Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi tiết đến chất lượng bề mặt phun phủ bằng công nghệ phun nhiệt khí tốc độ

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu trình bày luận án phản ánh hoàn toàn trung thực Các kết nghiên cứu luận án chưa có cơng bố cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Chí Bảo ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến hai thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Đinh Văn Chiến PGS.TS Triệu Hùng Trường cán giảng dạy Trường Đại học Mỏ - Địa chất Các thầy tận tình hướng dẫn, bảo động viên suốt q trình nghiên cứu để tơi hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo Bộ môn Máy Thiết bị mỏ; Khoa Cơ điện; Phòng Đào tạo Sau đại học; Ban lãnh đạo Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Trường Đại học công nghiệp Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian làm luận án đóng góp q báu luận án Tơi xin gửi lời cám ơn nhà khoa học, tập thể giảng viên môn: Công nghệ, sức bền vật liệu, Máy thiết bị khí - Khoa Cơ khí; đồng nghiệp Trung tâm khí Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu, đóng góp ý kiến, tư vấn, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình làm thực nghiệm luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến giúp đỡ quý báu Công ty TNHH Dịch vụ Kỹ thuật Quang Khánh - TP Vũng Tàu tạo điều kiện giúp đỡ tơi làm thực nghiệm theo quy trình u cầu luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bố, mẹ, vợ, con, anh, chị, em bạn đồng nghiệp động viên, giúp đỡ vật chất tinh thần thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả luận án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIỆT 1.1 Công nghệ phun kim loại 1.2 Các phương pháp phun nhiệt 11 1.2.1 Các phương pháp phun nhiệt 11 1.2.2 Ứng dụng phương pháp phun nhiệt 15 1.3 Các nghiên cứu phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF giới 16 1.4 Các nghiên cứu phun nhiệt Việt Nam 21 1.5 Những vấn đề đặt cần nghiên cứu 24 Kết luận chương 28 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIỆT KHÍ VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHUN HVOF 29 2.1 Lý thuyết hình thành lớp phủ 29 2.2 Quá trình phun HVOF 33 2.2.1 Quá trình cháy lưu lượng khí hệ thống phun HVOF 34 2.2.2 Ưu điểm nhược điểm hệ thống phun HVOF 36 2.2.3 Đặc điểm lớp phủ phun công nghệ HVOF 37 2.3 Tính chất lớp phủ 38 2.3.1 Cấu trúc lớp phủ 40 2.3.2 Thành phần lớp phủ phun nhiệt 41 2.3.3 Sự lắng đọng lớp phủ 42 iv 2.3.4 Ứng suất dư 43 2.3.5 Độ cứng 45 2.3.6 Độ xốp 46 2.3.7 Độ bám dính 47 2.4 Cơ sở nhiệt động lực học trình phun HVOF 49 2.4.1 Động lực học dịng khí 51 2.4.2 Động lực học hạt 55 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ công nghệ HVOF 60 2.5.1 Ảnh hưởng dịch chuyển tương đối đầu phun chi tiết 60 2.5.2 Ảnh hưởng tham số động học phun 63 2.5.3 Ảnh hưởng vật liệu phun lưu lượng cấp bột 65 Kết luận chương 66 Chương 3: VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP PHUN VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LỚP PHỦ 67 3.1 Vật liệu phun phủ 67 3.1.1 Vật liệu 67 3.1.2 Vật liệu bột phun 68 3.2 Lập quy trình thử nghiệm 70 3.3.1 Thiết bị phục vụ thực nghiệm 74 3.3.2 Thiết bị phun 74 3.4 Phun phủ thực nghiệm 78 3.4.1 Kế hoạch thực nghiệm 78 3.4.2 Tiến hành thực nghiệm 79 3.4.3 Xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm 81 3.4.4 Hình ảnh mẫu thực nghiệm 82 3.5 Thiết bị đánh giá chất lương lớp phủ 83 v 3.6 Phương pháp đánh giá chất lượng lớp phủ 84 3.6.1 Phương pháp xác định độ cứng lớp phủ 84 3.6.2 Phương pháp xác định độ xốp lớp phủ 86 3.6.3 Phương pháp xác định độ bền bám dính lớp phủ 87 3.6.4 Phương pháp chụp ảnh SEM 94 Kết luận chương 95 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 96 4.1 Kết thực nghiệm 96 4.2 Kết ảnh hưởng thông số đến độ xốp lớp phủ 98 4.2.1 Ảnh hưởng lưu lượng cấp bột phun tới độ xốp lớp phủ 99 4.2.2 Ảnh hưởng tốc độ quay chi tiết tới độ xốp lớp phủ 101 4.2.3 Ảnh hưởng dịch chuyển súng phun tới độ xốp lớp phủ 102 4.3 Kết ảnh hưởng thơng số đến độ bám dính lớp phủ 105 4.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng cấp bột phun tới độ bám dính lớp phủ 106 4.3.2 Ảnh hưởng tốc độ quay chi tiết tới độ bám dính lớp phủ108 4.3.3 Ảnh hưởng lượng dịch chuyển đầu phun tới độ bám dính lớp phủ 109 4.4 Kết ảnh hưởng thông số đến độ cứng lớp phủ 112 4.5 Phân tích tổ chức tế vi liên kết biên giới lớp 114 Kết luận chương 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC 127 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa từ viết tắt chữ viết tắt αc Hệ số giãn nở nhiệt lớp phủ (/0C) αs Hệ số giãn nở nhiệt vật liệu (/0C) APS Phun Plama khơng khí (Air Plasma Spray) CFD Động lực học dịng tính tốn (Computational FluidDynamics) CS Phun lạnh (Cold Spray) D Đường kính ngồi mẫu thực nghiệm (mm) d Đường kính mẫu thực nghiệm (mm) d1, d2 Đường chéo vết lõm (µm) DGun Phun nổ Ec Mô đun đàn hồi lớp phủ (Pa) Es Mô đun đàn hồi vật liệu (Pa) F Diện tích tiếp xúc lớp phủ mẫu (mm2) h Chiều cao lớp phủ, (mm) HVAF Phun tốc độ cao khí nhiên liệu (High Velocity Air - Fuel) HVOF Phun nhiệt khí tốc độ cao (High Velocity Oxygen-Fuel) L Khoảng cách từ đầu súng phun đến bề mặt kim loại (mm) LPG Hỗn hợp nhiên liệu thể khí (Liquefied Petroleum Gas) LPPS Phun Plama áp suất thấp (Low Pressure Plasma Spray) M Số MACH (trong điều kiện tiêu chuẩn M = 346 m/s) m Lưu lượng cấp bột phun (gam/phút) n Tốc độ quay chi tiết phun (vòng/phút) P QHTN Lực nén tiếp tuyến mặt tiếp xúc lớp phủ bề mặt kim loại (KN) Quy hoạch thực nghiệm vii Ký hiệu Ý nghĩa từ viết tắt chữ viết tắt Ra S SEM SVL  Sai lệch trung bình số học giá trị tuyệt đối profile khoảng chiều dài chuẩn (µm) Lượng dịch chuyển súng phun sau vịng quay chi tiết (mm/vịng) Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) Diện tích quy ước vết lõm (µm2) Ứng suất bám dính lớp phủ hợp kim với kim loại (MPa) σc Ứng suất làm nguội (Pa) σq Ứng suất (Pa) tc Độ dày lớp phủ (m) Tf Nhiệt độ lắng đọng (0C) Tm Nhiệt độ nóng chảy lớp mỏng (°C) Ts Nhiệt độ vật liệu (°C) ts Độ dày vật liệu (m) TR Nhiệt độ môi trường (0C)  Ứng suất bám trượt (MPa) Vct VPS γ Tốc độ chuyển động bề mặt chi tiết phun (m/phút) Phun Plama chân không (Spray Plasma Vacuum) Độ xốp lớp phủ (%) viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Lịch sử phát triển công nghệ phun phủ Hình 1.2: Ứng dụng công nghệ HVOF lĩnh vực Hình 1.3: Quá trình phun nhiệt phân loại theo nguồn nhiệt 12 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý phương pháp phun nhiệt 13 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF 14 Hình 1.6: Phạm vi ứng dụng phương pháp phun 15 Hình 1.7: Sơ đồ tương tác hình thành lớp phủ 25 Hình 1.8: Sơ đồ biểu diễn yếu tố trình phun 26 Hình 2.1: Các giai đoạn trình phun nhiệt 30 Hình 2.2: Phân bố mật độ chùm hạt chồng chất chùm hạt phun 32 Hình 2.3: Hình ảnh hạt bột phun tiếp xúc với bề mặt 32 Hình 2.4: Sơ đồ dịng vật liệu phun va đập hình thành lớp phủ 33 Hình 2.5: Vận tốc dịng khí hệ thống HVOF theo áp suất buồng súng 34 Hình 2.6: Sự hình thành sóng xung kích dịng phun có áp suất cao áp suất mơi trường 35 Hình 2.7: Sơ đồ trạng thái lớp kim loại mỏng rơi bề mặt 39 Hình 2.8: Sơ đồ mặt cắt cấu trúc lớp phủ phun nhiệt 39 Hình 2.9: Sơ đồ cấu trúc lớp phủ 40 Hình 2.10: Mặt cắt ngang cấu trúc mỏng sau đông đặc 42 Hình 2.11: Sơ đồ ứng suất kéo 44 Hình 2.12: Sơ đồ ứng suất nén 45 Hình 2.13: Biểu diễn cấu trúc rỗ xốp lớp phủ phun nhiệt 46 Hình 2.14: Biểu diễn va chạm hạt phun bề mặt nhấp nhô theo tiết diện ngang 48 Hình 2.15: Kết cấu vòi phun HVOF 49 Hình 2.16: Kết cấu sung trình phun phủ HVOF 50 ix Hình 2.17: Ảnh đồ trường nhiệt độ buồng đốt 53 Hình 2.18: Trường áp suất trình phun HVOF 53 Hình 2.19: Tốc độ nhiệt độ hạt 58 Hình 2.20: Phân bố hạt trình phun 59 Hình 2.21: Tốc độ nhiệt độ theo cỡ hạt 59 Hình 2.22: Mơ tả q trình chuyển động hình thành lớp phủ 62 Hình 2.23: Hình ảnh tốc độ dịng phun theo vị trí 64 Hình 2.24: Mơ tả lượng dịch chuyển tương đối súng phun với chi tiết 64 Hình 3.1: Mẫu phun thép 40Cr 68 Hình 3.2: Hình ảnh bột phun Cr3C2– NiCr 69 Hình 3.3: Quy trình phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF 71 Hình 3.4: Thiết bị thực nghiệm phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF 75 Hình 3.5: Mẫu phun 83 Hình 3.6: Kiểm tra nhiệt độ mẫu 83 Hình 3.7: Các mẫu thực nghiệm thép 40Cr phun phủ bộtcác bít Cr3C2-NiCr phương pháp HVOF 83 Hình 3.8: Vết đo độ cứng Vicker 85 Hình 3.9: Ảnh chụp kết đo độ xốp lớp phủ 87 Hình 3.10: Nguyên lý xác định độ bền bám dính theo ASTM C633-13 88 Hình 3.11: Nguyên lý xác định độ bền bám dính theo JIS-H-8666-1980 89 Hình 3.12: Sơ đồ mẫu thử bền bám dính theo JIS H 8666 - 1980 90 Hình 3.13: Sơ đồ mơ tả trình tự xác định độ bám dính lớp phủ 91 Hình 3.14: Kích thước khn ép mẫu thử 92 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn giá trị lực nén đo độ bám dính lớp phủ 93 Hình 4.1: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (m) đến độ xốp lớp phủ 100 Hình 4.2: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (m) đến độ xốp lớp phủ 100 Hình 4.3: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (n) đến độ xốp lớp phủ 101 x Hình 4.4: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (n) đến độ xốp lớp phủ 101 Hình 4.5: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (S) đến độ xốp lớp phủ 103 Hình 4.6: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (S) đến độ xốp lớp phủ 103 Hình 4.7: Ảnh chụp đo độ xốp mẫu số 110 104 Hình 4.8: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (m) đến độ bám dính lớp phủ 107 Hình 4.9: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (m) đến độ bám dính lớp phủ 107 Hình 4.10: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (n) đến độ bám dính lớp phủ 108 Hình 4.11: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (n) đến độ bám dính lớp phủ 109 Hình 4.12: Đồ thị 3D biểu diễn mối quan hệ (S) đến độ bám dính lớp phủ 110 Hình 4.13: Đồ thị 2D biểu diễn mối quan hệ (S) đến độ bám dính lớp phủ 110 Hình 4.14: Ảnh chụp đo lực để tính độ bám mẫu số 110 111 Hình 4.15: Ảnh vết đo độ cứng cáclớp 114 Hình 4.16: Ảnh soi vùng biên giới liên kết 115 Hình 4.17: Ảnh SEM liên kết lớp phủ 116 113 TT Mã m (g/phút) n (v/phút) S(mm/v) HV 19 200 45 57 610,00 20 201 45 57 608,00 21 202 45 57 564,20 22 210 45 130 541,60 23 211 45 130 538,20 24 212 45 130 553,60 25 220 45 170 578,90 26 221 45 170 566,00 27 222 45 170 533,20 Từ số liệu bảng 4.5 đo độ cứng với mẫu theo chế độ phun khác cho thấy, độ cứng lớp phủ đạt giá trị trung bình 583 HV, Đồng thời, ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép 40Cr hình 4.15 cho thấy, vết ấn có kích thước tăng dần từ phần lớp phủ sang phần lõi thép, lớp phủ nhận mẫu thực nghiệm khảo sát có độ mịn, tỷ lệ tạp chất bên lớp phủ ít, độ xốp nhỏ mẫu có độ xốp nhỏ thường có độ cứng cao mẫu có độ xốp lớn lưu lượng cấp bột tăng số hạt bột nóng chảy khơng hồn tồn tăng theo làm giảm liên kết lát phủ phần ảnh hưởng đến độ bền liên kết độ cứng lớp phủcác mẫu có độ cứng cao nằm vùng tốc độ quay của mẫu 130 vòng/phút với lượng dịch chuyển súng phun nằm khoảng từ đến mm/vòng lưu lượng cấp bột khoảng 25 đến 35 gam/phút điều cho thấy với vùng tốc độ lượng tiến súng hợp lý để có độ cứng lớp phủ cao miền khảo sát tuân thủ theo quy luật độ xốp nhỏ liên kết lát phủ chặt chẽ dẫn đến độ cứng cao 114 4.5 Phân tích tổ chức tế vi liên kết biên giới lớp Tổ chức tế vi độ cứng lớp vật liệu sau phun phủ phương pháp HVOF tiêu chí đánh giá chất lượng tổng hợp Kết quan sát ảnh chụp tổ chức tế vi vùng biên giới liên kết lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr trục thép 40Cr phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF hình 4.15 Từ ảnh chụp cấu trúc tế vi mẫu thực nghiệm hình 4.15 cho thấy vùng biên giới lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr trục thép 40Cr có tạp chất, cấu trúc tế vi tương đồng toàn chiều dài mẫu khảo sát, điều chứng tỏ lớp phủ có độ bám dính tốt, tổ chức tế vi vết đo độ cứng khu vực đo khác vết ấn đầu đo nhận hai lớp vật liệu khảo sát có kích thước hình học khác cụ thể là: kích thước vết ấn lớp phủ bua có giá trị nhỏ kích thước vết ấn thép 40Cr, điều chứng tỏ độ cứng lớp phủ bua lớn độ cứng thép Hình 4.15: Ảnh vết đo độ cứng cáclớp 115 Hình 4.16: Ảnh soi vùng biên giới liên kết Quan sát hình 4.16 mẫu ảnh soi cho thấy vùng lớp phủ liên kết với mịn thể hịa trộn kết dính lát phủ với tốt nên độ xốp nhỏ.Vùng biên giới liên kết quan sát thấy điền đầy bề mặt tiếp xúc lớp phủ lớp không thấy khiếm khuyết lỗ rỗng gần lớp vật liệu liên kết chặt chẽ với tạo nên độ bám dính lớp phủ với lớp Như gần trường hợp khơng có ảnh hưởng hóa học lớp khơng có khuyếch tán kim loại Điều giải thích hồn tồn phù hợp với phần lý thuyết chương Đó trình làm nguội nhanh, khuếch tán qua lại lớp phủ vật liệu xảy mức độ hạn chế, bám dính chủ yếu mang tính chất vật lý, khơng mang tính chất luyện kim hay hóa học Mặc dù hạt nóng chảy làm biến dạng đến độ nhấp nhô bề mặt vật liệu nền, chủ yếu liên kết học với tạo thành lớp phủ Hình 4.17 ảnh SEM liên kết lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép 40Cr phun phương pháp phun HVOF Quan sát hình cho thấy hình (a,b,c,) cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết lớp phủ thép soi SEM phân biệt rõ nét lớp phủ lớp kim loại không phân biệt rõ cấu trúc lớp phủ mà quan sát thấy vết liên kết 116 lớp kim loại với hình (d,e,f,g,h) soi ảnh SEM phóng đại mức khác để quan sát vùng rỗ xốp hạt kim loại bắn tóe chưa tan chảy hồn tồn Hình 4.17: Ảnh SEM liên kết lớp phủ 117 Quan sát ảnh chụp cấu trúc tế vi mẫu thực nghiệm hình có độ phóng đại 1.000 3.000 lần cho thấy: Vùng biên giới liên kết lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép 40Cr có tạp chất, cấu trúc tế vi vùng lớp phủ có độ mịn phần vật liệu phần liên kết bám dính với tương đối mịn, điều cho thấy lớp phủ có độ bám dính tốt Tuy nhiên số vị trí mẫu SEM thấy có số vùng có khiếm khuyết nguyên nhân trình phun lớp phủ làm nguội nhanh nên xảy tượng co ngót kim loại đột ngột gây tượng ứng suất dư lớp phủ xuất tạp chất có trình chuẩn bị bề mặt mẫu chưa làm hết Qua kết thực nghiệm cho thấy biến dạng hạt phần tan chảy tác động vào vật liệu thời gian dừng dòng hạt lên bề mặt có ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ cụ thể sau: Khi hạt chạm vào bề mặt, phần nóng chảy hạt điền khít vào bề mặt phun nhiều Các lớp phun di chuyển phía trước tiếp xúc với bề mặt phun chồng khít lên lớp phủ trước Nếu phần khơng nóng chảy hạt va chạm vào lớp lắng đọng trước hồi phục hạt xảy dẫn đến tạo thành lỗ rỗng điều làm cho độ xốp tăng độ bám dính lớp phủ giảm Kết luận chương Kết đo độ cứng lớp phủ mẫu chụp ảnh SEM cho thấy vùng biên giới liên kết lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép 40Cr có tạp chất, cấu trúc tế vị mịn Điều cho thấy lớp phủ có độ xốp thấp phù hợp với tính chất, cấu trúc lớp phủ trình bày chương Sử dụng phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm phần mềm Matlab R2015b, xây dựng phương trình tốn học hàm bậc đồ thị 2D, 3D biểu diễn mối quan hệ ứng suất bám dính độ xốp lớp phủ ứng với thơng số phun m, n S Đó cơng thức (4.1), (4.2), Từ xác 118 định vùng thông số hợp lý miền khảo sát với giá trị m = 35÷40 gam/phút; n = 100 ÷ 140 vòng/phút (Vct = 21,98 ÷ 30,772 m/phút) S = ÷ mm/vịng (S = 5,675 – 11,35 mm/giây) Để lớp phủ có độ xốp thấp độ bám dính cao Cụ thể với mẫu thực nghiệm số 110 cho kết độ xốp nhỏ độ bám dính cao với cặp thơng số sau: Mã m (gam/phút) n (vòng/phút) S (mm/vòng)  (%)  (MPa) 110 35 130 1,25 45,7525 Với mẫu số 110 có đường kính thực nghiệm D = 70 mm nên quy đổi tương đương ứng với tốc độ dịch chuyển bề mặt chi tiết phun Vct = 28,574 m/phút lượng tiến súng phun mm/vòng với tốc độ 130 vòng/ phút quy đổi tương đương ta có lượng dịch chuyển súng phun S = 6,5 mm/giây tức tương đương cặp thông số sau: Mã m (gam/phút) Vct(m/phút) S (mm/giây) 110 35 28,574 6,5  (%)  (MPa) 1,25 45,7525 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Sự hình thành lớp phủ bột cacbit Cr3C2-NiCr trục thép 40Cr phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF phụ thuộc vào nhiều thơng số thơng số m, n, S thơng số có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng lớp phủ Làm rõ hình thành lớp phủ bột cacbit Cr3C2-NiCr trục thép 40Cr phương pháp HVOF, rõ liên kết lớp phủ bột cacbit Cr3C2-NiCr với kim loại chủ yếu liên kết nhiệt Đã ứng dụng phương pháp mô để mô tả trình phun cacbit Cr3C2-NiCr lên bề mặt trục thép 40Cr phương pháp HVOF, tạo sở khoa học định hướng cho việc thực nghiệm phun HVOF mẫu thực nghiệm Xây dựng phương trình tốn học hàm bậc (4.1); (4.2) phản ánh mối quan hệ độ xốp, ứng suất bám dính lớp phủ với ba thông số chế độ phun là: Lưu lượng cấp bột phun (m); chuyển động tương đối súng phun với bề mặt chi tiết phun (Vct n) lượng dịch chuyển đầu súng phun sau lớp phun (S) Xây dựng đồ thị dạng 2D, 3D, từ lựa chọn vùng giá trị hợp lý thông số công nghệ phun (m), (n) (S) là: m = 35 gam/phút; n = 130 vòng/phút (Vct = 28,574 m/phút); S = mm/vòng(S = 6,5 mm/giây) Tương ứng với giá trị có độ xốp, độ bám dính tốt Kiến nghị hướng nghiên cứu luận án: Kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo việc lựa chọn thơng số phun xây dựng mơ hình thiết bị phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF để phục vụ cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học chế tạo phục hồi chi tiết máy bị mòn điều kiện Việt Nam góp phần hạn chế nhập giảm giá thành sản phẩm nâng cao suất cải thiện đời sống cho người lao động 120 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Đinh Văn Chiến, Nguyễn Chí Bảo, Phạm Văn Liệu (2014), “Nghiên cứu độ xốp lớp phủ phun phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF ”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (số 1+2), tr 28-33 Phạm Văn Liệu, Đinh Văn Chiến, Nguyễn Chí Bảo (2014), “Nghiên cứu q trình cháy lưu lượng khí cơng nghệ phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF dùng để phục hồi chi tiết máy bị mịn”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (số 7), tr 15-19 Nguyễn Chí Bảo, Đinh Văn Chiến 2016 “Nghiên cứu độ bám dính lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép trục thép 40Cr phương pháp phun oxy – nhiên liệu tốc độ cao (HVOF)”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (số12 -2016), tr 34-39 Nguyễn Chí Bảo, Đinh Văn Chiến 2016 “Nghiên cứu độ cứng lớp phủ bột bít Cr3C2-NiCr thép trục thép 40Cr phương pháp phun oxy–nhiên liệu tốc độ cao (HVOF)”, Tạp chí KHCN – ĐHCN Hà nội (số 37 tháng 12 - 2016), tr 34-37 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Uông Sĩ Áp (2006), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mịn độ bám dính cao phục hồi chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt, Đề tài KHCN cấp nhà nước, Mã số KC 05.10 [2] Đinh Văn Chiến (2009), Ứng dụng công nghệ tiên tiến xử lý bề mặt kim loại để phục hồi số chi tiết máy bị mịn có dạng trục ống tròn xoay, Báo cáo đề tài cấp thành phố, Đề tài KHCN cấp Thành phố,Mã số: 01C-01/04-2009-2 [3] Đinh Văn Chiến, Đinh Bá Trụ (2014), Kỹ Thuật phun nhiệt tốc độ cao HVOF, HVAF, D-Gun, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [4] Đinh Văn Chiến, Phạm Văn Liệu (2013), “Nghiên cứu độ bền bám dính lớp phun phục hồi với kim loại chi tiết trục phương pháp phun nổ”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (số 1+2), tr 23-29 [5] Trần Văn Dũng (2012), 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 khí, Hà nội [6] Hoàng Văn Gợt (2002), Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến độ bền bám dính lớp phủ kim loại phun phương pháp nhiệt khí, Luận án tiến sĩ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [7] Hoàng văn Gợt, Đào Duy Trung (2012), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ phương pháp thực nghiệm, NXB Khoa học & Kỹ Thuật, Hà Nội [8] Phạm Văn Liệu (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến chất lượng phục hồi bề mặt trục có hình dạng phức tạp bị mịn cơng nghệ phun phủ, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, trường Đại học MỏĐịa chất Hà Nội [9] Bùi Minh Trí, (2011), Xác suất thống kê Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội [10] Hoàng Tùng (1999), Nghiên cứu cơng nghệ phun phủ nhiệt khí bột nhằm nâng cao tuổi thọ phục hồi chi tiết, Đề tài khoa học cấp Nhà nước, Mã số KHCN 05 - 07 - 03 122 [11] Hoàng Tùng (2006), Công nghệ phun phủ ứng dụng, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [12] Nguyễn Văn Thông (2006), Công nghệ phun phủ bảo vệ phục hồi, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [13] Hà Văn Vui đồng nghiêp (2006), Sổ tay thiết kế Cơ khí, NXB Khoa học & Kỹ Thuật, Hà Nội [14] Nguyễn Quốc Vũ (2009), Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun phủ kim loại để sử lý bề mặt trống sấy thay mạ Crom, thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa quy mô công nghiệp, Đề tài cấp Bộ Công thương, Mã số 256-08 RD/HĐ-KHCN [15] Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội Tiếng Anh [16] A Thrope M.L, Richter H.S (1992), “Pragmatic Analysis and Comparison of The HVOF Process”, Proc Int Thermal Spray Conf., Florida, pp 137-148 [17] Ault N.N (1991), “Some Characteristics, of WC Weld Deposits”, Welding Journal Vol 30, pp 144-160 [18] Baxtor C.F, Reiter H Proc (1978), “Of Advances in Surface Coating Tech”, Welding Inst., London, p23 [19] Beczkowiak J, et.al (1991), “Tailoring Carbides and Oxides for HVOF ”, Proc of Forth National Thermal Spray Conf., Pennsylvania, pp 121-126 [20] Berger LM et.al (1992), “Influence of Carbide Powder Composition on Decarburization and Properties of Air Plasma Sprayed Coating”, Proc of Int Thermal Spray Conf, Florida, pp 375-380 [21] Bhushan, B, and Gupta, B K, Handbook of Tnbology Material Coating and Surface Treatments, McGraw-Hill, New York, (1991) [22] C.K.Lin & C.C.Berndt (1994), “Measurement and Analysis of Adhesion Strength for Thermally Sprayed Coatings”, J Thermal Spray Tech., Vol 3, pp 75-104 [23] C.R.C Lima, J.M Guilemany (2007), “Adhesion improvements of Thermal Barrier Coatings with HVOF thermally sprayed bond coats”, Surface & Coatings Technology, 201(2007), pp 4694-4701 [24] C.T Crowe, M Sommerfeld, Y Tsuji (1997), Multiphase Flows with Droplets and Particles, CRC Press, Boca Raton, FL 123 [25] D Cheng, G Trapaga, J.W McKelliget, E.J Lavernia (2003), “Mathematical Modelling of High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spraying of Nanocrystalline Materials: An Overview”, Model Simul Mater Sci Eng., 2003(11), pp R1-R31 [26] Datta P.K et.al (1985), “Fundamentals of Coatings”, Surface Eng Vol 3, Royal Soc Of Chemistry, Cambridge [27] Dominique Poirier, Jean-Gabriel Legoux, and Rogerio S Lima (2013), “Engineering HVOF -Sprayed Cr3C2-NiCr Coatings: The Effect of Particle Morphology and Spraying Parameters on the Microstructure, Properties, and High Temperature Wear Performance”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol 22(2), pp 280-289 [28] Edward Miller, Arnold Raymond, Christoph Over (2003), “High velocity oxygen fuel (HVOF) method for spray coating non-melting polymers”, [29] Greffield G.K et.al (1994), “Process Gases for HVOF Spraying”, Nat ThermalSpray Conf., Boston, pp 233-238 [30] Greving, J D., cộng (1998), “The Effect of Residual Stress in HVOF TungstenCarbide Coatings on the Fatigue Life in Bending of Thermal Coatings”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol (4), pp 546-552 [31] Guilemany JM, Ferna´ndez J, Delgado J, Benedetti AV, Climent F (2002), “Effects of thickness coating on the electrochemical behaviour of thermal spray Cr3C2–NiCr coatings”, Surf Coat Technol 2002; 153; 107–113 [32] Gustavo Bavaresco Sucharski (2015), “Optimization of the Deposition Parameters of HVOF FeMnCrSi+Ni+B Thermally Sprayed Coatings”, [33] Hackett C.M., et.al (1994), “On The Gas Dynamics of HVOF Thermal Sprays”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol 3(3), pp 299–304 [34] Hasan, M (2005), High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Thermal Spray Deposition of Functionally Graded Coatings, Ph.D Thesis, Dublin City University, Ireland [35] J Mostaghimi, S Chandra, R Ghafouri-Azar, A Dolatabadi (2003), “Modeling Thermal Spray Coating Processes: A Powerful Tool in Design and Optimization”, Surf Coat Technol., 2003, 163-164, p p1-11 124 [36] J.A.Cabral-Miramontes, et al (2014), “Parameter Studies on HighVelocity Oxy-Fuel Spraying of CoNiCrAlY Coatings Used in the Aeronautical Industry”, International Journal of Corrosion, Vol (1) [37] Jie Chen, et al (2014), “Study on stainless steel 316L coatings sprayed by a novel high pressure HVOF ”, Surface and Coatings Technology [38] Josep A Picas, Elisa Rupérez, Miquel Punset, Antonio Forn, more (2013), “Influence of HVOF spraying parameters on the corrosion resistance of WC–CoCr coatings in strong acidic environment”, Surface & Coatings Technology, 225, 47-57 [39] Joseph R Davis (2004), Handbook of thermal spray technology, ASM International; illustrated edition [40] Kadyrov, E., et al., “Interaction of Particles with Carrier Gas in HVOF Spraying Systems”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol 3, Issue 4,1994, pp 389-397 [41] Kamal S, Jayaganthan R, Prakash S (2009),“High temperature oxidation studies of detonation-gunsprayed Cr3C2–NiCr coating on Feand Ni-based superalloys in air under cyclic condition at 900 °C” J Alloys Compd [42] Kowalsky K.A., Marantz D.R., et Al (1990), “HVOF Particle, Flame Diagnostics and Coating Characteristics”, Proc 3rd National Thermal Spray Conf., CA,PP 587-596 [43] Kroupa F., (1994), “Stresses in Coatings on Cylindric al Surfaces”, Report from Institute of Electric al Engineering of Academy of Science, Czech Republic, Vol 39, pp 243-274 [44] Lars-åke Nilsson, Peter Olsérius (2014), “New material for high velocity oxy fuel spraying, and products made therefrom”, United States Patent Application Publication [45] Leo Janka, Jonas Norpoth, Richard Trache, Lutz-Michael Berger (2016), “Influence of heat treatment on the abrasive wear resistance of a Cr3C2NiCr coating deposited by an ethene-fuelled HVOF spray process”, Surface & Coatings Technology, 291, 444-451 [46] M Li, P.D Christofides (2002), “Feedback Control of HVOF Thermal Spray Process Accounting for Powder Size Distribution”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol 13(1), pp 108–120 125 [47] M Li, P.D Christofides (2005), “Multi-scale Modeling and Analysis of HVOF Thermal Spray Process”, Chem Eng Sci., 2005, 60, pp 36493669 [48] M Li, P.D Christofides (2009), “Modeling and Control of HighVelocityOxygen-Fuel (HVOF) Thermal Spray”, J Therm Spray Tech, (2009) 18: 753 [49] Marcus Kennedy, Michael Zinnabold, Marc-Manuel Matz (2008), Wearresistant component, United States Patent Application Publication, Pub No: US20110101621 A1 [50] Maria Oksa (2011) “Optimization and Characterization of High Velocity Oxy-fuel Sprayed Coatings: Techniques, Materials, and Applications” [51] N Zeoli, S Gu, S Kamnis (2008), “Numerical Simulation of In-Flight Particle Oxidation During Thermal Spraying”, Comput Chem Eng., 2008(32), pp 1661-1668 [52] Parker D W., Kutner G., L., (1991), “HVOF -Spray Technology-Poised forGrowth”, Journal of Advanced Materials and Processes, 139(4): 6872, 74 [53] Pawlowski L (2008), The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, 2nd, Wiley [54] Pierre L Fauchais, Joachim V.R Heberlein, Maher I Boulos (2014), Thermal Spray Fundamentals, Springer [55] Roemer, T J., et al., “Surface Roughness of Thermal Spray Coatings Made with O ff-Normal Spray Angles”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol 7, Issue 2, 1998, pp 219-228 [56] Roy M, Pauschitz A, Polak R, Franek F (2006), “Comparative evaluation of ambient temperature friction behaviour of thermal sprayed Cr3C2– 25(Ni20Cr) coatings with conventional and nano-crystalline grains”, Trib Int, 39; 29–38 [57] S Kamnis, S Gu (2006), “3-D Modelling of Kerosene-Fuelled HVOF Thermal Spray Gun”, Chem Eng Sci., 61, p 5427-5439 [58] S Matthews, B James, M Hyland (2009), “The Role of Micro-structure in the Mechanism of High Velocity Erosion of Cr3C2-NiCr Thermal Spray Coatings”, Surface and Coatings Technology, Vol 203 (8), pp 1094–1100 126 [59] S Matthews, James BJ, Hyland MM (2007) “Microstructural influence on erosion behaviour of thermal spray coatings”, Mater Charact 58; 59–64 [60] Shrestha, Suman Kumar (2000) Corrosion and erosion-corrosion of HighVelocity Oxy-Fuel (HVOF) sprayed NiCrSiB coatings PhD thesis [61] Stein KJ, Schorr BS, Marder AR Erosion of thermal spray MCr–Cr C cermet coatings Wear 1999; 224; 153–159 [62] Tan, J C (1997), Optimisation of the HVOF Thermal Spray Process for Coating, Forming and Repair of Components, Ph.D Thesis, Dublin City University, Ireland [63] Tao K, Zhou X, Cui H, Zhang J (2009), “Microhardness variation in heat-treated conventional and nanostructured NiCrC coatings prepared by HVAF spraying”, Surf Coat Technol 2009; 203; 1406–1414 [64] Tillmann W, Vogli E, Baumann I, Kopp G, Weihs C (2010), “Desirability-Based Multi-Criteria Optimization of HVOF Spray Experiments to Manufacture Fine Structured Wear-Resistant 75Cr3C225(NiCr20) Coatings”, J Therm Spray Technol, 19(1-2); 392–408 [65] V.N Shukla,R Jayaganthan, V.K Tewari (2015), “Degradation Behavior of HVOF -Sprayed Cr3C2-25%NiCr Cermet Coatings Exposed to High Temperature Environment”, Materials Today: Proceedings, Volume 2, Issues 4–5, Pages 1805–1813 [66] V.V Sobolev, J.M Guilemany and J Nutting (2004) High Velocity Oxy-Fuel Spraying Theory, Structure Property Relationshipsand Applications Velocity Oxy-Fuel (HVOF) NiCrSiB coatings PhD thesis [67] Wang BQ (2002), “Effect of post heat treatment and sealing on erosion resistance of several thermal sprayed coatings”, Proceedings of ICSE, Southwest Jiaotong University Press, Chengdu, China,; 138–143 [68] Weber T.H (1994), “HVOF Spraying”, Mat Sc Forum, Vols 163, pp 573-578 [69] Yi Ding (2009), Effects of elevated temperature exposure on the microstructuralevolution of Ni(Cr)-Cr3C2 coated 304 stainless steel, PhD thesis, University of Nottingham 127 PHỤ LỤC Phụ lục Bột phun thực nghiệm Phụ lục Hình ảnh thiết bị thực nghiệm Phụ lục Bảng thông số thiết bị phun Phụ lục Bảng thông số chế độ thực nghiệm Phụ lục Hình ảnh thiết bị kiểm tra đánh giá Phụ lục Xác nhận kết đo độ xốp Phụ lục Xác nhận kết đo lực để xác định độ bám dính Phụ lục Hình ảnh số liệu đo độ cứng Phụ lục Giấy xác nhận sở thực nghiệm ... bề mặt sau phu công nghệ HVOF Xuất phát từ lý NCS đặt vấn đề ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng lưu lượng tốc độ chuyển động tương đối đầu phun với chi tiết đến chất lượng bề mặt phun phủ cơng nghệ phun nhiệt. .. học công nghệ cấp Bộ, Ngành công nghệ HVOF thực Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu chuyên sâu ảnh hưởng lưu lượng cấp bột phun tốc độ chuyển động tương đối đầu phun với chi tiết tới chất lượng lớp phủ. .. nhiệt khí tốc độ cao-HVOF ” làm hướng nghiên cứu đề tài luận án Mục đích nghiên cứu Đưa phương pháp tính tốn xác định ảnh hưởng lưu lượng cấp bột tốc độ chuyển động tương đối đầu phun với chi tiết