Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ bền bám dính của lớp phủ kim loại dược phun bằng phương pháp nhiệt khí

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN
---------------***---------------

“Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu, kết quả
nghiên cứu của luận văn này chƣa từng đƣợc cơng bố ở một cơng trình nào khác mà
tôi không tham gia.”

Tác giả

Phạm Hồng Chi

Phạm Hồng Chi

-1-


ạc sỹ khoa học

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ .................................... 8
1.1.
CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ ........................................................................ 8
1.1.1.
Khái niệm, đặc điểm và phạm vi ứng đụng của công nghệ phun phủ.................. 8
1.1.1.1. Khái niệm: ...................................................................................... 8
1.1.1.2. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp phun phủ. ........... 8
1.1.2.
Sự hình thành và cấu trúc của lớp phun phủ........................................................... 10

1.1.2.1. Những quan điểm về sự xuất hiện hiện lớp phun phủ. ................... 11
1.1.2.1. Cấu trúc của lớp phun kim loại. ..................................................... 12
1.1.3.
Các phƣơng pháp phun phủ bằng nhiệt khí. ........................................................... 14
1.1.3.1. Phƣơng pháp phun phủ bằng ngọn lửa oxy-axetylen...................... 15
1.1.3.2. Phƣơng pháp phun phủ bằng kích nổ khí. ...................................... 16
1.1.3.3. Phƣơng pháp phun phủ bằng Hồ quang điện. ................................ 18
1.1.3.4. Phƣơng pháp phun phủ bằng Plasma. .....................................................................19
1.1.3.5. Phƣơng pháp phun phủ bằng bốc bay trong chân khơng. ....................................21
1.1.4.
Các vật liệu chính dùng trong phƣơng pháp nhiệt phun. ......................................23
1.1.4.1. Vật liệu phun phủ dạng dây. .......................................................... 23
1.1.4.2. Vật liệu dạng thanh.....................................................................................................24
1.1.4.3. Vật liệu dạng bột ........................................................................... 25
1.1.4.4. Keramic ........................................................................................ 25
1.1.5.
Thiết bị phun phủ kim loại bằng nhiệt khí. ............................................................. 25
1.1.5.1. Khái niệm chung về chức năng thiết bị. ......................................... 25
1.1.5.2. Cơ cấu cấp vật liệu phủ. ................................................................ 26
1.1.5.3. Thiết bị phun phủ bằng khí cháy Ôxy-axetylen. ............................ 28
1.1.6.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng lớp phủ....................................................... 29
1.2.
CÔNG NGHỆ CHUẨN BỊ BỀ MẶT KIM LOẠI NỀN.............................. 32
1.2.1.
Mục đính của Cơng nghệ chuẩn bị bề mặt. ............................................................ 32
1.2.2.
Công nghệ chuẩn bị bề mặt trƣớc khi phun phủ: ................................................... 32
1.2.2.1. Phƣơng pháp làm sạch bề mặt. ...................................................... 33
1.2.2.2. Tạo nhám lớp bề mặt trƣớc khi phun phủ. ..................................... 33

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. ........................................................................................ 35
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ BÁM DÍNH ........................... 36
2.1.
CƠ SỞ KÝ THUYẾT VỀ ĐỘ BỀN BÁM DÍNH ....................................... 36
2.1.1.
Lực dính bám của hạt kim loại lỏng bên bề mặt các chất rắn. ............................. 36
2.1.2. LỰC VANDERVAN: ............................................................................... 38
2.1.3. LỰC LIÊN KẾT DO ẢNH HƢỞNG CỦA LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP: ......... 39
2.1.4.
Liên kết kim loại: ........................................................................................................40
2.1.5.
Những nhân tố ảnh hƣởng đến độ bám:..................................................................41
1.1.2.2. Ảnh hƣởng của lực co rút kim loại: ............................................... 41
P ạm Hồ g C i

-2-


ạc sỹ khoa học
1.1.2.3. Ảnh hƣởng của trạng thái bề mặt cơ sở (nền). ............................... 43
1.1.2.4. Ảnh hƣởng do phƣơng pháp chuẩn bị bề mặt: ............................... 44
1.1.2.5. Ảnh hƣởng của cấu trúc lớp phun .................................................. 46
1.1.
ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ BỀN BÁM
DÍNH CỦA LỚP PHUN PHỦ KIM LOẠI. ........................................................... 48
1.1.2.6. Ảnh hƣởng của các yếu tố cơng nghệ đến độ bền bám dính................................ 48
1.1.2.7. Ảnh hƣởng của chế độ cấp vật liệu phun: ...................................... 48
1.1.2.8. Ảnh hƣởng của chế độ làm việc của đầu phun: .............................. 49
1.1.2.9. Ảnh hƣởng của yếu tố chùm hồ quang điện và dòng vật liệu phủ. . 51
1.1.2.10. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp chuẩn bị bề mặt: .............................. 53

1.1.2.11. Ảnh hƣởng của ứng suất dƣ trong lớp phủ: .................................... 54
1.1.2.12. Ảnh hƣởng của công nghệ xử lý nhiệt sau phun phủ:..................... 54
1.2.
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG ĐỒNG THỜI CỦA NHIỀU YẾU TỐ
CƠNG NGHỆ TỚI ĐỘ BỀN BÁM DÍNH. ........................................................... 58
1.1.2.13. Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm. ........................................... 58
1.1.2.14. Phƣơng pháp hồi quy: ................................................................... 58
1.1.2.15. Xác định hệ số của phƣơng trình hồi quy: ..................................... 58
2.2.1.1. Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số và tính thích ứng của mơ hình tồn học:................ 59
1.1.2.16. Xây dựng phƣơng trình hồi quy với 3 biến số và phƣơng pháp tối ƣu hoá: ......60
1.1.2.17. Xây dựng phƣơng trình hồi quy với 3 biến số ................................ 60
1.1.2.18. Phƣơng pháp tối ƣu ....................................................................... 62
1.1.2.19. ẢNH HƢỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT SAU PHUN ĐẾN CHẤT LƢỢNG
LỚP PHUN PHỦ .......................................................................................................................... 63
1.1.2.20. Mục đích của việc xử lý nhiệt lớp phun phủ. ................................. 63
1.1.2.21. Phƣơng pháp nung kết: .................................................................. 63
1.1.2.22. Phƣơng pháp nung chảy: ............................................................... 64
1.1.2.23. Phƣơng pháp biến dạng dẻo........................................................... 66
1.1.2.24. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian thiêu kết đến tính chất cơ học
của lớp phun phủ. ......................................................................................... 66
1.1.2.25. Ảnh hƣởng của thời gian thiêu kết tới sự khuếch tán của hai pha kim loại...67
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................... 68
CHƢƠNG 3 THIẾT Ị V PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU ................................ 69
3.1.
THIÊT BI THI NGHIÊM PHUN PHU ĂNG OXYAXETYLEN ............. 69
3.1.1.
Đầu phun yp – 1.......................................................................................................... 69
3.1.2.
Máy phun..................................................................................................................... 69
3.1.3.

Máy n n khí tự động: .................................................................................................70
3.1.4.
Các bình chứa khí:......................................................................................................70
3.1.5.
Máy phun cát:.............................................................................................................. 70
3.2.
PHƢƠNG PH P X C ĐỊNH ĐỘ ỀN KÉO CỦA LỚP PHUN PHỦ ......................... 72
3.3.
PHƢƠNG PH P X C ĐỊNH ĐỘ ỀN M DÍNH CỦA LỚP PHUN PHỦ. ...73
3.3.2.
Phƣơng pháp xác định độ bền bám dính pháp: ...................................................... 74
3.4.
XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN
ĐỘ BỀN BÁM DÍNH CỦA LỚP KIM LOẠI BẰNG THỰC NGHIỆM ................ 75
P ạm Hồ g C i
-3-


ạc sỹ khoa học
3.4.1.
QU TR NH CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ........................................................... 75
3.4.1.1. Công tác chuẩn bị kỹ thuật: ........................................................... 75
3.4.1.2. Lựa chọn vật liệu phun phủ ........................................................... 76
3.4.1.3. Chuẩn bị m u phun ....................................................................... 77
3.4.1.4. Điều ch nh máy ............................................................................. 77
3.4.1.5. Phun thử nghiệm ........................................................................... 77
3.4.1.6. Phun chính thức ............................................................................ 78
3.4.1.7. Kiểm tra chất lƣợng sản phẩm sau phun ........................................ 78
3.4.1.8. Gia công phun phủ ........................................................................ 78
3.4.1.9. Kiểm tra chất lƣợng lần cuối ......................................................... 78

3.4.2.
XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC BIỂU THỊ QUAN HỆ GIỮA ĐỘ
BỀN BÁM DÍNH PHÁP CỦA LỚP PHUN PHỦ VỚI 3 THÔNG SỐ: KHOẢNG
CÁCH PHUN, ÁP LỰC KHÍ THỔI VÀ ÁP LỰC KHÍ ƠXYT. ........................................79
3.4.2.1. Điều kiện thí nghiệm: .................................................................... 79
3.4.2.2. Điều kiện biên và chế độ thí nghiệm.............................................. 80
3.4.2.3. Mơ tả thí nghiệm: .......................................................................... 80
3.4.2.4. Kết quả đo và xử lý số liệu thí nghiệm .......................................... 81
3.4.2.5. Tìm vùng tối ƣu của 3 thơng số cơng nghệ .................................... 83
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ......................................................................................... 87
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 89
4.1.
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI ĐỂ CHỐNG ĂN MÒN CHO NGỌN
ĐUỐC CỦA GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM SƢ TỬ VÀNG. ....................... 89
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 98

P ạm Hồ g C i

-4-


ạc sỹ khoa học
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ
Hình 1-1: Ngun lý đầu phun bằng khí cháy........................................................................... 8
Hình 1-2: nguyên tắc làm việc của đầu phun bằng hồ quang điện ........................................ 9
Hình 1-3: Cấu trúc lớp phun phủ. ............................................................................................ 13
Bảng 1-1 cho ta thấy sự so sánh thành phần hoá học của lớp phủ với dây phun. ............... 13
Hình 1-4: Cấu trúc kim tương của một số lớp phủ ................................................................. 14
Hình 1-5: Sơ đồ nguyên lý phun phủ bằng ngọn lửa ơxy-axêtylen ....................................... 15

Hình 1 – 6 : Sơ đồ nguyên lý phun phủ bằng kích nổ khí ...................................................... 17
Hình 1-7: Sơ đồ ngun lý của phương pháp phun phủ bằng hồ quang điện ..................... 18
Hình 1-8: Sơ đồ chế tạo thành plasma ..................................................................................... 20
Hình 1-9: Sơ đồ nguyên lý phun phủ plasma .......................................................................... 20
Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị phủ kiem loại trong chân khơng................................... 21
Hình 1-11 Sơ đồ chức năng của thiết bị phun phủ ................................................................. 26
Hình 1-12: Sơ đồ cơ cấu cấp vật liệu bột .................................................................................. 26
Hình 1-13. Sơ đồ nguyên lý các dạng thiết bị cấp liệu bột ...................................................... 27
Hình 1-14 Sơ đồ cơ cấu cấp dây ................................................................................................ 28
Hình 1- 15. Sơ đồ nguyên lý thiết bị phun bằng khí cháy ơxy-axêtylen................................. 28
Hình 1-16: cấu tạo của đầu phun ơxy-axêtylen....................................................................... 29
Hình 1-17: Sơ đồ cơng nghệ chuẩn bị bề mặt.......................................................................... 32
Hình 2 – 1: Sự dính bám của giọt lỏng trên vật rắn ............................................................... 36
Hình 2 – 2: Hình dạng giọt lỏng ............................................................................................... 37
Hình 2 – 3: Ảnh hưởng của vị trí ngun từ đến lực liên kết ................................................. 39
Hình 2 – 4: Ứng suất trong lớp phủ.......................................................................................... 41
Hình 2-6. Sự bố trí ngun tử trong mạng. .............................................................................. 43
Hình 2-7. Sự phụ thuộc giữa sức bền bám dính và độ nhám bề mặt. ................................... 45
Hình 2 – 8. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ bám dính .................................................. 46
Hình 2-9: Sơ đồ chùm tia phun................................................................................................. 47
Hình 2 – 10: Sự hình thành cấu trúc lớp. ................................................................................ 48
Hình 2-11 Quan hệ giữa độ bền bám dính ( a ) công suất riêng (Nd) và hệ số sử dụng vật
liệu (KM) ....................................................................................................................................... 50
P ạm Hồ g C i

-5-


ạc sỹ khoa học
Hình 2-12. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của cơng suất dịng plasma Nd đến một số thơng

số kỹ thuật. ................................................................................................................................... 51
Hình 2-13: Độ bám dính phụ thuộc vào khoảng cách phun lớp từ thép 45. ........................ 52
Hình 2-14: Độ cứng phụ thuộc vào khoảng cách phun phủ từ thép C45............................. 53
Hình 2-15: Độ chịu mài mòn phụ thuộc vào khoảng cách phun lớp phủ từ thép 0,8%C... 53
Hình 2-16. Sơ đồ tóm tắt các yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến độ bền bám dính ............... 55
Bảng 2 – 1 .................................................................................................................................... 61
nh 3 – 2: Sơ đồ cấu tạo phễu chuyển cát.............................................................................. 71
nh 3- 3. Sơ đồ cấu tạo súng phun cát.................................................................................... 72
nh 3-4. Sơ đồ m u thử bền k o lớp phủ kim loại................................................................. 72
nh 3 – 5:

u thử độ bền bám dính pháp............................................................................ 74

Hình 3-6. Sơ đồ quy trình cơng nghệ phun phủ ...................................................................... 76
Hình 4 – 7: Sơ đồ ứng suất bám dính pháp ............................................................................. 79
Hình 4 – 8: Ảnh m u thử độ bền bám dính pháp.................................................................... 80
Hình 4.1. Flare boom sau khi sử lý bề mặt bằng phương pháp nhiệt nhơm ........................ 89
Hình 4.2. Súng phun .................................................................................................................. 90
Hình 4.3. Kiểm tra sự hoạt động của thiết bị trước khi tiến hành làm thực nghiệm (test
panel)............................................................................................................................................ 90
Hình 4.4. Kiểm tra độ muối của hạt mài trước khi sử dụng để làm sạch bề mặt gia cơng .. 91
Hình 4.5. m u thử sau khi được phủ lớp nhôm bằng phương pháp nhiệt phun ................. 91
Hình 4.6. kiểm tra nhiệt độ bề mặt kim lợi trưốc khi tiến hành nhiệt phun.......................... 92
Hình 4.7. Nhiệt phun m u thử .................................................................................................. 92
Hình 4.8. kiểm tra độ dày khơ của lớp phủ .............................................................................. 93
Hình 4.9. Tiến hành phun phủ trên chi tiết.............................................................................. 95

P ạm Hồ g C i

-6-

ạc sỹ khoa học
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam đang trong tiến trình phát triển và ngày càng hội nhập sâu rộng vào
kinh tế thế giới, nhiều nghành cơng nghiệp đang đƣộc đầu tƣ lớn, trong đó có
cơ khí chế tạo, cơng nghiệp dầu khí… phần lớn các thiết bị công nghệ trƣớc
đây phải nhập nguyên chiếc hoặc đặt sản xuất từ nƣớc ngoài với giá thành cao,
chi phí lắp đặt vận chuyển và thay mới với chi phí rất lớn so với đầu tƣ ban
đầu. Do đó việc nghiên cứu và triển khai chế tạo sản phẩm trong nƣớc nếu
thành cơng sẽ góp phần khơng nhỏ vào việc giảm chi phí đầu tƣ và tăng sức
cạnh tranh cho sản phẩm trong nƣớc.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Làm công nghệ phun phủ để ứng dụng gia cơng bề mặt, tạo lớp chống oxy hóa
cho các kết cấu của giàn khai thác dầu hoạt động trong mơi trƣờng oxy hóa cao
và chịu nhiệt cao.
3. Đối tƣợng nghiên cứu ứng dụng.
Ngọn đuốc (flare boom) của các giàn công nghệ trung tâm.
4. Nhiệm vụ của nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệp để xác định các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng đến tính
bám dính và khả năng chống oxy hóa của lớp phủ kim loại.
Ứng dụng cơng nghệ phun phủ để gia công bề mặt của Đuốc (flare boom) với
thời gian hoạt động trên 20 năm tại ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam.
5. Cấu trúc luận văn
Nội dung luận văn đƣợc chia thành 4 chƣơng, cuối luận văn là kết luận chung và
kiến nghị cho hƣớng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm :
+Phần mở đầu
+ Chƣơng 1 : Tổng quan về công nghệ phun phủ.
+ Chƣơng 2 : Nghiên cứu lý thuyết về độ bám dính.

+ Chƣơng 3 : Thiết bị và phƣơng pháp nghiên cứu.
+ Chƣơng 4 : Ứng dụng của đề tài.
+ Kết luận chung, kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiếp theo
+ Tài liệu tham khảo

P ạm Hồ g C i

-7-


ạc sỹ khoa học
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ
1.1. Công nghệ phun phủ.

1.1.1. Khái niệm, đặc điểm và phạm vi ứng đụng của công nghệ phun phủ
1.1.1.1. Khái niệm:
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
công 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.
1.1.1.2. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp phun phủ.
Phun kim loại có thể phủ đƣợc các kim loại nguyên chất, các hợp kim của
chúng hoặc vật liệu phi kim lên mặt kim loại hoặc bề mặt vật cứng khác. Bằng phun
kim loại cũng có thể tạo ra những lớp d n điện trên vật không d n điện, tạo các lớp
chịu nhiệt v.v… Những cơng dụng này rất có ý nghĩa trong các lĩnh vực kỹ thuật.

Hình 1-1: Nguyên lý đầu phun bằng khí cháy

Ở đây kim loại đƣợc đƣa vào trong đầu phun dƣới dạng dây có đƣờng kính
khoảng 1.2÷3mm
Các ống d n khí ơxy, axêtylen và khơng khí nén có áp suất đƣợc đƣa tới đầu
phun. Hỗn hợp khí ơxy và axêtylen cháy cho ta ngọn lửa hàn khí. Dƣới tác dụng của
ngọn lửa đầu dây bị đốt nóng chảy. Đồng thời khơng khí nén thổi giọt kim loại lỏng
P ạm Hồ g C i

-8-


ạc sỹ khoa học
làm bắn ra những hạt kim loại nhỏ bay theo dịng khí nén với tốc độ cao (khoảng 100
÷ 200m/s) đập lên bề mặt vật đắp. Lớp kim loại phủ trên bề mặt vật sẽ có độ cứng lớn
hơn kim loại dây và có sức bền kéo không lớn lắm. Sức bền liên kết với vật liệu cơ sở
cũng nhỏ. Nhƣng tính chất của lớp phủ sẽ có nhiều tác dụng khác nhƣ tính chịu mài
mịn trong ma sát ƣớt, có khả năng giữ dầu. Để nâng cao độ bám của lớp phủ, bề mặt
cơ sở phải hoàn toàn sạch và đƣợc chuẩn bị trƣớc phƣơng pháp thích hợp nhƣ gia
cơng cơ khí, phun bi, bắn cát… Sau khi làm sạch và tạo nhấp nhô, tốt nhất là tiến
hành phun ngay và không chậm hơn 2 giờ. Nếu để lâu bề mặt làm sạch lại bị ôxy hố
bởi khơng khí.
Kim loại hoặc hợp kim trong trƣờng hợp khơng thể tạo đƣợc dƣới dạng dây thì
có thể đƣa vào dầu phun dƣới dạng bột (gọi là đầu phun bột kim loại).

Hình 1-2: nguyên tắc làm việc của đầu phun bằng hồ quang điện

Nhiệt dùng đốt cháy kim loại có thể thu đƣợc bằng ngọn lửa ơxy-axêtylen hoặc
bằng hồ quang điện. Hình 1- 2. Là đầu phun sử dụng hồ quang điện, bằng đầu phun
loại này có thể phun các kim loại có điểm nóng chảy cao.
Để gây cháy hồ quang ngƣời ta dùng nguồn điện bình thƣờng nhƣ đối với hàn
điện. Kim loại phun bằng dầu phun khí và đầu phun hồ quang khơng nhất thiết phải

có tính chất chung.
Mặt khác khả năng sử dụng phun kim loại không bị hạn chế bởi độ lớn, nhỏ
của vật phủ. Vì thiết bị phun kim loại rất dễ dàng di dộng và có thể xách tay. Phun

P ạm Hồ g C i

-9-


ạc sỹ khoa học
kim loại rất thích hợp cho việc phục hồi các tiết bị mòn nhƣ: trục khuỷu, cổ trục lắp
bi, chốt … và sửa chữa các khuyết tật của vật đúc.
Ngày nay ngƣời ta còn dùng các đầu phun với ngọn lửa Plasma để phun các
kim loại có điểm nóng chảy cao nhƣ: vonfram, molipđen, crơm… Phun kim loại hiện
nay dùng cho các mục đích sau:
- Phục hồi các chi tiết máy mòn.
- Sửa chữa các khuyết tật của vật đúc.
- Sửa chữa các khuyết tật xuất hiện khi gia cơng cơ khí.
- Bảo vệ chống g ở mơi trƣờng khí quyển.
- Bảo vệ các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao.
- Thay thế kim loại mầu bằng kim loại phun.
- Trang trí
Tuy nhiên phun kim loại cịn có những nhựơc điểm sau:
- Mối liên kết giữa các lớp phủ và kim loại nền còn thấp.
- Tổn thất kim loại nhiều d n đến giá thành sản phẩm cao.
- Ảnh hƣởng đến độ bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi của chi tiết).
- Bề mặt phun luôn luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo nhấp nhơ.
- Địi hỏi trình độ tay nghề cơng nhân kỹ thuật cao. Điều kiện làm việc năng
nhọc.
Những nhƣợc điểm này cũng chính là những hƣớng đƣợc nghiên cứu hiện nay.

1.1.2. Sự hình thành và cấu trúc của lớp phun phủ.
Dứơi áp lực của dịng khí nén, kim lỏng đƣợc thổi làm phân tán thành các lớp
sƣơng mù kim loại rất nhỏ và đƣợc bám lên bề mặt chi tiết đã đƣợc chuẩn bị sạch, tạo
nên một lớp phủ dày, trong đó các phần tử kim loại đè lên nhau theo từng lớp. Trên
cơ sở các hiện tƣợng lý – hoá xảy ra trong quá trình phun kim loại, sự hình thành lớp
phủ rất phức tạp và vấn đề này có rất nhiều quan điểm. Ở đây ta nêu một số quan
điểm chính về sự hình thành lớp phủ bằng phun kim loại.
P ạm Hồ g C i

-10-


ạc sỹ khoa học
1.1.2.1. Những quan điểm về sự xuất hiện hiện lớp phun phủ.
Phun kim loại đƣợc biết từ lâu và từ đó đến nay đã xuất hiện nhiều cơng trình
nghiên cứu khác nhau về việc giải thích sự hình thành và tính chất của lớp phủ. Có
thể chia ra thành các quan điểm lý thuyết nhƣ sau:
- Lý thuyết Pospisil – sehyl
- Lý thuyết của Schoop
- Lý thuyết của Karg, Katsch, Reininger
- Lý thuyết của Schenk
a. Lý thuyết của Pospisil – sehyl
Theo pospisil-sehyl: lớp phủ bằng phun kim loại đã xuất hiện do các giọt kim loại
lỏng bị phun bằng một dịng khí nén với tốc độ rất cao (trung bình khoảng 200m/s).
Các giọt này bị phá vỡ thành rất nhiều hạt nhỏ, dạng của các hạt này đƣợc đặc trƣng
bằng kim loại của nó. Theo bản chất có thể chia loại thành hai nhóm.
- Các kim loại mà ơxyt của nó khi phun ở thể lỏng thì ln tạo thành các hạt có
dạng hình cầu.
- Các kim loại mà ơxyt của nó khi phun ở thể rắn (nhƣ nhôm, kẽm) sẽ tạo thành
những hạt không đồng đều (đa cạnh).

Dạng của các hạt khi bay hồn tồn khơng thay đổi mà chủ yếu ch xảy ra sự
ơxy hố. Sự ơxy hố kim loại thực chất bắt đầu xảy ra từ quá trình làm chẩy dây phun
và tiếp tục khi kim loại lỏng bắt đầu tách thành các hạt nhỏ thì bề mặt của các hạt
cũng bắt đầu tăng lớp ơxyt. Số lƣợng ơxyt nhiều, ít là một nhân tố chính ảnh hƣởng
đến chất lƣợng của lớp phủ.
Q trình va đập của các hạt rất khó xác định bằng thực nghiệm vì quá trình này
xảy ra trong một thời gian rất ngắn, mà trong thời gian đó q trình này có ảnh hƣởng
rất lớn tới tốc độ bám của các phân tử với kim loại nền.
Từ các thực nghiệm tác giả của lý thuyết này tính tốn và kết luận rằng: các
phần tử kim loại trong thời điểm va đập trên bề mặt phun là ở thể lỏng.

P ạm Hồ g C i

-11-


ạc sỹ khoa học
b. Lý thuyết của Schoop
Theo Schoop: Năng lƣợng động năng của các hạt kim loại khi bay đƣợc cung
cấp bởi áp lực của dịng khí n n, nên khi va đập lên bề mặt phun thực tế có sự thay
đổi nhiệt. Thực nghiệm đã xác định đƣợc rằng: những hạt kim loại khi rơi khỏi miêng
vòi phun, bắt đầu bị nguội và đông dặc rất nhanh do tác dụng của dịng khí nén.
Trong thời điểm va đập chúng sẽ có sự biến dạng dẻo, do vậy chúng liên kết với nhau
thành lớp liên kết.
c. Lý thuyết của Kag, Katsch, Reininger
Lý thuyết này cho rằng những hạt kim loại bị nguội và đông đặc là do tác dụng
của nguồn năng lƣợng động năng của khí nén. Mặt khác trong q trình đi từ vịi
phun các hạt đã ở trạng thái nguội nhƣ vậy sẽ không xảy ra sự biến dạng dẻo.
d. Lý thuyết của Schenk
Theo Schenk: nhiệt độ của các hạt phun phải lớn hơn nhiệt độ chảy lỏng để xảy

ra sự hàn chặt chúng với nhau. Nhƣng điều này khơng thực tế vì thời điểm đó va đập
trên bề mặt bị phun, kim loại lớp bề mặt nền có khả năng bị đốt nóng đến nhiệt độ
chảy để có thể xảy ra sự hàn gắn giữa các phần tử với kim loại nền.
1.1.2.1. Cấu trúc của lớp phun kim loại.
Lớp phủ bằng phun kim loại có tính chất và thành phần khác hẳn với vật liệu
ban đầu.
Trên hình 1 – 3 là cấu trúc thơ đại của lớp phủ bằng phun. Ở đây ta thấy rằng:
đặc trƣng cơ sở của cấu trúc này là những tấm kim loại với kích thƣớc từ 0,1 – 0,2
mm và chiều dày là 0,005 – 0,01 mm. Các phần tử này có độ biến dạng khác nhau và
bị phân cách với nhau bằng một lớp ôxy mỏng với chiều dày 0,001 mm.
Cấu trúc của lớp kim loại phủ có đặc trƣng của các cấu trúc bị nguội lạnh đột
ngột. Ở lớp th p cácbon thƣờng có cấu trúc mactenxit cho đến cấu trúc bainit. Ngoài
những phần tử nền này ra, trong lớp phủ cịn chứa các phần tử nhỏ khơng biến dạng,
những phần tử này khi va đập lên bề mặt nền đã ở trạng thái rắn.

P ạm Hồ g C i

-12-


ạc sỹ khoa học

Hình 1-3: Cấu trúc lớp phun phủ.
Sự nguội lạnh của các phần tử xảy ra rất nhanh và bị tác dụng bởi tốc độ nguội
lạnh rất lớn, nên trong cấu trúc, ngồi dung dịch Fe-C cịn có dung dịch đặc của Feoxy do vậy khi đông đặc sẽ xuất hiện trong mạng nhƣng trung tâm lệch mạng, những
trung tâm này có ảnh hƣởng đến độ bám của lớp phủ.
Trong lớp phủ thép có thể có ơxyt, một loại ơxyt đƣợc hình thành riêng biệt,
loại khác bao bọc quanh các phần tử kim loại biến dạng. Loại đầu thƣờng coi là bất
lợi, làm xấu tính chất tính chất cơ học của lớp phủ. Loại thứ hai đóng nhiệm vụ liên
kết các phần tử kim loại riêng biệt. Bên cạnh các cấu trúc trên, trong thành phần cấu

trúc của lớp phủ phải kể đến một lƣông khá lớn các lỗ xốp. Các lỗ xốp này đã đƣợc
hình thành do sự liên kết không chặt chẽ của các phần tử kim loại khi bị biến dạng.
Các lỗ xốp có trong cấu trúc của lớp phủ sẽ tạo cho lớp phủ những tính chất tốt khi
làm việc trong điều kiện cần bơi trơn (hình 1- 4).
Ngồi ra chúng ta phải x t đến thành phần hoá học của lớp phủ kim loại. Nói
chung thành phần hố học (các ngun tố kim loại) của lớp phủ thƣờng giảm đi so
với kim loại ban đầu (dây phun hoặc bột phun).
Bảng 1-1 cho ta thấy sự so sánh thành phần hoá học của lớp phủ với dây phun.

P ạm Hồ g C i

C%

Mn%

Si%

S%

Dây phun

0,47

0,,65

0,33

0,033

Lớp phủ

0,31

0,25

0,16

0,024

-13-


ạc sỹ khoa học
Nhƣ vậy thành phần hoá học của lớp phủ so với thành phần gốc thì hàm lƣợng
bị giảm 40  50%. Nguyên nhân của hàm lƣợng bị giảm là do bị ơxy hố trong q
trình phun.

Hình 1-4: Cấu trúc kim tƣơng của một số lớp phủ
a. Vật liệu phun III – HA b. Vật liệu III 10H 01 200
c. Vật liệu IIC 124 BK 01 200
1.1.3. Các phƣơng pháp phun phủ bằng nhiệt khí.
Do phun kim loại đều dùng nhiệt để nung chảy kim loại và dùng dịng khí có áp
suất để thổi kim loại lỏng phân tán ra thành bụi để phủ lên bề mặt kim loại nền. Vì
vậy phƣơng pháp có tên gọi phun kim loại bằng nhiệt khí.
Tuỳ theo quan điểm về dấu hiệu và đặc trƣng mà phƣơng pháp phun kim loại
bằng nhiệt khí có các tên gọi khác nhau:
Theo dạng năng lƣợng có: Phƣơng pháp điện – khí, phƣơng pháp ngọn lửa ga.
Theo nguồn nhiệt phƣơng pháp điện – khí đƣợc chia ra: Phƣơng pháp hồ quang
điện, phƣơng pháp plasma, phƣơng pháp dòng diện cảm ứng cao tần. Phƣơng pháp
nhọn lửa ga bao gồm: Phƣơng pháp ngọn lửa và phƣơng pháp dùng nhiệt bằng kích

nổ khí.
Theo mơi trƣờng bảo vệ; Có phƣơng pháp áp st thƣờng (ngồi khơng khí) và
phun trong mơi trƣờng chân không.

P ạm Hồ g C i

-14-


ạc sỹ khoa học
Theo dạng vật liệu phủ thì phun kim loại còn chia ra: Phun bằng dây và phun
bằng bột.
1.1.3.1. Phƣơng pháp phun phủ bằng ngọn lửa oxy-axetylen.
a. Khái niệm
Vật liệu phủ (có thể dạng dây hoặc bột) đƣợc nung nóng chảy bằng ngọn lửa ga.
Kim loại lỏng bị dịng khí nén phân tán thành bụi và đẩy đi với vận tốc cao hƣớng vào
bề mặt kim loại cơ sở đã đƣợc chuẩn bị. Tại bề mặt chi tiết diễn ra quá trình liên kết
giữa các phần tử của hai pha kim loại để tạo thành lớp phủ.
b. Nguyên lý và đặc điểm của phƣơng pháp (xem hình 1-5)

Hình 1-5: Sơ đồ nguyên lý phun phủ bằng ngọn lửa ôxy-axêtylen
1 – Khí nén, 2- khí ôxy – axetilen, 3- Dậy vật liệu phủ, 4- Thân đầu phun, 5Tâm ngọn lửa, 6 – Vùng nóng cảy, 7 - Ngọn lửa, 8 – Dịng khí nén, 9 - Lớp phủ, 10 –
Dòng phần tử kim loại phủ, 11- Kim loại nền.
Dây vật liệu phủ cấp theo lỗ trung tâm 2 và bị nung chảy tại vùng tâm ngọn lửa
5. Dịng khí nén 8 phân tán loại lỏng thành bụi và thổi đi thành dòng phần tử 10
hƣớng vào bề mặt kim loại cơ sở 11 tạo ra lớp phủ 9
Phản ứng khí cháy axetilen:
2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O + 1262,86 KJ
Nhƣ vậy cứ cứ 2,5 ơxy thì 1 axetilen, nhƣng thực tế trên ch là 1,1: 1, điều này
đƣợc giải thích phần ơxy cịn lại đƣợc lấy từ khơng khí xung quanh.

c. Các thơng số ảnh hƣởng đến chất lƣợng phu phủ
P ạm Hồ g C i

-15-


ạc sỹ khoa học
Thông số kết cấu đầu phun:
- Đƣờng kính lỗ phun ga, đƣờng kính lỗ đầu phun.
Chế độ phun:
- Áp suất khí cháy Pc, áp suất khí thổi Pt, mức tiêu thụ khí cháy G, tỷ lệ hỗn hợp
khí : thƣờng dùng Pc = (30 – 35). 103 Pa; Pt = (300 – 400). 103 Pa; (1KG/cm2 =
100.000 pa; 1Mpa = 1.000.000 Pa) G = 0,5 – 2,5 m3/h, butan).
Các thống số của vật liệu phủ gồm:
- Cỡ hạt: 10 – 100m, hạt càng lớn nóng chảy càng kém, mức tiêu hao bột: 0,5
– 10kg/h, đƣờng kính dây vật liệu phủ, 1,5 mm, vận tốc cấp vật liệu phủ, 0,15 – 1m/s
Các thống số ngoại vi gồm:
- Khoảng cách phun: 75 – 200mm, góc phun, 30oC – 90oC;
Các thơng số của tia lửa ga và dịng phân tử gồm:
- Vận tốc tia lửa ga: 150 – 300 m/s, vận tốc của phần tử phủ, 20 – 100 m/s, nhiệt
độ cho vật liệu bột  2473oK, vật liệu dây  2973oK (OoC tƣơng ứng với thanh đo
273oK).
1.1.3.2. Phƣơng pháp phun phủ bằng kích nổ khí.
a. Khái niệm
Phƣơng pháp dùng nguồn nhiệt tạo ra do kích nổ khí với cơng suất đạt hàng
triệu oát, vận tốc phần tử phủ đạt tới 800 – 1500 m/s, nhiệt độ đạt 3000 – 4000oK
b. Nguyên lý và đặc điểm của phƣơng pháp (xem hình 1 – 6)

P ạm Hồ g C i

-16-


ạc sỹ khoa học

Hình 1 – 6 : Sơ đồ nguyên lý phun phủ bằng kích nổ khí
1 - Buồng cháy, 2- Bộ phóng điện, 3- Sóng nhiệt, 4- Sóng nổ, 5- Kênh d n, 6Hỗn hợp khí, 7- Ngọn lửa, 8- Dịng phần tử.
I- khí C2H2, II – khí O2, III N2.
Trong buồng cháy 1 máy đƣợc nạp hỗn hợp khí, ví dụ: C2H2 - O2 – N2. Khi bộ
phóng điện 2 phóng điện làm cháy hỗn hợp khí, tạo ra sống nhiệt 3, sống nổ 4, tạo ra
sản phẩm cháy của hỗn hợp khí 6. Vật liệu phủ đồng thời nạp vào kênh. Ngọn lửa 7
làm nóng chảy vật liệu phủ và bị dịng khí có áp suất đẩy đi tạo thành dịng phần tử 8.
c.

Các thơng số ảnh hƣởng đến chất lƣợng lớp phủ
Thông số kết cấu đầu phun gồm: đƣờng kính kênh d n dc, chiều dài kênh d n 1c,

thƣờng lấy dc = 8 – 10mm, lc = 1200- 2000 mm. Hình dạng ống, độ bóng bề mặt ống,
tỷ lệ dc/lc cũng ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng lớp phủ.
Chế độ phun gồm:
Mức tiêu hao khí G, tỷ lệ khí cháy và ơxy , áp suất khí P.
Lấy G = 0,2 – 6m3/h cho axetinle và ôxy,  = 1,21, Portland = 0,05 – 0,15Mpa
Thông số ngoại vi gồm:
- Khoảng cách phun, 50 – 200mm.
- Góc phun 45o – 90o
P ạm Hồ g C i

-17-

ạc sỹ khoa học
1.1.3.3. Phƣơng pháp phun phủ bằng Hồ quang điện.
a. Khái niệm
Bản chất của phƣơng pháp hồ quang điện là lợi dụng ngọn lửa hồ quang để
nung nóng chảy vật liệu, rồi dùng dịng khí có áp suất thổi những giọt kim loại lỏng
thành dòng bụi với vận tốc cao hƣớng vào bề mặt kim loại cơ sở.
b. Nguyên lý và đặc điểm của phƣơng pháp (xem hình 1-7)

Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp phun phủ bằng hồ quang điện
1- Ngọn lửa hồ quang, 2- Dây kim loại phủ, 3- Đầu phun, 4- Con lăn, 5- Cơng
tắc, 6- Dịng vật liệu.
Ngun lý hoạt động của phƣơng pháp
Dây vật liệu 2 đƣợc nối với hai cực điện khác nhau nhờ cơng tắc 5. Khi mạch
điện đóng đồng thời dây kim loại 2 chuyển động nhờ con lăn 4. Khi tiếp cận tại đâu
dây 2 xuất hiện hồ quang làm nóng chảy kim loại. Khí thổi phân tán những giọt kim
loại vào bề mặt kim loại nền.
c. Các thông số ảnh hƣởng đến chất lƣợng lớp phủ
Thông số kết cấu đầu phun gồm:
- Đƣờng kính đầu phun dc = 3 – 6 mm, hình dạng đầu phun, góc chéo nhau của
2 dây, thƣờng chọn  = 30o.
Chế độ phun gồm:
P ạm Hồ g C i

-18-


ạc sỹ khoa học
- Cơng suất dịng hồ quang Nd; tiêu hao khí thổi G
Kinh nghiệm cho thấy chọn Nd = 2000 – 10.000 KJ/kg và
G = 60 – 150m3/h tƣơng ứng với áp suất 0,35 – 0,55 Mpa.

Các thông số của vật liệu phủ gồm:
- Đƣờng kính dây, d. Tốc độ cấp dây, v. Thƣờng lấy d = 1 – 3,5 mm
V = 0,05 – 0,35 m/s.
Các thống số ngoại vi gồm:
- Thƣờng góc phun chọn 65o – 90o, khoảng cách phun 60 – 150 mm.
Các thống số của dòng vật liệu gồm:
- Thƣờng chọn cỡ hạt 10 – 100 m, vận tốc bay của hạt tại phần đầu của dòng
hạt  300 m/s và đến gần bề mặt kim loại nền còn 50 – 150 m/s.
1.1.3.4. Phƣơng pháp phun phủ bằng Plasma.
Khái niệm
Khi ở nhiệt độ tuyệt đối (khơng) thì trạng thái của 2 ngun chất khí (H2, N2…)
bắt đầu có trạng thái (a) chuyển động song song theo trục X,Y, Z. Ở nhiệt độ 10oK thì
xuất hiện thêm chuyển động quay, nếu tiếp tục tăng, ví dụ đến 1000oK thì các phần
thì các phần tử dao động (b). Sự va chạm mạnh l n nhau d n đến phân chia phân tử
(c). Ở trạng thái nhƣ vậy mỗi chất khí có nhiệt độ riêng, ví dụ: khí ôxy 3000oK, nitơ
4500oK. Tiếp tục tăng nhiệt độ thì quá trình ion hố hồn tồn (d) trong điều kiện áp
suất khơng khí bắt đầu ở nhiệt độ 10.000oK. Trạng thái khí đƣợc tạo thành với phần
lớn nguyên tử hoặc phân tử đƣợc ion hố, cịn lƣợng điện tích và ion âm bằng lƣợng
ion dƣơng gọi là plasma. Phƣơng pháp plasma có thể tạo ra hồ quang với vài trục
ngàn độ kelvin.

P ạm Hồ g C i

-19-


ạc sỹ khoa học
Sơ đồ chế tạo thành plasma (hình 1-8)

Hình 1-8: Sơ đồ chế tạo thành plasma

1- Ion dƣơng, 2- Điện tích
a. -Trạng thái bắt đầu, b-Trạng thái lao động, c-Trạng thái phân chia phân tử, dTrạng thái mất điện tích
Nguyên lý và đặc điểm của phƣơng pháp (xem hình 1 – 9)
Khi đóng mạch thì tại vị trí đầu phun giữa đầu vonfram (cực âm) và đầu thân
đồng (cực dƣơng) xuất hiện hồ quang, dịng khí 1 (argon hoặc nitơ đôi khi bổ xung
thêm hydrô) đồng thời đƣợc cấp vào vùng nhiệt độ cao và đƣợc nung chảy. Khi gặp
khí thẩii có áp suất lớn, kim loại lỏng phân tán thành bụi và bay với vận tốc cao
hƣớng vào bề mặt kim loại cơ sở 6.

Hình 1-9: Sơ đồ nguyên lý phun phủ plasma

P ạm Hồ g C i

-20-


ạc sỹ khoa học
1- Dịng khí plasma, 2- Đƣờng cấp vật liệu phủ, 3-Nguồn điện, 4-Cực âm, 5Cực dƣơng, 6-Kim loại cơ sở.
1.1.3.5. Phƣơng pháp phun phủ bằng bốc bay trong chân không.
a. Đặc điểm và bản chất của phƣơng pháp:
Cơ sở của phƣơng pháp phủ kim loại trong chân khơng là làm bốc hơi kim loại
phủ, dịng phần tử ở dạng hơi đƣợc hƣớng vào bề mặt kim loại nền. Sau đó sẽ ngƣng
tụ trên nó, tạo ra lớp lên kết.
Thiết bị phủ kim loại trong môi trƣờng chân khơng trên hình 1- 10

Hình 1-10: Sơ đồ ngun lý thiết bị phủ kiem loại trong chân không
1- Đế, 2- Buồng phủ, 3- Vật liệu phủ, 4- Nguồn năng lƣợng, 5- Dòng vật liệu
phủ, 6 - Cửa, 7 – Chi tiết phủ, 8- Lớp phủ, 9- Cửa cấp khí, 10 - Tấm ngăn.
Quá trình xảy ra trong buồng (2) nhƣ sau: Vật liệu (3) đƣợc bốc hơi ở dạng dây
nhỏ hoặc bột, do đƣợc nung nóng bằng nhiệt điện. Chi tiết cần phủ (7) đƣợc treo ở

phía trên buồng (2). Khi nhiệt độ đạt đến yêu cầu, vật liệu phủ (3) tức khắc bốc hơi,
toả ra buồng chân không (2). Dòng phân tử (5) (ở lƣợng khkác nhau, chuyển động và
đập vào bề mặt kim loại nền (7) và ngƣng tụ tạo ra lớp phủ (8).
Quá trình đƣợc diễn ra trong buồn kín có áp suất 13,3 – 133.10-3 Pa. Nhờ điều
kiện đó đã tạo ra đƣợc bƣớc nhảy tự do cần thiết cho phần tử loại kim phủ. Lực tác
dụng làm chuyển rời dòng phần tử đến bề mặt kim loại nền (7) chính là do sự chênh
lệch áp suất của các pha hơi.
P ạm Hồ g C i

-21-


ạc sỹ khoa học
Giá trị áp suất cao nhất đạt đƣợc ở vùng gần bề mặt bốc hơi (3) và giá trị nhỏ
nhất ở vùng bề mặt kim loại nền (7). Ngồi chun nhân chênh lệch áp suất cịn có
ngun nhân khác làm chuyển rời phần tử đó là dịng phần tử ở trạng thái ion. Năng
lƣợng của các phần tử ở trạng thái ion còn làm cho lớp phủ có chất lƣợng cao.
Q trình phủ kim loại trong chân không đƣợc các nhà khoa học chia ra làm 3
giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Sự chuyển từ trạng thái rắn hoặc lỏng của vật liệu phủ sang trạng
thái rắn hoặc lỏng của vật liệu phủ sang trạng thái khí (hơi).
Giai đoạn 2: Sự hình thành dịng phân tử và sự chuyển động của chúng đến bề
mặt kim loại nền.
Giai đoạn 3: Sự ngƣng tụ của các phần tử trên bề mặt kim loại nền và sự tạo
thành liên kết – nghĩa là lớp phủ.
Trong đó hai giai đoạn đầu có tính quyết định giai đoạn 3
Vận tốc hình thành lớp phủ đƣợc xác định theo công thức [75]:
V

V

Vp S cos 
4 L2
Vp S cos  cos 

 L2

(1- 3)

(1 - 4)

Công thức (1-3) – dùng cho nguồn bốc hơi là điểm
Công thức (1-4) – dùng cho bốc hơi là mặt bằng
Trong đó:
Vp - Tốc độ bay hơi của dịng phân tử;
S - Diện tích phủ;
 - Góc phun – góc đo giữa phƣơng của dịng phần tử và phƣơng vn góc bề

mặt phủ, trƣờng hợp nguồn bốc hơi là điểm;
 - Góc phun – góc đo giữa phƣơng của dịng phần tử và phƣơng vng góc với

bề mặt kim loại nền khi nguồn bốc hơi là mặt phẳng.
P ạm Hồ g C i

-22-


ạc sỹ khoa học
Từ công thức trên cho thấy các thông số đặc trƣng cho phủ chân không là:
- Khoảng cách phun L; Góc phun  và  ; Diện tích phủ S.

b. Những yêu cầu kỹ thuật đối với chi tiết phun trong chân không
Chi tiết phủ trong chân khơng cần đáp ứng các u cầu sau:
- Kích thƣớc chi tiết phải hợp lý để tạo ra thiết bị chân không;
- Vật liệu phủ không cho phép tạo ra áp suất cao khi hố hơi;
- Vật liệu phủ có khả năng nung nóng bề mặt kim loại nền để nâng cao độ bám
dính.
1.1.4. Các vật liệu chính dùng trong phƣơng pháp nhiệt phun.
Vật liệu dùng để phun phủ thƣờng ở dạng dây và bột. Dạng dây dùng trong
phun phủ bằng ngọn lửa ga, bằng hồ quang điện và bằng điện xung còn dạng bột
dùng cho phun bằng phủ plasma, kích nổ khí và bằng ngọn lửa ga.
1.1.4.1. Vật liệu phun phủ dạng dây.
Vật liệu dạng dây có ƣu điểm cấp liên tục và đều và đều vào vùng chảy, thơng
thƣờng có các vật liệu sau đây:
a. Nhơm (99,85% Al)
Lớp phủ bằng nhôn dùng để bảo vệ kim loại đen khơng bị ơxy hố, trong trƣờng
hợp ủ khuyếch tán với mục đích để nhơm khuyếch tán và kim loại nền, tạo đƣợc một
lớp bảo vệ ơxy hố ở nhiệt độ cao. Dây đƣợc phủ bằng nhơm có thể dùng làm dây d n
điện.
b. Kẽm
Dùng để phủ bảo vệ cho kim loại đen khơng bị ơxy hố. Loại kẽm này chứa
99,995% Zn
c. Mơlipđen (99,95Mo)
Có khả năng bám dính cơ khí tốt về bề mặt loại nền, do vậy hay đƣợc dùng để
phủ lót, sau đó mới phun phủ lớp kim loại khác. Lớp phủ mơlipđen cịn có khả năng
chịu đƣợc mơi trƣờng muối, axit nóng.
P ạm Hồ g C i

-23-

ạc sỹ khoa học
d. Thiếc và hợp kin thiếc
Tráng thiếc là phƣơng pháp tăng khả năng chịu axit cho chi tiết, chống ơxy hố,
thƣờng dùng phƣơng pháp phủ thiếc trong sản xuất đồ gia dụng cho thực phẩm.
e. Đồng và hợp kim đồng
Sử dụng việc phun phủ đồng và hợp kim của đồng có các loại sau:
Đồng nguyên chất ( 99,9% Cu) dùng cho mạ dây điện;
Đồng nhôm ( 5  12% Al) với bổ sung thêm thành phần sắt, niken, mơi trƣờng
nƣớc biển, chống ơxy hố và chịu mịn tốt;
Đồng phốt pho (0,03  0,35% Portland) loại lớp phủ này chịu mịn cao vì vậy
dùng cho việc tăng cứng hoặc phục hồi các ngõng trục, bạc trƣợt cho các cơ cấu của
tầu thuỷ.
Đồng latun - loại hợp chất đồng có tính chống sự ăn mịn. Sử dụng các chi tiết
đƣợc phủ đồng latun trong mơi trƣờng nƣớc biển.
Đồng chì ( 23  42% Pb) lớp phủ bằng hợp kim đồng chì có khả năng chịu mài
mịn cao vì vậy dùng để mạ lót các chi tiết làm việc ở tốc độ cao và tải trọng lớn.
f. Niken và hợp chất của niken
Niken nguyên chất – niken có khả năng làm việc phần lớn mơi trƣờng hố chất,
khơng bị ơxy hố trong nƣớc.
Niken – crơm (80% Ni và 20% cr) trên thực tế vật liệu này không bị g trong
môi trƣờng nhiệt độ cao và môi trƣờng axit và kiềm.
g. Thép cácbon và hợp kim thấp của thép cácbon
Dùng để tăng cứng bề mặt và tăng khả năng chịu mòn cho các chi tiết máy.
Thép chịu ăn mòn
Loại thép này gồm có: thép mactenxit và austenit.
Mactexit dung ở mơi trƣờng chống mài mòn, chống ăn mòn (hợp kim Fe–Cr).
Austenit (Fe – Cr – Ni và Fe – Cr – Mn) có khả năng chống ăn mịn cao.
1.1.4.2. Vật liệu dạng thanh
P ạm Hồ g C i

-24-


ạc sỹ khoa học
Dạng vật liệu này phổ biến đƣợc dùng bởi các hãng của Mỹ nhƣ” Rokide”,
“Rokide A” – ôxy nhôm, “Rokide ZS” – Silicat Siecôn, “Rokide C” ôxy crơm.
1.1.4.3. Vật liệu dạng bột
- Xét về sản xuất thì kim loại bột kinh hơn so với dạng dây và dạng thỏi.
- Nhƣợc điểm: tạo ra nhiều ôxyt trong quá trình nung chảy trong phun phủ.
- Độ chênh lệch kích thƣớc các hạt d n đến vận tốc và mức nƣớc nóng chảy
khác nhau nên dễ ảnh hƣởng đến chất lƣợng phun. Để loại trừ đƣợc nhƣợc điểm này
ch dùng kim loại bột có kích thƣớc 44 – 74m [4]
Nhơm, kẽm, đồng và hợp kim đồng, môlipđen, th p chịu ăn mòn, hợp kim bacbit.
Vật liệu compozit
Đây là loại vật liệu đƣợc tập hợp từ 2 loại vật liệu khác nhau nên mang tính chất
của 2 vật liệu tạo ra nó.
Hợp kim tự tảo x
Bột hợp kim tự tạo x có tác dụng làm lớp phủ khơng bị bọt khí, rỗng, ngậm x
và độ điền đầy tốt hơn. Những hợp kim đó là: hợp kim tựa trên niken, crơm – niken,
coban có thêm thành phần Bo và silic. Lớp phủ từ hợp kim trên cho khả năng chịu
mòn, chịu ăn mịn ở khơng khí với nhiệt độ cao.
1.1.4.4. Keramic
Keramic là loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao (cịn gọi là vật liệu khó nóng
chảy). Nhiệt độ nóng chảy có thể đến 3000oC. Keramic là hợp chất của ơxy kim loại,
borit, nitrit, silicat, cacbit. Trong số các hợp chất trên ôxy và cacbit đƣợc sử dụng
rộng rãi hơn.
1.1.5. Thiết bị phun phủ kim loại bằng nhiệt khí.
1.1.5.1. Khái niệm chung về chức năng thiết bị.
Thiết bị phun phủ bằng nhiệt thƣờng bao gồm các bộ phận và thiết bị sau:
nguồn năng lƣợng, bộ cấp vật liệu phủ, bộ điều khiển và đầu phun. Sơ đồ chức năng

trên hình 1-22
P ạm Hồ g C i

-25-