông số đầu vào (thông số ảnh hưởng).

𝑥 𝑖 - giá trị mã hóa của các thông số vào.

Trong nghiên cứu này với số biến là 3,môhìnhhồiquimôtả sựphụthuộccủahàmchỉtiêu𝑦(σBd,τBt,σk,γLpvàKLp)vàocácthôngsốảnhhưởng𝑥 𝑖( I p,mpvàL p)được biểu diễn dưới dạng nhưsau: yb  bx  bx  bx  bx 2 b x 2 b x 2 b xx  b x xb xx (3.13)

3.6.3.1 Xác định mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩnStudent

Phương sai và sai số của thí nghiệm có thể tính theo các giá trị của thông số ra𝑦̅ ̅𝑢̅ở cácmứccơ sở x0i của các yếu tố:

Sai số của các hệ số hồi quy được tính:

𝑏 𝑖𝑗 𝑏 𝑖𝑖 𝑆 𝑏 Đốichiếuvới chuẩnStudent,tra bảng tbvớiα =0,05,sốbậc tựdoN0- 1.Cácgiá trị hệ số hồi quy có ý nghĩa khit b >t α ,loại bỏ những hồi số hồi quy vô nghĩa Tức là trong bảng phân tích phương sai (ANOVA) giá trị xác suất P (từ

0 đến 1)màkết quả quan sát được trong nghiêncứu:

+ Nếu giá trị xác suất P > 0,05, tham số cho biết ít có ýnghĩa.

+ Nếu giá trị xác suất P ≤ 0,05, tham số cho biết có ý nghĩa.

3.6.3.2 Kiểm tra tính thích ứng của mô hìnhtoán

- Tính phương sai thích ứng:

0 0 k’ - Số hệ số hồi quy có ý nghĩa.

So sánh với phương sai thí nghiệm𝑆 2 , tính tỷ số𝐹 = 𝑡𝑢 theo tiêu chuẩn

Fisher tra bảng Fbvới α = 0,05; số bậc tự dof 1 =N-k'- (N 0 -1);f 2 =N 0 - 1 NếuF≤F b thìmôhìnhbậc2thíchứng.Nếukhôngthíchứngthìcóthểchuyểnsang ứng dụng phương trình bậc3.

Các phương trình hồi quy dạng thực và dạng mũ đều phải được kiểm nghiệm giá trị thực của hàm mục tiêu, bằng cách thay giá trị thực của các mức yếu tố trong một số thí nghiệm, và so sánh với giá trị đo được trong thực tế cũng như trong tính toán.

3.6.3.3 Phương pháp đánh giá thuần nhất phươngsai Để đánh giá thuần nhất phương sai của thí nghiệm ngẫu nhiên đối với mỗi thí nghiệm ở mỗi mức biến thiên của yếu tố, ký hiệu𝑆 2 theo công thức: n

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆUTHỰCNGHIỆM

Xây dựng các ma trận thực nghiệm, tra cứu các bảng số liệu dày đặc, tính toán theo các công thức xác suất thống kê là những công việc phức tạp Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm đã trở nên nhẹ nhàng và đơn giản hơn rất nhiều Người làm nghiên cứu khi này có thể toàn tâm để ý đến việc xây dựng các mô hình thí nghiệm và thực hiện chúng. Để thực hiện các công việc xử lý số liệu phức tạp trên, trong nghiên cứu này phần mềm Minitab 19 được áp dụng với sự trợ giúp của máy tính để thực hiện.Trêncơsởsốliệukếtquảcóđượcsaukhichạysốliệutrênphầnmềm,cho phép người thực hiện phân tích và kếtluận.

* Ưu điểm của phần mềm Minitab 19:

- Minitab là một phần mềm thống kê và thiết kế thí nghiệm chuyên dụng, có giao diện ở dạng đồ họa với các menu và hộp thoại đơn giản và dễ dùng, nó được thực hiện tương tự như một phần mềm văn phòngExcel.

- CáckếtquảdoMinitabxửlý,thốngkêvàđưaracácđồthịmôtảrõràng, logic rất đáng tincậy.

1 Đã lựa chọn đượcmôhình thực nghiệm gồm có vật liệu nền là thép hợp kim 16Mn, vật liệu phủ là bột phun Cr3C2-30%NiCr và đồng thời cũng đã lựa chọn sử dụng được các thiết bị phục vụ nghiên cứu gồm thiết bị gia công, thiết bị phủ và thiết bị đo phùhợp.

2 Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm khảo sát, đã lựa chọn được khoảng giá trị các thông số phun cho nghiên cứu thực nghiệm chính tiếp theo gồm: Cường độ dòng điện phun Ipcó giá trị từ (450 ÷ 650)A; lưu lượng cấp bột phunmpcó giá trị từ (20 ÷ 40)gam/phút và khoảng cách phun Lpcó giá trị từ (120 ÷ 200)mm Bên cạnh đó độ bền bám dính của lớp phủ cao nhất đạt được khi bề mặt mẫu phủ cú độ nhỏm Rz q±2àm.

3 Đãxâydựngđượcquytrìnhphủ,quytrìnhphươngphápđochomẫuphù hợp để đo và xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng gồm độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo đứt, độ xốp, độ cứng tế vi của lớpphủ.

4 Luận án sử dụng nghiên cứu thực nghiệm theo phương phápbềmặt chỉ tiêuvàđượcthiếtkếtheodạnghỗnhợptâmxoay(CCD)với20thínghiệm,trên cơ sở đó đề xuất đượcmôhình toán học dạng đa thức bậc 2môtả mối quan hệ giữa các hàm mục tiêu với các thông số đầu vào códạng: yb 0 b 1 x 1  b 2 x 2  b 3 x 3  b x 2  b x 2  b x 2  b x x  b x x  b x x

Phần mêm Minitab 19, được lựa chọn để phân tích và xử lý số liệu thực nghiệm trong luận án.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬNĐÁNH GIÁ

THỰC NGHIỆM TỐIƯUHÓA

Kết quả tính toán sau khi đo thu thập số liệu các chỉ tiêu đầu ra cần đánh giá được thống kê và trình bày trong (bảng 4.1).

Bảng 4.1 Ma trận thực nghiệm và kết quả tính toán sau khi đo của các chỉ tiêu

Thông số thay đổi khi phun Kết quả tính toán sau khi đo trên mẫu

Số liệu trong (bảng 4.1) được tiến hành phân tích phương sai (ANOVA) đối với từng chỉ tiêu nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của 3 thông số đầu vào và sự tương tác giữa chúng đến các chỉ tiêu đầu ra Trên cơ sở đó cho phép xây dựng được phương trình hàm hồi quy cho từng hàm mục tiêu ra ở dạng đa thức bậc 2, phương trình sau khi được xác định sử dụng để dự đoán kết quả lần lượt được phân tích sau đây:

4.1.2 Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền bám dính của lớp phủ với thépnền

4.1.2.1 Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền bámdính

Sử dụng phần mềm Minitab 19, tiến hành phân tích kết quả độ bền bám dínhtrong(bảng4.1).Kếtquảphântíchphươngsai(ANOVA)đốivớihàmmục tiêu (σBd) được thống kê và trình bày trong (bảng4.2).

Bảng 4.2 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu (σ Bd )

Tổng bình phương độ lệch (Seq SS)

Mức độ đóng góp tới mô hình

Trung bình bình phương (Adj MS)

Giá trị thống kê (F-Value)

Giá trị xác suất(P- Value)

Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số phun đến hàm mục tiêu (σ Bd )

Từ số liệu trong (bảng 4.2) và (hình 4.1) cho thấy:

Giátrịxácsuất(P)vềmứcđộảnhhưởngcủacácthôngsốphun(Ip,mp,Lp) ởmôhìnhbậc1đềucógiátrịrấtnhỏ,nhỏhơnnhiềusovớimứcýnghĩaα(chọn α = 0,05) Điều đó có nghĩa các thông số phun (Ip, mp, Lp) củamôhình đều có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu đầu ra(σBd).

Trongđó,khoảngcáchphun(Lp)làthôngsốcóảnhhưởnglớnnhấtđếnđộ bền bám dính của lớp phủ (chiếm 9,89%/21,12%), thông số có mức ảnh hưởng lớnthứhailà(Ip)cườngđộdòngđiệnphun(chiếm7,89%/21,12%)vàlưulượng cấpbộtphun(mp)làthôngsốcómứcảnhhưởngnhỏnhấtđếnđộbềnbámdính củalớpphủ(chiếm3,34%/21,12%).Mặtkhác,tacũngcóthểquansátthấyquy luật ảnh hưởng của các thông số đến độ bền bám dính của lớp phủ thông qua biểu đồ (hình 4.1). Quan sát biểu đồ ta nhận thấy, khi (Lp) tăng từ (92,73 ÷ 160)mmthìđộbềnbámdínhtăng,nếutiếptụctăng(Lp)trên160mmthìđộbền bámdínhlạigiảm.Đốivớicườngđộdòngđiệnphun(Ip),khi(Ip)tăngtừ(381,82 ÷ 550)A thì độ bền bám dính tăng, nếu tiếp tục tăng (Ip) trên 550A thì độ bền bám dính lại có xu hướng giảm Với lưu lượng cấp bột phun khi (mp) tăng từ (13,18 ÷ 30)g/ph thì độ bền bám dính tăng, tuy nhiên độ bền bám dính tăng không đáng kể khi (mp) tăng trong khoảng từ (13,18 ÷ 20)g/ph, ngược lại khi (mp) tiếp tục tăng từ (20 ÷ 30)g/ph thì độ bền bám dính của lớp phủ tăng nhanh vànếutiếptụctăng(mp)trên30g/phthìđộbềnbámdínhlạigiảm.Nguyênnhân củanhữngsựảnhhưởngnày,đượclàmrõkhiphântíchsựảnhhưởngtươngtác giữa các thông số phun đến hàm mục tiêu đầu ra ở nội phíadưới.

Khi xem xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tốmôhình bậc 2 trong (bảng 4.2) có mức độ đóng góp lớn tới hàm mục tiêu (mức độ đóng góp chiếm 61,70%/100%), đồng thời giá trị xác suất (P-value) của các thành tố trongmôhìnhbậc2nàycũngđềucógiátrịtươngứnglà(~0,0001),nhỏhơnnhiềusovới mức ý nghĩa(= 0,05) Điều đó cho thấy sự xuất hiện của các thành tố là rất có ý nghĩa đối với mô hình hàm mục tiêu độ bền bám dính Mặc khác ta cũng nhận thấy ở mục kiểm định sự thiếu phù hợp (Lack-of-Fit) củamôhình có giá trị xác suất (~0,005) cũng nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa, điều này có nghĩa là dạng phương trình có được khớp với dữ liệu đo được Hệ số xác định của hàm hồi quy thực nghiệm (R 2 ) tính được cũng cho thấy có tới (97,02%) số liệuthựcnghiệmtươngthíchvớisốliệudựđoántheophươngtrình.Nhưvậycó thể thấy việc chọn các thông số đầu vào và vùng khảo sát của các thông số đã đảm bảo cho hàm mục tiêu có giá trị là lớnnhất. Để làm rõ hơn nội dung phân tích và nhận định trên, ta tiến hành phân tích sựtươngtácgiữacácthôngsốđếnhàmmụctiêuđầuranhưtrongbiểuđồ(hình

4.2).Quansátbiểuđồ(hình4.2)chothấysựảnhhưởngtươngtácgiữacácthông số đầu vào đến hàm mục tiêu đầu ra là khá phứctạp.

Hình 4.2 Biểu đồ sự tương tác giữa các thông số phun đến hàm mục tiêu (σ Bd )

Một số phân tích sau đây sẽ làm rõ hơn nhận định trên:

- Xemxétsựảnhhưởnggiữa(Ip)và(mp)chothấy:KhiIpU0A,nếutăng

(mp)trongkhoảngtừ(13,18÷30)g/phthìsẽlàmchođộbềnbámdínhtăng.Tuy nhiên khi tiếp tục tăng (mp) trong khoảng từ (30 ÷ 46,82)g/ph thì lại làm chođộ bềnbámdínhlớpphủgiảm.TrongtrườnghợpkhiIpE0Anếutăng(mp)trong khoảng từ (20 ÷ 40)g/ph sẽ làm cho độ bền bám dính tăng nhưng ở mức không cao,ngượclạikhiIpe0Anếu(mp)tăngtrongkhoảngtừ(20÷40)g/phthìđộ bámdínhlớpphủvớithépnềncóxuhướnggiảmdần.Điềunàycóthểđượcgiải thích,khităng(Ip)cónghĩalàmtăngcôngsuấtcủahồquang,khiđócáchạtbột phun có trạng thái nhiệt nóng chảy tốt hơn và làm cho sự lắng đọng lớp phủ tốt hơn Mặt khác khi tăng (Ip)mà(mp) ở mức thấp thì hiệu quả nung chảy hạt bột cũngtốthơn,độbềnbámdínhcóxuhướngtăng.Ngượclạikhi(Ip)ởmứcthấp, nếu (mp) được cấp vào càng lớn làm cho nhiệt độ nóng chảy hạt bột phun giảm do bị phân tán nhiệt bởi số lượng hạt phun, điều này cũng có thể làm giảm lực va đập của hạt với chất nền dẫn đến độ bền bám dínhgiảm.

- Ảnhhưởnggiữa(Ip)và(Lp)cũngchotathấy:KhiIpU0A,độbềnbám dính tăng khi (Lp) tăng trong khoảng từ (92,73 ÷ 160) mm và ngược lại độ bền bám dính lớp phủ có xu hướng giảm nếu tiếp tục tăng (Lp) Độ bền bán dính sẽ tăng khi tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm, trong cả hai trường hợp của cường độ dòng điện phun gồm (Ip= 450A và Ip= 650A), tuy nhiên mức độ ảnh hưởngcủa(Lp)đếnđộbámdínhkhiIpE0AlớnhơnkhiIpe0A(nhưngđộ bền bám dính lại cao hơn khi Ip= 650A) Điều này có thể giải thích là khi tăng (Lp)làmmộtphầncáchạtphunbịtáirắntrởlạidobịnguộibởiquãngđườngdi chuyển xa, đồng thời các hạt bị ôxy hóa cũng nhiều hơn làm cho độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền giảm Ngược lại khi (Lp) quá gần làm hiệu suất phun giảm do lực va đập mạnh khiến cho các hạt phun bị văng rangoài.

- Xét cặp tương tác giữa (mp) và (Lp) cũng cho thấy: Khimp= 30g/ph, nếu (Lp) tăng trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm thì độ bám dính tăng, nếu tiếp tục tăng(Lp)trongkhoảngtừ(160÷227,27)mmlạilàmchođộbámdínhgiảm.Lưu lượng cấp bột phun được cấp ở 2 mức giá trị là (mp= 20g/ph vàms= 40g/ph), cho độ bám dính tăng nếu tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm, ở haimức giátrịnàythìmứcđộảnhhưởngcủa(mp)đếnđộbámdínhkhimp g/phlớn hơnkhimp@g/ph.Điềunàycóthểđượcgiảithíchlàkhi(Lp)tăngthì(mp)

Kết quả thực nghiệm Kết quả dự đoán vào phải nhỏ sẽ làm cho độ bền bám dính tăng, bởi nhiệt tăng do mật độ hạt giảmvàkhoảngcáchtănglàmhiệusuấtnhiệttạithờiđiểmvachạmcáchạtphun thuận lợi Ngược lại (mp) tăng cao làm cho nhiệt độ giảm xuống, vận tốc hạt cũng giảm và điều đó làm cho chất lượng của lớp phủ giảm theo, nếu (mp) vào lớn khi đó cần giảm (Lp) để cải thiện chất lượng độ bám dính của lớpphủ.

4.1.2.2 Xây dựng phương trìnhhàmhồi quy thực nghiệm của(σ Bd )

Phươngtrìnhhàmhồiquythựcnghiệm,dạngđathứcbậc2đượcxâydựng bằng cách sử dụng chức năng tối ưu hóa (Start/DOE/Responer Surface/Anlyze ResponseSurfaceDesign…)trongphầnmềmMinitab19.Phươngtrìnhhàmhồi quy thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa độ bền bám dính với các thông số phun đạt được như biểu thức(4.1). σ Bd = -202,6 + 0,4162I p + 2,981m p + 0,9064L p - 0,000250I p* I p - 0,02344m p* m p

- 0,001963L p* L p - 0,002288I p* m p - 0,000353I p* L p - 0,001344m p* L p (4.1) Phương trình hàm hồi quy (4.1) có hệ số xác định R 2 = 0,9702 rất gần với 1, điều đó khẳng định phương trình này có khả năng tương thích cao với các số liệuthựcnghiệm.Phươngtrìnhhàmhồiquythựcnghiệm(4.1)làcơsởchoviệc lựachọngiátrịcácthôngsốphun(Ip,mpvàLp)nhằmđảmbảođộbềnbámdính đạt được một giá trị phù hợp nào đó Ngoài ra, phương trình hàm hồi quy này cũng đã được sử dụng để tính dự đoán độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền, kết quả so sánh giữa độ bền bám dính dự đoán với kết quả đo thực nghiệm đượcmôtả trong biểu đồ (hình4.3).

Hình 4.3 Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả đo thực nghiệm của σ Bd Đ ộ bề n b ám d ín h σ B d (M P a)

Kết quả so sánh chỉ ra rằng, độ bền bám dính khi tính dự đoán rất sát với kết quả khi đo thực nghiệm, độ sai lệch trung bình là 2,0% và có điểm sai lệch lớn nhất là 5,1% Như vậy, có thể thấy phương trình hàm hồi quy của hàm mục tiêu (σBd )đã được kiểm tra thành công và có thể dùng để dự đoán độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền và để tối ưu hóa chỉ tiêu này.

4.1.2.3 Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun chohàmmục tiêu(σ Bd )

Giải bài toán tối ưu hàm mục tiêu (σBd) với mong muốn càng lớn càng tốt, tiến hành chạy chức năng tối ưu hóa (Start/DOE/Responer Surface/Response Optimizer )trongphầnmềmMinitab19,vớicácràngbuộcnhưtrongbiểuthức (3.24) Kết quả tối ưu đạt được trong đồ thị (hình4.4).

Hình 4.4 Đồ thị tối ưu hóa hàm mục tiêu độ bền bám dính (σBd)

Từkếtquảđạtđượctrong(hình4.4),nếulấyvàlàmtròngiátrịkếtquảsau chữ số thập phân một số thì giá trị của các thông số phun và kết quả dự đoán hàm mục tiêu (σBd) được thống kê trong (bảng4.3).

Bảng 4.3 Giá trị tối ưu hóa các thông số phun và giá trị hàm mục tiêu (σ Bd )

Giá trị thông số phun tối ưu Kết quả độ bền bám dính σBd(MPa) Độ sai lệch (%)

Ip(A) mp(g/ph) Lp(mm) Kết quả dự đoán Kết quả kiểm chứng

572,1 30,8 168,8 38,8 37,6 3,2 Để đánh giá mức độ phù hợp của bộ thông số phun đạt được sau khi tốiưu hóa, ta tiến hành kiểm chứng bằng thực nghiệm trên 5 mẫu Kết quả đo trung bình của 5 mẫu thực nghiệm kiểm chứng cũng được trình bày trong (bảng 4.3) này, so sánh kết quả thực nghiệm kiểm chứng với kết quả khi dự đoán cho thấy rấtsátnhau,cóđộsailệchlà3,2%.Điềuđóchứngtỏgiátrịtốiưuhóacácthông số đạt được là phù hợp để áp dụng vào thựctiễn.

4.1.3 Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền bám trượt lớp phủ với thépnền

4.1.3.1 Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền bámtrượt

Tương tự tiến hành phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu (τBtr) được thống kê trong (bảng 4.1), kết quả phân tích phương sai được thống kê và trình bày trong (bảng 4.4).

Bảng 4.4 Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu (τ Btr )

Tổng bình phương độ lệch (Seq SS)

Mức độ đóng góp tới mô hình

Giá trị thống kê (F-Value)

Giá trị xác suất(P- Value)

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO PHỤC HỒICÁNH QUẠT KHÓI TRONG NHÀ MÁYNHIỆTĐIỆN

ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ TÌNH TRANG HỎNGCỦAQUẠT

a, Điều kiện làm việc của quạt: Quạt khói là thiết bị dùng để hút khói cưỡng bức ra khỏi lò đốt, mục đích chống đóng xỉ và điều chỉnh nhiệt độ trong lò đốt. Quạt khói được bố trí trong lò hơi đốt than như (hình 5.1).

1 Bao hơi; 2 Van hơi chính; 3 Van cấp nước; 4 Ghi lò; 5 Buồnglửa;

6 Hộp tro xỉ; 7 Hộp gió; 8 Phễu than; 9 Ống khói; 10 Bộ sấy khôngkhí;

11 Quạt gió; 12 Quạt khói; 13 Bộ hâm nước; 13a Bơm nước cấp vàolò;

14 Dàn ống nước xuống; 15 Ống góp dưới; 16 Dàn ống nước lên;

17 Dãy ống pheston; 18 Bộ quá nhiệt.

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý bố trí quạt khói trong nhà máy nhiệt điện [102]

Hình 5.2 Bản vẽ chi tiết cánh động quạt khói

Quạtkhói làm việcvới sốvòng quay tốiđa là750(vòng/phút) trongmôitrườngcókhóibụitrovàcónhiệtđộkhoảng140 0 C÷150 0 C,điềuđódẫnđếncánh quạtbịhỏngsaumộtthờigianlàmviệcdosựmàimònvàxóimòncủacáchạtbụi trovađậpvàocánhquạtgâyra.Quạtcũngnhưcácthiếtbịkháctrongnhàmáy,đó làphảilàmviệc liêntụctrong thời gian

5000÷6000h/nămvớisựbảodưỡngvàkiểmtratốithiểunhất.Trongđiềukiệnlàmviệcnh ưvậythìkhichếtạocầncóđộbềnvàđộtincậyđểchitiếtcóthểvậnhànhliêntụcvàlâudài.Cá nhquạthútkhóibụi này có cấu tạo dạng tấmcung tròn,làmtừvậtliệu thép16Mn, vớiđộdày20mm;sốlượngcỏnhlà14cỏnh,đườngkớnhbỏnhcụngtỏcỉ2735mm.Chõncỏ nh quạtđượchànvớibầuthâncôncong,toànbộbánhcôngtácđượclắptrênmộttrụccóổ bi ởhai đầutrục, trongđómộtđầutrục đượclắp nối trụcđểnốivới độngcơ, cánhquạtkhóicócấutạochitiếtnhư(hình5.2).

Hình 5.3 Hình ảnh quạt khói bị mòn hỏng trong quá trình làm việc b,Tìnhtrạnghưhỏngcủaquạt:Quạt khóilàmviệctrongđiềukiệncókhóibụivànhi ệtđộ,điềunàydẫntớiquạtsaumộtthờigianlàmviệcthườngbịhưhỏng như:mòncánh,nứtcánh,gãycánh…dẫn tớihoạt độngmấtổnđịnh gây nguy cơcaomấtantoàn (hình 5.3) Đặc biệtkhimòn không đồngđềugiữacác cánhlàm choquạtbịmấtcânbằng, thể dẫn đếngiảm hiệu suất hoạt độngvà làmhưhỏngnghiêm trọng cácbộphậnvàchi tiếtkhác liên quan.Căn cứ vào kết quả khảo sát và kiểm tra trực tiếp của quạt, cho thấy cánh quạt bị hỏng do mòn và xói mòn do các bụi tro gây ra chủ yếu ở các vị trí như thống kế trong (bảng5.1).

Bảng 5.1 Các dạng hỏng chính của quạt khói trong quá trình làm việc

TT Dạng hỏng Nguyên nhân

Xói mòn vùng đỉnh cánh Dotrongquátrìnhhoạtđộnghútkhóira ngoài, cạnh của các vùng đỉnh cánh va đập vào các hạt rắn bay lẫn trongkhông khí gây ra.

Mòn bản cánh và chân cánh Do cánh quạt có góc xoắn (góc nâng)để hútkhóibụirangoài,khicáchạtbaylẫn trong không khí va đập vào bề mặt cánh và bị trượt theo góc xoắn dẫn tới bịmòn bản cánh và chân cánh.

GIẢI PHÁP VÀ QUY TRÌNHPHỤC HỒI

Qua phân tích cấu tạo, điều kiện làm việc, tình trạng hư hỏng và nguyên nhân hư hỏng của cánh quạt khói, nhận thấy rằng cánh quạt dùng lớp phủ nhiệt plasma phun bột phủ Cr3C2– 30%NiCr như đã được nghiên cứu và đánh giá ở trong luận án này là hoàn toàn phù hợp Lớp phủ khi phục hồi trên bề mặt cánh quạt, ngoài mục đích nhằm nâng cao tuổi thọ bền mòn do mài mòn và xói mòn gây ra, thì lớp phủ cũng cần đảm bảo có độ bền bám dính, độ bền bám trượt và độ bền chống kéo đứt lớp phủ tốt vì trong quá trình làm việc cánh quạt chịu bởi một lực uốn Như vậy khi tạo lớp phủ phục hồi nhằm bảo vệ cho bề mặt cánh quạt, do vậy lớp phủ cần đảm bảo được nhiều yêu cầu Căn cứ vào các yêu cầu như đã phân tích, nhận thấy bộ thông số phun tối ưu đa mục tiêu đã được xác định trong luận án rất phù hợp để thực hiện tạo lớp phủ, nhằm đảm bảo hài hòa được tất các các yêu cầu mà cánh quạt cần có để thực hiện.

5.2.1 Phục hồi khảo nghiệm trên mẫu tấm cong đồngdạng

Trước khi phục hồi cho cánh quạt khói trong thực tế, ta tiến hành cácbước phụchồitrênmẫutấmcongđồngdạngcánhquạt,mụcđíchnhằmđánhgiámộtsốđặctínhcủ alớpphủtrênbềmặtsaukhihànđắp.Trêncơsởđóđểhoànthiện quy trình phục hồi và hiệu chỉnh các thông số công nghệ phun cho phù hợp sau đó áp dụng phục hồi cho cánhquạt.

5.2.1.1 Mẫu tấm cong đồng dạng cánh quạtkhói

Mẫuđượclàmtừthéphợpkim16Mn,kíchthướcgiacôngmẫuthunhỏ(tỷ lệ 1:4) đồng dạng với cánh quạt khói (hình5.4).

Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết mẫu tấm cong đồng dạng cánh quạt

5.2.1.2 Quy trình phục hồi trên mẫutấmcong đồngdạng

Quy trình phục hồi trên mẫu được thực hiện theo thứ tự các bước cơ bản như sau: a, Tạo dạng mòn hỏngtrên mẫu b, Gia công sau khi hàn bùđắp c, Tạo lớp phủtrênmẫu d, Mẫu sau khi tạo lớp phủHình 5.5 Hình ảnh các bước cơ bản phục hồi trênmẫu Bước 1 Tạo mẫu phủ:Mẫu phủ được chế tạo từ vật liệu 16Mn, mẫu được giacôngtrêncácloạimáycôngcụtheođúngyêucầukỹthuậtbảnvẽ(hình5.4) Mẫu được tạo dạng mòn hỏng tương tự cách quạt trong thực tế (hình5.5a).

Bước 2 Làm sạch:Mẫu được tẩy rửa toàn bộ các bề mặt để loại bỏ dầu, mỡ và gỉ sét bằng dung dịch amigo.

Bước3.Hànđắp:Tiếnhànhhànbồiđắpcácvịtrímònlõmmẫubằngloại que hàn

Bước4.Giacôngcơkhísauhànvàkiểmtra:Sửdụngmáymàicầmtaygá trên dưỡng mài được chế tạo theo biên dạng mẫu Tiến hành mài sửa lại các vị trí hàn với mục đích để đảm bảo kích thước mẫu và tạo được biên dạng cong củamẫu(hình5.5b).Saukhihànđắp,mốihànđượckiểmtrabằngmáysiêuâm kiểm tra khuyếttật.

Shang-Po, phun hạt Al2O3lên bề mặt mẫu có độ nhám (Rzq±2μm,m).Bước6.Gáđặtmẫuphủvàsúngphun:Đểphủkíntoànbộbềmặtm ẫu, khi phun cần tạo chuyển động tương đối mẫu hoặc đầu phun sao cho luôn đảm bảo khoảng cách, tốc độ dịch chuyển và góc phun được ổn định trong suốt quá trình phun Với yêu cầu đó trong nghiên cứu ứng dụng này đã sử dụng Robot AX-V50 có số trục là 6 để thực hiện mang súng phun thực hiện quá trình phủ, mẫu phun được gá trên đồ gá cố định như (hình 5.5c).

Bước 7 Cài đặt thông số phun:Thông số phun được cài đặt và điều chỉnh trên bảng điều khiển và thiết bị cấp bột theo (bảng 5.2).

Bảng 5.2 Thông số công nghệ điều chỉnh khi phun

Cường độ dòng điện phun (𝐼 𝑝 ) 582,3 (A) Điện áp (𝑈 𝑝 ) 35 (V)

Lưu lượng khí chính (𝑃 Ar ) 50 (l/phút)

Lưu lượng khí thứ cấp (𝑃 H2 ) 5 (l/phút)

Lưu lượng khí mang bột (𝑃 Ar ) 40 (l/phút)

Lưu lượng cấp bột(𝑚 𝑏 ) 31,5 (g/phút)

Bước 8 Gia nhiệt ban đầu:Bước này sử dụng đầu đốt ngọn lửa ôxy - axêtylen nung nóng bề mặt phủ ở nhiệt độ khoảng 140°C ÷ 150ºC, nhằm giữa nhiệtđộổnđịnhtrênmẫuvàloạibỏdầumỡ,hơinướcđểtạođiềukiệnthuậnlợi cho sự lắng đọng của lớpphủ.

Bước9.Tiếnhànhphun:Bướcnàylàcôngviệcsửdụngmáyphunplasma, kết hợp với sự dịch chuyển của cánh tay robot mang súng phun di chuyển theo chươngtrìnhđãxáclập.Lớpphủsaukhitạotrênmẫuđạtđộdàytừ(1÷1,2)mm (hình 5.5d).

Bước 10 Kiểm tra chất lượng:Mẫu sau khi phủ được cắt ra thành từng mẫu nhỏ, tiếp theo là nguyên công mài, đánh bóng rồi kiểm tra đo độ xốp vàđộ cứngtếvi.Độxốplớpphủđượcđobằngkínhhiểnviquanghọc(LeiceICC50E) Độ cứng tế vi của lớp phủ được đo bằng thiết bị ISOSCAN HV2AC.

5.2.1.3 Đánh giá một số chỉ tiêu lớp phủ trênmẫu

Mẫusaukhiphủđượccắtthànhtừngmiếngnhỏbằngmáycắtdây,rồiđược làm sạch, đánh bóng và kiểm tra đo 2 chỉ tiêu là độ xốp và độ cứng tế vi Kết quả đo được trình bày trong (bảng 5.3) với 5mẫu.

Bảng 5.3 Kết quả đo tính phần trăm độ xốp và độ cứng trên mẫu thí nghiệm

TT Chỉ tiêu đánh giá Kết quả đo và tính toán Kết quả trung bình Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5

2 Độ cứng tế vi(K Lp ) 685,7 706,7 695,3 687,6 701,5 695,36 (HV)Kết quả trong (bảng 5.3) cho thấy kết quả đo trên 5 mẫu khác nhau của độ xốp và độ cứng lớp phủ cho sự chênh lệch nhau không nhiều, điều đó cho thấy lớpphủđượctạotrênbềmặtmẫucóvịtríhànbùđắplàkháđồngđềuvớinhau Mặt khác kết quả trung bình 5 mẫu đo của độ xốp là (3,63%) và độ cứng tế vị củalớpphủđạtđượclà(695,36HV)cũngrấtphùhợp,điềuđóchứngtỏlớpphủ đã đáp ứng được tốt điều kiện làm việc trong môi trường mài mòn, xói mòn và có nhiệt độ theo các tài liệu [3, 4, 8] Đồng thời kết quả đo lớp phủ trên mẫu đồng dạng cũng rất sát với kết quả đo của 2 chỉ tiêu trên mẫu tiêuchuẩn.

5.2.2 Quytrình phục hồi trên cánh quạtkhói

Sau khi có kết quả đánh giá đạt phục hồi trên mẫu cong đồng dạng đạt yêu cầu, tiến hành xây dựng quy trình công nghệ phục hồi cho cánh quạt theo sơ đồ (hình 5.6).

Hình 5.6 Sơ đồ quy trình phục hồi cánh quạt

Khác với mẫu phủ tiêu chuẩn, cánh quạt khói có kết cấu dạng tấm cong, bán kính lớn đã được hàn trên bầu cánh với số lượng cánh là 14 và có trọng lượngkhálớn,vìvậyquátrìnhthựchiệntạolớpphủlêntrênbềmặtcánhlàmột việclàmkhónếuthựchiệntrêncácđồgátựchếcũngnhưtrêncácmáygiacông thông dụng khác Để đảm bảo quá trình tạo lớp phủ trên cánh quạt tương đồng vớimẫuphủtiêuchuẩnkhithửnghiệm,thìquátrìnhthựchiệntạolớpphủphục hồicáchquạtkhóiđãsửdụngcánhtayrobotmangsúngphuncóquỹđạochuyển động đượcmôtả (hình 5.7) và đồ gá cánh quạt (hình 5.9), đồ gá này thay đổi được vị trí sau khi phủ xong trên một cánh, mục đích của việc này nhằm đảm bảo đúng góc phun, khoảng cách phun và bước dịch chuyển để tạo lớp phủ đều trêntoànbộbềmặtcánh.Cácbướcchínhphụchồicánhquạtđượcmôtảcơbản nhưsau:

Bước 1 Làm sạch chi tiết quạt: Mẫu được tẩy rửa toàn bộ các bề mặt của cánh quạt để loại bỏ dầu, mỡ và gỉ sét bằng dung dịch amigo.

Bước 2 Hàn gông: Để giảm thiểu sự biến dạng của cánh khi hànb ồ i đ ắ p do nhiệt khi hàn gây ra, ta tiến hành hàn gông các cánh lại với nhau (hình

Bước3.Hànđắp:Tiến hànhhànbồiđắpcácvịtrímònlõmtrêncánhquạt (hình 5.8b) bằng loại que hànE7016.

Bước 4 Gia công cơ khí: Sử dụng máy mài cầm tay gá trên dưỡng đồ gá màiđượcchếtạotheobiêndạngcánh.Tiếnhànhmàisửalạicácvịtríhànnhằm đảm bảo kích thước và biên dạng cánh (hình5.8c).

Bước 5 Kiểm tra: Sau khi gia công cơ khí cánh quạt được kiểm tra chất lượngmốihànbằngmáysiêuâmpháthiệnkhuyếttật,đồngthờisửdụngdưỡng để kiểm tra lại kích thước và biên dạng cách đúng theo bảnvẽ.

Bước 6 Tạo nhám bề mặt cánh: Tạo nhám bề mặt cánh quạt bằng máy phun hạt mài Shang-Po, với loại hạt phun Al2O3đạt độ nhám (Rz = 71±2 μm,m).

Bước 7 Gá đặt: Như đã phân tích ở trên cánh quạt có kích thước lớn và trọnglượngnặngvìvậycánhđượcgátrênđồgá(hình5.9).Súngphunđượcgá trên cánh tay Robot AX-V50 (hình 5.8d), để thực hiện quá trình phủ nhằm đảm bảo lớp phủ được thực hiện đều trên toàn bộ bề mặt cánh và giữ khoảng cách phun, tốc độ dịch chuyển và góc phun được ổn định trong suốt quá trình phun.

Bước 8 Cài đặt thông số phun: Thông số khi phủ cho cánh quạt được cài đặt và điều chỉnh theo (bảng 5.2).

LẮP ĐẶT VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM QUẠT TRONGTHỰCTẾ

Trình tự lắp đặt, kiểm tra và đưa quạt vào hoạt động theo dõi tại nhà máy được thực hiện cơ bản theo các bước sau:

Bước 1 Lắp đặt: Quạt khói sau khi phục hồi được lắp vào vị trí làm việc ở tại nhà máy.

Bước2.Kiểmtrađộmấtcânbằng:Cho quạtquạtchạyvớitốcđộ750v/ph, sử dụng máy cân bằng Baldev11 xác định gia tốc dao động, máy tự động tính toán lượng mất cân bằng có hiển thịsố.

Bước3.Hiệuchỉnhvàkhắcphục:Căn cứvàolượngmấtcầnbằng,nhằm bổ sung đối trọng để cân bằng cho cánh đạt yêu cầu kỹthuật.

2giờ,khôngpháthiệncácyếutốbấtthường.Tiếptheochoquạtchạytrongđiều kiệnlàmviệcthựctếvớivậntốcquay750(vòng/phút),thờigianchạy4giờliên tục Sau 4 giờ tiến hành kiểm tra, kết quả kiểm tra nhưsau:

- Đo độ rung trên hai gối 0,25mm/s.

- Nhiệt độ trên hai gối là40°C.

- Áp suất gió đạt 4049Pa.

- Đặc biệt quan sát chưa phát hiện thấy mòn, bong tróc và lứt vỡ lớp phủ trên bề mặt cánh quạt.

Bước5.Đưaquạtvàohoạtđộngchạysảnxuấtvàtheodõi:Sau khikiểm tra tính ổn định của quạt sau chạy thử, quạt tiếp tực được cho hoạt động sau 12 thángtheodõi,kếtquảkiểmtrasau12thánglàmviệcđượctrìnhbàytrong(bảng

5.4).Kếtquảsau12thánglàmviệcđãđượcnhàmáyxácnhậnkhẳngđịnhcánh quạtđượcphụchồilàmviệcổnđịnh,đápứngcácyêucầukỹthuậtvàđiềukiện làm việc, đặc biệt nâng cao tuổi bền mòn tốt hơn so với cánh quạt ban đầu khi chưa phủ.

Bảng 5.4 Kết quả kiểm tra các thông số quạt sau 12 tháng làm việc

TT Nội dung thực hiện Kết quả

1 Vận tốc quay của quạt 750 vòng/phút

3 Độ rung trên 2 gối 0,36 mm/s

6 Nhiệt độ buồng làm việc quạt 162°C

7 Chuyển động quay Chạy êm, không va đập

8 Tình trạng kỹ thuật lớp phủ Không phát hiện thấy bong tróc lớp phủ

9 Độ mòn đỉnh cánh Vị trí sâu nhất đo được 0,25 mm

10 Độ mòn bản gần chân cánh Vị trí sâu nhất đo được 0,31 mm

11 Các vị trí khác đo được ≤ 0,2 mm

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 Ápdụngkếtquảnghiêncứucủaluậnánvàotạolớpphủphụchồicánhquạt khói trong thực tế sản xuất, có thể rút ra một số kết luậnsau:

1 Trên cơ sở các kết quả khảo nghiệm lên mẫu cong đồng dạng, luận án đã đưa ra được quy trình phục hồi và tiến hành phục hồi thành công cánh quạt khói thực tế với sự kết hợp của hàn đắp và tạo lớp phủ Cr3C2–30%NiCr.

2 Đã tiến hành tạo lớp phủ Cr3C2– 30%NiCr trên cánh quạt khói được phụchồi,đưavàohoạtđộng.Kếtquảđánhgiácánhquạtkhóisau12thánglàm việc liên tục trong điều kiện sản xuất thực tế tại nhà máy, cho thấy cánh quạt được phục hồi bề mặt hư hỏng với lớp phủ hoạt động ổn định tương đương với quạt ngoại nhập đang sử dụng lại nhàmáy.

3 LớpphủCr3C2–30%NiCrđượctạobằngphươngphápphunplasmađã đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật khi phủ trên bề mặt của chi tiết quạt làm việc trong điều kiện môi trường có mài mòn, xói mòn và nhiệt độ Kết quả mang lại hiệuquảcảvềkỹthuậtvàkinhtế,cóthểápdụngrộngrãitrongphụchồibềmặt các chi tiết cơ khí khác có dạng hư hỏng và điều kiện làm việc tươngtự.

Luận án sử dụng phương pháp phun phủ plasma tạo lớp phủ Cr3C2–

30%NiCrtrênnềnthép16Mn,nghiêncứuảnhhưởngcủabathôngsốcôngnghệ phủ quan trọng là cường độ dòng điện (I p ), lưu lượng cấp bột (m p ), và khoảng cách phun

(L p )tới năm chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ bao gồm: độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ cứng tế vi, độ xốp và độ bền kéo đứt của lớp phủ.

Cáchàmhồiquythựcnghiệmđượcxâydựngtrêncơsởcácsốliệuthựcnghiệm thu được từmatrận tâm xoay Luận án giải các bài toán tối ưu nhằm đưa ra các bộ thông số phủ phù hợp theo các chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ Các kết quả chính có thể tóm tắt nhưsau:

1 Các thông số công nghệ phủ plasma(I p , m p và L p )và sự tương tác giữa chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ Trong đó,khoảngcáchphun(L p )ảnhhưởng nhiều nhất, tiếpsauđólầnlượtlàcườngđộdòng điệnphun(I p )vàlưu lượngcấp bộtphun(m p ).

,mpvàLp)vớiđộbềnbámdính,độbềnbámtrượt,độbềnkéo,độxốpvàđộcứngtếvicủalớpph ủđượcthểhiệnnhưcácbiểuthứcsau: σ Bd = -202,6 + 0,4162I p + 2,981m p + 0,9064L p - 0,000250I p* I p - 0,02344m p* m p - 0,001963L p* L p -

3 Xâydựngvàgiảicácbàitoántốiưubộthôngsốcôngnghệphủtheomột số chỉ tiêu chất lượng chính của lớp phủ Kết quả tối ưu bằng thuật toánNelder

- Mead (NM) đạt được nhưsau:

- Đối với mục tiêu độ bền bám dính ( Bd ) lớn nhất khi:IpW2,1(A);mp 30,8(g/ph); Lp= 168,8(mm), tương ứng vớiBd7,6(MPa).

- Đối với mục tiêu độ bền bám trượt (τ Btr ) lớn nhất khi:IpW8,9(A);mp 31,5(g/ph); Lp= 166,1(mm), tương ứng với τBtrH,1(MPa).

- Đối với mục tiêu độ bền kéo đứt ( k ) lớn nhất khi:IpX2,3(A); mp 33,2(g/ph); Lp= 170,2(mm), tương ứng vớik8,7(MPa).

- Đối với mục tiêu độ xốp lớp phủ ( Lp ) nhỏ nhất khi:IpW2,1(A);mp 30,8 (g/ph); Lp= 153,9(mm), tương ứng vớiLp=3,07(%).

- Đối với mục tiêu độ cứng lớp phủ (K Lp ) cao nhất khi:Ip= 595,9(A);mp 30,5(g/ph); Lp= 149,8(mm), tương ứng vớiK Lp =689,2(HV).

- Đối với tối ưu đa mục tiêu ( Bd , τ Btr , k , Lp , K Lp ) khi:IpX2,3(A);mp 31,5(g/ph); Lp= 160,7(mm), tương ứng vớiBd= 37,3(MPa); τBtr 47,6(MPa);k= 118,4(MPa);Lp= 3,1(%) và KLph5,1(HV).

4 Áp dụng quy trình phủ và lớp phủ Cr3C2– 30%NiCr vào phục hồi bề mặt bị hư hỏng của các cánh quạt khói làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, xóimònvànhiệtđộcaotạinhàmáynhiệtđiện.Kếtquảchothấylớpphủđãđạt cácyêucầukỹthuật,cánhquạthoạtđộngbìnhthườngvàổnđịnhtươngđương với quạt trước khi hỏng Kết quả của luận án là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu và ápdụngtrongchếtạomớicũngnhưphụchồibềmặtcácchitiếtcơkhícódạng hư hỏng và điều kiện làm việc tươngtự.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều thông số phun khác để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chất lượng lớpphủ.

2 Áp dụng phương pháp, bộ thông số phun của nghiên cứu cho các loại bột phủ và vật liệu nền khácnhau.

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1 Đặng Xuân Thao, Hoàng Văn Gợt, Phạm Đức Cường (2018).Nghiên cứugiải pháp phục hồi cánh quạt công nghiệp làm việc trong điều kiện mài mòn và nhiệtđộcaobằngcôngnghệphunphủnhiệtplasma.Hộinghịkhoahọcvàcông nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ V-VCME2018.

2 Đặng Xuân Thao, Hoàng Văn Gợt, Phạm Đức Cường (2019).Nghiên cứuảnh hưởng của khoảng cách và áp suất phun đến độ nhám bềmặtthép hợp kim 16Mnkhiphuntrênmáyphunhạtmài.TạpchíKhoahọc&Côngnghệ,Trường Đại học

Công nghiệp Hà Nội, số 53, tháng 8/2019, trang 44 -47.

3 Đặng Xuân Thao, Phạm Đức Cường, Hoàng Văn Gợt, Đào Duy Trung (2021); Nghiên cứu giải pháp phục hồi cánh quạt khói công nghiệp ứng dụnglớp phủ Cr 3 C 2 -NiCr tạo bằng kỹ thuật phủ nhiệt plasma;Tạp chí Cơ khí

4 Dang Xuan Thao, Hoang Van Got, Nguyen Huu Phan, Pham Duc Cuong (2019).Influence of Carbide Content on the Adhesion and

MicroscopicHardness of Plasma Spray Cr 3 C 2 -NiCr Coating on 16Mn Steel,Chemical and Materials Engineering 7(3): 25-31.

5 Pham Duc Cuong, Dang Xuan Thao (2021);Effect of surface roughnessand plasma current to adhesion of Cr 3 C 2 -NiCr coating fabricated by plasma spraytechniqueon16Mnsteel;InternationalJournalofModernPhysicsB.DOI:

3 C 2 - NiCr coating on 16Mn steel;Tribology in Industry, DOI:

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

[1] Hoàng Văn Gợt, Đào Duy Trung (2012);Nghiên cứu ứng dụng công nghệphunphủbằngphươngphápthựcnghiệm;NXBKhoahọc&Kỹthuật,HN.

[2] Hoàng Tùng (2006);Công nghệ phun phủ và ứng dụn;NXBKhoa học & Kỹ thuật, HàNội.

[3] Hoàng Tùng (1999); Nghiên cứu công nghệ phun phủ nhiệt khí bột nhằmnângcaotuổithọvàphụchồichitiết;ĐềtàikhoahọccấpNhànước,Mãsố

[4] Uông Sĩ Áp (2006);Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí đểtạobềmặtcóđộchịumàimònvàđộbámdínhcaophụchồicácchitiếtmáy có chế độ làm việc khắc nghiệt; Đề tài KHCN cấp nhà nước, Mã số KC 05.10.

[5] Đinh Văn Chiến (2009);Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong xử lý bề mặtkim loại để phục hồi một số chi tiết máy bị mòn có dạng trục và ống tròn xoay; Đề tài KH Công nghệ thành phố Hà Hội, Mã số:01C-01/04-2009-2.

[6] NguyễnQuốcVũ(2009);Nghiêncứuápdụngcôngnghệphunphủkimloạiđểsửlýbề mặtngoàicủatrốngsấythaythếmạCrom,trênthiếtbịchếbiến tinh bột biến tính tiền hồ hóa quy mô công nghiệp; Đề tài cấp Bộ Công thương, Mã số 256-

[7] Lục Vân Thương, Hoàng Văn Châu (2011);Ứng dụng công nghệ phun phủplasmavậtliệuhợpkim-gốmtăngđộbềnmòn,chịumàimòncủatrụcchính máy khoan, doa CNC và một số chi tiết máy; Tạp chí Cơ khí ViệtNam.

[8] Phạm Thị Hà và cộng sự;A Study On E rosion And Corrosion Behavior

OfCr 3 C 2 -NiCr Cermet Coatings;Journal of Science and Technology 56

[9] Ngô Xuân Cường (2016);Nghiên cứu tạo lớp phủ tổ hợp lên bề mặt chi tiếtchống mài mòn ăn mòn trong các môi trường hóa chất khắc nghiệt có chứa flo;Đề tài KH Công nghệ cấp Bộ CôngThương.

[10] Đỗ Quang Chiến (2018);Nghiên cứu chế tạo hệ lớp phủ có chứa crômcarbide trên nền gang bằng công nghệ phun phủ nhiệt để nâng cao độ bền mài mòn khi làm việc trong các môi trường khắc nghiệt; Đề tài KH

Công nghệ cấp Bộ Công Thương.

[11] Nguyễn Văn Tuấn (2018); Nghiên cứu chế tạo lớp phủ Cr 3 C 2 - NiCr chịuănmònmàimònbằngcôngnghệphunphủplasmađểphụchồivànângcao chất lượng bề mặt cho bánh xe công tác của tuabin trong các nhà máy thủy điện tại Lào Cai; Đề tài KH Công nghệ cấp Bộ CôngThương.