(Đồ án hcmute) nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại và phương pháp laser cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ KIM LOẠI
VÀ PHƯƠNG PHÁP LASER CLADDING ÁP DỤNG SỬA CHỬA, PHỤC HỒI,
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VẬT LIỆU

GVHD: TS. PHẠM THỊ HỒNG NGA
SVTH: HỒ THỊ HOÀI THƯƠNG
MSSV: 12104234
NGUYỄN VĂN TƯ
MSSV: 12104275

S KL 0 0 4 7 6 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------o0o---------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Danh sách sinh viên: 02 SV
STT

HỌ TÊN SV

MSSV

1.

1

Hồ Thị Hoài Thƣơng

12104234 121041

2012 – 2016

2.

2

Nguyễn Văn Tƣ

12104275 121042

2012 - 2016

Ngành đào tạo: Kỹ thuật Cơng nghiệp

LỚP

KHĨA

Hệ: Đại học chính qui

1. Tên đề tài:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại và phương pháp Laser
Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Các bài báo trong nƣớc và nƣớc ngoài về các phƣơng pháp phun phủ kim loại
3. Nội dung chính của đồ án:
- Nghiên cứu tổng quan về các phƣơng pháp phun phủ kim loại, các phƣơng pháp nâng cao
chất lƣợng bề mặt bằng tia laser
- Nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ phun phủ kim loại bằng hồ quang điện, công nghệ phun
plasma, phƣơng pháp Laser Cladding
- Thực nghiệm với các lớp phủ khác nhau
- Nghiên cứu tổ chức tế vi và cơ tính của các lớp phủ
4. Sản phẩm của đề tài:
- Các mẫu lớp phủ thực hiện bằng công nghệ phun phủ kim loại bằng hồ quang điện, công nghệ
phun plasma, phƣơng pháp Laser Cladding
- Giáo trình phƣơng pháp Laser Cladding
5. Ngày giao đồ án:…..
6. Ngày nộp đồ án: …..
TRƢỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

 Đƣợc phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

i

do an


LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại và phƣơng pháp
Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu”.
- GVHD: TS. Phạm Thị Hồng Nga
- Họ

tên sinh viên:

 Hồ Thị Hoài Thƣơng

MSSV: 12104234

Số điện thoại liên lạc: 01655058416
 Nguyễn Văn Tƣ

Email:

MSSV: 12104275

Số điện thoại liên lạc: 01686636165

Lớp: 121041

Lớp: 121042

Email:

- Ngày nộp khố luận tốt nghiệp (ĐATN):
- Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính tơi
nghiên cứu và thực hiện. Tơi khơng sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được cơng bố mà
khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hồn tồn trách
nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 07 Năm 2016
Ký tên

ii

do an


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp, dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của giáo viên
hƣớng dẫn và đƣợc phía nhà trƣờng tạo điều kiện thuận lợi, chúng em đã có một q trình
nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài. Kết quả thu đƣợc không chỉ
do nỗ lực của từng cá nhân trong nhóm mà cịn có sự giúp đỡ của q thầy cơ, gia đình và các
bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Các thầy cơ khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã
truyền đạt những kiến thức quý báu để từ đó em có thể vận dụng trong cơng việc sau này. an
giám hiệu trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ
em trong q trình học tập và hồn thành đề tài này. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn T.S
Phạm Thị Hồng Nga là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn đề tài. Trong q trình thực hiện đề tài cơ đã
tận tình hƣớng dẫn, giúp em giải quyết các vấn đề nảy sinh trong q trình thực hiện và hồn
thành đề tài đúng định hƣớng ban đầu.
Trong q trình thực hiện khố luận tốt nghiệp, chúng em đã đƣợc sự giúp đỡ, hỗ trợ và
động viên từ gia đình cùng các bạn. Nhờ đó mà chúng em đã hồn thành đƣợc khóa luận nhƣ
mong muốn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đội ngũ nhân viên Công ty Xử Lý Nhiệt Minh Hạnh, Cơ
Sở Gia Cơng Cơ Khí Chính Xác Nhƣ Ngọc đã giúp đỡ em trong việc thực hiện đề tài.
Chúng em cũng gửi lời cảm ơn đến Th.S Nguyễn Văn Thức – Bộ môn Kỹ Thuật Công
Nghiệp thuộc trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Th.S Lý Quốc
Cƣờng – Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, cô Trần
Thị Tuyết Nga – Khoa Công Nghệ Vật Liệu thuộc trƣờng Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ
Chí Minh, thầy Trần Ngọc Thiện – Khoa Cơ Khí thuộc trƣờng Cao đẳng Cao Thắng.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp đã cho chúng
em những đóng góp quý báu để đề tài nghiên cứu thêm hồn chỉnh.
Trong q trình thực hiện và trình bày khóa luận khơng thể tránh khỏi những sai sót và hạn
chế, do vậy chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý, nhận xét phê bình của q thầy cơ và các
bạn.
Sinh viên thực hiện
Hồ Thị Hồi Thƣơng
Nguyễn Văn Tƣ
iii

do an

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết cơng nghệ phun phủ kim loại và phƣơng pháp
Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt vật liệu.
Phun phủ kim loại là một trong những phƣơng pháp gia công bề mặt vật liệu đƣợc sử dụng
rộng rãi ở các nƣớc tiên tiến, cũng nhƣ đƣợc sử dụng trong nhiều thập kỷ qua trên thế giới,
phƣơng pháp phun phủ là một loại phƣơng pháp tiên tiến đƣợc đƣa vào Việt Nam, làm tăng độ
cứng và độ bền của bề mặt chi tiết, khả năng chống mài mòn và ăn mòn tốt. Hiện nay phun phủ
kim loại cũng đã đƣợc sử dụng trong nhiều ngành kỹ thuật và đem lại hiệu quả đáng khích lệ.
Cơng dụng chủ yếu là bảo vệ các kết cấu và chi tiết làm việc trong các môi trƣờng khác nhau,
phục hồi các chi tiết máy bị mài mòn, ăn mòn, xâm thực.
Trong đồ án này sẽ giới thiệu và trình bày các dạng sai hỏng, phân tích điều kiện làm việc
cũng nhƣ vật liệu chế tạo của khn dập nóng, từ đó áp dụng các phƣơng pháp hóa bền bề mặt
để làm tăng cơ tính làm việc của vật liệu. Ngồi ra cịn trình bày về một số loại cơng nghệ phun
phủ nhiệt, cụ thể là công nghệ phun phủ bằng hồ quang điện, Plasma và Laser Cladding. Sau đó
tiến hành thực nghiệm nhiệt luyện và phun phủ các loại bột 25%Cr – 5%Al – Fe, Al2O3 –
40%TiO2, Co50 – 20%TiC trên thép SKD61, kiểm tra đặc tính của lớp phủ bằng phƣơng pháp
quan sát tổ chức tế vi và đo độ cứng.
Kết quả thực nghiệm cho thấy lớp phủ 25%Cr – 5%Al – Fe xuất hiện vết nứt, lớp phủ
Al2O3 – 40%TiO2 đồng đều nhƣng độ cứng thấp hơn thép nền SKD61, lớp phủ Co50 – 20%TiC
đạt độ cứng đề ra (cao hơn thép nền).
Sinh viên thực hiện
Hồ Thị Hoài Thƣơng
Nguyễn Văn Tƣ

iv

do an


ABSTRACT

Researching the basic theory about metal spraying technology and Laser Cladding
method for applying to repair, restore, and improve the quality of material surface.
Metal spraying is one of the material surface repairing method which is widely used in
advanced countries, as well as used for many decades all over the world, metal spraying is an
advanced method that introduced to Vietnam, to increase the hardness and durability of the
machine surfaces, resistance to abrasion and corrosion. Currently, metal spraying has also been
used in many technical branches and brought many good results. Its principal use is protect the
texture and detail which work in different environments, restore the mechine

parts that

abraded, corrosive,...
This project will introduce and present the wrong surface types, and analyze working
conditions as well as mechanical materials of hot die. Since then, to apply the surface
hardening method to increase the working properties of material. Moreover it also presents
some thermal spraying technology, specially electric arc spraying, and plasma spraying, and
Laser Cladding technology. And then conducting experiments on heat and spraying 25%Cr –
5%Al – Fe, Al2O3 – 40%TiO2, Co50 – 20%TiC flour with SKD61 steel, checking the
properties of the coating by microstructure observation and hardness method.
The experiment results showed that 25%Cr – 5%Al – Fe coating appears cracks, Al2O3 40% TiO2 coating is equal but lower than hardness of orginal SKD61 steel, Co50 - 20% TiC
coating achieve hardness as request (higher orginal steel).

v

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................................................................... i
LỜI CAM KẾT........................................................................................................................................ ii

LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................................................. v
MỤC LỤC ............................................................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................................... ix
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ......................................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................................... xiii
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài:............................................................................................................................. 1
1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: ................................................................................................................. 1
1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................................. 1
1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: ........................................................................................................................... 1
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................................................... 2
1.4.Phƣơng pháp nghiên cứu: ............................................................................................................................ 2
1.5.Nội dung đồ án tốt nghiệp ........................................................................................................................... 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................................... 3
2.1.Khn dập nóng. ........................................................................................................................................... 3
2.1.1Khái niệm dập nóng: ............................................................................................................................... 3
2.1.2Điều kiện làm việc của khn dập nóng: .............................................................................................. 3
2.1.3u cầu cơ tính khn dập nóng: .......................................................................................................... 3
2.1.4 Các dạng sai hỏng và phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt bằng Laser: .............................. 4
2.1.5 Vật liệu làm khn dập nóng: ............................................................................................................... 4
2.2 Thép SKD61: ................................................................................................................................................ 5
2.3 Khái quát về công nghệ phun phủ: ............................................................................................................. 6
2.4 Các phƣơng pháp phun phủ nhiệt:.............................................................................................................. 9
2.4.1 Phƣơng pháp phun phủ bằng khí cháy: ................................................................................................ 9
2.4.2 Phƣơng pháp phun nổ: ......................................................................................................................... 12
vi

do an

2.4.3 Phƣơng pháp phun HVOF: .................................................................................................................. 13
2.4.4 Công nghệ phun phủ kim loại bằng hồ quang điện: ......................................................................... 14
2.4.5 Công nghệ phun plasma:...................................................................................................................... 15
2.5 Các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt bằng tia Laser: ............................................................ 16
2.5.1 Kiểu gia nhiệt – Heating ...................................................................................................................... 16
2.5.2 Kiểu nóng chảy – Melting ................................................................................................................... 20
2.5.3 Kiểu bốc hơi - Vaporization ............................................................................................................... 23
2.6 Laser Cladding: ........................................................................................................................................... 25
2.6.1 Định nghĩa: ............................................................................................................................................ 25
2.6.2 Sơ đồ cấu tạo: ........................................................................................................................................ 26
2.6.3 Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp Laser Cladding: ................................................................ 26
2.6.4 Ƣu điểm của phƣơng pháp Laser Cladding:...................................................................................... 26
2.6.5Vật liệu phun phủ:.................................................................................................................................. 27
2.6.7 Các ứng dụng của phƣơng pháp Laser Cladding:............................................................................. 30
CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT ............................................................................ 32
3.1 Công nghệ phun phủ bằng hồ quang điện: .............................................................................................. 32
3.1.1 Định nghĩa: ............................................................................................................................................ 32
3.1.2 Nguyên lý:.............................................................................................................................................. 32
3.1.3 Ƣu và nhƣợc điểm: ............................................................................................................................... 32
3.1.4 Ứng dụng của phun phủ kim loại bằng công nghệ phun hồ quang: ............................................... 33
3.2 Công nghệ phun phủ bằng Plasma: .......................................................................................................... 35
3.2.1 Định nghĩa: ............................................................................................................................................ 35
3.2.2 Nguyên lý:.............................................................................................................................................. 35
3.2.3 Vật liệu dùng trong phun phủ Plasma: ............................................................................................... 36
3.2.4 Ƣu và nhƣợc điểm: .............................................................................................................................. 36
3.2.5 Thông số máy: Thiết bị phun phủ plasma 3710-PRAXAIR-TAFA, Mỹ: ..................................... 37
CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................................................................................. 38
4.1Vật liệu nghiên cứu: .................................................................................................................................... 38

4.1.1 Thép nền: ............................................................................................................................................... 38
4.1.2 Lớp phủ: ................................................................................................................................................. 38
4.2 Tính tốn cho q trình nhiệt luyện: ........................................................................................................ 41
4.2.1 Tôi: .......................................................................................................................................................... 41
vii

do an


4.2.2 Ram:........................................................................................................................................................ 42
4.3 Xử lí bề mặt trƣớc khi phun: ..................................................................................................................... 43
4.4 Chế độ phun: ............................................................................................................................................... 44
4.4.1 Phun plasma cho lớp phủ Al2O3- 40%TiO2 ...................................................................................... 45
4.4.2 Phun hồ quang điện cho lớp phủ 25%Cr - 5%Al - Fe: .................................................................... 45
4.4.3 Phƣơng pháp Laser Cladding cho lớp phủ Co50 – 20%TiC:.......................................................... 46
4.5 Phƣơng pháp nghiên cứu tổ chức tế vi: ................................................................................................... 47
4.6 Phƣơng pháp đo độ cứng: .......................................................................................................................... 49
4.6.1 Khái niệm ............................................................................................................................................... 49
4.6.2 Chuẩn bị mẫu đo: .................................................................................................................................. 49
CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................................ 53
5.1 Phân tích hình dạng các lớp phủ:.............................................................................................................. 53
5.1.1 Hình dạng lớp phủ: ............................................................................................................................... 53
5.1.2 Phân tích hình thái hình học mặt cắt ngang của lớp phủ: ................................................................ 55
5.2 Phân tích tổ chức tế vi ................................................................................................................................ 57
5.2.1 Tổ chức tế vi mẫu S1 ............................................................................................................................ 57
5.2.2 Tổ chức tế vi mẫu S3:........................................................................................................................... 58
5.3 Độ cứng: ...................................................................................................................................................... 58
5.4 Nhận xét: ...................................................................................................................................................... 60
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN, Ý KIẾN .................................................................................................... 61
Phần lý thuyết : ............................................................................................................................................. 61

Phần thực nghiệm: ....................................................................................................................................... 61
Kiến nghị. ...................................................................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................... 63
PHỤ LỤC ............................................................................................................................................... 65

viii

do an


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của thép SKD61 ........................................................................... 5
Bảng 4.1 Thành phần hóa học của mẫu thép SKD61 dùng trong thực nghiệm………………..38
Bảng 4.2 Thành phần hóa học của vật liệu phun Al2O3 – 40%TiO2 .......................................... 40
Bảng 4.3 Thành phần hóa học của vật liệu phun 25%Cr – 5%Al – Fe ...................................... 40
Bảng 4.4 Thành phần hóa học ( % trọng lƣợng) lớp phủ Co dùng trong thí nghiệm ................. 40
Bảng 4.5 Qui ƣớc đặt tên mẫu .................................................................................................... 40
Bảng 4.6 Thông số chế độ phun plasma ..................................................................................... 45
Bảng 5.1 Hình dạng của các lớp phủ ..........................................................................................53
Bảng 5.2 Tính chất của một số vật liệu....................................................................................... 54
Bảng 5.3 Độ cứng mẫu thép SKD61 ban đầu và sau khi tôi + ram (HV0.1) ............................... 58
Bảng 5.4 Độ cứng mẫu S1 và S3 (HV0.1) ................................................................................... 59

ix

do an


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Khn dập nóng (a) và chi tiết thanh truyền (b) ............................................................ 3

Hình 2.2 Khn bị hỏng................................................................................................................ 4
Hình 2.3 Lịch sử phát triển của cơng nghệ phun phủ ................................................................... 7
Hình 2.4 Mơ tả ngun lý phun phủ bằng khí cháy ...................................................................... 9
Hình 2.5 Thiết bị phun khí cháy dạng "phun nóng" ................................................................... 10
Hình 2.6 Thiết bị phun Flame Spray bằng công nghệ phun nguội ............................................. 11
Hình 2.7 Sơ đồ phun nổ ............................................................................................................. 12
Hình 2.8 Một số ứng dụng của phƣơng pháp phun nhiệt ........................................................... 13
Hình 2.9 Mơ tả ngun lý phun HVOF ...................................................................................... 14
Hình 2.10 Phục hồi trục bằng phƣơng pháp HVOF ................................................................... 14
Hình 2.11 Mô tả nguyên lý của phƣơng pháp phun hồ quang điện ............................................ 15
Hình 2.12 Mơ tả ngun lý của phƣơng pháp phun plasma ....................................................... 15
Hình 2.13 Các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt bằng tia Laser ................................. 16
Hình 2.14 Q trình hợp kim hóa bề mặt bằng laser .................................................................. 17
Hình 2.15 Đánh bóng khn bằng laser ..................................................................................... 18
Hình 2.16 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống Laser CVD .................................................................... 19
Hình 2.17 Q trình lắng đọng hơi hóa học bằng Laser ............................................................. 19
Hình 2.18 Cơng nghệ in 3D bằng Laser ..................................................................................... 20
Hình 2.19 Sửa chữa bằng laser các chi tiết bị hƣ hỏng............................................................... 20
Hình 2.20 Chi tiết trƣớc và sau khi áp dụng công nghệ Laser Cladding .................................... 21
Hình 2.21 Cơng nghệ phun bằng laser ........................................................................................ 21
Hình 2.22 In 3D bằng cơng nghệ Laser ...................................................................................... 22
Hình 2.23 Mơ phỏng quá trình làm chảy bề mặt bằng laser ....................................................... 23
Hình 2.24 Mơ hình hóa cứng bằng laser ..................................................................................... 23
Hình 2.25 Phác họa phƣơng pháp làm cứng bề mặt bằng laser .................................................. 24
Hình 2.26 Súng De Laval sử dụng trong SLD. .......................................................................... 25
Hình 2.27 Ứng dụng cơng nghệ bề mặt bằng laser trong một số lĩnh vực ................................. 25
Hình 2.28 Sơ đồ cấu tạo phƣơng pháp Laser Cladding .............................................................. 26
Hình 2.29 Ảnh của bột nền niken. .............................................................................................. 27
x

do an


Hình 2.30 Bột nền Coban............................................................................................................ 28
Hình 2.31 Bột nền Fe .................................................................................................................. 28
Hình 2.32 Bột Al2O3 – 40%TiO2 ................................................................................................ 28
Hình 2.33 Tổ chức tế vi TiC và WC .......................................................................................... 29
Hình 2.34 Cấu trúc lớp phủ ......................................................................................................... 29
Hình 2.35 Phun phục hồi đƣờng ống dẫn làm việc ở môi trƣờng nƣớc. .................................... 31
Hình 2.36 Phun phủ xử lý bề mặt trục bị mịn (a), Phun xử lý bề mặt khn mẫu (b) ............. 31
Hình 3.1 Mơ tả sơ đồ ngun lý phun hồ quang điện .................................................................32
Hình 3.2 Chống ăn mịn bằng cách phun ZnAl cho khung thép................................................. 33
Hình 3.3 Lớp phủ chống mài mịn cho trục bơm ........................................................................ 33
Hình 3.4 Phun phục hồi cổ trục .................................................................................................. 34
Hình 3.5 Ứng dụng lớp phủ cho khn kim loại ........................................................................ 34
Hình 3.6 Lớp phủ nhơm oxit trên nền thép ................................................................................. 34
Hình 3.7 Hệ thống phun plasma ................................................................................................. 35
Hình 4.1 Mẫu SKD61 .................................................................................................................38
Hình 4.2 Lị nhiệt luyện tại Công Ty Xử Lý Nhiệt Minh Hạnh ................................................. 42
Hình 4.3 Mẫu SKD61 sau khi tơi + ram ..................................................................................... 43
Hình 4.4 Tạo nhám bằng phƣơng pháp phun cát ........................................................................ 44
Hình 4.5 Thiết bị phun phủ plasma 3710-PRAXAIR-TAFA ..................................................... 45
Hình 4.6 Hệ thống kéo dây (a), nguồn điện (b) và tủ điều khiển (c) .......................................... 46
Hình 4.7 Máy Laser Cladding loại GS-TFL 6000 CO2 .............................................................. 47
Hình 4.8 Máy cắt dây tại cơ sở gia cơng cơ khí chính xác Nhƣ Ngọc ....................................... 48
Hình 4.9 Kính hiển vi quang học ................................................................................................ 48
Hình 4.10 Phƣơng pháp và thiết bị đúc mẫu nóng ..................................................................... 50
Hình 4.11 Máy mài – đánh bóng EcoMet/AutoMet 300 của hãng Blueler ................................ 51
Hình 4.12 Mũi đâm kim cƣơng dùng trong đo độ cứng HV0.1 và vết đâm ................................ 51
Hình 4.13 Phƣơng pháp và máy đo độ cứng Vickers Tukon 1102 của hãng Blueler ................ 52

Hình 5.1 Mặt cắt ngang của lớp phủ Al2O3 – 40%TiO2 .............................................................55
Hình 5.2 Mặt cắt ngang của lớp phủ 25%Cr – 5%Al – Fe ......................................................... 55
Hình 5.3 Mặt cắt ngang của lớp phủ Co50 - 20%TiC ................................................................ 56
xi

do an


Hình 5.4 Tổ chức tế vi nền thép SKD61 tơi + ram ..................................................................... 56
Hình 5.5 Tổ chức tế vi mẫu S1 (phủ Al2O3 - 40% TiO2 ) X 200............................................... 57
Hình 5.6 Tổ chức tế vi mẫu S1 (phủ Al2O3 - 40%TiO2 ) X 1000.............................................. 57
Hình 5.7 Tổ chức tế vi của mẫu S3 ............................................................................................. 58
Hình 5.8 Biểu đồ thể hiện độ cứng mẫu S1 và S3 tại các vị trí .................................................. 59

xii

do an


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CVD:

Chemical Vapour Deposition

PVD:

Physical Vapour Deposition

HVOF: High Velocity Oxy - Fuel
LPVD: Laser Physical Vapour Deposition

LCVD: Laser Chemical Vapour Deposition
LSA:

Laser Surface Alloying

LDT:

Laser Deposition Technology

LC:

Laser Cladding

LFMT: Laser Freeform Manufacturing Technology
CAD:

Computer Aided Design

LSM:

Laser Surface Melting

LSH:

Laser Surface Hardening

SLD:

Supersonic Laser Deposition

xiii

do an


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong các ngành công nghiệp nặng, các chi tiết máy thƣờng phải làm việc trong các điều
kiện hết sức khắc nghiệt (độ ẩm cao, nhiệt độ cao, môi trƣờng bụi, hóa chất…) dẫn đến các
hiện tƣợng mài mịn, ăn mòn và cuối cùng là phá hủy. Mỗi khi các chi tiết bị mài mịn hoặc ăn
mịn thì chi phí để thay thế là rất lớn, ngồi chi phí về vật liệu vốn đã rất cao thì cịn kèm theo
chi phí cho cơng tháo, lắp, sửa chữa và các thiệt hại khác do dây chuyền sản xuất phải ngừng
hoạt động.
Những năm gần đây, song song với việc phát triển khoa học công nghệ và các ngành kỹ
thuật công nghiệp thì việc địi hỏi nâng cao chất lƣợng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ của các chi
tiết máy luôn đƣợc quan tâm. Đặc biệt đối với các chi tiết máy làm việc trong môi trƣờng khắc
nghiệt nhƣ chịu ăn mịn, mài mịn thì tính chất vật liệu bề mặt chi tiết máy đó đƣợc đặt lên hàng
đầu. Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp xử lý bề mặt đƣợc ứng dụng nhằm đáp ứng các yêu
cầu của chi tiết trong các điều kiện làm việc khác nhau. Công nghệ phun phủ kim loại là một
trong những phƣơng pháp có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu làm việc của chi tiết trong điều kiện nói
trên.
Trong các cơng nghệ xử lý bề mặt đƣợc sử dụng, công nghệ phun phủ kim loại ngày càng
đƣợc phát triển mở rộng về quy mô, cải thiện về chất lƣợng, thể hiện đƣợc những tính ƣu việt
so với các phƣơng pháp xử lý bề mặt khác cả về kỹ thuật và kinh tế.
Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ này vào sản xuất và đời
sống, nhóm em đã tìm hiểu đề tài: “Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại
và phƣơng pháp Laser Cladding áp dụng sửa chữa, phục hồi, nâng cao chất lƣợng bề mặt
vật liệu” làm đồ án tốt nghiệp.
1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu lý thuyết về khn dập nóng và công nghệ phun phủ kim loại, cụ thể là
phƣơng pháp phun phủ hồ quang điện, plasma và Laser Cladding. Trên cơ sở đó thiết kế các
lớp phủ có khả năng đáp ứng yêu cầu làm việc của khuôn dập nóng và tiến hành phun phủ bằng
các phƣơng pháp ứng với từng loại lớp phủ. Cuối cùng đánh giá và phân tích kết quả mỗi lớp
phủ đạt đƣợc thơng qua quan sát tổ chức tế vi và đo độ cứng.
1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu:
-

Thép SKD61.
Lớp phủ 25%Cr - 5%Al - Fe, Al2O3 - 40%TiO2 và Co50 - 20% TiC.
1

do an


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:
-

Tổ chức tế vi của thép SKD61 và các lớp phủ.

-

Độ cứng của thép SKD61 và các lớp phủ.
Nhiệt luyện thép SKD61.

1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Tham khảo tài liệu từ các bài báo khoa học, tạp chí, sách tham khảo và các nguồn trên
internet trong và ngồi nƣớc có liên quan đến khn dập nóng, cơng nghệ phun phủ kim loại,

và các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt bằng tia Laser để từ đó thiết kế lớp phủ
25%Cr - 5%Al - Fe, Al2O3 - 40%TiO2 và Co50 - 20%TiC cho thép SKD61.
- Tiến hành nhiệt luyện các mẫu thép SKD61, sau đó phun phủ theo thiết kế ban đầu bằng
vật liệu 25%Cr - 5%Al - Fe, Al2O3 - 40%TiO2 và Co - 20%TiC. Tiếp theo dùng các mẫu thép
SKD61 đã phun phủ để quan sát tổ chức tế vi và đo độ cứng.
1.5. Nội dung đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chƣơng :
Chƣơng 1 : Giới thiệu.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.
Chƣơng 3: Công nghệ phun phủ.
Chƣơng 4 : Phương pháp thí nghiệm.
Chƣơng 5: Phân tích kết quả thực nghiệm.
Chƣơng 6 : Kết luận và kiến nghị.

2

do an


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong quá sử dụng các loại thép hợp kim, khuôn dập nóng, yêu cầu bề mặt vật liệu làm
việc ở điều kiện khắc nhiệt (áp lực cao, nhiệt độ cao, sốc nhiệt, …) nhƣng vẫn phải đảm bảo
đƣợc các tiêu chí về độ cứng và dẻo dai cao, khả năng chống mài mòn và mỏi nhiệt ở nhiệt độ
cao. Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt đƣợc ứng dụng nhằm đáp
ứng các yêu cầu này: nhiệt luyện tôi, ram, thấm N, …Công nghệ phun phủ là một trong những
phƣơng pháp không những đáp ứng đƣợc các yêu cầu này mà có thể phục hồi, sửa chữa, tăng
năng suất và giảm chi phí sản xuất so với các phƣơng pháp truyền thống.
2.1. Khn dập nóng.
2.1.1 Khái niệm dập nóng:

Dập nóng là phƣơng pháp gia cơng áp lực ở trạng thái nóng mà phơi biến dạng khống chế
bởi lịng khn. Vật liệu sử dụng trong dập nóng chủ yếu là thép thỏi, thép đúc và thép cán.
Dụng cụ sử dụng là các loại khn dập nóng trực tiếp làm biến dạng kim loại. Thiết bị là các
loại máy búa máy ép tạo lực cơng tác.

a
b
Hình 2.1 Khn dập nóng (a) và chi tiết thanh truyền (b)
2.1.2 Điều kiện làm việc của khn dập nóng:
- Chịu tải trọng và va đập lớn: tải trọng vài tấn đến vài trăm nghìn tấn.
- Làm việc trong mơi trƣờng có nhiệt độ cao ,tiếp xúc với phơi nóng trên 10000C.
- Khn nóng 5000C ÷ 7000C theo chu kỳ.
- Chịu ma sát trong q trình dập.
2.1.3 u cầu cơ tính khn dập nóng:
- Độ cứng cao hơn vật liệu gia cơng nhƣng độ cứng không cần quá cao do phôi mềm,
khoảng 40 ÷ 50 HRC.
- Tính chống mài mịn tốt để đảm bảo độ chính xác của khn khi gia cơng, tuổi thọ khuôn
cao.
3

do an


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Độ dai va đâp cao để chịu các lực va đập lớn vì phơi gia cơng có kích thƣớc lớn và dày.

-

Nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ độ bền nhiệt, chống mỏi nhiệt tốt để đảm bảo khn làm việc

bình thƣờng.
2.1.4 Các dạng sai hỏng và phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt bằng Laser:
Lịng khn bị mịn: Do vật liệu làm khn chƣa đúng hoặc chế độ nhiệt luyện không đạt
yêu cầu .
Lịng khn bị lõm: Do độ cứng của lịng khn chƣa tốt, q trình dập bị biến dạng do
nung phơi chƣa đúng nhiệt độ, khi đó phải tác dụng lực lớn kim loại mới có khả năng điền đầy
lịng khn với áp lực lớn nhƣ vậy sẽ làm cho lòng khn bị lún.
Lịng khn bị nứt vỡ: Khi cấu tạo lịng khn có nhiều góc cạnh dƣới áp lực lớn có thể
làm lịng khn bị nứt vỡ. Trƣờng hợp lịng khuôn bị vỡ một vùng là do kim loại ở vùng đó bị
biến dạng, khả năng bền vững của kim loại bị mất, chất lƣợng nhiệt luyện chƣa tốt, độ cứng
của lịng khn khơng đều.
Lịng khn bị xước, tróc rỗ: Do độ bóng của khn ban đầu khơng cao. Đối với khn có
độ cứng cao làm việc ở mơi trƣờng nhiệt độ cao, kim loại bị biến tính tạo nên lịng khn chai
cứng, lớp chai cứng này dễ bong khỏi lịng khn khi chịu áp lực lớn.

a. Vật liệu dính chặt vào khn.

b. Khn bị nứt

Hình 2.2 Khn bị hỏng.
Hiểu đƣợc các vấn đề sai hỏng đó mà các phƣơng pháp truyền thống không khắc phục hết
nên các kĩ sƣ đã nghiên cứu ra một số công nghệ Laser để góp phần sửa chữa, phục hồi và nâng
cao chất lƣợng bề mặt vật liệu.
2.1.5 Vật liệu làm khn dập nóng:
u cầu chọn vật liệu có những đặc điểm sau:
4

do an

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Thép chế tạo khn có thành phần C trung bình thích hợp là 0.3 ÷ 0.5% để có cơ tính tổng

hợp cao.
-

Ngun tố hợp kim:
+ Đảm bảo độ thấm tôi: Cr, Ni.
+ Chịu nhiệt và chống giịn ram: W.

- Nhiệt luyện: tơi và ram tạo trooxit hoặc xoocbit ram.
Dựa theo điều kiện làm việc và u cầu cơ tính khn dập nóng nêu trên, đề tài này ta chọn
thép SKD61 làm vật liệu cho khuôn dập nóng.
2.2 Thép SKD61:
 Các mác thép trên thế giới.
-

H13 theo tiêu chuẩn của Mỹ.

-

SKD61 theo tiêu chuẩn của Nhật Bản.

-

X40CrMoV51 theo tiêu chuẩn của Đức.

-

BH13 theo tiêu chuẩn Anh.

-

STD61 theo tiêu chuẩn Hàn Quốc.

-

Cr15MoSiV1 theo tiêu chuẩn Việt Nam.

 Thành phần hóa học.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của thép SKD61
Ngun tố
Tỉ lệ %

C

Si

0.32~0.45 0.8~1.2

Mn

Cr

Mo

V

Fe

0.2~0.5

4.75~5.5

1.1~1.75

0.8~1.2

Cịn lại

 Cơ tính và đặc tính xử lý nhiệt của thép SKD61:
- Nhiệt độ nóng chảy 1127ºC.
- Độ bền nhiệt cao, độ dai va đập đƣợc cân bằng tốt.
- Khả năng gia công cơ tốt.
- Nhiệt biến dạng nhỏ.
- Khả năng chống nứt nhiệt, chịu đƣợc cƣờng độ làm việc cao.
- Chống ăn mòn tốt.
5

do an


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- SKD61 sau khi nấu chảy, và sau khi nấu chảy lần nữa bằng hồ quang điện sẽ có độ sạch cao
hơn, độ dẻo dai tốt hơn nhằm làm khuôn ép đùn, khuôn rèn, khuôn đúc và các lƣỡi cắt nóng
cho các hợp kim nhơm, đồng , kẽm v.v.

- SKD61 có độ dai tốt, khả năng chống mỏi ở nhiệt độ cao, chịu đƣợc các phản ứng nhiệt, phù
hợp cho điều kiện làm việc lâu dài với chế độ cắt tốt, khả năng chống mài mòn cao ở nhiệt độ
cao.
- Thép SKD61 sau khi ủ thêm vào những hợp kim tăng độ bền nhƣ V, Mo có khả năng chịu
mài mịn rất cao.
 Ứng dụng.
- SKD61 dùng cho các chi tiết chịu áp lực, va đập và nhiệt độ cao nhƣ khn dập nóng, mũi
đột, trục gá độ cứng 52 - 56 HRC.
- Sử dụng rộng rãi trong khuôn đúc áp lực cao và khuôn đùn, lƣỡi cắt, khn dập nóng.
- SKD61 cũng phù hợp để sản xuất các khuôn nhựa năng suất cao, thấm N bề mặt có thể làm
cho lớp thấm có độ cứng tốt. Thấm N khn đúc, khn ép đùn có thể cải thiện khả năng chống
mài mòn, chống ăn mòn và hiệu quả là rất đáng kể, làm tăng đáng kể khả năng chống mài mòn
của sản phẩm, làm cho việc dỡ khn một cách nhanh chóng. SKD61 dùng để làm đế, trục dẫn
hƣớng, ổ lót, ống chia, chày đột, chốt quan trọng ở các bộ phận làm việc ở nhiệt độ cao.
2.3 Khái quát về công nghệ phun phủ:
Phun phủ kim loại đã đƣợc một kỹ sƣ ngƣời Thụy Sỹ tên là Max Ulrich Schoop phát minh
ra từ những năm đầu của thế kỷ 20. Nguyên lý của phƣơng pháp cơng nghệ này là dùng nguồn
nhiệt (hồ quang, khí cháy, plasma) làm nóng chảy kim loại. Sau đó, kim loại lỏng đƣợc dịng
khơng khí nén thổi mạnh làm phân tán thành các hạt sƣơng mù rất nhỏ, bắn lên bề mặt vật đã
đƣợc chuẩn bị sẵn (làm sạch, tạo nhám) tạo ra một lớp kim loại phủ có độ dày theo yêu cầu,
trong đó các hạt kim loại đè lên nhau theo từng lớp. Lúc đầu, phun phủ kim loại chỉ dùng cho
mục đích trang trí, đến chiến tranh thế giới lần thứ hai, công nghệ này bắt đầu đƣợc sử dụng
với quy mô rộng. Công nghệ phun phủ kim loại dần dần đƣợc sử dụng ở hầu khắp các nƣớc
châu Âu và càng ngày càng tỏ ra có nhiều tính ƣu việt. Lịch sử phát triển của cơng nghệ phun
phủ đƣợc sơ đồ hóa trong hình 2.3

6

do an

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3 Lịch sử phát triển của công nghệ phun phủ
Càng ngày công nghệ xử lý bề mặt càng đƣợc quan tâm do nó có ý nghĩa quan trọng và
quyết định nhiều đến tính chất của vật liệu. Một trong những giải pháp đó là tạo ra một lớp bề
mặt có khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc nhƣ: chịu mài mòn, chống ăn mịn, chịu
nhiệt...
Có thể kể đến các phƣơng pháp xử lý bề mặt nhƣ sau:
+ Nhiệt luyện.
+ Hoá Nhiệt luyện.
+ Tạo các lớp phủ lên bề mặt: mạ, nhúng, công nghệ CVD, PVD, phun phủ…
Trong đó, phƣơng pháp phun phủ kim loại ngày càng đƣợc phát triển và mở rộng về quy
mơ, cải thiện về chất lƣợng, thể hiện tính ƣu việt so với các phƣơng pháp tạo lớp phủ khác. Nó
đã trở thành một lĩnh vực chun mơn riêng, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ, ngƣời ta đã nghiên cứu
chế tạo và đƣa vào ứng dụng nhiều loại đầu phun khác nhau phục vụ cho các phƣơng pháp
phun phủ: đầu phun dùng nhiên liệu khí cháy (dây, bột), đầu phun hồ quang điện (loại hai dây,
ba dây…), đầu phun plasma (dây, bột), đầu phun bằng dịng cao tần, đầu phun bằng kích nổ....
Đặc biệt đã có những cải tiến đáng kể trong năng suất phun nhƣ phát triển các thiết bị và dây
chuyền phun tự động với độ ổn định và chất lƣợng ngày càng cao. Về công nghệ cũng đã giải
quyết thành công các chế độ công nghệ phun cho các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao (vật
liệu gốm, các loại cacbid, các loại oxit kim loại...). Phun phủ có thể phủ đƣợc các kim loại
nguyên chất, các hợp kim lên bề mặt kim loại, hợp kim hay bề mặt vật khác nhƣ gỗ, vải, giấy,
sứ….
7

do an

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bằng phun phủ ngƣời ta có thể tạo ra lớp chịu nhiệt, lớp dẫn điện trên vật liệu không dẫn
điện; tạo ra lớp chống ăn mòn cho các kết cấu thép (cầu, cảng, ống dẫn, tàu thuyền…) làm việc
trong mơi trƣờng oxi hóa hay mơi trƣờng ăn mịn điện hố; phủ các lớp kim loại màu (kim loại
quý hiếm) lên trên bề mặt của những kim loại khác nhằm mục đích tiết kiệm kim loại quý và
tăng giá trị thẩm mỹ trong trang trí. Đối với các chi tiết làm việc trong môi trƣờng chịu mài
mòn, tuỳ theo điều kiện làm việc cụ thể ngƣời ta có thể phủ lên bề mặt các lớp có khả năng
chống mài mịn nhƣ thép khơng gỉ, đồng thau, nhôm, hợp kim của niken… với các chiều dày
theo yêu cầu. Phun phủ rất thích hợp và tỏ ra ƣu việt trong việc sửa chữa và phục hồi các chi
tiết (sửa chữa các khuyết tật của vật đúc, sửa chữa các chi tiết bị mòn nhƣ trục khuỷu, xy lanh,
chốt…).
Phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp phun phủ có thể đƣợc phân loại nhƣ sau:
+ Phun phủ phục hồi.
+ Công nghệ gia công mới.
+ Phun các lớp phủ đặc biệt có giá thành vật liệu cao: chịu mài mịn, chống ăn mòn, chịu
nhiệt…
+ Phun các lớp phủ (lớp phủ dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, lớp phủ từ tính…) lên các chi tiết mà
vật liệu cơ bản khơng có các đặc tính này.
+ Sửa chữa khuyết tật của vật đúc.
+ Sửa chữa các khuyết tật xuất hiện khi gia công cơ.
+ Tạo lớp trang trí.
Trong đó, mục đích phun phủ phục hồi các chi tiết máy bị mài mòn và bảo vệ chống ăn
mòn các kết cấu thép là đƣợc ứng dụng nhiều hơn cả.
Bên cạnh những ƣu điểm thì phƣơng pháp phun phủ vẫn còn một số nhƣợc điểm cần khắc
phục:
+ Mối liên kết giữa lớp phủ và nền còn thấp.
+ Tổn thất vật liệu phun nhiều.
+ Ảnh hƣởng đến sức bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi của chi tiết).
+ Bề mặt phun luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo độ nhấp nhô.
8

do an


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ Địi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao, điều kiện làm việc nặng nhọc, độc hại.
Nếu dựa theo nguồn nhiệt sử dụng để phun thì phun phủ đƣợc chia làm 2 cơng nghệ chính
nhƣ sau:
+ Nguồn điện: hồ quang điện, plasma.
+ Nguồn hóa: ngọn lửa khí cháy, HVOF...
Nếu chia theo loại vật liệu phun thì có hai loại: vật liệu phun dạng dây, vật liệu phun dạng
bột. Ngồi kim loại cịn có thể phun các vật liệu phi kim loại (gốm, carbide…).
2.4 Các phƣơng pháp phun phủ nhiệt:
Phun phủ nhiệt là phƣơng pháp công nghệ đƣa các vật liệu rắn (dạng bột, dạng dây, dạng
thanh, dạng lõi thuốc) vào dòng vật chất có năng lƣợng cao (dịng khí cháy hoặc dịng plasma)
để nung nóng chảy một phần hay tồn bộ vật liệu; phân tán vật liệu thành các hạt dƣới dạng
sƣơng mù nhỏ, tăng tốc độ hạt và đẩy hạt đến bề mặt chi tiết cần phủ đã đƣợc chuẩn bị trƣớc.
Với đặc điểm hình thành nhƣ vậy, lớp phủ sẽ có cấu trúc dạng lớp, trong đó, các phần tử vật
liệu bị biến dạng và xếp chồng lên nhau. Tại bề mặt tiếp xúc giữa các phần tử với chi tiết và bề
mặt tiếp xúc của các phần tử xảy ra các quá trình liên kết bền vững tạo nên cấu trúc lớp phủ.
2.4.1 Phƣơng pháp phun phủ bằng khí cháy:
Là một quá trình phun nhiệt sản xuất chất phủ bề mặt chất lƣợng cao sử dụng nhiệt từ việc
đốt nhiên liệu và khí oxy làm tan chảy vật liệu và đƣợc phun lên trên chất nền.

Hình 2.4 Mơ tả nguyên lý phun phủ bằng khí cháy

9

do an

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
a. Phƣơng pháp phun “nóng”:
Bột phun bị nóng chảy trên bề mặt chi tiết cần phun, nhiệt độ bề mặt lớn hơn 250oC
(thƣờng là 800 đến 1000oC). Liên kết bao gồm khuếch tán và liên kết cơ học (thấm ƣớt).

Hình 2.5 Thiết bị phun khí cháy dạng "phun nóng"
* Ưu điểm:
- Phƣơng pháp phun nóng có độ dính kết cao hơn so với phun nguội. Vì sự liên kết giữa vật
liệu phun và bề mặt nền là liên kết cơ học và khuếch tán.
- Độ cứng, độ bền và chịu va đập cao, có thể phun đƣợc các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao
nhƣ W, Mo hoặc Cr.
- Tốc độ phủ cao hơn, năng suất cao, có thể phun dày đến 39 mm.
- Lớp phủ mịn, không bị rỗ, xốp.
- Không cần chuẩn bị bề mặt quá phức tạp.
* Nhược điểm:
- Nhiệt độ của dịng khí lớn làm thay đổi tính chất của bột phủ (ơxi hố, chuyển pha, phân huỷ,
thay đổi thành phần hoá học v.v.) và ảnh hƣởng đến bề mặt cần phun (biến dạng nhiệt, ơxi hố,
tạo ra ứng xuất dƣ v.v.).
- Không thể phun phủ hỗn hợp bột với các thành phần có tính chất hố lý khác nhau rất nhiều
(kim loại polymer, kim loại polymer gốm v.v.) và kích thƣớc nhỏ.
- Bột phủ và kim loại nền có thể tạo ra liên kết hoá học.
10

do an


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Cần tay nghề cao để kiểm sốt bề mặt vật phun (nếu khơng tự động).
* Ứng dụng chống mài mòn:

- Nếu dùng bột phun từ 35% đến 65% WC lớp phủ sẽ có khả năng chống mài mòn và ăn mòn
tuyệt hảo.
- Độ bền của lớp phủ lên đến xấp xỉ 200 MPa và có khả năng phủ dày lên từ 36 mm, khiến cho
công nghệ này trở nên lý tƣởng cho các ứng dụng chịu tải, chịu mài mòn và ăn mòn mãnh liệt
hoặc các chi tiết chịu ma sát cao, sử dụng nhiều năm trong các môi trƣờng đặc biệt khắc nghiệt
trong ngành dầu khí, hố dầu, nhiệt điện, cơng nghiệp giấy và bột giấy…
b. Phƣơng pháp phun “nguội”:
Bột phun bị nóng chảy ngay tại đầu mỏ phun và đƣợc dịng khí đƣa đến bề mặt chi tiết cần
phun, nhiệt độ bề mặt chi tiết nhỏ hơn 250oC. Liên kết là liên kết cơ học đơn thuần.

Hình 2.6 Thiết bị phun Flame Spray bằng công nghệ phun nguội
* Đặc điểm:
- Nhiệt độ của chi tiết trong suốt q trình phun khơng vƣợt quá 200 – 250oC. Không làm
biến dạng hoặc thay đổi thuộc tính của kim loại nền.
- Vận tốc hạt bột ở thời điểm va đập vào bề mặt cần phun đóng vai trị quan trọng nhất ( v
= 400 ÷ 1200 m/s) trong quá trình phun nguội để làm biến dạng và kết dính bột lên bề mặt
phun. Liên kết giữa vật liệu nền và lớp phủ là liên kết cơ học, lớp phủ có độ rỗ xốp cao.
- Rất tốt nếu sử dụng phƣơng pháp này để phục hồi các chi tiết làm việc trong mơi trƣờng
dầu nhớt, vì dầu nhờn có thể thẩm thấu vào lớp bao phủ, tăng khả năng chịu tải.
11

do an