Luận án tối ưu thông số công nghệ chế tạo lớp phủ crn và tin trên chi tiết skd61

MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài luận án Các lớp phủ cứng (hard coatings) mỏng sở vật liệu crôm (Cr) hay titan (Ti) sử dụng rộng rãi để bảo vệ bề mặt khỏi cào xước, mài mòn, tăng tuổi thọ, trang trí Các nghiên cứu lớp phủ CrN có độ cứng cao (1800  2100 HV), khả chống mài mịn, khơng chịu ảnh hưởng mơi trường hóa học, hệ số ma sát tương đối nhỏ (~0,45) Một ưu điểm bật lớp phủ CrN khả chịu nhiệt cao Trong lớp phủ TiN (titanium nitride, loại lớp phủ cứng phổ biến) làm việc an toàn nhiệt độ 400  450 0C, lớp phủ CrN làm việc mức 700  750 0C Trên giới nay, lớp phủ cứng sử dụng phổ biến chế tạo khuôn mẫu để tăng cao tuổi thọ, tăng chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, kết nghiên cứu công bố hầu hết tập trung vào tính lớp phủ vật liệu mẫu điều kiện phịng thí nghiệm Cơng nghệ ứng dụng lớp phủ cứng sở vật liệu crôm lên bề mặt khn mẫu bí riêng cơng ty không công bố Hiện nay, nghiên cứu để nâng cao tính lớp phủ cứng sở vật liệu crôm tiếp tục nhận quan tâm tiềm ứng dụng lớn Lớp phủ CrN bổ sung thêm số kim loại khác nhôm (Al) hay vanadi (V) vào thành phần lớp phủ nhằm tạo vật liệu có độ dẻo cao có hệ số ma sát nhỏ Ngoài ra, hướng nghiên cứu khác tạo lớp phủ đa lớp CrN/TiN để phủ lên dụng cụ cắt gọt, hay CrN/Cr để tăng khả bám dính lớp phủ vật liệu Đối với nước ta, chế tạo khuôn mẫu ngành công nghiệp cơng nghệ cao, có giá trị gia tăng cao, có tầm ảnh hưởng lớn đối cơng nghiệp khí chế tạo phụ trợ, với phát triển kinh tế xã hội nói chung Hầu hết loại khn có độ xác cao sử dụng cơng nghiệp phụ tùng ô tô, xe máy … doanh nghiệp phải nhập ngoại với giá thành lên tới hàng trăm triệu đồng/bộ Mặc dù có nhiều tiến cơng nghệ xử lý bề mặt khn cịn mức thấp với phương pháp nhiệt luyện, thấm nitơ … dẫn đến ma sát bề mặt lớn, tuổi thọ khn khơng cao, khơng có khả gia cơng bề mặt có độ xác cao Các nghiên cứu trước tiến hành chủ yếu tập trung vào lớp phủ cứng nitrit sở vật liệu Titan Crôm thép dụng cụ với đặc điểm: lớp phủ có độ cứng cao, hệ số ma sát nhỏ, giảm mịn ma sát khơng hình thành lẹo dao gia công…Đề tài nghiên cứu ứng dụng lớp phủ cứng cho khuôn đúc áp lực nhằm nâng cao tuổi bền, giảm ma sát mài mòn, chống bám dính cho bề mặt Đây lại sản phẩm có sản lượng lớn, thị phần cao Việt Nam, lĩnh vực dân quốc phòng an ninh Lý lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến tính lớp phủ cho khn đúc áp lực hợp kim nhôm - kẽm”nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm tuổi bền khuôn đúc từ thép SKD61, tìm thơng số cơng nghệ tối ưu chế tạo lớp phủ bề mặt khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm - kẽm Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu a Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu công nghệ PVD nhằm tạo lớp phủ CrN, TiN chốt khuôn làm từ vật liệu SKD61 - Tối ưu hóa ba thơng số cơng nghệ chế tạo lớp phủ CrN cho chốt khuôn đúc áp lực nhơm - kẽm lưu lượng khí N2, tần số xung nhiệt độ đế - Áp dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất b Đối tượng nghiên cứu: - Nghiên cứu công nghệ chế tạo lớp phủ cứng phương pháp phún xạ xung chiều magnetron phương pháp hồ quang chân không - Tạo lớp phủ CrN, TiN chốt khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm - kẽm c Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp ứng dụng lý thuyết thực nghiệm kiểm chứng d Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu chế tạo lớp phủ cứng đơn lớp đa lớp từ CrN, TiN chốt khuôn đúc áp lực phương pháp PVD - Thông số cơng nghệ chế tạo lớp phủ lưu lượng khí N2, tần số xung nhiệt độ đế chế tạo lớp phủ CrN cho chốt khuôn đúc áp lực - Đánh giá tiêu tính chất lớp phủ phịng thí nghiệm thực tiễn sản xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học - Xây dựng quy trình cơng nghệ tạo lớp phủ cứng CrN TiN chốt tạo lỗ khuôn đúc áp lực phương pháp PVD sở khoa học để nghiên cứu phát triển tạo lớp phủ công nghệ - Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm tạo lớp phủ CrN mức độ ảnh hưởng lớn lưu lượng khí tần số xung nhiệt độ đế 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đưa công nghệ chế tạo lớp phủ CrN, TiN chốt khuôn đúc áp lực hợp kim nhơm - kẽm sở áp dụng vào khuôn đúc áp lực khác - Phương trình hồi quy thực nghiệm xây dựng dùng để lựa chọn thông số công nghệ chế tạo lớp phủ chốt khuôn đúc áp lực phù hợp điều kiện sản xuất - Quy trình cơng nghệ chế tạo lớp phủ CrN, TiN luận án làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu giảng dạy Những kết - Đã xây dựng công nghệ tạo lớp phủ cứng CrN, TiN chốt khuôn đúc áp lực sản phẩm nhơm - kẽm - Đã tối ưu hóa ba thơng số cơng nghệ tạo lớp CrN phương pháp phún xạ xung chiều magnetron lưu lượng khí N2 = 7,23 cm3/phút, tần số xung = 120,5 kHz nhiệt độ đế = 294,6 0C sở hai phương trình hồi quy thực nghiệm - Đã đánh giá thông số lớp phủ: độ cứng, hệ số ma sát, chiều dày, hợp thức, cấu trúc tinh thể, ứng suất dư mặt tinh thể tương ứng với chế độ công nghệ khác hai phương pháp chế tạo phún xạ hồ quang chân không - Đã áp dụng kết luận án vào thực tiễn sản xuất phủ lớp CrN, TiN chốt tạo lỗ khuôn đúc áp lực hợp kim nhơm - kẽm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHN ĐÚC ÁP LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO LỚP PHỦ CỨNG 1.1 Đặt vấn đề Trên giới nay, việc chế tạo lớp phủ cứng bề mặt khuôn nhằm làm tăng tuổi bền chất lượng khuôn nghiên cứu với nhiều kết ứng dụng tốt Đối với doanh nghiệp nước, bề mặt khuôn chế tạo chủ yếu xử lý theo phương pháp truyền thống như: ram - thấm nitơ; khơng có lớp phủ cứng tăng độ bền, giảm ma sát mài mịn, chống dính bề mặt, tạo độ nhẵn bóng sắc nét cao cho sản phẩm Trong cơng nghệ tiên tiến giới bao gồm lớp phủ cứng cuối bề mặt cho phép tăng tuổi thọ khuôn lên từ  20 lần Với nhiều khn có độ xác cao lớp phủ cứng bắt buộc Vì thế, nghiên cứu chế tạo sử dụng lớp phủ cứng nhằm nâng cao tuổi bền chất lượng khuôn mẫu thực nhu cầu cấp thiết mang lại hiệu kinh tế xã hội lớn… 1.2 Đúc áp lực 1.2.1 Chu trình đúc áp lực Đúc áp lực sử dụng máy đúc buồng ép nóng máy đúc buồng ép nguội Lực ép tác động lên kim loại lỏng để điền đầy khn q trình kết tinh, pittơng ép tạo Lực để làm pittông chuyển động lại bơm thuỷ lực gây nên Tốc độ dịch chuyển chất lỏng thuỷ lực áp lực ép pittông thay đổi khác suốt chu trình đúc Có thể chia chu trình đúc thành giai đoạn hình Hình 1.1 [6] Hình 1.1 Vận tốc áp suất buồng đúc giai đoạn q trình đúc [6] Giai đoạn 1: Pittơng qua bịt lỗ rót Vận tốc pittơng ép áp lực buồng ép cịn nhỏ Vì áp lực cần đủ để thắng lực ma sát buồng ép xilanh thuỷ lực Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy tồn buồng ép Tốc độ pittơng tăng lên đạt giá trị cực đại v2 Giá trị áp suất p2 tăng chút phải thắng trở lực dòng chảy buồng ép Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót hốc khuôn Do thiết diện rãnh dẫn thu hẹp lại tốc độ pittông giảm xuống thành v3 áp suất ép lại tăng lên Kết thúc giai đoạn này, pittơng dừng lại tượng thuỷ kích (quán tính ép) mà áp suất ép tiếp tục tăng lên Sau dao động áp suất tắt dần, áp suất đạt giá trị không đổi Đây áp suất thuỷ tĩnh cần thiết cho trình kết tinh Giai đoạn 4: Giai đoạn ép thuỷ tĩnh Áp suất đạt tới  500 MPa, tuỳ thuộc vào chất vật liệu đúc yêu cầu công nghệ Khi áp lực đạt giá trị thuỷ tĩnh mà rãnh dẫn kim loại lỏng áp lực truyền vào vật đúc-kim loại kết tinh trạng thái áp lực cao 1.2.2 Khuôn đúc áp lực Cấu tạo khuôn đúc áp lực Khuôn đúc áp lực có cấu tạo phức tạp bao gồm nhiều phận chi tiết có chức riêng Cấu tạo khn phận, chi tiết khn đúc áp lực thể Hình 1.2 Vật liệu chế tạo xử lý nhiệt với chi tiết khn (phụ lục 1, trang 128) Q trình chế tạo khuôn ảnh hưởng đến chất lượng khả làm việc khuôn số yếu tố: khả gia công, gia công bề mặt tia lửa điện, xử lý nhiệt, độ ổn định kích thước, xử lý bề mặt, khả hàn [18],[21] Các bề mặt lịng khn I, II khn (3) bề mặt chốt tạo lỗ (5) Hình 1.2 gọi chung bề mặt khuôn làm việc Các bề mặt có điều kiện làm việc, chịu tác động dịng kim loại lỏng có nhiệt độ, vận tốc áp lực đúc cao Trong trường hợp xét tác động dòng chảy theo hướng lên bề mặt khn cần phân biệt bề mặt lịng khn bề mặt chốt tạo lỗ I II Hình 1.2 Cấu tạo phận khn đúc áp lực [3] Điều kiện làm việc khuôn đúc áp lực Đúc áp lực trình sản xuất hàng loạt lớn, tạo vật đúc có hình dạng phức tạp, dung sai kích thước chất lượng bề mặt cao Chế tạo từ 100.000  300.000 vật đúc khuôn loạt thông thường khn Trong đúc nhơm áp lực, nhơm nóng chảy nhiệt độ từ 670  710 0C phun vào khuôn, vận tốc từ 30  100 m/s, với áp lực phun từ 50  80 MPa [20], [21], [71] Trong chu kỳ đúc khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm, nhiệt độ bề mặt khuôn thay đổi nhanh thời gian ngắn qua giai đoạn: nhôm lỏng phun vào khuôn, nhôm đông đặc, phun nước làm mát dung dịch dầu bôi trơn (chống dính nhơm với bề mặt khn) Chu kỳ nhiệt bề mặt khuôn thay đổi theo chu kỳ đúc thể Hình 1.3, [13] Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt khn nung nóng từ 400  450 0C thời gian  giây giảm nhiệt từ 150  200 0C  20 giây [13], Hình 1.4 Q trình làm mát khn có khác biệt bề mặt lõi khn Lõi khuôn làm mát hệ thống nước làm mát tuần hồn bên trong, bề mặt khn phun nước chất bơi trơn bề mặt Hình 1.5.a cho thấy thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn chu kỳ đúc tăng từ 204  510 0C  11 giây, nhiệt độ giảm từ 510  120 0C  40 giây, sau tăng lên 204 0C  13 giây; vị trí 12,7 mm bề mặt khn nhiệt độ tăng từ 220  320 C  10 giây, sau giảm 220 0C  44 giây; vị trí 38,1 mm bề mặt khn nhiệt độ thay đổi nhỏ xung quanh 230 0C  44 giây [14] Trong chu kỳ đúc nhiệt độ thay đổi theo thời gian với khoảng thay đổi lớn bề mặt khuôn giảm dần vị trí bề mặt khn Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến ứng suất nhiệt, mức độ thay đổi kiểu ứng suất độ lớn ứng suất khác với vị trí từ bề mặt khn vào đến lõi khn Khi nung nóng, ứng suất xuất bề mặt khn ứng suất nén có giá trị - 317 MPa, làm mát ứng suất bề mặt khn chuyển từ nén sang kéo có giá trị 255 MPa, kết thúc làm mát bề mặt khn tồn ứng suất kéo 138 MPa, Hình 1.5.b, [14] Hình 1.3 Sơ đồ thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn theo chu kỳ đúc [13] Trong trình làm việc, bề mặt khn chịu tác động khắc nghiệt điều kiện đúc áp suất, vận tốc dòng chảy nhiệt độ hợp kim đúc Tuy nhiên, tác động biến thiên nhiệt độ bề mặt lớn thời gian ngắn ảnh hưởng mạnh đến khả làm việc khuôn Những thay đổi nhiệt độ bề mặt khn địi hỏi vật liệu chế tạo phải có khả chịu tác động nhiệt trình sản xuất Hình 1.4 Thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn theo chu kỳ đúc áp lực hợp kim nhơm [13] Hình 1.5 Thay đổi nhiệt độ a) thay đổi ứng suất b) chu kỳ đúc thứ 51 [14] 1.2.3 Chốt tạo lỗ sản phẩm khn đúc áp lực Vai trị chốt tạo lỗ Chốt tạo lỗ sử dụng khuôn đúc áp lực để tạo lỗ sản phẩm Tùy thuộc vào yêu cầu lỗ sản phẩm (lỗ công nghệ lỗ không gia công) chốt tạo lỗ có đặc điểm khác Các lỗ cơng nghệ sử dụng để định vị, gá đặt dẫn hướng cho chốt đồ gá gia công chi tiết Các lỗ không gia công sản phẩm thường sử dụng theo yêu cầu chi tiết thiết kế Đối với hai dạng lỗ chất lượng bề mặt hình dáng hình học lỗ định bề mặt chốt tạo lỗ độ bền chốt trình làm việc Chốt tạo lỗ sản phẩm khn đúc áp lực có vai trị quan trọng đến hình thành chất lượng cuối lỗ sản phẩm Bố trí chốt khuôn đúc áp lực Các chốt tạo lỗ cho sản phẩm khuôn đúc áp lực lắp cố định khn nửa khn động Hình 1.6a; lắp khối trượt khuôn động đối sử dụng chốt trượt, khối trượt kéo chốt khỏi lịng khn mở khn đẩy chốt trở lại lịng khn đóng khn Hình 1.6b Các lỗ chi tiết đúc có đường tâm lỗ vng góc với bề mặt phân khn sử dụng chốt tạo lỗ cố định; lỗ có đường tâm song song tạo thành góc với bề mặt phân khuôn phải dùng chốt trượt để đảm bảo đẩy chi tiết đúc khỏi khuôn Số lượng chốt phụ thuộc vào số lượng chi tiết đúc bố trí khn Hình 1.6 Kết cấu khn đúc áp lực bố trí chốt khn (a) khn động, (b) khuôn tĩnh [40] Kết cấu, điều kiện làm việc chốt a Kết cấu chốt Kết cấu chốt tạo lỗ chia làm hai phần phần làm việc nằm lịng khn phần cố định nằm khn Hình dáng chủ yếu chốt thường hình trụ, số khác hình vng chữ nhật tùy theo thiết kế lỗ chi tiết đúc Phần làm việc chốt khuôn chế tạo thu phía đầu chốt đảm bảo đẩy chi tiết đúc dễ dàng Phần cố định chốt gồm phần trượt phần chống xoay chốt cố định kẹp chặt chốt trượt Chốt tạo lỗ sản phẩm vịng ơm Hình 1.7 Chốt tạo lỗ sản phẩm vịng ơm (Z117 - Bộ Quốc phịng) Chi tiết chốt tạo lỗ sản phẩm vịng ơm có kích thước chế tạo Hình 1.7, gồm có hai phần chính: phần tạo lỗ sản phẩm (I) phần (II) lắp cố định khuôn khn động, đường tâm chốt vng góc với mặt phân khn Phần (I) có kích thước với góc 10 chiều dài L = 11+0,3 mm, đảm bảo thuận lợi cho trình rút chốt khỏi sản phẩm sau đông đặc dễ dàng Phần (II) gồm thân chốt đuôi chốt, đuôi chốt có phần vát để định vị chống xoay chốt khuôn, đồng thời phần bậc chốt phần gá giữ cố định chốt trình đẩy sản phẩm khỏi khuôn Chốt lắp đặt bố trí Hình 1.9 Chốt tạo lỗ sản phẩm giá đỡ Chi tiết chốt tạo lỗ sản phẩm giá đỡ có kích thước chế tạo thể Hình 1.8 Chốt có hai phần chính: phần tạo lỗ sản phẩm (I) phần (II) lắp cố định khối trượt khuôn động, đường tâm chốt song song với mặt phân khuôn Phần (II) chế tạo rãnh có kích thước 5x3,53 mm phần để định vị, chống xoay kẹp chặt, đảm bảo thuận lợi cho trình rút chốt khỏi sản phẩm sau đông đặc đưa chốt khỏi khuôn Chốt lắp đặt bố trí Hình 1.11 Hình 1.8 Chốt tạo lỗ sản phẩm giá đỡ (Z117 - Bộ Quốc phòng) b Điều kiện làm việc chốt khn Trong q trình làm việc, bề mặt chốt chịu tác động khắc nghiệt điều kiện đúc áp suất, vận tốc dòng chảy nhiệt độ hợp kim đúc Tuy nhiên, tác động biến thiên nhiệt độ bề mặt lớn thời gian ngắn ảnh hưởng mạnh đến khả làm việc chốt Điểm khác biệt trình làm việc chốt tạo lỗ bề mặt lịng khn thể tác động dòng kim loại lỏng khả nhiệt đúc chi tiết Dịng chảy bề mặt khn dịng tiếp tuyến với bề mặt khn Dịng chảy có hướng vng góc với bề mặt chốt, vị trí va đập xảy nhiễu động dịng chảy Trong q trình chi tiết đúc giảm từ nhiệt độ lỏng nhiệt độ đơng đặc khả nhiệt chốt khơng có hệ thống làm mát giống khn Những thay đổi nhiệt độ bề mặt chốt đòi hỏi vật liệu chế tạo phải có khả chịu tác động nhiệt trình sản xuất Tác động dịng lỏng lên chốt q trình đúc Hình 1.9 Dịng kim loại vào khn tác động lên chốt tạo lỗ chi tiết vịng ơm (Z117 - Bộ Quốc phịng) Trên Hình 1.9 mơ tả dịng kim loại lỏng vào khn đúc sản phẩm vịng ơm Trên khn động bố trí để đúc sáu sản phẩm lần đúc Dịng kim loại lỏng có vận tốc lớn từ đậu rót theo rãnh dẫn đến vị trí hốc khn tạo sản phẩm Khi vào hốc khn, dịng kim loại tác động trực tiếp vng góc với bề mặt chốt, lúc bề mặt phía trước chốt ngăn cản làm thu hẹp dòng chảy vào hốc khn Trên Hình 1.10 thể dịng kim loại tác động lên bề mặt chốt vị trí khác Rãnh dẫn kim loại vào hốc khn có tiết diện thu hẹp tạo làm tăng áp lực tác động lên bề mặt chốt Tại vị trí dịng kim loại tác động vng góc với bề mặt chốt thường gây tượng giảm tính, lún lõm bề mặt sau số chu kỳ đúc định Vị trí dịng tác động tiếp tuyến với bề mặt chốt thường bị xói mịn dịng chảy, vị trí tiết diện dịng chảy tiếp tục bị thu hẹp, áp lực dòng tăng lên, nhiên lúc dịng chảy bề mặt Hình 1.10 Dòng kim loại tác động lên bề mặt chốt vị trí khác Hình 1.11 Dịng kim loại vào khuôn tác động lên chốt tạo lỗ chi tiết giá đỡ (Z117 - Bộ Quốc phịng) Hình 1.12 Dịng kim loại lỏng khn tác động vào chốt a) Vật đúc; b) Vật đúc cắt qua mặt phân khuôn; c) Chốt tạo lỗ khuôn 10 [32] Hanliang Zhu, Jingjie Guo, Jun Jia (2002), Experimental study and theoretical analysis on die solderingin aluminum die casting, Journal of Materials Processing Technology, Vol 123, pp 229-235 [33] Hirotaka Tanabe, Yoshio Miyoshi, Tohru Takamatsu (2004), Effect of sputtering gas pressure and bias voltage on mechanical properties of TiN coating deposited by dc magnetron sputtering, PVP-Vol 484, Recent Advances in Nondestructive Evaluation Techniques for Material Science and Industries, July 25-29, 2004, San Diego, California USA, pp 1-7 [34] J Lin, S Carrera and et all (2006), Design methodology for optimized die coatings: The case for aluminum pressure die-casting, Surface & Coatings Technology 201 29302941 [35] J Lin, Z.L Wu, X.H Zhang (2009), A comparative study of CrNx coatings Synthesized by dc and pulsed dc magnetron sputtering, Thin Solid Films 517, pp 1887-1894 [36] J.C Avelar-Batista and et all (2005), Effect of coating thickness and deposition methods on the stripping rate of Cr-N coatings, Surface & Coatings Technology 200, pp 1842 1848 [37] J.R Laguna-Camacho, L.A Cruz-Mendoza et all (2012), Solid particle erosion on coatings employed to protect die casting molds, Progress in Organic Coatings, Vol 74, pp 750-757 [38] J.W Seok, N.M Jadeed, R.Y Lin (2001), Sputter-deposited nanocrystalline Cr and CrN coatings on steels”, Surface and Coatings Technology 138, pp 14-22 [39] Jianliang Lin, William D Sproul, John J Moore (2011), High rate deposition of thick CrN and Cr2N coatings using modulated pulse power (MPP) magnetron sputtering, Surface & Coatings Technology 205, pp 3226-3234 [40] Joseph R Davis (1995), ASM Specialty Handbook: Tool Materials, ASM International [41] Jyh-Wei Lee, Shih-Kang Tien (2006), The mechanical properties evaluation of the CrN coatings deposited by the pulsed DC reactive magnetron sputtering, Surface & Coatings Technology 200, pp 3330-3335 [42] Jyh-Wei Lee, Shih-Kang Tien, Yu-Chu Kuo (2005), The Effects of Substrate Bias, Substrate Temperature, and Pulse Frequency on the Microstructures of Chromium Nitride Coatings Deposited by Pulsed Direct Current Reactive Magnetron Sputtering, Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol 34, No 12, pp 1484 -1492 [43] K Bobzin, T Brögelmann, R.H Brugnara, N.C Kruppe (2015), CrN/AlN and CrN/AlN/Al2O3 coatings deposited by pulsed cathodic arc for aluminum die casting applications, Surface & Coatings Technology 284, pp 222-229 [44] K Domkin, J.H Hattel, J Thorborg (2009), Modeling of high temperature- and diffusion-controlled die soldering in aluminum high pressure die casting, Journal of Materials Processing Technology 209, pp 4051-4061 [45] Kurt Raymond Kearns (2002), Determination of interactions between molten aluminum and selected die castings, Thesis of master, the Colorado School of Mines [46] Levent Kara and et all (2014), Microstructure, Mechanical, and Scratch Resistance 124 Properties of TiAlCrNbN-Graded Composite Coating Deposited on AISI H13 Steel Substrate with Pulsed DC Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering Method, The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International 2014 [47] Lugscheider, K Bobzin, Th Hornig, M Maes (2002), Investigation of the residual stresses and mechanical properties of (Cr,Al)N arc PVD coatings used for semi-solid metal (SSM) forming dies, Thin Solid Films 420-421, pp 318-323 [48] Luis Carlos Hernández, Luis Ponce (2011), Nanohardness and Residual Stress in TiN Coatings, Materials 4, pp 929-940 [49] M Ali, E Hamzah, I.A Qazi, M.R.M Toff (2010), Effect of cathodic arc PVD parameters on roughness of TiN coating on steel substrate, Current Applied Physics 10, pp 471-474 [50] M Gelfi, G.M La Vecchia, N Lecis, S Troglio (2005), Relationship between throughthickness residual stress of CrN-PVD coatings and fatigue nucleation sites, Surface & Coatings Technology 192, pp 263-268 [51] M Muhic, J Tusek, F Kosel, D Klobcar, M Pleterski (2010), Thermal fatigue cracking of die-casting dies, METABK 49 (1), pp 9-12 [52] M Polok-Rubiniec, L.A Dobrzański, K Lukaszkowicz, M Adamiak (2008), Comparison of the structure, properties and wear resistance of the TiN PVD coatings, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol 27, pp 8790 [53] Michael W Reedy, and et all (2011), Erosion performance and characterization of nanolayer (Ti,Cr)N hard coatings for gas turbine engine compressor blade applications, Surface & Coatings Technology 206, pp 464-472 [54] Milton Ohring (1992), The Materials Science of Thin Films, Stevens Institute of Technology Department of Materials Science and Engineering Hoboken, New Jersey [55] Min J Jung, Kyung H Nam, Yun M Jung, Jeon G Han (2003), Nucleation and growth behavior of chromium nitride film deposited on various substrates by magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology 171, pp 59 - 64 [56] Mitja Muhič, Janez Tušek, Franc Kosel, Damjan Klobčar (2010), Analysis of Die Casting Tool Material, Journal of Mechanical Engineering 56 (6), pp 351-356 [57] O Salas, K Kearns, S Carrera, J.J Moore (2003), Tribological behavior of candidate coatings for Al die casting dies, Surface and Coatings Technology 172, pp 117-127 [58] Robert Freer (1990), The Physics and Chemistry of Carbides Nitrides and Borides, Kluwer Academic Publishers, Netherlands [59] S Gulizia, M.Z Jahedi, E.D Doyle (2001), Performance evaluation of PVD coatings for high pressure die casting, Surface and Coatings Technology 140, pp 200- 205 [60] Shankar, Sumanth , Apelian, Diran (2002), Die Soldering: Mechanism of the Interface Reaction Between Molten Aluminum Alloy and Tool Steel, Metallurgical and Materials Transactions B-Process Metallurgy and Materials Processing Science, 33(3), pp 465476 [61] Shih-Hsien Chang, Kuo-Tsung Huang, Yung-Hsiang Wang (2012), Effects of Thermal Erosion and Wear Resistance on AISI H13 Tool Steel by Various Surface Treatments, 125 Materials Transactions, Vol 53, No 4, pp 745-751 [62] Stefan Gulizia (2008), Soldering in high pressure die casting (HPDC); performance evaluation and characterisation of physical vapour deposition (PVD) coatings, A thesis of Masters of Engineering, Swinburne University of Technology, Australia [63] Uddeholm company (2016), Uddeholm tool steels for die casting, Production documents, https://www.uddeholm.com/files/AB_die_casting_eng.pdf [64] V Joshi , K Kulkarni and et all (2001), Dissolution and soldering behavior of nitrided hot working steel with multilayer LAFAD PVD coatings, Surface and Coatings Technology 146-147, pp 338-343 [65] V Joshi, A Srivastava, R Shivpuri (2004), Intermetallic formation and its relation to interface mass loss and tribology in die casting dies, Wear 256, pp 1232-1235 [66] V.D Ovcharenko, A.S Kuprin, G.N Tolmachova (2014), Deposition of chromium nitride coatings from vacuum arc plasma in increased nitrogen pressure, Plasma Physics (20), pp 204-207 [67] V.D Ovcharenko, A.S Kuprin, G.N Tolmachova, I.V Kolodiy (2015), Deposition of chromium nitride coatings using vacuum arc plasma in increased negative substrate bias voltage, Vacuum 117, pp 27-34 [68] Vivek Joshi, Amit Srivastava, Rajiv Shivpuri, Edward Rolinski (2003), Investigating ion nitriding for the reduction of dissolution and soldering in die-casting shot sleeves, Surface and Coatings Technology 163-164, pp 668-673 [69] Xiao-Ming He, N Baker, B A Kehler, K C Walter, M Nastasi, and Y Nakamura (2000), Structure, hardness, and tribological properties of reactive magnetron sputtered chromium nitride films, Journal of Vacuum Science & Technology A 18 (1), pp 30 -36 [70] Y Iwai et al (2006), Evaluation of erosive wear resistance of TiN coatings by a slurry jet impact test, Wear, Vol 261, pp 112-118 [71] Z.W Chen, M.Z Jahedi (1999), Die erosion and its effect on soldering formation in high pressure die casting of aluminium alloys, Materials and Design 20, pp 303-309 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Luu Thuy Chung, Dinh Thanh Binh, Pham Hong Tuan and Nguyen Thi Phuong Mai, 2014, “Nitrit Hard Coating Layers Applied to Aluminium Die Casting Based on SKD61”, The 15th ISEPD 2014 International Symposium on Eco-materials Processing and Design, (294-297), (ISBN-978-89-5708-236-2) Lưu Thủy Chung, Đinh Thanh Bình, Nguyễn Thị Phương Mai, Phạm Hồng Tuấn, 2015, “Ảnh hưởng thiên áp đến độ bền học lớp phủ CrN phủ phương pháp phún xạ xung chiều”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị Đo lường toàn quốc lần thứ 6, (2015), (362-368), (ISBN-978-604-67-0521-5) Nguyễn Thành Hợp, Đinh Thanh Bình, Nguyễn Thị Phương Mai, Phạm Hồng Tuấn, 2015, “Chế tạo lớp phủ cứng TiN, ZrN, TiCN dụng cụ cắt chi tiết khuôn mẫu công nghệ hồ quang chân khơng”, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ 4, (2015), tập 2, (607-613), (ISBN: 978-604-73-3691-3) Đinh Thanh Bình, Lưu Thủy Chung, Nguyễn Thị Phương Mai, Phạm Hồng Tuấn, 2015, “Ứng dụng lớp phủ cứng TiN khuôn đúc áp lực để chế tạo chi tiết máy từ hợp kim kẽm”, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - động lực, (2016), tập 2, (23-28), (ISBN: 978-604-95-004-1) Đinh Thanh Bình, Lưu Thủy Chung, Nguyễn Thị Phương Mai, Phạm Hồng Tuấn, 2017, “Lắng đọng lớp phủ CrN thép SKD61 phương pháp phún xạ xung chiều magnetron”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học kỹ thuật (số 117 năm 2017), (58-62), (ISSN 2354-1083) Đinh Thanh Bình, Lưu Thủy Chung, Nguyễn Thị Phương Mai, Phạm Hồng Tuấn, 2017, “Chế tạo lớp phủ cứng TiN phương pháp hồ quang catot, ứng dụng khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm để sản xuất chi tiết vịng ơm”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân (số 52, 12-2017), (194-204), (ISSN 1859-1043) 127 PHỤ LỤC Phụ lục Vật liệu, xử lý nhiệt, xử lý bề mặt chi tiết khuôn Phân loại Tên linh kiện Tấm kẹp, giữ Chi tiết khung Loại lõi (chốt) Vật liệu Chức yêu cầu FCD45FCD55 SKD61 Lõi (chốt) SKD61 Lõi nhỏ SKD61 Chi tiết Rãnh trượt chuyển Chốt động trượt nghiêng Xử lý bề mặt S45CS50C Khn (chốt) Xử lý nhiệt HRC SCM4 Khả chịu nứt nóng, khả hàn 4248 Tôi, ram 4045 Khả Thấm nitơ chịu nứt dạng khí nóng, khả hàn 4348 Khả Thấm nitơ chống dính dạng khí nhơm 3035 Thấm nitơ Khả dạng khí chịu mịn 128 Phụ lục Phổ tiêu chuẩn CrN vật liệu khối 129 Phụ lục Phổ tiêu chuẩn CrN vật liệu khối (tiếp) 130 Phụ lục Kính hiển vi điện tử quét JEOL-JSM-7600F (Viện AIST - Đại học BKHN) Chụp Hình 3.24, Hình 3.25, Hình 3.29a bề mặt mẫu Chụp Hình 3.26, Hình 3.29a, Hình 3.30 mặt cắt ngang mẫu Phụ lục Thiết bị đo ma sát trượt động VF (Bộ môn Máy - ma sát Đại học BKHN) 131 Phụ lục Mẫu đo hệ số ma sát lớp phủ TiN gá thiết bị đo ma sát trượt động VF Giá trị đo viết trang 98 trang 100 chương Phụ lục Đồ gá đo hệ số ma sát trượt lớp phủ thiết bị đo ma sát trượt động VF 132 Phụ lục Kết đo hệ số ma sát trượt lớp phủ TiN, CrN thép SKD61 133 Phụ lục Kết đo hệ số ma sát trượt lớp phủ TiN, CrN thép SKD61 (tiếp) 134 Phụ lục Xác nhận thử nghiệm Nhà máy Z117 - Bộ Quốc phòng 135 Phụ lục Xác nhận thử nghiệm Nhà máy Z117 - Bộ Quốc phòng (tiếp) 136 Phụ lục Xác nhận thử nghiệm Nhà máy Z117 - Bộ Quốc phòng (tiếp) 137 Phụ lục Xác nhận thử nghiệm Nhà máy Z117 - Bộ Quốc phòng (tiếp) 138 ... cơng nghệ chế tạo chế tạo lớp phủ TiN dụng cụ cụ cắt gọt (mũi khoan) công nghệ phún xạ DC magnetron Các thông số chế tạo lớp 46 phủ TiN trình bày Bảng 1.9 Bảng 1.8 Thông số công nghệ chế tạo lớp. .. Nghiên cứu chế tạo lớp phủ cứng đơn lớp đa lớp từ CrN, TiN chốt khuôn đúc áp lực phương pháp PVD - Thông số cơng nghệ chế tạo lớp phủ lưu lượng khí N2, tần số xung nhiệt độ đế chế tạo lớp phủ CrN cho... thực chế tạo lớp phủ phương pháp hồ quang chân khơng Đã xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo chế tạo lớp phủ TiN khuôn ép nhựa công nghệ hồ quang chân không Các thông số chế tạo lớp phủ TiN trình