NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của THÔNG số CÔNG NGHỆ đến cơ TÍNH lớp PHỦ bột hợp KIM 67ni18cr5si4b TRÊN nền TRỤC THÉP c45 BẰNG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ tốc độ CAO HVOF

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CƠ
TÍNH LỚP PHỦ BỘT HỢP KIM 67Ni18Cr5Si4B TRÊN NỀN TRỤC THÉP C45
BẰNG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ TỐC ĐỘ CAO HVOF
A STUDY OF EFFECTS OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON
MECHANICAL CHARACTERISTICS OF 67Ni18Cr5Si4B ALLOY POWDER
COATING ON C45 STEEL SHAFT BY WITH HIGH VELOCITY OXYGEN FUEL
THERMAL SPRAY METHOD (HVOF)
ThS. Phạm Văn Liệu1a, PGS. TS. Đinh Văn Chiến2b
1
Trường Đại học Sao Đỏ
2
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
a
;
TÓM TẮT
Hiện nay công nghệ xử lý bề mặt ngày càng được 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 ứng
dụng công nghệ phun phủ kim loại để tạo ra một lớp phủ bề mặt có độ cứng cao và độ xốp
thấp đáp ứng các điều kiện làm việc của chi tiết máy như chịu ma sát, chịu mài mòn và chịu
nhiệt. Bài báo này trình bày kết quả thử nghiệm phun phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên
nền trục thép C45 bằng công nghệ phun HVOF. Đồng thời phân tích ảnh hưởng của các thông
số công nghệ đến độ cứng và độ xốp của lớp phủ. Từ đó lựa chọn được bộ thông số hợp lý
ứng dụng vào phục hồi các chi tiết dạng trục bị mòn.
Từ khóa: phun phủ, HVOF, bột phun 67Ni18Cr5Si4B, lớp phủ, độ bám dính, độ xốp.
ABSTRACT
Nowadays, surface treatment technology has been paid attention more increasingly
because it has a decisive importance to the properties of materials. One of the solutions is the
application of metal spray coating technology to create a surface coating with high hardness
and low porosity in order to meet the working conditions of machine parts such as friction,

wear-resistant and heat resistant. This paper presents the testing result of spray coating C45 67
Ni18CrSi 4B alloy powder on steel shaft C45 using technology spray HVOF. It also analyzes
the influence of the technological parameters to the hardness and porosity of the coating. As a
result, the selected appropriate parameters are applied to recover the worn axis-sized
workpieces
Keywords: spray , HVOF, 67Ni18Cr5Si4B spray powder, coating, adhesion, porosity.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, trong các ngành công nghiệp có nhiều chi tiết máy trong các thiết bị, sau một
thời gian làm việc chúng bị mài mòn do chịu ảnh hưởng của ngoại lực như va đập, ma sát,
làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm và làm giảm tuổi thọ của thiết bị. Việc nghiên
cứu, phục hồi các chi tiết máy nhằm đáp ứng tiến độ sản xuất và tiết kiệm chi phí khi phải đặt
mua mới để thay thế các chi tiết máy là vấn đề cấp thiết hiện nay.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu được ứng dụng để phục hồi lại hình dáng hình học
và kích thước của các chi tiết máy, ví dụ như phương pháp hàn đắp [1], phương pháp Mạ [2]
và phương pháp phun phủ [3÷5]. Trong đó phương pháp phun phủ tỏ ra có nhiều tính ưu việt.
Phun phủ kim loại cũng có nhiều phương pháp, ví dụ như phương pháp phun hồ quang điện,
419


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
phương pháp plasma [3÷5] và phương pháp phun nổ [6]. Tuy nhiên, tất cả các phương pháp
trên đều có nhược điểm là chất lượng lớp phủ không cao, độ bám dính giữa lớp vật liệu phủ
và lớp vật liệu nền thấp, độ xốp lớn và khó có thể áp dụng phục hồi các chi tiết đòi hỏi độ
chính xác cao, làm việc trong điều kiện khắc nghiệt như chịu áp suất cao, chịu tải trọng lớn và
mài mòn. Phương pháp phun HVOF được ứng dụng đã giải quyết hầu hết các vấn đề trên, các
nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này để xử lý bề mặt [7÷10]. Ưu điểm của phương
pháp này là cho lớp phủ có độ bám dính cao, độ xốp thấp và thành phần vật liệu lớp phủ
tương đối đồng đều, cơ tính của lớp vật liệu nền ít bị ảnh hưởng trong quá trình phun. Mặc dù
phương pháp phun phủ HVOF đã được nhiều nhà nghiên cứu đề cập [7÷10]. Tuy nhiên, lớp
phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B lên bề mặt lớp vật liệu nền thép C45 vẫn chưa được nghiên

cứu, cũng như còn một số các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ vẫn chưa được làm
sáng tỏ.
Do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng lớp phủ
bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B lên bề mặt chi tiết trục thép C45 bị mòn bằng phương pháp
HVOF là một vấn đề mới và đây cũng là vấn đề mang tính thực tiễn cao được nhiều ngành
công nghiệp quan tâm đến.
2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
2.1. Vật liệu
Vật liệu phủ được sử dụng trong nghiên cứu là bột hợp kim 67Ni15Cr5Si4B (ký hiệu
theo tiêu chuẩn ngành của Nga là 67H18X5C4P) [5]. Vật liệu nền là thép C45 với các cơ tính
của vật liệu được lấy theo TCVN 8301:2009. Mẫu có đường kính D là 60 mm, chiều dài mẫu
L0 bằng 20 mm. Số lượng mẫu được thực hiện trong nghiên cứu này là 27 mẫu.
2.2. Hệ thống thiết bị phun phủ HVOF
Mẫu thí nghiệm được tiến hành
phun theo chế độ quy hoạch thực
nghiệm các thông số chính như sau:
khoảng cách phun L = 100 ÷ 300mm,
lưu lượng cấp bột phun m = 300 ÷ 500
g/ph. Tốc độ trung bình dòng kim loại
phun V = 800 ÷ 1200m/s. Sử dụng thiết
bị phun HVOF- Model MP-2100
Manual HVOF Control Panel, của hãng
General Metal Alloys Intl (GMA) – Bỉ.
Tại công ty Quang Khánh - Vũng Tàu.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống thiết bị phun HVOF

2.3. Thiết bị đo và phương pháp tiến hành
Quá trình đo độ cứng lớp phủ được thực hiện bằng máy đo độ cứng tế vi Duramin 2 và
đo độ xốp lớp phủ được thực hiện trên kính hiển vi quang học Axiover 25A tại phòng thí

nghiệm Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Sau khi các mẫu phun được cắt ra để tiến hành làm thí nghiệm kiểm tra độ cứng và độ
xốp lớp phủ đều phải được chuẩn bị cẩn thận đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Độ cứng lớp phủ
được đo theo sơ đồ, từ lớp phủ 67Ni18Cr5Si4B (phía phải) sang lõi thép thép C45 (phía trái),
sử dụng thang đo HV0,1 kết quả đo độ cứng được biểu diễn trên Hình 2. Đối với việc kiểm tra
độ xốp lớp phủ, các mẫu thí nghiệm được kiểm tra trên kính hiển vi quang học Axiover 25A,
mẫu được chụp ảnh cấu trúc tế vi của lớp phủ kết hợp phần mềm phân tích ảnh số Image-Pro
Plus xác định tỷ lệ % lỗ xốp trong lớp phủ.

420


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN
3.1. Kết quả đo độ cứng
Kết quả thực nghiệm đo độ cứng Vickers theo sơ đồ, đo từ lớp phủ 67Ni18Cr5Si4B
(phía phải) sang lõi thép C45 (phía trái) được biểu diễn trong Bảng 1 và Hình 2.
Bảng 1. Kết quả khảo sát độ cứng lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền thép
C45 bằng phương pháp HVOF
Chế độ phun
STT

Ký
hiệu
mẫu

1.

000

0,1

800

2.

010

0,1

3.

020

4.

100

Lô thí
nghiệm

Lô 1

Độ cứng trung bình theo thứ tự vết đo (HV)
Lớp nền thép
C45
(từ ngoài vào)

Lớp trung gian
(biên giới liên

kết)

Lớp phủ
(từ ngoài vào
lõi)

300

191.3

313.3

506.6

800

400

201.0

324.7

504.4

0,1

800

500

200.7

330.0

483.8

0,1

1000

300

223.0

339.7

580.0

0,1

1000

400

219.0

334.3

547.7

L
(m)

V
m
(g/ph)
(m/s)

5.

110

6.

120

0,1

1000

500

218.0

352.3

568.0

7.

200

0,1

1200

300

229.0

417.7

569.2

8.

210

0,1

1200

400

214.8

427.3

568.7

9.

220

0,1

1200

500

223.5

421.0

563.7

10.

001

0,2

800

300

203.7

280.5

561.7

11.

011

0,2

800

400

203.3

283.7

553.7

12.

021

0,2

800

500

201.3

272.7

554.2

13.

101

0,2

1000

300

229.0

417.7

557.0

14.

111

0,2

1000

400

230.8

405.0

507.7

15.

121

0,2

1000

500

233.8

408.7

482.0

16.

201

0,2

1200

300

230.7

281.5

434.0

17.

211

0,2

1200

400

235.3

300.0

427.2

18.

221

0,2

1200

500

238.7

311.7

455.0

19.

002

0,3

800

300

237.0

522.3

583.4

20.

012

0,3

800

400

234.8

520.7

532.4

21.

022

0,3

800

500

241.8

471.7

564.6

22.

102

0,3

1000

300

202.0

356.0

552.6

23.

112

0,3

1000

400

211.3

378.5

559.4

24.

122

0,3

1000

500

205.0

354.0

557.4

25.

202

0,3

1200

300

192.3

351.7

617.0

26.

212

0,3

1200

400

192.5

348.0

565.7

27.

222

0,3

1200

500

193.0

346.3

577.0

Lô 2

Lô 3

421


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Từ số liệu cho trong Bảng 1 cho thấy: Độ cứng lớp phủ hợp kim 67Ni18Cr5Si4B, lớp
phủ trung gian vùng biên giới giữa hai lớp, lớp nền thép C45, đạt giá trị trung bình trên các
mẫu tương ứng (mẫu số 01, 10, 19) là:
LN1 = 191.3 HV, TG1 = 313.3 HV, LP1 = 506.6 HV
LN10 = 203.7 HV, TG10 = 280.5 HV, LP10 = 561.7 HV
LN19 = 237.0 HV, TG19 = 522.3 HV, LP19 = 583.4 HV
Độ cứng lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B có giá trị trung bình cao hơn từ 2,5 ÷ 2,8
lần so với thép nền C45 ở phần lõi và có giá trị giảm dần theo hướng kính. Điều này có thể
giải thích là do các phần của lớp phủ hợp kim ở phía ngoài mẫu phun có khả năng tản nhiệt ra
môi trường xung quanh nhanh hơn nên chúng được làm nguội nhanh hơn các phần của lớp
phủ ở phía bên trong. Đồng thời lõi thép bên trong trước khi phun được cung cấp một lượng
nhiệt nhất định để nung nóng sơ bộ đạt nhiệt độ khoảng từ 100÷1500C vì thế các phần của lớp
phủ ở phía trong nguội chậm hơn các phần của lớp phủ ở phía ngoài. Độ cứng lớp trung gian
giữa lớp phủ hợp kim và lớp nền thép C45 đạt giá trị trung bình từ 300 ÷ 427,3 HV, cao hơn
độ cứng lớp nền thép C45. Tuy nhiên cũng có một số mẫu có giá trị nhỏ hơn 300 HV do mũi
đâm lệch về phần lõi thép và ngược lại một số giá trị lớn hơn 427,3 do mũi đâm lệch về phần
lớp phủ.
Tổ chức tế vi và độ cứng tế vi vùng lân cận biên giới 2 lớp.

Tổ chức tế vi và độ cứng của lớp phủ được thực hiện bằng phương pháp HVOF là các
tiêu chí đánh giá chất lượng tổng hợp của lớp phủ. Kết quả khảo sát ảnh chụp tổ chức tế vi tại
vùng biên giới giữa lớp thép nền C45 và lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B cho ở Hình 2.

Lõi thép

Biên giới

lớp phủ

Lõi thép

a) Mẫu số 01, x100

Biên giới

lớp phủ

a) Mẫu 19, x100

Lõi thép

Lớp phủ

b) Mẫu số19, x200

c) Mẫu số 19, x200

Hình 2. Ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng liên kết 2 lớp giữa nền thép C45
và bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B

422


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Phân tích kết quả thí nghiệm trên Hình 2 cho thấy:
1) Trên mẫu thí nghiệm số 01 (Hình 2a), các vết ấn của đầu đo nhận được trong 2 lớp
vật liệu khảo sát có kích thước hình học khác nhau cụ thể là: kích thước các vết ấn trong lớp
phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B lớn hơn kích thước vết ấn trong nền thép C45. Đồng thời độ
cứng lớp nền thép có giá trị trung bình đạt được là 191,3 HV, độ cứng lớp phủ hợp kim có giá
trị trung bình đạt được là 506,6 HV, điều đó cho thấy độ cứng của lớp phủ hợp kim lớn hơn
độ cứng của nền thép. Độ cứng lớp trung gian có xu hướng giảm dần theo chiều hướng kính
từ lớp phủ đến lớp nền thép có giá trị trung bình đạt được là 313,3 HV.
2) Ở mẫu thí nghiệm số 19 (Hình 2a, 2b, 2c) độ cứng lớp phủ trên mẫu thí nghiệm số 19
cũng như mẫu thí nghiệm số 01: cho thấy kích thước vết ấn trong lớp nền thép C45 lớn hơn
kích thước vết ấn trong lớp phủ hợp kim. Tương tự như mẫu số 01 độ cứng lớp nền thép có
giá trị trung bình đạt được là 237,0 HV, độ cứng lớp phủ hợp kim có giá trị trung bình đạt
được là 583,4 HV. Với độ phóng đại lớn hơn (mức x200) các vết ấn trong lớp phủ hợp kim
67Ni18Cr5Si4B (Hình 2c) và vết ấn trong nền thép C45 (Hình 2b) càng cho thấy rõ kích
thước hình học của chúng khác nhau, điều đó càng làm rõ thêm những nhận xét đối với cả 2
mẫu thí nghiệm số 01 và 19.
3.2. Kết quả đo độ xốp
Kết quả đo và tính toán độ xốp lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền thép C45
cho trong Bảng 2 và kết quả đo độ xốp lớp phủ bằng phương pháp dùng kính hiển vi quang
học thông qua phần mềm Image-Pro Plus phân tích ảnh số chuyên dụng (Hình 3).
Độ xốp lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền thép C45 trong các mẫu thí
nghiệm được liệt kê trong Bảng 2. Kết quả thực nghiệm thu được cho thấy độ xốp có xu
hướng tăng (tỷ lệ thuận) theo chiều tăng của các thông số phun. Nhưng theo trình tự các lô thí
nghiệm tiến hành lại có xu hướng giảm (tỷ lệ nghịch) theo chiều tăng của các thông số phun
đạt giá trị trong khoảng cụ thể là: lô thí nghiệm thứ 1: γTB = 1,533 đến 4,250; lô thí nghiệm
thứ 2: γTB = 1,053 đến 3,471; lô thí nghiệm thứ 3: γTB = 0,767 đến 2,961. Điều đó chứng tỏ

rằng việc điều chỉnh các thông số phun phủ gần tới vùng tối ưu và đã cho phép nhận được lớp
phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B có độ xốp giảm đáng kể so với lô thí nghiệm định hướng
công nghệ ban đầu theo quy hoạch thực nghiệm.
Bảng 2. Kết quả đo độ xốp lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B
lên lớp vật liệu nền thép C45
Chế độ phun
STT

Mã

Lô thí nghiệm

Độ xốp lớp phủ, %

L
(m)

V
(m/s)

m
(g/ph)

γTN

γQH

(%)

(%)

Sai số
εγ(%)

1

000

0,1

800

300

1,533

1,46

4,79

2

010

0,1

800

400

1,923

2,024

5,26

3

020

0,1

800

500

2,341

2,426

3,64

4

100

0,1

1000

300

2,747

2,907

5,81

0,1

1000

400

3,513

3,332

5,16

Lô 1

5

110

6

120

0,1

1000

500

3,732

3,594

3,70

7

200

0,1

1200

300

3,975

3,921

1,36

8

210

0,1

1200

400

4,129

4,206

1,87

9

220

0,1

1200

500

4,25

4,329

1,85

10

001

0,2

800

300

1,053

1,017

3,45

11

011

0,2

800

400

1,673

1,603

4,20

Lô 2

423


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
12

021

0,2

800

500

1,924

2,026

5,32

13

101

0,2

1000

300

2,151

2,327

8,18

14

111

0,2

1000

400

2,777

2,743

1,23

15

121

0,2

1000

500

3,102

2,996

3,41

16

201

0,2

1200

300

3,325

3,204

3,63

17

211

0,2

1200

400

3,392

3,45

1,71

18

221

0,2

1200

500

3,471

3,533

1,79

19

002

0,3

800

300

0,767

0,755

1,60

20

012

0,3

800

400

1,423

1,362

4,27

21

022

0,3

800

500

1,789

1,807

1,01

22

102

0,3

1000

300

1,892

1,928

1,90

23

112

0,3

1000

400

2,203

2,335

5,98

24

122

0,3

1000

500

2,583

2,579

0,15

25

202

0,3

1200

300

2,719

2,668

1,86

26

212

0,3

1200

400

2,857

2,875

0,62

27

222

0,3

1200

500

2,961

2,918

1,44

Lô 3

Kết quả tính toán mô phỏng độ xốp lớp phủ hợp kim 67Ni18Cr5Si4B tương ứng với
mẫu có độ xốp diện tích 1,9232% bằng phương pháp hiển vi quang học, sử dụng phần mềm
phân tích ảnh số chuyên dụng Image-Pro Plus biểu diễn trên Hình 3. Tổ chức tế vi lớp phủ bột
hợp kim 67Ni18Cr5Si4B với các vùng màu đỏ là những lỗ xốp đặc trưng.

a) Ảnh chụp tổ chức tế vi lớp phủ

b) Ảnh 2D phân tích độ xốp lớp phủ bằng phần mềm ImagePro Plus trên kính hiển vi quang học Axiover 25A

Hình 3. Ảnh đồ 2D phân tích độ xốp lớp phủ trên lớp vật liệu nền
Tổ chức tế vi vật liệu vùng biên giới liên kết 2 lớp giữa nền thép C45 với lớp phủ bột
hợp kim 67Ni18Cr5Si4B (Hình 4)

a) Mẫu số 01, x100

b) Mẫu số 8, x100

Hình 4. Ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu vùng biên giới liên kết 2 lớp
424


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Phân tích kết quả thí nghiệm trên Hình 4 cho thấy:
1) Tổ chức tế vi lớp phủ hợp kim đối với mẫu số 01, nhận được sau phun phủ cho trên
hình 4ª. Biên giới liên kết giữa lớp thép C45 (ở phía trái) và lớp phủ bột hợp kim
67Ni18Cr5Si4B (ở phía phải) tương đối tốt. Tuy nhiên, trên ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu
mẫu thí nghiệm này có phát hiện thấy một vài đoạn cấu trúc cục bộ trên biên giới giữa hai lớp
và trong lớp phủ hợp kim xuất hiện các điểm màu đen, có thể đây là lỗ xốp, điều này làm
giảm độ bền bám dính giữa hai lớp và giảm độ cứng của lớp phủ và đây cũng chính là tính
chất đặc trưng của công nghệ phun phủ. Thông qua ảnh chụp cho thấy tổ chức tế vi lớp nền
thép C45 là kim loại đặc xít;
2) Tổ chức tế vi lớp phủ hợp kim đối với mẫu số 08, nhận được sau phun phủ cho trên
Hình 3b. Biên giới liên kết giữa lớp nền thép C45 (ở phía trái) và lớp phủ bột hợp kim
67Ni18Cr5Si4B (ở phía phải) nhận được cũng khá tốt. Tuy nhiên ở đây vẫn tồn tại các đoạn

cấu trúc cục bộ màu đen tương tự như đối với mẫu số 01 và số lượng của chúng tăng đáng kể,
do đó độ bền bám dính giữa hai lớp và độ cứng của lớp phủ cũng bị giảm đi đáng kể.
Từ kết quả khảo sát trên mẫu số 01 và mẫu số 08 khi phun bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B
trên nền thép C45 cho thấy cấu trúc tế vi tại vùng biên giới liên kết giữa hai lớp và cấu trúc tế vi
của lớp phủ có ảnh hưởng lớn tới chất lượng lớp phủ nói chung và độ bền bám dính, độ xốp và
độ cứng nói riêng. Vì khi vùng biên giới liên kết giữa hai lớp và trong lớp phủ có tỷ lệ % cấu
trúc cục bộ màu đen tăng thì độ bám dính sẽ giảm, độ xốp tăng và độ cứng giảm và ngược lại.
3.2.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ phun đến độ xốp của lớp phủ bột hợp
kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền trục thép C45 được biểu diễn bằng đồ thị 2D,3D
Hình 5 biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun
đến độ xốp của lớp phủ (đồ thị 2D và 3D). Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy khi thay đổi
khoảng cách phun trong khoảng L = 0,1÷0,3m, độ xốp lớp phủ theo tỷ lệ % có xu hướng
giảm. Mặt khác, ứng với một giá trị khoảng cách phun L không đổi, độ xốp lớp phủ có xu
hướng tăng theo mức tăng lưu lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun. Mức tăng
độ xốp tỷ lệ thuận với mức tăng lưu lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun. Khi
muốn độ xốp của lớp phủ nhỏ, cần điều chỉnh giá trị khoảng cách phun tăng, trong khi lưu
lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun giảm.

Hình 5. Quan hệ giữa lưu lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun
đến độ xốp của lớp phủ
Hình 6 biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng phun và khoảng cách phun đến độ xốp của lớp
phủ. Kết quả thu được cho thấy khi thay đổi tốc độ trung bình dòng kim loại phun trong
khoảng V = 800÷1200m/s, độ xốp lớp phủ theo tỷ lệ % có xu hướng tăng. Mặt khác, ứng với
một giá trị tốc độ trung bình dòng kim loại phun V không đổi, độ xốp lớp phủ có xu hướng
tăng theo mức tăng lưu lượng phun nhưng lại có xu hướng giảm theo mức tăng của khoảng
cách phun. Mức tăng độ xốp tỷ lệ thuận với mức tăng lưu lượng phun và tỷ lệ nghịch với mức
tăng của khoảng cách phun. Khi muốn độ xốp của lớp phủ nhỏ, cần điều chỉnh giá trị tốc độ
trung bình dòng kim loại phun và lưu lượng phun giảm, trong khi khoảng cách phun tăng.
425

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 6. Quan hệ giữa lưu lượng phun và khoảng cách phun đến độ xốp của lớp phủ
Hình 8 biểu diễn quan hệ giữa khoảng cách phun và tốc độ trung bình dòng kim loại
phun đến độ xốp của lớp phủ. Kết quả thu được chỉ ra rằng khi thay đổi lưu lượng phun trong
khoảng m = 300-500 g/ph, độ xốp lớp phủ theo tỷ lệ % có xu hướng tăng. Mặt khác, ứng với
một giá trị lưu lượng phun m không đổi, độ xốp lớp phủ có xu hướng tăng theo mức tăng tốc
độ trung bình dòng kim loại phunnhưng lại có xu hướng giảm theo mức tăng của khoảng cách
phun. Mức tăng độ xốp tỷ lệ thuận với mức tăng tốc độ trung bình dòng kim loại phunvà tỷ lệ
nghịch với mức tăng của khoảng cách phun. Khi muốn độ xốp của lớp phủ nhỏ, cần điều
chỉnh giá trị lưu lượng phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun giảm, trong khi khoảng
cách phun tăng.

Hình 7. Quan hệ giữa khoảng cách phun và tốc độ trung bình dòng kim loại phun
đến độ xốp của lớp phủ
3.2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ phun đến độ xốp của lớp phủ bột hợp
kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền trục thép C45 được biểu diễn bằng hàm toán học
Các số liệu cho trong Bảng 2 đã cho phép xây dựng mô hình toán học bậc 2 của độ xốp γ
theo khoảng cách phun L, tốc độ trung bình dòng kim loại phun V và lưu lượng phun m.
(1)

Từ các kết quả nghiên cứu thu được cho thấy nếu giữ nguyên khoảng cách phun L và
tốc độ trung bình của dòng kim loại phun V, tăng dần lưu lượng phun m thì độ xốp có tỷ lệ %
tăng lên. Khi giữ nguyên lưu lượng bột phun m và khoảng cách phun L, tăng tốc độ trung bình
của dòng kim loại phun V thì độ xốp cũng tăng theo. Nhưng khi giữ nguyên tốc độ trung bình
của dòng kim loại phun V và lưu lượng bột phun m, tăng dần khoảng cách phun L thì độ xốp
lại có xu hướng giảm dần. Điều này có thể giải thích nếu cùng một lưu lượng cấp bột và vận
tốc dòng kim loại phun mà khoảng cách phun quá gần các hạt phun không điền đầy khít với
nhau làm cho độ xốp tăng lên và ngược lại khi khoảng cách tăng, năng lượng va đập của các

hạt vật chất phun giảm không nhiều, chùm vật chất phun có hình phễu sẽ phân tán hơn, điều

426


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
hòa số lượng vật chất phun đến mẫu và từ đó có khả năng các hạt nóng chảy dễ điền đầy được
các lỗ hổng, làm độ xốp giảm, lớp phủ mịn đặc hơn.
3. KẾT LUẬN
Từ những phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm nêu trên có thể đưa ra các kết luận sau:
Độ cứng lớp phủ hợp kim 67Ni18Cr5Si4B nhận được trên mẫu thí nghiệm lớn hơn từ
2,5-2,8 lần so với lớp nền thép C45 khi phun bằng công nghệ HVOF. Chất lượng lớp phủ
nhận được trên các mẫu thí nghiệm cho thấy độ xốp có xu hướng tăng (tỷ lệ thuận) theo chiều
tăng của các thông số phun. Nhưng theo trình tự các lô thí nghiệm lại có xu hướng giảm (tỷ lệ
nghịch) theo chiều tăng của các thông số kết quả như sau lô thí nghiệm thứ 1: γTB = 1,533 đến
4,250; lô thí nghiệm thứ 2: γTB = 1,053 đến 3,471; lô thí nghiệm thứ 3: γTB = 0,767 đến 2,961.
Từ kết quả kiểm tra độ xốp đã xây dựng đồ thị 2D, 3D và công thức toán học biểu diễn sự ảnh
hưởng của các thông số công nghệ đến độ xốp của lớp phủ. Kết quả nghiên cứu có thể ứng
dụng và làm cơ sở để tính toán, lựa chọn chế độ công nghệ phun hợp lý trong việc phục hồi
hoặc tạo mới các chi tiết dạng trục.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.
[2] Nguyễn Văn Lộc, Công nghệ mạ điện, NXB Giáo dục, 2007.
[3] Hoàng Tùng, Công nghệ phun phủ và ứng dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội,
2006.
[4] Nguyễn Văn Thông, Công nghệ phun phủ bảo vệ và phục hồi, NXB Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội, 2006.
[5] Trần Văn Dũng, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ để nâng cao chất lượng bề
mặt chi tiết máy, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật - Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2012.
[6] Đinh Văn Chiến, Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong xử lý bề mặt kim loại để phục hồi

một số chi tiết máy bị mòn có dạng trục và ống tròn xoay, Báo cáo đề tài cấp thành phố Mã số: 01C-01/04-2009-2, 2009.
[7] Đinh Văn Chiến và Đinh Bá Trụ, Kỹ thuật phun nhiệt tốc độ cao HVOF/HVAF/D-GUN,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2014.
[8] BA BAI, Production of Coated and Free-Standing Engineering Components using the
HVOF (High Velocity Oxy-Fuel), Process, Dublin City University, 2003.
[9] Mahbub, H, High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Thermal Spray Deposition of Functionally
Graded Coatings, Dublin City University, 2005.
[10] Tan, J. C, Optimisation of the HVOF Thermal Spray Process For Coating, Forming and
Repair of Components, Dublin City University, 1997.

427