tổng hợp lắp đặt và sữa chữa máy cơ khí

Bài tập LĐ&SCM

GVHD: Đinh Minh Diệm
CÔNG NGHỆ PHUN ĐẮP

-

1. Khái niệm
Bản chất quá trình là tạo ra một luồng kim loại (kể cả hợp kim)
nóng chảy nhờ các nguồn nhiệt khác nhau, dưới áp suất khi
phun có sự va đập vào lớp kim loại nền, do ảnh hưởng của các
biến đổi lý hoá tương tác, mà hình thành nên lớp phủ bám chắc
vào lớp nền.
Phun phủ kim loại được sử dụng cho các mục đích chính sau:
+ Phục hồi các bề mặt mòn chủa chi tiết máy
+ Tạo lớp bề mặt có cơ tính cao của các chi tiết chế tạo mới.
+ Sữa chữa các khuyết tật xuất hiện khi gia công cơ khí.
+ Bảo vệ chống gỉ ở môi trường khí quyển và ở các môi
trường đặc biệt như: Nhiệt độ, áp suất cao, hóa chất vv…
+ Thay thế kim loại quý giảm giá thành sản phẩm
+ Công nghiệp trang trí.
2. Cơ chế hình thành lớp phủ kim loại
- Động lực để hình thành lớp phủ kim loại là nhiệt lượng và nhiệt
động năng của các hạt kim loại phun.
- Chất lượng lớp phủ phụ thuộc vào nguồn năng lượng phun và cả
trạng thái làm sạch bề mặt phun trên kim loại nền. Các hiện tượng
tác động tương hỗ lẫn nhau về cơ - lý – hoá tính khi hình thành lớp
phủ kim loại như sau :
• Quá trình hoạt hoá nhiệt xảy ra trên bề mặt phun phủ:
Hiệu suất của quá trình nung nóng vật phun theo biểu thức:
H = q / I.U.

Trong đó: I và U – cường độ dòng điện và hiệu điện thế.
- Quá trình hình thành liên kết giữa các hạt phun với nền, như là một
phản ứng hoá học trên mặt phân cách các pha tham dự vào mối liên
kết vật lý do các hạt bị biến dạng và bị dàn mỏng ra. Nếu ký hiệu x
là số nguyên tử đã tham gia vào phản ứng trong thời gian τ , thì
phương trình động học của tốc độ phản ứng có dạng:
dx
E
∆S
= ( N 0 * x ) *υ * exp(− a ) * exp(
)
dτ
kTk
k

Trong đó: NO - Là số nguyên tử trên bề mặt nền hoặc bề mặt hạt
υ - Là tần số dao động riêng của các nguyên tử
Ea - Là năng lượng hoạt hoá;
SVTH: Nguyễn Văn Phong – 11C1C


Bài tập LĐ&SCM
GVHD: Đinh Minh Diệm
∆S - Là entropi hoạt hoá tại vùng có phản ứng hoá học;
TK - Là nhiệt độ tiếp xúc đo theo thang nhiệt độ tuyệt đối;
k- Là hằng số Boltxman.
• Nhiệt độ tiếp xúc tại vùng va đập khi phun:
Một trong những thông số chủ yếu để đánh giá tương tác hoá
học của các vật liệu khi tiếp xúc là nhiệt độ tiếp xúc giữa hạt nóng chảy
(lỏng) và nền cứng. Nhiệt độ tiếp xúc T K và năng lượng hoạt hoá Ea

được tính theo công thức gần đúng : Ea =K . TK (ln τ + 30)

Hình 1.2 Sơ đồ giải thích về thay đổi thời gian τ (TK, P) theo nhiệt độ
tiếp xúc và áp suất vùng tiếp xúc
• Hiện tượng va đập của các hạt kim loại phun :
Do ảnh hưởng của lực quán tính, hạt hình cầu chuyển động với
vận tốc V khi va đập sẽ bị chảy dàn ra trên bề mặt nền.
Biểu thức xác định tốc độ tối thiểu của hạt ở trạng thái nóng
chảy, cần đạt được để gây ra biến dạng khi va đập vào mặt phẳng là:

SVTH: Nguyễn Văn Phong – 11C1C


Bài tập LĐ&SCM

GVHD: Đinh Minh Diệm

Vmin = 2

d
σ ( − 3)
h
γ 1d

Trong đó: σ - Sức căng mặt ngoài của vật liệu hạt ở TT nóng chảy;
γ 1 - Tỷ trọng của vật liệu hạt;
d - Đường kính của hạt trước khi va đập ;
h - Chiều cao của hạt đã nguội.
3. Đặc trưng sự hình thành và cấu trúc lớp phủ trên kim loại nền
Lớp phủ là loại vật liệu có cấu trúc lớp được tạo bởi các hạt

phun bị biến dạng mạnh, và gắn kết với nhau trên các vùng hàn bề mặt
kiểu tiếp xúc. Trong lớp phủ có thể phân biệt những vùng cấu tạo phản
ánh các quá trình hình thành nên chúng và được phân cách bởi các biên
của vùng. Biên giới phân cách lớp phủ và kim loại nền, sẽ quyết định độ
bám dính, hay cũng chính là độ bền liên kết giữa chúng.
Các điều kiện hình thành biên liên kết giữa các lớp và giữa các
hạt được xác định bởi khoảng thời gian chúng tồn tại trong khí quyển.
Cấu trúc và tính chất của lớp phủ phụ thuộc vào thành phần cỡ
hạt bột phun. Thông thường cỡ hạt phù hợp nằm trong khoảng
40-70% µm

Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc lớp phun.

SVTH: Nguyễn Văn Phong – 11C1C


Bài tập LĐ&SCM

GVHD: Đinh Minh Diệm

4. Các thông số công nghệ chính ảnh hưởng đến chất lượng lớp
phủ:
Đối với hầu hết các phương pháp phun thì những yếu tố ảnh
hưởng đến hiệu quả của quá trình phun là:
- Các thông số về kết cấu của đầu phun và về vật liệu phun;
- Các thông số về chế độ phun và về điều kiện phun phủ.
Trong điều kiện thí nghiệm tại Viện Nghiên cứu Cơ khí, chúng
tôi chọn 3 thông số công nghệ chính để khảo sát là:
+ Khoảng cách phun (L, mm);
+ Lưu lượng cấp bột phun (M, g/phút);

+ Áp suất khí thổi (MPa).
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bám dính lớp phủ với
kim loại nền
- Tốc độ va đập các hạt phun vào kim loại nền:
- Vai trò của sự gia nhiệt kim loại nền trước khi phun:
- Ảnh hưởng của ứng suất dư trong lớp phủ:
6. Các phương pháp phun kim loại
Dựa vào nguồn nhiệt lượng làm nóng chảy kim loại phun, các
thiết bị phun hiện tại có thể chia làm hai nhóm chính: Nhiệt khí và Điện
năng.
• Phương pháp phun phủ nhiệt khí:
- Phương pháp phun phủ nhiệt khí có ứng dụng rộng rãi. Phương
pháp này sử dụng nhiệt năng ngọn lửa cháy làm nóng chảy các
các vật liệu phủ
- Một trong những dạng đặc biệt thuộc nhóm này là phương pháp
phun nổ, sử dụng năng lượng nổ hỗn hợp ôxy - axêtylen. Trong
phun nhiệt khí tuỳ thuộc vật liệu phun mà có thể phân ra 3
dạng: Phun dây, phun thanh và phun bột.

SVTH: Nguyễn Văn Phong – 11C1C


Bài tập LĐ&SCM

GVHD: Đinh Minh Diệm

Hình 2. Sơ đồ phun nhiệt khí dùng dây kim loại

Hình 3. Sơ đồ phun nổ
• Các phương pháp phun điện:

a) Phun bằng hồ quang điện:
- Phương pháp này sử dụng năng lượng của hồ quang điện để làm
nóng chảy kim loại phun.


Bài tập LĐ&SCM

GVHD: Đinh Minh Diệm

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý đầu phun dây hồ quang điện
b) Phun bằng plasma:
- Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất. Người ta ứng dụng năng
lượng của luồng plasma để làm nóng chảy kim loại phun phủ.
Nhờ có hồ quang mà khí công tác được nung nóng tới nhiệt độ
rất cao
sau đó thoát ra khỏi miệng đầu súng phun thành luồng plasma ổn định
nhờ hiệu ứng dòng khí xoáy chạy suốt thành ống phun trong kết cấu của
đầu phun.

-

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý phun phủ plasma
O
Do luồng plasma có nhiệt độ rất cao, có thể tới 10.000 K nên
dùng phun plasma để tạo lớp phủ từ tất cả các loại vật liệu khó
nóng chảy hiện có đến nay và đây là một trong những ưu điểm
nổi bật của phương pháp này.


1).

2).

4).
5).
6).
1).
2).

Bài tập LĐ&SCM
GVHD: Đinh Minh Diệm
7. Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp phun phủ :
a) Những ưu điểm chính của công nghệ phun phủ:
Sự đa dạng về vật liệu phun và lớp nền khác nhau. Ví dụ ta có thể phun
kim loại lên thủy tinh, gốm, vật liệu hữu cơ.
Có thể tạo lớp phun trên toàn bộ bề mặt chi tiết hoặc tại một vùng cục
bộ, trong khi bằng các phương pháp khác (nhúng, mạ ...) lại khó có thể
đạt được.
3). Thiết bị phun tương đối đơn giản và gọn.
Bằng cách lựa chọn thành phần từng lớp phun và tổ hợp các lớp phun có
thể tạo ra vật liệu có những tính năng đặc biệt khác hẳn với các vật liệu
truyền thống.
Có thể dùng phương pháp phun để chế tạo chi tiết có hình dáng khác
nhau.
Công nghệ phun cho năng suất khá cao và thao tác không phức tạp.
b) Một số nhược điểm của phương pháp phun phủ:
Khi tạo lớp phun trên bề mặt những chi tiết có kích thước lớn thì quá
trình này kém hiệu quả do tổn hao vật liệu phun và vì thế không kinh tế.
Ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng điều kiện làm việc của công nhân.

3). Qúa trình phun cũng tạo ra những hợp chất độc trong không khí do sản

phẩm cháy tạo thành, có hại cho sức khoẻ.
8. Một số vật liệu phun phủ thông dụng đang được sử dụng trên
thế giới
Các vật liệu phun phủ xử lý bề mặt kim loại được chia thành 04
nhóm theo lĩnh vực ứng dụng của các chi tiết máy và phương pháp phun
phủ sau đây:
1) Nhóm I: Bột kim loại đơn kim hoặc tổ hợp kim loại nhiều lớp gồm các
loại vật liệu như:
- Bột trên cơ sở nền nhôm Al;
- Bột trên cơ sở nền Cô ban Co;
- Bột trên cơ sở nền Đồng Cu;
- Bột trên cơ sở nền Sắt Fe;
- Bột trên cơ sở nền Molíp đen Mo;
- Bột trên cơ sở nền Niken Ni.
2) Nhóm II: Bột hợp kim dạng MCrAlY gồm hai nhóm vật liệu chính
gồm:
- Hợp kim bột trên cơ sở nền bột Cô ban Co;


Bài tập LĐ&SCM
GVHD: Đinh Minh Diệm
- Hợp kim bột trên cơ sở nền bột Niken Ni.
3) Nhóm III: Bột gốm cho trong Bảng 3.3, gồm:
- Bột ô-xit nhôm là nền cơ sở;
- Bột ô-xit Crôm là nền cơ sở;
- Bột ô-xit Zirconi là nền cơ sở.
4) Nhóm IV: Bột các bít
- Bột các bít Crôm là nền cơ sở;
- Bột các bít Tungsten là nền cơ sở.
Tuỳ thuộc vào mục đích chế tạo mới hay phục hồi các lớp phủ

bề mặt trên chi tiết máy mà người ta sử dụng các phương pháp phun
phủ thích hợp, bao gồm thiết bị và vật liệu phủ tương ứng.

Metalizare HVAF - HVAF Thermal Spray Chrome Carbide.mp4