“Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun phủ kim loại để sử lý bề mặt ngoài của trống sấy thay thế mạ Crôm, trên thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa quy mô công nghiệp docx

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
Tổng công ty máy Động lực và máy Nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP







BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2008


ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun phủ kim loại
để sử lý bề mặt ngoài của trống sấy thay thế mạ Crôm,
trên thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa
quy mô công nghiệp.”

Mã Số: 256-08 RD/HĐ-KHCN


Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Đơn vị chủ trì: Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp
Chủ nhi
ệm đề tài: Ks. Nguyễn Quốc Vũ

7324
23/4/2009


Hà nội, tháng 2 năm 2009
2

BỘ CÔNG THƯƠNG
Tổng công ty máy Động lực và máy Nông nghiệp
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP









BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2008


ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun phủ kim loại

để sử lý bề mặt ngoài của trống sấy thay thế mạ Crôm,
trên thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa
quy mô công nghiệp.”

Mã Số: 256-08 RD/HĐ-KHCN



ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
VIỆN NC TK CT MÁY NÔNG NGHIỆP





Nguyễn Quốc Vũ





Hà nội, tháng 2 năm 2009
3


DANH SCH NHNG NGI THC HIN CHNH


TT Họ và tên
Học hàm học vị

chuyên môn
Chức vụ Cơ quan
1 Nguyễn Quốc Vũ Kỹ s Trởng
phòng
nghiên cứu 2
Viện
NCTKCT
máy NN
2 Nguyễn Tờng Vân Tiến sĩ Viện trởng -nt-
3 Vũ Văn Dơng Kỹ s -nt-






4

Mục lục báo cáo

1 Lời mở đầu 5
2 Nghiên cứu tổng quan ứng dụng công nghệ phun phủ kim loại lên bề
mặt chi tiết cơ khí 6
2.1 Một số phơng pháp phủ kim loại thông dụng 7
2.1.1 Tráng kim loại bằng cách nhúng 7
2.1.2 Mạ hóa học không có dòng điện 7
2.1.3 Mạ bằng khuếch tán 7
2.1.4 Mạ trong chân không 7
2.1.5 Mạ điện: 8
2.2 Phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí 9

2.2.1 Các phơng pháp phun phủ 11
2.2.2 Vật liệu phun phủ 15
2.2.3 Quy trình phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí 16
2.3 Tình hình ứng dụng công nghệ phủ bề mặt chi tiết ở Việt nam 18
3 Nghiên cứu giải pháp sử lý bề mặt lô sấy trong thiết bị chế biến tinh
bột biến tính tiền hồ hóa bằng phơng pháp phun phủ kim loại thay
thế mạ crôm 19
3.1 Lựa chọn vật liệu, thiết bị phun phủ phù hợp 20
3.2 Nghiên cứu đồ gá, chế độ công nghệ phù hợp cho ứng dụng phun phủ
bề mặt chi tiết lô sấy trong thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ
hóa. 21
4 Thử nghiệm trên vật mẫu, đánh giá kết quả thử nghiệm 22
4.1 Mục tiêu thử nghiệm sử lý bề mặt bằng phơng pháp phun phủ kim
loại thay thế mạ crôm cứng trên vật mẫu 22
4.2 Phơng pháp tiến hành thử nghiệm 23
4.3 Nhận xét, đánh giá kết quả thử nghiệm 25
5 Kết luận 26
6 Tài liệu tham khảo 28
7 Phụ lục Error! Bookmark not defined.

5


Lời mở đầu
Thông thờng các chi tiết cơ khí làm việc trong môi trờng rất khắc
nghiệt. Chúng dễ bị h hỏng dới nhiều dạng do nhiều nguyên nhân nh: bị
rỉ sét (do làm việc trong môi trờng có độ ẩm, nhiệt độ cao), mài mòn cơ
học (do cà sát các chi tiết cơ khí với nhau), ăn mòn (dới ảnh hởng của
các chất lỏng, khí cháy)Do vậy từ rất xa xa, việc bảo vệ các chi tiết cơ
khí nói riêng, bảo vệ máy móc nói chung đã đợc đầu t nghiên cứu, ứng

dụng nhiều phơng pháp kỹ thuật để chống rỉ sét, bị mòn h hỏng
Thế kỷ 18, 19 ngời ta đã sử dụng phơng pháp hóa học vào xử lý bề
mặt với mục đích làm tăng thời gian sử dụng của các chi tiết cơ khí thay vì
phải sử dụng vật liệu chế tạo tốt hơn, đắt tiền hơn. Từ những năm đầu thế kỷ
19, mạ điện đã đợc tiến hành: nh mạ bạc, mạ vàng và mạ một số hợp kim.
Khoảng năm 1880, mạ niken lên vật liệu bằng thép đã phát triển rất nhanh.
Năm 1914 trong công nghiệp, đã tiến hành mạ hàng loạt các kim loại, hợp
kim nh kẽm, thiếc, đồng, thiếc, crôm,
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, song hành cùng phơng pháp
mạ kim loại, những phơng pháp sử lý bề mặt chi tiết cơ khí, phủ kim loại
mới đợc nghiên cứu và đợc đa vào ứng dụng. Có thể kể đến nh thấm khí
(nitơ, cácbon), phủ kim loại, hợp kim bằng bốc bay trong chân không lên bề
mặt chi tiết. Điển hình là phơng pháp phun phủ kim loại (Thermal spray
coating) đợc phát triển từ những năm đầu thế kỷ XX, cho đến nayphơng
pháp này đã có đ
ợc những ứng dụng rộng rãi nhờ sự phát triển đa dạng về
vật liệu phun cũng nh các thiết bị phun phủ.
Trong lĩnh vực cơ khí, phơng pháp mạ crôm cứng (hard crome
plating) lên bề mặt chi tiết đã đợc biết đến nhằm tăng tính chịu mài mòn, ăn
mòn. Tuy vậy, phơng pháp mạ crôm cứng cũng có những hạn chế nhất định
nh vấn đề ô nhiễm môi trờng trong quá trình mạ, hạn chế về kích thớc
của chi tiết cần mạ, cũng nh bề dày lớp mạ. Những nghiên cứu cho thấy sử
dụng mạ crôm chỉ có hiệu quả kinh tế khi chi tiết cần mạ nhỏ và có bề dày
lớp mạ mỏng hơn 25,4 àm. Do vậy, những phơng pháp sử lý bề mặt khác
đợc nghiên cứu phát triển và ứng dụng để thay thế phơng pháp mạ crôm
cứng mà vẫn đảm bảo đợc các tính chất cơ lý hóa và khắc phục đợc những
hạn chế của mạ crôm cứng, giảm chi phí sản xuất. Giải pháp thay thế đợc
đa ra là phơng pháp phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí. Đi đầu
trong lĩnh vực này có thể kể đến PRAXAIR-TAFA, Sulzer METCO,
MOGUL Metallizing GMBH các công ty dẫn đầu trong lĩnh vực nghiên

cứu ứng dụng vật liệu phun cũng nh các thiết bị phục vụ phun phủ kim loại.
Trên thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa, chi tiết quan
trọng: lô sấy (trống sấy), với bề mặt cần có tính chất chịu mài mòn và ăn
mòn cao. Để đạt đợc điều đó, có thể áp dụng phơng mạ crôm cứng lên bề
6

mặt lô sấy. Tuy vậy, các lô sấy có kích thớc lớn, (đờng kính lô sấy lớn hơn
1m, và dài hơn 3m), do vậy việc thực hiện mạ crôm cứng lên bề mặt các lô
sấy này ở trong nớc khó có khả năng thực hiện do hiện tại cha có bể mạ
phù hợp với kích thớc lô sấy. Tìm giải pháp sử lý bề mặt lô sấy thay thế mạ
crôm cứng là một yêu cầu đợc đặt ra và cũng là nội dung nghiên cứu của
Đề tài. Những nội dung chính trong quá trình thực hiện đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan ứng dụng công nghệ phun phủ kim loại lên bề
mặt chi tiết cơ khí;
- Từ đó nghiên cứu giải pháp sử lý bề mặt lô sấy bằng phơng pháp
phun phủ kim loại phù hợp bao gồm lựa chọn vật liệu phun phủ phù hợp;
nghiên cứu đồ gá, chế độ công nghệ phù hợp cho ứng dụng phun phủ bề mặt
lô sấy trong thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa;
- Thử nghiệm phun trên vật mẫu tơng ứng để đánh giá khả năng ứng
dụng.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài xin đợc cảm
ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ hàn và sử lý bề mặt, đặc biệt TS.
KHKT Hoàng Văn Châu đã t vấn, cung cấp tài liệu cũng nh phối hợp thực
hiện thử nghiệm phun phủ trên vật mẫu.
Nghiên cứu tổng quan ứng dụng công nghệ phun phủ kim
loại lên bề mặt chi tiết cơ khí
Tùy theo mục đích sử dụng, kích thớc và điều kiện làm việc của các
chi tiết mà các phơng pháp phủ bề mặt chi tiết đợc ứng dụng cho phù hợp.
Theo mục đích sử dụng lớp phủ có thể để bảo vệ hay trang trí, hay những lớp
phủ đặc biệt với tính chất chịu ăn mòn, mài mòn, chịu nhiệt độ cao

Có thể phân ra làm ba nhóm phơng pháp phủ bề mặt chi tiết:
- Các phơng pháp hóa học và điện ly.
- Các phơng pháp vật lý.
- Các phơng pháp cơ học.
Các phơng pháp hóa học và điện ly bao gồm: photphat hóa, sunfit
hóa (phơng pháp hóa học); mạ niken, mạ crom, oxit hóa (phơng pháp điện
ly). Lớp phủ photphat hóa (hay còn gọi là tẩm photphat) dùng để trang trí và
bảo vệ chống rỉ. Lớp phủ sunfit hóa có tác dụng nâng cao độ bền mòn. Các
lớp phủ bằng mạ niken, mạ crom, oxit hóa đều có tác dụng trang trí, bảo vệ
và chống mài mòn
Các phơng pháp phủ vật lý bao gồm tráng nhôm, nhúng kẽm, khuếch
tán (khuếch tán bột nhôm, bột crom; tẩm các bon, tẩm nitơ, tẩm hỗn hợp
cacbon - nitơ); tôi bề mặt, phủ chân không,Các lớp phủ của bằng phơng
pháp vật lý có độ bền mòn, bền nhiệt cao, tính chống rỉ tốt
Các phơng pháp cơ học bao gồm phủ lên bề mặt chi tiết kim loại nền
kim loại, hợp kim khác có tính chất cơ lý hóa tốt hơn (nh thép không rỉ,
7

crôm, niken, đồng, ti tan) bằng các phơng pháp cơ học nh cán, đúc, hàn
nổ, phun phủ kim loại. [1]

1.1 Một số phơng pháp phủ kim loại thông dụng
1.1.1 Tráng kim loại bằng cách nhúng
Nhúng chùm chi tiết vào kim loại nóng chảy gọi là tráng, đây là
phơng pháp cũ nhất để bảo vệ kim loại chống rỉ sét. Bằng cách này sẽ thu
đợc các lớp bảo vệ, thông thờng là kẽm, chì, thiếc Phơng pháp này
thờng sử dụng trong các nhà máy luyện kim. Hiện nay, ngời ta thờng
dùng lớp tráng thiếc cho ngành đóng đồ hộp trong công nghiệp thực phẩm.
1.1.2 Mạ hóa học không có dòng điện
Đây là phơng pháp mới nhất và rất có ý nghĩa với mạ niken không có

dòng điện trong dung dịch muối niken. Lớp mạ này chỉ hình thành trên bề
mặt kim loại. Phơng pháp này cho ta một lớp mạ đủ lớn và có chiều dầy đều
đặn ở trên các đỉnh cũng nh trên các khe, lỗcủa chi tiết cần mạ
1.1.3 Mạ bằng khuếch tán
Lớp phủ đợc hình thành bằng sự khuếch tán của một số kim loại vào
kim loại nền; sự khuếch tán rõ rệt xảy ra ở nhiệt độ cao. Khi tiến hành mạ
khuếch tán, đầu tiên ngời ta rắc lên vật cần mạ một lớp bột kim loại cần
phủ( kẽm, nhôm, crom ). Sau đó vật đợc bao bọc bằng một môi trờng bảo
vệ ( thờng là chân không) và đem nung nóng. Lớp phủ đợc hình thành
không phải là kim loại nguyên chất mà là các hợp kim tạo thành từ kim loại
bột và kim loại nền
1.1.4 Mạ trong chân không
Mạ trong chân không là làm bốc hơi kim loại trong chân không. Quá
trình mạ diễn ra nh sau: Vật liệu chúng ta muốn làm bốc hơi nh nhôm có
dạng các khúc dây nhỏ hoặc bột, nó đợc nung nóng bằng nhiệt điện trở
(vonfram, môlipđen). Vật cần mạ đợc treo trên cán treo. Khi nhiệt độ đạt tới
nhiệt độ bốc hơi của nhôm, nhôm bốc hơi và tỏa ra trong không gian chân
không. Hơi kim loại thâm nhập (các nguyên tử kim loại dùng để mạ - ở đây
là nguyên tử nhôm) sẽ mở rộng theo tất cả các hớng trong không gian và va
đập lên bề mặt vật cần mạ. Sau đó sẽ ngng tụ trên nó, tạo ra lớp liên kết.
Bằng phơng pháp mạ trong chân không có khả năng mạ những lớp kim loại
khác nhau cũng nh các vật liệu phi kim loạiVật đợc mạ có thể là kim
loại hay không phải là kim loại. Phơng pháp này đợc dùng nhiều trong
trang trí, trong kỹ thuật điện, quang học
8

1.1.5 Mạ điện:
Mạ điện ( hay là mạ điện hóa) đợc tạo ra theo nguyên lý của sự điện
phân. Nguyên lý chung là: vật cần mạ (1) sẽ là cực âm, chúng đợc treo lên
những thanh hoặc ống đồng hay nhôm (5). Vật cần mạ đợc nhúng vào bể

điện phân (4) có chứa chất điện phân (3). Bên cạnh đó chúng ta treo vào bể
những đĩa kim loại có vai trò cực dơng (hình 1).


Hình 1: Sự bố trí cực anốt và catôt trong bể mạ [2]

Chất điện phân chứa các ion kim loại cần mạ, thông thờng cực
dơng là những kim loại tơng tự nh kim loại cần mạ. Khi nối các điện cực
vào dòng điện một chiều, dòng điện sẽ đi qua bể. Lúc đó kim loại cực dơng
sẽ thoát ra và trên bề mặt của vật cần mạ (cực âm) sẽ thu đợc một lớp mạ.
Vật cần mạ phải dẫn điện. Mạ điện có thể mạ những lớp kim loại khác nhau
nh: mạ niken, crom, đồng kẽm, bạc, vàng
Khi mạ những vật có hình dạng không đồng đều thì khó có đợc một
lớp mạ có chiều dầy nh nhau trên toàn bộ bề mặt
Dùng mạ điện ta có thể thu đợc các lớp mạ khác nhau với các tác
dung khác nhau. Cụ thể nh:
- Lớp mạ niken có độ bóng khá tốt, thờng dùng trong sản xuất các
dụng cụ điện
- Lớp mạ kẽm thờng dùng cho các vật liệu điện, các tấm thép với mục
đích chống rỉ, ăn mòn hóa học.
- Lớp mạ bạc dùng trong ngành điện với tính dẫn điện tốt, bền hóa học
( nh dùng trong các tiếp điểm tiếp xúc ở các dụng cụ máy điện, bóng đèn
điện tử).
- Lớp mạ crôm là lớp mạ thông dụng và đợc sử dụng nhiều trong lĩnh
vực cơ khí. Lớp mạ crôm có màu trắng, ánh xanh, độ cứng cao, chống mài
mòn cơ học tốt. Trong không khí crôm rất bền vững. Do crom dễ bị thụ
9

động, trên bề mặt của nó đợc hình thành một lớp oxit rất mỏng, nhng rất
kín, có khả năng chống ăn mòn rất tốt.

Độ dày lớp mạ crôm có thể có thể thay đổi phụ thuộc vào mục đích sử
dụng. Có thể phân mạ crôm thành bốn loại theo mục đích mạ nh sau:
1. Mạ crom trang trí ( mạ trang sức) có lớp mạ dày 0.25-1àm. Trớc
đó chi tiết thờng đợc mạ lót Ni bóng hoặc Cu- Ni bóng.
2. Mạ crom bảo vệ chống ăn mòn bằng lớp crom kín, không rạn nứt,
độ dầy lớp mạ phải 9 àm.
3. Mạ crom chống mài mòn cho các sản phẩm mới, làm việc ma sát.
Với độ dày lớp mạ từ 6 - 60àm, thông thờng độ dày này lớn hơn 20àm sẽ
tăng tuổi thọ sản phẩm lên 3-10 lần
4. Mạ crom phục hồi kích thớc cho các chi tiết máy đã mòn. Lớp mạ
crom cứng này dày từ 30-200 àm
Lớp mạ crom làm việc tốt ở nhiệt độ cao ( 500
0
C), có khả năng phản
xạ ánh sáng lớn ( 70% so với gơng bạc) và không bị mờ theo thời gian. Nó
cũng có độ cứng rất cao(8000 - 10000N/mm
2
) và không hề bị suy giảm khi
nhiệt độ làm việc cha vợt qua 350

0
C. Lớp mạ crom có hệ số ma sát rất bé
và có độ gắn bám rất tốt với thép, kền, đồng[ 3 ]
+ Mạ điện có u điểm: khá thông dụng hiện nay, giá thành tơng đối
thấp với bề dày lớp mạ mỏng, lớp mạ khá đồng đều.
+ Mạ điện có nhợc điểm: phụ thuộc khá nhiều vào kích thớc bể mạ
cũng nh công suất của biến áp. Rất khó mạ các chi tiết đơn lẻ có kích thớc
lớn. Đặc biệt không thể mạ các chi tiết có kích thớc lớn hơn bể mạ
1.2 Phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí
Phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí là một trong những

phơng pháp gia công bề mặt chi tiết cơ khí đợc sử dụng trong gần một thế
kỷ nay. Các phân tử kim loại cần phun đợc đa tới trạng thái nóng chảy
hoặc gần nóng chảy, dới áp lực của không khí hoặc hỗn hợp khí cháy, các
phần tử kim loại chuyển động với tốc độ rất cao tới bề mặt vật cần phun tạo
thành lớp phủ bề mặt (Hình 2). . Nguồn nhiệt đợc sử dụng có thể từ ngọn
lửa khí đốt hoặc hồ quang điện. Mục đích của phun phủ kim loại này là bảo
vệ chống rỉ các kết cấu, chi tiết cơ khí làm việc trong các môi trờng khắc
nghiệt, làm tăng độ cứng bề mặt, để chống mài mòn
10


u điểm và nhợc điểm của công nghệ phun phủ
* Công nghệ phun phủ có những u điểm so với các công nghệ khác ở
chỗ:
+ Có thể phun phủ các vật liệu rất khác nhau trên bề mặt chi tiết
Nh có thể phủ kim loại trên kính, vải, gỗ.
+ Có thể phun phủ lên các bề mặt của các chi tiết lớn mà các phơng
pháp mạ , nhúng, khuếch tán không thể thực hiện đợc (do không có các
thiết bị phụ trợ thích hợp nh bể chứa, thiết bị nung nóng).
+ Phun phủ cho phép ta tạo ra lớp đắp với chiều dầy tơng đối lớn
(ứng dụng trong phục hồi các chi tiết bị mài mòn);
+ Thiết bị phun phủ khá đơn giản, gọn nhẹ, có thể dễ dàng di chuyển;
+ Có thể sử dụng các kim loại, hợp kim khác nhau hay hỗn hợp của
chúng. Có thể phun nhiều lớp với những vật liệu khác nhau nhằm có đợc
một lớp phủ có các tính chất đặc biệt;
+ Chi tiết sau khi đợc phun ít bị biến dạng;
+ Bằng phơng pháp phun có thể sản xuất các chi tiết có hình dạng
phức tạp, ngời ta phun lên mặt khuôn mẫu, sau khi phun khuôn mẫu đợc
tháo ra để lại lớp vỏ tạo thành từ lớp phun;
+ Quá trình công nghệ phun phủ bảo đảm năng suất cao và đặc trng

bởi khối lợng công việc không lớn.

* Công nghệ phun phủ có những nhợc điểm so với các công nghệ
khác ở chỗ:
- Khi chi tiết phun nhỏ thì hiệu quả phun thấp do tổn hao vật liệu phun
lớn;
- Quá trình chuẩn bị bề mặt trớc khi phun gây ô nhiễm môi trờng
làm việc;
Hình 2: Sơ đồ nguyên lý quá trình phun phủ [10]
11

- Khi phun, các hạt phun có thể bắn tung tóe, đồng thời có thể tạo các
hợp chất có hại cho sức khỏe của ngời công nhân vận hành;
- ảnh hởng đến sức bền của chi tiết, làm giảm giới hạn mỏi của chi
tiết;
- Bề mặt chi tiết trớc khi phun cần phải đợc làm sạch và tạo nhấp
nhô;
- Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao.

Một vài thống kê trên thế giới về sử dụng phun kim loại trong một số
lĩnh vực nh sau:
- 65% cho việc bảo vệ chống rỉ các thiết bị, cấu trúc
- 35% cho việc phục hồi các chi tiết máy mòn, trong đó sử dụng nhiều
tính chất trợt (tính chịu mài mòn) của lớp phun [ 2 ]
1.2.1 Các phơng pháp phun phủ
Ngời phát minh ra phơng pháp phun phủ là ông Max Schoop - kỹ s
Thụy Sĩ vào năm 1910. Theo phơng pháp của ông, kim loại lỏng đợc rót
vào luồng không khí nóng thoát ra từ vòi đốt. Dới tác dụng của luồng khí
nóng áp suất cao, kim loại lỏng bị tách thành từng hạt nhỏ bắn vào bề mặt
vật cần phun.

Dựa vào nguồn năng lợng đợc cung cấp để làm nóng chẩy vật liệu
phun, có thể phân thành hai nhóm phun phủ: phun ngọn lửa khí và phun
điện.
Trong các máy phun ngọn lửa khí, nhiệt phát sinh bởi sự đốt cháy hỗn
hợp khí đốt và oxi. Phơng pháp này hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi. Nó
đợc dùng để phun và làm nóng chảy các hợp kim tự bảo vệ trên nền niken,
coban. Phun nổ - dùng năng lợng nổ của hỗn hợp khí axetylen và oxi cũng
thuộc nhóm này. Phun nổ có thể phun các vật liệu có nhiệt độ nóng chẩy cao
nh các vật liệu gốm, cacbit kim loại.
Phơng pháp phun kim loại bằng hồ quang điện là dạng cũ nhất trong
số các dạng phun phủ điện. Để ổn định quá trình phun, hiện nay ngời ta
dùng hồ quang dòng một chiều trong các máy phun kim loại. Và gần đây
thiết bị phun plasma dùng để phun cảm ứng tần số cao có khả năng ứng dụng
công nghệ rộng hơn cả.
1.2.1.1 Phun ngọn lửa khí:
Khi phun ngọn lửa khí, nguồn năng lợng nhiệt đợc tạo bởi sự đốt
cháy hỗn hợp khí cháy với oxi.
Nguyên lý bằng ngọn lửa khí với vật liệu phun dạng dây cơ bản nh
sau: Vật liệu phun dạng dây hay thanh đợc cấp qua lỗ tâm của mỏ đốt và
nóng chảy trong ngọn lửa. Luồng không khí nén làm phân tán vật liệu phun
12

nóng chẩy thành các hạt nhỏ phủ trên bề mặt vật cần phun. Dây đợc cấp
với tốc độ không đổi nhờ các con lăn dẫn động của động cơ điện hoặc tuốc
bin không khí.


Hình 3 Phun dây bằng ngọn lửa khí.[1]

Nguyên lý phun bằng ngọn lửa khí với vật liệu phun dạng bột nh sau:

Bột phun chảy từ trên xuống bị kéo theo bởi dòng khí tải ( Hỗn hợp oxi- khí
cháy) và rơi vào ngọn lửa. Các phần tử bột bị đốt nóng và bắn vào bề mặt vật
cần phun.

Hình 4: Nguyên lý phun bột bằng ngọn lửa khí [1]

Nhiệt độ ngọn lửa khí đốt không quá 2850
o
C, vì vậy không thể dùng
phơng pháp phun ngọn lửa khí để phun các vật liệu khó chảy. Tuy vậy
phơng pháp này đợc ứng dụng rộng rãi vì công nghệ rất đơn giản và chi
phí vận hành thấp.
13


Nguyên lý phun nổ nh sau: Oxi và axetylen với tỷ lệ khối lợng chính
xác đợc cấp vào buồng 3 có đờng kính 25mm, đợc làm mát bằng nớc
(hình 5a). Sau đó bột phun (ví dụ: cacbit vonfram) đợc cấp vào buồng cùng
với khí nitơ (hình 5b). Ngời ta phóng tia lửa điện vào buồng hỗn hợp khí
chứa bột phun (hình 5c). Hỗn hợp khí phát nổ, sinh nhiệt và sóng va đập, đốt
nóng và phóng các phần tử bột trên vào mặt chi tiết cần phun (hình 5d)




Hình 5: Sơ đồ nguyên lý phun nổ [1]

Phun nổ đợc ứng dụng để phun các lớp cứng và chịu mài mòn từ bột
cacbit kim loại Các lớp phun nổ có độ chặt cao và độ bám dính cao, các
chi tiết cần phủ hầu nh không bị biến dạng và không thay đổi các tính chất

cơ lý khác. Nhợc điểm của phun nổ là tiếng ồn lớn (tới 140dB ) và giá thành
cao
1.2.1.2 Phun điện
Phun hồ quang điện. Máy phun hồ quang điện theo nguyên lý sau
(theo hình 6): dây phun đợc cấp qua hai ống dẫn dây (2). Các dây phun
cũng là dây dẫn điện, khi hai đầu dây gần chập nhau thì hồ quang điện xuất
hiện. ống dẫn không khí nén nằm giữa hai ống dây, luồng khí nén thổi tách
các giọt kim loại khỏi các điện cực tạo thành các phần tử kim loại nóng chẩy
bay đến bám vào bề mặt của vật cần phun.

14




Hình 6 Sơ đồ nguyên lý phun hồ quang điện[1]

Ưu điểm của phơng pháp phun hồ quang điện là năng suất cao, có
khả năng rút ngắn thời gian phun, chi phí vận hành máy phun không lớn.
Nhợc điểm của nó là sự quá nhiệt và oxi hóa vật liệu phun khi tốc độ cấp
dây phun bé, cho nên nguyên tố hợp kim bị cháy khá nhiều

Phun plasma. Chất khí mà trong đó phần lớn các nguyên tử hoặc
phân tử bị ion hóa và nồng độ các điện tử, ion âm bằng nồng độ các ion
dơng, gọi là plasma. Các dạng phóng điện trong các chất khí , trong đó có
cả phóng điện hồ quang, đợc ứng dụng rộng rãi nhất để tạo plasma. Khi
một chất khí với các phân tử tạo bởi nhiều nguyên tử đợc đốt nóng tới nhiệt
độ trên 1000
o
K, thì xảy ra quá trình phá hủy các liên kết phân tử và chất khí

chuyển sang trạng thái ion. Nhiệt độ của quá trình đó - gọi là quá trình phân
ly- đợc xác định bởi chất khí và áp suất. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, các
điện tử tách khỏi nguyên tử và xảy ra sự ion hóa nguyên tử đó.
Ưu điểm của phơng pháp này là cho phép phun các vật liệu khác
nhau (kim loại, gốm, vật liệu hữu cơ), lớp phun plasma có độ bám tốt, độ
chặt cao. Nhợc điểm là năng suất phun thấp, có tiếng ồn cao, tia cực tím
mạnh, giá thành và chi phí vận hành thiết bị cao


15


Hình 7 Sơ đồ hệ thống phun plasma đồng bộ [1]


Phun cảm ứng tần số cao. Nguyên lý của phơng pháp này nh sau:
Lõi cảm ứng(dây phun) bị đốt nóng chảy bởi dòng điện cảm ứng xuất hiện
do tác dụng của từ trờng khi có dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây.
Kim loại nóng chẩy bị tách thành hạt và chuyển động với tốc độ cao tới bề
mặt vật cần phun nhờ luồng không khí áp suất cao. Quá trình phun diễn ra
trong buồng kín chứa khí trơ.
Ưu điểm của phơng pháp này là lớp phủ chứa ít tạp chất oxit, độ
bám của nó với kim loại nền cao, các nguyên tố hợp kim ít bị cháy. Nhng
nhợc điểm của nó là năng suất phun không cao.
1.2.2 Vật liệu phun phủ
Vật liệu dùng trong phun phủ kim loại rất đa dạng có thể là kim loại,
oxit kim loại, hợp kim, cacbit hay gốm ở các dạng dây phun, bột phun hay
thanh phun đợc sử dụng trong những ứng dụng phù hợp và trên các thiết bị
phun tơng ứng.
1.2.2.1 Dây phun:

Khi phun hồ quang, phun ngọn lửa khí và phun cảm ứng tần số cao,
ngời ta sử dụng chủ yếu dây kim loại làm vật liệu phun. Việc sử dụng dây
cho phép cung cấp liên tục và điều hòa vật liệu phun vào mỏ đốt, nâng cao
tính ổn định của quá trình phun và chất lợng lớp phun. Có nhiều loại dây
dùng để phun. Các dây phun này đợc sản xuất từ các nhà máy luyện kim
theo yêu cầu của đơn đặt hàng.
16

1.2.2.2 Bột phun
Trong nhiều trờng hợp, vật liệu phun có thể là dạng bột. Ưu điểm cơ
bản của phơng pháp phun bột là giá thành thấp, sự đơn giản của công nghệ
sản xuất bột kim loại, hợp kim Với một số vật liệu, bằng các phơng pháp
công nghệ thông thờng không thể sản xuất đợc thành dây hay thanh do độ
cứng và độ giòn cao của chúng. Nhợc điểm của phun bột là với cùng một
nguồn nhiệt, các lớp phủ bằng dây có độ chặt lớn hơn, chứa lợng oxit nhỏ
hơn so với lớp phủ bột cùng loại vật liệu đó. Và sự phức tạp trong việc đảm
bảo cấp bột ổn định vào ngọn lửa phun
1.2.2.3 Thanh phun
Các thanh phun đợc sản xuất với đờng kính 3,2mm; 4,8mm; 6,4mm
và chiều dài 305mmm; 457mm; 610mm. Để sản xuất chúng ngời ta thờng
sử dụng các oxit dạng bột. Các thanh đợc tạo hình từ các oxit bột mịn và
các chất liên kết, sau đó đợc thiêu kết. Chúng đợc sản xuất bởi hãng
Norton của Mỹ và có tên gọi Rokide. Để phun bằng ngọn lửa khí oxi-
axetylen, ngời ta sản xuất các thanh từ vật liệu sau đây: oxit nhôm (Rokide
A), silicat ziriconi(Rokide ZS); đioxit ziriconi( Rokide Z), oxit crom( Rikide
C), oxit magie( Rokide MA) [1]
1.2.3 Quy trình phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí
Làm sạch bề mặt lớp nền ặ Tạo nhám bề mặt lớp nền ặ Phun phủ
ặGia công tinh bề mặt chi tiết sau khi phun
1.2.3.1 Chuẩn bị bề mặt phun

Cần chú ý là đại bộ phận các liên kết của lớp phun với nền là liên kết
cơ học. Cho nên cần tăng diện tích tiếp xúc giữa vật cần phun và lớp phun, vì
vậy cần làm sần sùi bề mặt trớc khi phun. Đồng thời nên tạo tính hoạt hóa
cao của bề mặt vật cần phủ để có đợc những liên kết hóa học giữa lớp phun
và kim loại nền, cho nên cần làm sạch vật cần phun. Quá trình chuẩn bị bề
mặt thờng theo quy trình sau:
Làm sạch bề mặt vật cần phủ
Tùy theo độ bám bẩn của vật phủ mà dùng một hay tất cả các phơng
pháp sau đây:
- Rửa: Nếu có dầu mỡ thì thờng tẩy rửa bằng cách cạo, rửa nớc xà
phòng hay các chất hòa tan nh: tricloetylen.Sau cùng rửa bằng nớc;
- Đốt nóng: Các chi tiết bị rỗ hoặc đúc gangcó thể chứa dầu mỡ
trong các lỗ rỗ, khi phun phủ do bị đốt nóng chúng sẽ thoát ra bề mặt làm
giảm độ bám của lớp phun với nền. Cho nên cần đốt nóng chi tiết tới 250-
300
o
C để dầu mỡ cháy hết;
17

- Phun cát: Đặc biệt khi các chi tiết có hình dáng phức tạp hay bề mặt
chi tiết có các màng oxit có thể dùng phun cát thạch anh hay mạt thép để
làm sạch chi tiết;
- Ngâm: Ngâm kim loại là một phơng pháp làm sạch bằng hóa chất.
Qua đó các chất bẩn vô cơ (oxit, vẩy, rỉ) sẽ đợc làm sạch khỏi vật cần
phun, trừ dầu mỡ. Các oxit bị khử sẽ hòa tan trực tiếp vào dung dich axit. Do
vậy, sau khi ngâm vật cần phun phải đợc tráng lại thật kỹ.

Tạo nhám bề mặt
Nguyên công này bảo đảm độ bền, độ dính kết của kim loại phủ với bề
mặt chi tiết đợc phủ. Tạo nhám thờng bằng phun cát, phun hạt kim loại

hay phun bi, cắt ren, gia công tia lửa điện. Khi phủ lớp dầy thờng dùng các
phơng pháp nh cắt ren tròn, cắt ren bằng cùng việc sửa lại đỉnh renQua
thực nghiệm, ngời ta thấy kết quả tốt nhất nhận đợc khi kích thớc của các
phần tử kim loại đợc phủ nhỏ hơn phần rỗng của các rãnh nhấp nhô trên bề
mặt do nguyên công chuẩn bị tạo ra trong một khoảng nhất định

Hiện nay có các phơng pháp sau đây đợc dùng để gia công bề mặt
trớc khi phun: phun hạt (cát, bi, hạt kim loại, oxit kim loại); cơ khí; phun
lớp mỏng molipđen bám chắc với nền; tia lửa điện; hóa học.
1.2.3.2 Phun phủ kim loại
Sau khi làm sạch và tạo nhám chi tiết, cần tiến hành phun ngay, càng
sớm càng tốt. Thời gian dãn cách không nên quá 1-2 giờ.
Độ bám giữa lớp phun và chi tiết tốt nhất nếu chỉ phun một lần đã đạt
đợc độ dày yêu cầu. Nếu phải phun nhiều lợt, giữa các lớp phun sẽ bị ngăn
cách bởi một lớp bụi các hạt kim loại, làm giảm thấp độ dính bám giữa các
lớp.
Đối với những chi tiết có dạng tròn xoay, chúng đợc cặp trên máy
tiện, còn đầu phun đợc gắn trên xe dao. Lúc đó chi tiết quay tròn và đầu
phun di động dọc theo trục chi tiết tạo ra một lớp phun tròn đều. Còn với
những chi tiết không có dạng tròn xoay thì dùng đầu phun cầm tay, lúc đó
đầu phun sẽ đ
ợc công nhân điều khiển để phun vào toàn bộ bề mặt chi tiết.
1.2.3.3 Gia công tinh bề mặt chi tiết sau khi phun
Chi tiết cơ khí sau khi phun phủ có thể gia công tinh bằng các phơng
pháp phù hợp nh mài, đánh bóng cho đạt yêu cầu kỹ thuật.

18

1.3 Tình hình ứng dụng công nghệ phủ bề mặt chi tiết ở Việt nam
ở các nớc tiên tiến nh Anh, Mỹ, Đức các công ty dẫn đầu trong

lĩnh vực phun phủ nh PRAXAIR-TAFA, Sulzer METCO, MOGUL
Metallizing GMBH liên tục nghiên cứu phát triển vật liệu phun cũng nh
các thiết bị phục vụ phun phủ kim loại. Đồng thời tìm đợc ứng dụng thực
tiễn trong sử lý bề mặt của phơng pháp này.
ở nớc Việt nam ta, với tính chất khí hậu nhiệt đới, không khí có độ
ẩm cao, vì vậy điều kiện để phát sinh và phát triển rỉ rất mạnh. Do vậy, các
chi tiết, máy móc làm việc ở nớc ta nhanh chóng bị rỉ phá hỏng Trong
khi đó do điều kiện hạn chế, chuyên môn xử lý bề mặt kim loại ở ta cha
phát triển mạnh và kịp thời với tình hình phát triển khoa học kỹ thuật hiện
đại. Hiện nay chúng ta đang ứng dụng các phơng pháp công nghệ nh: mạ
crom, ni ken; sơn tĩnh điện; bớc đầu ứng dụng phun phủ hồ quang, phun
phủ nổ; các công nghệ thấm trong một số lĩnh vực, chủ yếu trong chống ăn
mòn hóa học
Kỹ thuật mạ các kim loại Niken, Crom hiện nay đợc sử dụng khá
rộng rãi. Hiện nay các chi tiết mạ Crom, Niken thờng là các trục, đầu trục,
trống của lô cán giấy, cán vải Kích thớc các bể mạ thờng chỉ để phụ vụ
mạ những chi tiết có chiều dài tới 2,5m nhng đờng kính lại không đáng kể,
chỉ khoảng 300mm Trong lĩnh vực phun phủ thì mới ở giai đoạn bớc
đầu, chúng ta đã ứng dụng phun phủ một số lĩnh vực nh phủ kẽm lên bề mặt
tấm kim loại với mục đích chống oxy hóa nh: Phun phủ hệ thống cửa phai
tại cống Lân (Thái Bình) với diện tích trên 2000m
2
đã đợc phủ một lớp bảo
vệ. Lớp bảo vệ gồm hai lớp thành phần : lớp trong là lớp phun kẽm, có chiều
dày lớp phun 100-150 àm; lớp ngoài- epoxy với chiều dày khoảng 0,8-1 mm.
Hệ thống cửa phải làm việc trong môi trờng nớc lợ trong suốt thời gian
trên 15 năm vẫn giữ đợc trạng thái bề mặt tốt [1]. Phun phủ kim loại đã
bớc đầu đợc áp dụng để phục hồi, sửa chữa một số chi tiết máy trong
ngành dầu khí, đóng tàu (Phòng TNTĐ công nghệ hàn và sử lý bề mặt).
Trong các năm vừa qua, khi nghiên cứu thử nghiệm lô sấy tinh bột

biến tính tiền hồ hóa. Viện nghiện cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp của
Bộ Công thơng đã chế tạo các lô sấy có kích thớc đờng kính từ 360 mm
tới 500 mm. Các lô sấy này sau khi gia công cơ đã đợc mạ Crôm cứng.
Các lô sấy đó làm việc tơng đối tốt, đáp ứng đợc các yêu cầu đề ra của đề
tài [4,5]. Vậy nhng để chế tạo, gia công thiết bị chế biến tinh bột biến tính
tiền hồ hóa quy mô công nghiệp với các lô sấy có đờng kính khoảng 1000-
1500mm, dài tới trên 3000mm. thì hiện tại cha cở sở mạ nào tại miền Bắc
Việt nam có thể đáp ứng đợc. Cho tới thời điểm hiện nay, trên các bể mạ
sẵn có của các doanh nghiệp chỉ có thể mạ Crôm cứng lô sấy với đờng kính
lớn nhất là 500 mm với chiều dài tới 2,5m.
19

Để có thể chế tạo thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa quy
mô công nghiệp, các lô sấy có kích thớc lớn (đờng kính đến 1500mm và
chiều dài lô đến 40000mm), cần thiết áp dụng công nghệ phun phủ thay thế
cho phơng pháp mạ Crôm cứng trong sử lý bề mặt ngoài lô sấy tinh bột.
Vậy nên, đòi hỏi cần có sự nghiên cứu chuyên sâu nh vật liệu phủ, đặc biệt
đồ gá phù hợp cần thiết cho việc thực hiện phun phủ kim loại lên bề mặt
ngoài lô sấy, cũng nh các chế độ công nghệ phun phủ thích hợp.
Nghiên cứu giải pháp sử lý bề mặt lô sấy trong thiết bị chế
biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa bằng phơng pháp phun
phủ kim loại thay thế mạ crôm
Thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa kiểu lô sấy (Hình 8), sử
dụng một hoặc hai lô sấy quay ngợc chiều nhau. Lô sấy có kết cấu hình trụ
rỗng kín. Lô sấy đợc cấp nhiệt thông qua việc cấp hơi nớc bão hòa tới áp
suất 8 kg/cm
2
vào trong lòng lô sấy. Dịch tinh bột đợc rải một lớp mỏng,
đều lên bề mặt lô tại khe hở giữa hai lô sấy. Dới tác dụng của nhiệt độ trên
bề mặt lô sấy, dịch tinh bột đợc hồ hóa và sấy khô. Sản phẩm, tinh bột biến

tính tiền hồ hóa đợc tách ra khỏi lô sấy nhờ dao nạo ép tỳ sát vào mặt ngoài
của lô.

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý thiết bị chế biến TBBT tiền hồ hóa

Nh vậy, trong quá trình làm việc lô sấy chịu tác động của các yếu tố:
áp suất trong lòng lô sấy cao, nhiệt độ cao (tới 180
0
C), tác động ăn mòn do
nhiệt ẩm và chịu mài mòn do dao nạo ép tỳ vào bề mặt ngoài của lô. Sản
phẩm tạo ra trên lô sấy có yêu cầu về an toàn vệ sinh thực phẩm. Tóm lại, bề
mặt lô sấy cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nh chịu nhiệt, chịu ăn mòn,
chịu mài mòn cơ khí, và đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Để đáp ứng những yêu cầu trên, bề mặt lô sấy có thể đợc mạ crôm
cứng. Vật liệu crôm có tính chất chịu ăn mòn, mài mòn cũng nh có khả
năng chịu nhiệt. Tuy vậy, khi lô sấy có kích thớc lớn, chi phí cho việc mạ
crôm cứng lên bề mặt ngoài lô sẽ rất lớn. Hơn nữa, về mặt kỹ thuật, trong
nớc hiện cha có khả năng mạ chi tiết nh vậy. Trên thế giới, để sử lý bề
mặt nh lô sấy, giải pháp hiện nay thờng đợc dùng là phun phủ kim loại
thay thế cho mạ crôm cứng.
20

1.4 Lựa chọn vật liệu, thiết bị phun phủ phù hợp
Vật liệu dùng cho phun phủ cũng nh thiết bị phun phù hợp đợc các
nhà cung cấp (PRAXAIR-TAFA, Sulzer METCO, MOGUL Metallizing
GMBH) nghiên cứu chuyên sâu và có những chỉ dẫn trong từng phạm vi
ứng dụng.
Vật liệu sử dụng cho phun phủ bề mặt đều đợc các nhà cung cấp
phân loại làm 3 nhóm chính theo mục đích sử dụng:
Nhóm vật liệu gốm, oxit kim loại: sử dụng cho phủ cách ly hay

bảo vệ chi tiết nền. Sau khi phủ không cần gia công;
Nhóm kim loại và hợp kim:
Nhóm này tơng đối đa dạng, có thể chỉ là những kim loại nh kẽm
dùng để phủ bảo vệ chống ôxy hóa trong điều kiện môi trờng hay có thể là
hợp kim từ nhiều kim loại nh: niken, crôm, volfram, molipden, mangan,
silic, đồng, nhôm , sắt với mục đích bảo vệ chống ôxy hóa, tăng độ cứng,
độ mài mòn thông thờng, chịu nhiệt tùy thuộc vào thành phần các kim
loại trong hợp kim. Nhóm này đợc phân theo kim loại nền, kim loại mà
trong đó là thành phần chủ yếu nh:
+ Trên nền kim loại sắt: với mục đích sử dụng chủ yếu làm tăng độ
cứng bề mặt chi tiết nền;
+ Trên nền Niken, đồng: chủ yếu để tăng khả năng chống rỉ, oxy hóa
bề mặt chi tiết;
+ Trên nền Coban: mục đích làm tăng độ cứng bề mặt, chịu nhiệt.
Nhóm cacbit: Nhóm này có chứa cacbit crôm (Cr
3
C
2
) hoặc
cacbit volfram (WC), kết hợp với Ni, Cr, Co. Nhóm này đợc sử
dụng để làm tăng khả năng chịu mài mòn, ăn mòn cũng nh
chịu nhiệt độ cao của chi tiết. Đây cũng là nhóm vật liệu đợc
dùng để thay thế cho mạ crôm cứng.
Dựa trên các nhóm vật liệu dùng trong phun phủ cũng nh các nghiên
cứu về thay thế mạ crôm cứng bằng phơng pháp phun phủ kim loại lên bề
mặt ngoài chi tiết [7], [8], [11], có thể thấy đợc khả năng thay thế việc mạ
crôm lên bề mặt lô sấy bằng phủ vật liệu cacbit crom hay cacbit volfram. Chi
tiết đợc phủ cacbit crom hay cacbit volfram đều có khả năng chịu mài mòn,
ăn mòn cũng nh chịu nhiệt độ cao. Chi tiết đợc phủ cacbit volfram có khả
năng chịu mài mòn cao hơn so với đợc phủ cacbit crom, nhng khả năng

chống oxy hóa kém hơn. Sau khi phun, để gia công bề mặt chi tiết đợc phủ
cacbit volfram cần đến đá mài kim cơng, trong khi có thể dùng đá mài
cacbit silic cho gia công chi tiết đợc phủ cacbit crom.
Với những phân tích nh vậy, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn vật liệu
phun phủ Cacbit crôm cho lô sấy trong thiết bị chế biến tinh bột biến tính
tiền hồ hóa. Vật liệu phun cacbit crôm thông dụng đợc chọn 75Cr
3
C
2
-
25NiCr (75% Cacbit crôm, 25% niken-Crôm). Mã vật liệu tơng ứng theo
21

từng nhà cung cấp có thể MST-5648 (MOGUL Metallizing GMBH), hay
1375VM (TAFA).
Thiết bị dùng trong phun phủ vật liệu này chỉ có thể là đầu phun
plasma hay phun nổ (HVOF). Trong điều kiện có thể tại PTN trọng điểm hàn
và sử lý bề mặt, lô sấy sẽ đợc phun phủ lớp cacbit crôm 75Cr
3
C
2
-25NiCr
bằng thiết bị phun với đầu phun plasma.
1.5 Nghiên cứu đồ gá, chế độ công nghệ phù hợp cho ứng dụng phun
phủ bề mặt chi tiết lô sấy trong thiết bị chế biến tinh bột biến tính
tiền hồ hóa.
Để có đợc chất lợng lớp phun đều lên bề mặt lô sấy cần thiết phải có
đồ gá phục vụ phù hợp. Đối với chi tiết lô sấy có bề mặt hình trụ, để phun
đợc lớp phủ lên bề mặt ngoài lô sấy, trong quá trình phun lô phải đợc quay
đều với tốc độ quay phù hợp, đồng thời đầu phun đợc dịch chuyển đều phù

hợp với tốc độ quay của lô sấy.

Theo tài liệu hớng dẫn về chế độ phun, tốc độ cấp bột và tốc độ dịch
chuyển đầu phun của nhà cung cấp Praxair-Tafa [12], chế độ công nghệ
phun phủ bề mặt ngoài của các chi tiết hình trụ đợc phân theo các dải
đờng kính 2 ữ100 (mm), 100 ữ200 (mm), 200 ữ380 (mm) và trên 380
(mm). Đối với vật phun hình trụ có đờng kính lớn hơn 380mm, tốc độ
quay của lô sấy nằm trong khoảng 31-46 m/ph và tốc độ dịch chuyển đầu
phun tơng ứng 2,5 mm/vòng quay lô sấy. Khoảng cách từ đầu phun đến bề
mặt lô từ 150-250 (mm).
Do vậy, để có thể tiệm cận với chế độ công nghệ phun cho lô sấy có
kích thớc ở quy mô công nghiệp (đờng kính lô lớn hơn 1000 mm), nhóm
thực hiện đề tài sẽ tiến hành thiết kế, chế tạo đồ gá thử nghiệm phục vụ cho
phun phủ lô thử nghiệm có kích thớc lớn hơn 380 mm, cụ thể 490 x 1200
Hình 9: Đồ gá thử nghiệm phục vụ phun phủ thử nghiệm
22

(mm). Theo đó, tốc độ quay của lô thử nghiệm cần có thể điều chỉnh đợc
trong phạm vi 19-30 vòng/ph (tơng ứng 31-46 m/ph). Và tốc độ dịch
chuyển của bàn gá đầu phun nằm trong dải điều chỉnh 47,5 - 75 mm/ph
(tơng ứng với tốc độ dịch chuyển đầu phun 2,5 mm/vòng). Khoảng cách từ
đầu phun đến bề mặt lô có khả năng điều chỉnh từ 150-250 (mm). Giải pháp
đợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ vòng quay của lô thử nghiệm và tốc độ
dịch chuyển bàn gá đầu phun là sử dụng động cơ hộp số vô cấp cho lô thử
nghiệm, sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ dịch chuyển của đầu phun
tơng ứng với tốc độ vòng quay của lô.
Đồ gá thử nghiệm phun phủ lô thử nghiệm đã đợc thiết kế và chế tạo:


Thử nghiệm trên vật mẫu, đánh giá kết quả thử nghiệm

1.6 Mục tiêu thử nghiệm sử lý bề mặt bằng phơng pháp phun phủ
kim loại thay thế mạ crôm cứng trên vật mẫu
Với tiêu chí đánh giá khả năng ứng dụng giải pháp sử lý bề mặt lô sấy
có kích thớc lớn ( ở quy mô công nghiệp), việc tiến hành thử nghiệm sẽ
đợc thực hiện trên vật mẫu có hình dạng, kích thớc đồng dạng: lô thử
nghiệm có kích thớc 490 x 1200 (mm), cùng đồ gá phục vụ phun tơng
ứng ( đợc nêu ở mục 3.2). Vật liệu dùng cho phun phủ lô sấy đợc chọn
MST-5648 (MOGUL Metallizing GMBH) với thành phần 75Cr
3
C
2
-25NiCr
(75% Cacbit crôm, 25% niken-Crôm).
Vật liệu dùng cho phun phủ với thành phần 75Cr
3
C
2
-25NiCr đã đợc
các nhà sản xuất cũng nh các nhà nghiên cứu nớc ngoài thử nghiệm và đa
ra đánh giá là phù hợp cho sử lý bề mặt các chi tiết cơ khí để thay thế
phơng pháp mạ crôm cứng [7], [8], [11]. Lớp phủ bởi vật liệu cácbit crom
Hình 10: Đồ gá thử nghiệm phục vụ phun phủ
23

có tính chất chống mài mòn, ăn mòn tơng đơng, thậm chí tốt hơn so với
lớp mạ crôm cứng lên các chi tiết cơ khí ( bảng 1).

Vật liệu phủ
Tính chất lớp phun phủ
WC-12Co CrC-25NiCr

Mạ crom cứng
Độ cứng tế vi bề mặt lớp
phủ (VHN)
140 - 170 180 - 200 40 -50
Độ nhám bề mặt sau khi
mài (Ra)
10 10 16 - 32
Mức độ mài mòn khô 0,2 0,4 1,0
Hệ số chịu mài mòn khô 5:1 2,5:1 -
Khả năng chịu nhiệt (
0
F) 1000 1500 800

Kết quả so sánh các tính chất của lớp phủ bằng vật liệu cácbit volfram,
cácbit crom với lớp mạ crom cứng trong bảng 1 cho thấy độ cứng tế vi bề
mặt lớp phủ, khả năng gia công sau khi phủ, cũng nh khả năng chịu mài
mòn của lớp phủ tốt hơn nhiều so với lớp mạ crom cứng. Lớp phủ bằng vật
liệu 75Cr
3
C
2
-25NiCr có khả năng chịu mài mòn gấp 2,5 lần so với lớp mạ
crom cứng.

Trong phạm vi nghiên cứu giải pháp sử lý bề mặt ngoài của lô sấy
trong thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa, vấn đề cần quan tâm và
giải quyết đó là kiểm tra khả năng phun phủ vật liệu cacbit crom nói trên lên
bề mặt lô sấy trong điều kiện trong nớc. Cụ thể đánh giá khả năng thực hiện
phun phủ vật liệu cacbit crom lên lô thử nghiệm bằng đồ gá phù hợp, các
tính chất của lớp phủ sau khi đợc phun cần đợc kiểm tra về độ bám dính

của lớp phủ, độ cứng tế vi của lớp phủ. Ngoài ra cũng kiểm tra độ nhám bề
mặt của lớp phủ để có thể đa ra yêu cầu về độ dày lớp phủ phù hợp cho việc
gia công bề mặt lô sau khi phun.
1.7 Phơng pháp tiến hành thử nghiệm
Nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành phun thử nghiệm trên lô thử
nghiệm và đồ gá đã đợc chế tạo.
Phơng pháp và các bớc tiến hành đợc thực hiện nh sau:
- Vật cần phun, lô thử nghiệm đợc làm sạch và tạo nhám thông qua
phun cát, tiếp đến phun hạt mài Corindon 1,8 có hàm lợng Al
2
O
3
> 93%;
độ cứng > 1800 kg/mm
2
(sản phẩm của Công ty đá mài Hải Dơng); Độ
nhám bề mặt sau khi làm sach và tạo nhám cần đạt 6-15 àm; Vật cần lô thử
nghiệm sau khi đã đợc làm sạch và tạo nhám sẽ đợc đa vào phun phủ
ngay trong ngày;
Bảng 1: Tính chất lớp phun phủ so với lớp mạ crôm [6]
24

- Vật liệu dùng cho phủ bề mặt lô sấy: bột Cacbit crom MTS 5648
(GMBH) có thành phần 75Cr
3
C
2
-25NiCr;
- Thiết bị phun plasma Praxair 3710/ thiết bị cấp bột phun Praxair
1264;

- Đồ gá phun phủ bao gồm lô thử nghiệm có kích thớc 490x1200
(mm) có khả năng điều chỉnh tốc độ quay trong dải 19 - 30 vg/ph; đầu phun
có thể dịch chuyển trong dải 47,5 - 75 mm/ph ( tơng ứng với tốc độ dịch
chuyển đầu phun 2,5 mm/vòng);
- Điện áp phun đợc xác định với loại bột phun 690 (A);
- Khảng cách đầu phun tới lô mẫu đợc xác định là 170 (mm);
- Để xác định chế độ công nghệ phun phù hợp, ở đây là tốc độ quay
của lô thử nghiệm, trên chiều dài lô sẽ đợc chia làm 06 đoạn, mỗi đoạn dài
200 (mm) sẽ đợc phun với các chế độ phun khác nhau, tơng ứng với các
tốc độ vòng quay của lô. Tốc độ vòng quay của lô thử nghiệm đợc chia theo
các bớc 20-22-24-26-28-30 vòng/ph (nằm trong dải tốc độ quay đợc đề
nghị 31-46 m/ph). Trong mỗi chế độ phun, tốc độ dịch chuyển đầu phun
tơng ứng đợc xác định theo tốc độ quay của lô (2,5 mm/vòng);
- Hai thanh thép cùng vật liệu với lô thử nghiệm có bản rộng 50 mm
đợc gắn dọc theo chiều dài lô với mục đích lấy 06 mẫu, ứng với 6 chế độ
công nghệ để đa phân tích những thông số cần thiết nh:
+ Độ cứng tế vi bề mặt lớp phủ để xác định chế phun phù hợp;
+ Độ bám dính của lớp phủ để xác định chế phun phù hợp;
+ Độ nhám bề mặt sau khi phun nhằm xác định chế độ phun
phù hợp cùng lợng d cần thiết của lớp phun cho việc gia công lại bề mặt
chi tiết sau phun;


Hình 11: Thử nghiệm phu phủ bột cacbit crom lên bề mặt lô
bằng thiết bị phun plasma

25


1.8 Nhận xét, đánh giá kết quả thử nghiệm

Kết quả thu đợc sau quá trình thử nghiệm phun phủ trên lô thử
nghiệm bằng phơng pháp phun plasma với bột phun Cacbit crom MTS 5648
(GMBH) trong bảng 2:


Nhận xét kết quả thử nghiệm:
- Bộ đồ gá đầu phun hoạt động ổn định, có khả năng điều chỉnh và
dịch chuyển đều đồng bộ với tốc độ vòng quay của lô thử nghiệm, phù hợp
với yêu cầu công nghệ trong quá trình phun;
- Các mẫu phun với tốc độ quay của lô khác nhau đều có độ bám dính
từ 65,7 - 68,3 MPa ( 9529 - 9906 psi), gần đạt nh thông số đa ra của nhà
cung cấp vật liệu 10.000 psi. Trong đó mẫu 3,5,6 có độ bám dính tốt nhất;
- Độ cứng tế vi bề mặt lớp phun từ 604 - 617,7 Hà (tơng đơng 56
HRc), gần đạt nh thông số đa ra của nhà cung cấp vật liệu 57 HRc. Mẫu
số 3 cho độ cứng tế vi bề mặt cao nhất 617,7 Hà;
- Bề mặt lớp phủ có độ nhám bề mặt phủ thu đợc sau khi phun nằm
trong giới hạn Rz= 81,73 - 95,37 àm, biên độ dao động lớn nhất của nhấp
nhô bề mặt Ry= 97,38 - 116,7àm.
Bảng 2: Kết quả thử nghiệm phun phủ bột cacbit crom 75Cr3C2-25NiCr