Nghiên cứu nâng cao độ bền và chống mài mòn của vỏ và trục vít ép máy tạo viên thức ăn thủy sản bằng công nghệ phun phủ

Trong máy ép viên, vỏ vít và trục vít là hai bộ pbận rất nhanh bị mòn do phải làm việc trong môi trường áp suất, nhiệt độ và ma sát lớn, nhiều loại vật liệu và công nghệ như dùng mác thé

Bộ công thương Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp

Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài

M∙ số:171.09 rd/HĐ-khcn

Tên đề tài:

“Nghiên cứu nâng cao độ bền và chống mài mòn của vỏ và

trục vít ép máy tạo viên thức ăn thủy sản bằng công nghệ

phun phủ“

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Đơn vị chủ trì: viện nctkct máy NN Chủ nhiệm đề tài: Th.S Lê Văn Ninh

27/02/2010

Hà Nội 12/2009

Bộ công thương Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp

Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài

M∙ số: 171.09 rd/HĐ-khcn

Tên đề tài:

“Nghiên cứu nâng cao độ bền và chống mài mòn của vỏ và

trục vít ép máy tạo viên thức ăn thuỷ sản bằng công nghệ

Mục lục

Mở đầu 4

Chương I: Tổng Quan 6

1.1 Tình hình phát triển công nghệ phun phủ kim loại 6

1.2 Sơ lược về một số phương pháp phun phủ 7

1.2.1 Phun điện 9

1.2.2 Phun cảm ứng tần số cao 11

1.3 So sánh đặc điểm công nghệ của phương pháp phun ngọn lửa khí và phương pháp phun plasma .11

1.4 Phân tích về vật liệu phun 16

1.4.1 Vật liệu phun 16

1.4.2 Vật liệu phun dạng bột 18

1.5 Quy trình phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí 19

1.5.1 Chuẩn bị bề mặt phun 19

1.5.2 Phun phủ kim loại 20

1.5.3 Gia công tinh bề mặt chi tiết sau khi phun 21

1.6 Tình hình ứng dụng công nghệ phủ bề mặt chi tiết ở Việt nam 21

1.7.Ưu điểm, nhược điểm của công nghệ phun phủ 22

1.7.1 ưu điểm 22

1.7.2 Nhược điểm 23

Chương 2 25

ứng dụng kỹ thuật phun phủ để xử lý bề mặt cặp chi tiết vỏ và ruột máy ép viên thức ăn thủy sản 25

2.1.Nguyên lý và điều kiện làm việc của các chi tiết vỏ – trục vít của máy đùn ép thức ăn cho thuỷ sản 25

2.2.Lựa chọn vật liệu, thiết bị phun phủ phù hợp 26

2.3 Lựa chọn kỹ thuật phun phủ bề mặt hai chi tiết vỏ và trục vít 27

2.3.1 Chế tạo vỏ vít 28

2.3.2 Chế tạo ruột vít 29

2.4 Thiết kế đồ gá để thực hiện công nghệ phun phủ 31

2.5 Lựa chọn chế độ công nghệ phun 32

2.6.Thử nghiệm quy trình phun phủ trên chi tiết mẫu và kết quả thực nghiệm 32

2.6.1 Mục tiêu và yêu cầu của thực nghiệm 32

2.6.2 Phương pháp tiến hành thử nghiệm phun phủ 33

2.6.3 Kết quả phun phủ trục vít bằng phương pháp phun Plasma với vật liệu phun bột Cacbít – Crôm .34

Chương 3 35

Kết quả kiểm định so sánh đối chứng 35

3.1 Điều kiện kiểm định 35

3.2 Phương pháp kiểm định .35

3.3 Kết quả đo đạc 36

Chương 4: Nhận xét, kết luận 37

4.1 Nhận xét .37

4.2 Kết luận .37

4.3 Kiến nghị 38

Tài liệu tham khảo 39

Mở đầu

Sản xuất thức ăn đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của ngành thủy sản Rất nhiều nhà khoa học quan tâm, nhiều công trình khoa học, tiến bộ khoa học ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất thức ăn cho thuỷ sản như tự

động hoá trong sản xuất, tăng chất lượng của sản phẩm, chế tạo các thiết bị bằng những loại vật liệu có độ bền cao chịu mài mòn tốt… trong đó việc đảm bảo độ bền cho buồng làm việc của máy ép viên gồm vỏ và trục vít là khâu rất quan trọng Trong máy ép viên, vỏ vít và trục vít là hai bộ pbận rất nhanh bị mòn do phải làm việc trong môi trường áp suất, nhiệt độ và ma sát lớn, nhiều loại vật liệu

và công nghệ như dùng mác thép hợp kim cao đã được áp dụng nhưng đã gặp một số vấn đề

- Nếu dùng mác thép hợp kim cao để làm chi tiết sẽ dẫn tới tốn kém nguyên vật liệu do bề mặt làm việc chỉ tập trung tại một số vị trí của chi tiết chứ không phải là toàn bộ chi tiết

- Gặp khó khăn khi áp dụng các phương pháp gia công nhiệt như kích thước quá lớn, gây biến dạng sau khi gia công nhiệt…

Để khắc phục những hạn chế đó nhiều giải pháp đã được đưa ra: gia công nhiệt để cải thiện các tính chất của vật liệu, sản xuất vật liệu mới, hợp kim… nhưng trong đó có giải pháp phủ lên bề mặt làm việc của chi tiết một lớp kim loại chống ăn mòn và mài mòn là khả quan hơn cả Giải pháp phun phủ kim loại hay trong công nghệ phun phủ kim loại vật liệu làm nền không cần phải có mác thép tốt, mà chỉ cần dùng thép thường sau đó tại những bề mặt làm việc phủ lên một lớp thép hợp kim hay vật liệu chống mài mòn như thế có thể tạo ra được những chi tiết có độ bền rất cao (tùy thuộc vào loại vật liệu phun) mà chi phí vật liệu lại giảm Tuy nhiên không phải chi tiết nào cũng áp dụng được công nghệ phun phủ còn tùy thuộc vào hình dạng, kích thước của từng chi tiết, nếu bề mặt chi tiết gồ gề, nhiều đường gân hay kích thước nhỏ… thì phương pháp phun phủ lại không hiệu quả, khi đó cần phải tìm phương pháp hay công nghệ khác

Có nhiều phương pháp phủ trên bề mặt chi tiết và kết cấu tuỳ theo mục

đích sử dụng và điều kiện làm việc của chúng Có những lớp phủ bảo vệ hoặc

trang trí, có những lớp phủ đặc biệt với những tính chất đặc biệt như: chống cháy, chịu mài mòn, chịu nhiệt và cách nhiệt v.v…

Việc chọn vật liệu và phương pháp phủ nói chung phụ thuộc vào điều kiện làm việc của các chi tiết, kết cấu Ngoài ra sự cải thiện chất lượng bề mặt của vật liệu cũng cho phép thiết kế, chế tạo máy và thiết bị năng suất hơn

Các phương pháp phủ vật lý bao gồm tráng nhôm, nhúng kẽm khuyếch tán (Khuyếch tán bột nhôm, bột crom; thấm cacbon, thấm nitơ hoặc tẩm hỗn hợp cacbon – nitơ) Sự tôi bề mặt, sự phủ chân không và sự thiêu kết thuỷ tinh với mặt kim loại cũng thuộc nhóm phương pháp phủ vật lý Hầu hết các phương pháp thuộc nhóm này đều cho các lớp phủ có độ bền mòn, bền nhiệt cao và chống rỉ tốt

Phủ bề mặt kim loại bằng 1 tấm kim loại khác bằng công nghệ cán, đúc, hàn nổ… tăng bề mặt bằng xảm; tăng tính chất đặc biệt khác bằng phun phủ là phương pháp thuộc nhóm c) – nhóm phương pháp cơ học Các tấm kim loại phủ bằng phương pháp đúc, cán hoặc hàn nổ có thể là thép không gỉ, niken, monen,

đồng, titan…Chúng được dùng để bảo vệ kim loại khỏi bị rỉ Lớp xảm tăng cường có chiều dày 0,3 – 0,5mm có tác dụng tăng độ bền mỏi mà không làm thay đổi cấu trúc của kim loại

Chương I: Tổng quan

1.1 Tình hình phát triển công nghệ phun phủ kim loại

Người đầu tiên phát minh ra các phương pháp phun phủ là Shoop – kỹ sư Thụy Điển Vào năm 1910 ông đã chế tạo được máy phun kim loại đầu tiên Theo phương pháp của ông, kim loại lỏng được rót vào luồng không khí nóng thoát ra từ vòi đốt Dưới tác dụng của luồng khí nóng áp suất cao, kim loại lỏng

bị tách thành từng hạt nhỏ bắn vào bề mặt vật phun Tuy vậy máy phun dựa trên nguyên lý trên có độ tin cậy thấp và cho năng xuất thấp Sự phát triển của kỹ thuật đòi hỏi phải tạo được các máy móc thiết bị tin cậy và năng suất hơn, có khả năng phun những vật liệu đa dạng nhất

Để đảm bảo các tiêu chí chất lượng phun, hai yếu tố quan trọng cần quan tâm là nguồn năng lượng nhiệt và phương pháp, dạng vật liệu phun Nhiều nguồn nhiệt có năng lượng cao và làm việc tin cậy đã được sáng chế, những phương pháp cấp vật liệu phun vào chùm nhiệt độ cao được phát minh

Ngày nay có rất nhiều kiểu máy phun cho năng suất lao động cao nhờ quá trình phun được tự động hoá

Dựa theo nguồn năng lượng nhiệt được cung cấp để làm nóng vật liệu phun, có thể phân các phương pháp phun thành 2 nhóm: phun ngọn lửa khí và phun điện Trong các máy phun ngọn lửa khí, nhiệt phát sinh bởi sự đốt cháy hỗn hợp khí đốt và oxi Các máy phun điện dựa trên nguyên tắc sử dụng nhiệt của hồ quang điện

Phương pháp phun ngọn lửa khí có ứng dụng rộng rãi nhất Nó được dùng

để phun và làm nóng chảy các hợp kim tự bảo vệ trên nền niken và coban, để phun các vật liệu gốm và khó chảy khác một trong những dạng đặc biệt của phun ngọn lửa khí là phun nổ – dùng năng lượng nổ của hỗn hợp khí axetilen và oxi Dạng này cho phép phun các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao hơn

Phương pháp phun kim loại bằng hồ quang điện là dạng cũ nhất trong số các dạng phun phủ điện Trước đây hồ quang điện xoay chiều được sử dụng để phun kim loại, do qúa trình phun dây không ổn định Hiện nay, tính ổn định của quá trình phun được đảm bảo bởi việc sử dụng hồ quang dòng điện 1 chiều trong các máy phun kim loại

Trong những năm gần đây thiết bị phun plasma và cảm ứng điện từ tần số cao có khả năng ứng dụng rộng rãi có thể phun bất kỳ vật liệu nào

1.2 Sơ lược về một số phương pháp phun phủ

* Phun ngọn lửa khí

Khi phun ngọn lửa khí, nguồn năng lượng nhiệt được tạo bởi sự đốt cháy hỗn hợp khí cháy với oxi Tuỳ thuộc vào trạng thái vật liệu phun sự phun phủ có thể có 3 dạng: phun dây, phun thanh và phun bột Ngoài ra sự phun nổ dựa trên nguyên lý sử dụng năng lượng nổ của hỗn hợp oxi – khí cháy cũng thuộc phương pháp phun ngọn lửa khí

Nguyên lý phun dây bằng ngọn lửa khí được trình bày trên hình 1.1 Sự phun thanh cũng diễn ra tương tự trong cả 2 trường hợp vật liệu phun dạng dây hoặc dạng thanh được cấp qua lỗ tâm của mỏ đốt và nóng chảy trong ngọn lửa Luồng không khí nén làm phân tán vật liệu phun nóng chảy thành các hạt nhỏ phủ trên bề mặt vật phun Dây được cấp với tốc độ không đổi nhờ các con lăn dẫn động của tuabin khí hoặc động cơ điện

Hình 1.2 giới thiệu nguyên lý phun ngọn lửa khí với vật liệu bột Bột phun chảy từ trên xuống bị kéo theo bởi dòng khí tải (hỗn hợp oxi – khí cháy) và rơi

không khí nén Trong nhiều trường hợp axetilen được dùng làm khí đốt Khi phun chất dẻo thường dùng khí propan

Công nghệ phun phủ ngọn lửa khí rất đơn giản, thiết bị và chi phí vận hành lại thấp đó là lý do để phương pháp này có được ứng dụng rộng rãi nhất

Sơ đồ nguyên lý phun nổ được giới thiệu trên hình 1.3 oxy và axetilen với

tỷ lệ khối lượng chính xác cấp vào buồng 3 với đường kính 25mm và được làm mát bằng nước (hình 1.3a) Sau đó bột phun (chẳng hạn bột vonfram được cấp vào buồng cùng với khí nitơ (hình 1.3b), người ta phóng tia lửa điện vào buồng hỗn hợp khí chứa bột phun (hình 1.3c), hỗn hợp khí phát nổ, sinh nhiệt và sóng

va đập, đốt nóng và phóng các phần tử bột lên bề mặt chi tiết phun (hình 1.3d)

Khi phun nổ các phần tử bột phun được tích luỹ động năng rất lớn ở khoảng cách 75mm tính từ miệng buồng nổ, tốc độ của các phần tử hạt có thể

đạt 820m/s nếu tại đây đặt chi tiết phun thì khi các phần tử va phải bề mặt của nó

sẽ phát sinh một lượng nhiệt lớn và nhiệt độ của bột phun đạt tới 4000 0C Sau khi nổ, buồng nổ được làm sạch sản phẩm cháy bằng nitơ và quá trình được lặp lại Tần số nổ được điều chỉnh trong phạm vi 3-4 lần trong 1giây

Phun nổ được ứng dụng để phun các lớp cứng và bền mòn từ bột cácbit có chứa 1 lượng nhỏ bột oxít kim loại được liên kết Mỗi chu kỳ phun đạt độ dày khoảng 6 àm Công việc phun tiếp tục kéo dài tới khi lớp phun đạt được chiều dày cần thiết Thực tế chiều dày đó thường đạt 0,25 – 0,3mm Các lớp phun nổ

có độ chặt cao và độ bám dính cao Khi phun nổ nhiệt độ chi tiết phun không vượt quá 200 0C (khi phun ngọn lửa khí nhiệt độ chi tiết là khoảng 260 – 3200C) vì vậy chi tiết hầu như không bị biến dạng và không thay đổi các tính chất cơ lý khác

Nhược điểm của phun nổ là tiếng ồn lớn, tới 140dB, vì vậy phải đặt thiết bị phun tại 1 vị trí đặc biệt, phun nổ có giá thành cao

1.2.1 Phun điện

a Phun hồ quang điện

Sơ đồ nguyên lý máy phun hồ quang điện được giới thiệu trên hình 1.4 dây phun được cấp qua 2 ống dẫn dây 2 Các dây phun đồng thời là dây dẫn

điện Khi 2 đầu dây chạm nhau thì hồ quang xuất hiện ống dẫn khí nén được

đặt giữa 2 ống dẫn dây Luồng khí nén thổi tách các giọt kim loại khỏi các điện cực tạo thành các phần tử kim loại nóng chảy bám vào bề mặt vật phun

Máy phun hồ quang điện có thể làm việc với dòng điện 1 chiều hoặc xoay chiều Khi sử dụng dòng điện xoay chiều hồ quang cháy không ổn định và tạo tiếng nổ lớn Quá trình phun với dòng điện 1 chiều ổn định lớp phun có cấu trúc hạt mịn năng suất phun cao Vì vậy hiện nay các nguồn điện 1 chiều được dùng

để phun hồ quang Sự ổn định của hồ quang được đảm bảo bởi điện thế có tần số cao Dây phun có đường kính 0,8; 1,0; 1,6; 2,0mm

ưu điểm của phương pháp phun hồ quang điện là năng suất cao có khả năng rút ngắn thời gian phun Chẳng hạn khi sử dụng dòng điện 750 A có thể phun được 36kg/h dây phun, cao hơn nhiều so với khi phun ngọn lửa khí; độ bám của lớp phun hồ quang điện cũng tốt hơn của độ bám lớp phun ngọn lửa khí Khi

sử dụng 2 dây phun kim loại khác nhau có thể nhận được lớp phun hợp kim Chi phí vận hành máy phun không lớn Cần lưu ý khi phun với 2 dây kim loại lớp phun khác nhau (không đồng nhất)

Nhược điểm của phương pháp nói trên là sự quá nhiệt và oxy hóa vật liệu phun khi tốc độ cấp dây phun nhỏ Ngoài ra lượng nhiệt lớn phát ra từ hồ quang làm cháy đáng kể các nguyên tố hợp kim khi tham gia vào lớp phủ (chẳng hạn hàm lượng cacbon trong lớp phủ giảm 40 – 60%; còn silic và mangan giảm 10 -15%) Do vậy cần phải sử dụng các dây phun chứa hàm lượng lớn các nguyên tố hợp kim, giá thành dây hợp kim như vậy cao hơn khoảng 3 lần

b Phun plasma

Phương pháp phun plasma có những đặc điểm: nhiệt độ cao plasma cho phép phun các vật liệu khó nóng chảy; nhiệt độ plasma có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng bằng cách thay đổi đường kính miệng phun (đầu bép) và chế độ công tác của súng phun điều đó cho phép phun các vật liệu khác nhau (kim loại, gốm, vật liệu hữu cơ…) Do sử dụng khí trơ làm khí công tác nên lượng oxít tạo thành trong lớp phủ rất nhỏ Khi cần thiết có thể tiến hành sự phun trong buồng chứa khí trơ

Các lớp phun plasma có độ chặt cao và độ bám tốt với vật liệu mềm Tuy nhiên năng suất phun plasma tương đối thấp, khi phun có tiếng ồn và tia cực tím mạnh Giá thành và chi phí vận hành cao là nhược điểm của sự phun plasma

1.2.2 Phun cảm ứng tần số cao

Sự phun phủ cảm ứng tần số cao được ứng dụng đầu tiên tại Liên Xô (cũ) Lõi cảm ứng (dây phun) bị đốt nóng chảy bởi dòng điện cảm ứng xuất hiện do tác dụng của từ trường khi có dòng điện tần số cao chạy qua cuộn dây Kim loại nóng chảy bị tách thành hạt và chuyển động với tốc độ cao tới bề mặt vật phun nhờ luồng không khí áp suất cao Quá trình phun diễn ra trong buồng kín chứa khí trơ

Do đầu phun trong môi trường chứa khí trơ, lớp phủ chứa ít tạp chất oxít

độ bám của nó với kim loại nền khá cao, các nguyên tố hợp kim bị cháy ít Tuy nhiên năng suất phun của phương pháp này không cao

1.3 So sánh đặc điểm công nghệ của phương pháp phun ngọn lửa khí

và phương pháp phun plasma

Phun ngọn lửa khí (dây và bột) là phương pháp phun phủ điển hình cho ứng dụng rộng rãi trong thực tế Ngoài ra phun plasma cũng rất phổ biến bởi nó cho phép nhận lớp phun từ vật liệu khó chảy, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của máy móc hiện đại dưới đây sẽ khảo sát kỹ hơn 1 số đặc điểm công nghệ của 2 phương pháp đó

Sự phân bố nhiệt độ trong ngọn lửa khí và trong tia plasma

Khi phun, vật liệu phun được đốt nóng và di chuyển tới mặt vật phun dưới trạng thái nóng chảy hoặc gần nóng chảy Mức độ nóng chảy và cường độ tương tác của vật liệu phun với môi trường bao bọc nói chung phụ thuộc vào sự phân

bố nhiệt độ trong luồng khí thoát ra khỏi miệng súng phun plasma hoặc mỏ đốt ngọn lửa khí

Khi phun ngọn lửa khí thông thường người ta sử dụng các ngọn lửa oxy – axetylen hoặc oxy - propan làm nguồn nhiệt Nhiệt độ lớn nhất có thể nhận được trong trường hợp đó bằng nhiệt độ cháy của các hỗn hợp khí

Khi phun dây bằng mỏ đốt kiểu K (cùng hãng Metco) nhiệt độ giảm nhanh khi tăng khoảng cách phun ở khoảng cách 50 mm nhiệt độ 1500 0C, ở khoảng cách 100 mm giảm xuống tới 500 0C Nhiệt độ giảm nhanh là do cấp không khí nén vào ngọn lửa

Trên hình 1.6 giới thiệu sự thay đổi nhiệt độ của tia plasma phụ thuộc khoảng cách phun Các số liệu nhận đ−ợc khi phun plasma với súng phun SG – 1 của hãng Plasmadyne (Mỹ) Nhiệt độ trung bình ở miệng súng phun với dòng

điện 550A và l−ợng cấp khí công tác (argon) 30 l/ph là 5000 – 10000oK; ở khoảng cách 50 mm là 2200oC và ở khoảng cách 100 mm là 800 -900oC Hình1.6 dẫn các số liệu đo sự phân bố nhiệt độ trong tia plasma nhận đ−ợc ở dòng 400A và l−ợng argon tiêu thụ 10 l/ph

Hình 1.5

Hình 1.6

Nhiệt độ cao của tia plasma cho phép phun bất kỳ vật liệu khó chảy nào và trong quá trình phun các vật liệu phun không bay hơi và không thay đổi đáng kể các tính chất của mình

So với phun ngọn lửa khí, tia plasma đốt nóng bột phun tới nhiệt độ cao hơn và đốt nóng vật phun ít hơn, do đó đại lượng biến dạng của vật phun nhỏ hơn

Sự phân bố tốc độ trong ngọn lửa khí và trong tia plasma

Tính chất phân bố tốc độ trong tia plasma hay trong ngọn lửa khí có ảnh hưởng tới tốc độ chuyển động của các phần tử phun Sự phân bố tốc độ trong tia plasma và trong ngọn lửa khí được xác định tại vùng tâm của chúng

Trên hình 1.8 Giới thiệu sự thay đổi tốc độ khí theo chiều dài ngọn lửa phụ thuộc khoảng tính từ miệng bép khi phun bột và phun dây Khi phun bột ở khoảng cách 50, 100 và 150 mm, tốc độ khí tương ứng là 80, 50 và 30m/s khi phun dây cũng ở những khoảng cách đó tốc độ khí tương ứng là 370, 160 và 95m/s Để phun bột, dùng mỏ đốt kiểu P của hãng Metco và để phun dây dùng

mỏ đốt kiểu K

Hình 1.7

Sự thay đổi tốc độ tia plasma khi phụ thuộc khoảng cách tính từ miệng bép (đường kính 70mm, khí công tác là argon) được biểu thị trên hình 1.9 Các số đo

được thực hiện theo trục tâm của tia Theo các số liệu nhận được khi phun với dòng điện 550A (là dòng thường được ứng dụng trong thực tế), ở khoảng cách

50, 100 và 150mm tính từ đầu bép tốc độ dòng plasma tương ứng là 140, 55 và 35m/s Các nghiên cứu được tiến hành trên súng phun SG-1 của hãng

“Plasmadyne” Theo tính toán, ở cường độ 400A, lượng khí công tác là 43l/ph và

đường kính đầu bép là 5,5mm, tốc độ tia tại đầu bép là 750m/s [8]

Thành phần khí của tia Plasma và ngọn lửa trong khi cháy

Khi phun bột, ngọn lửa hình thành trong quá trình đốt khí cháy và ôxi là nguồn năng lượng cần thiết cho sự đốt nóng bột Khi phun dây và trong nhiều trường hợp cả phun bột, để tăng tốc độ các hạt phun người ta cấp luồng không khí nén vào ngọn lửa Khi phun plasma, sau khi khí công tác ra khỏi miệng phun (bép), tia plasma hình thành và di chuyển cùng môi trường bao bọc Kết quả thành phần khí của tia cũng thay đổi trên đường đi của nó

Trên các hình 1.10 và 1.11 giới thiệu biểu đồ thành phần ngọn lửa ở các khoảng cách khác nhau khi phun bột (mỏ đốt kiểu P hãng “Metco”) và dây (mỏ

Hình 1.8

Hình 1.9

đốt K), các số liệu đo thực hiện ở trung tâm ngọn lửa Trên thực tế các phần tử phun chuyển động ở các phần ngoại vi của ngọn lửa, nơi các thành phần khí ít nhiều với các thành phần dẫn trên hình vẽ Các số liệu nhận được cho phép phán

đoán đặc tính chung của sự thay đổi thành phần ngọn lửa khí

Khi phun bột bằng ngọn lửa khí, ở khoảng cách 100mm từ miệng bép, hàm lượng oxi trong ngọn lửa là không đáng kể Khi phun dây luồng không khí thổi vào ngọn lửa thành phần của ngọn lửa đó cơ bản giống thành phần môi trường bao bọc (Hình 1.12)

Hình1.11 Hình 1.10

Trong hình 1.13 biểu thị sự thay đổi hàm lượng không khí trong tia plasma phụ thuộc khoảng cách từ đầu bép

Khi phun hồ quang điện và phun cảm ứng tần số cao, các hạt phun di chuyển được là nhờ luồng không khí nén thổi vào Vì vậy có thể giả thiết rằng, trong phương pháp phun nói trên, các phần tử phun chuyển động trong môi trường không khí Khi phun nổ, các phần thử phun bay từ buồng nổ vào môi trường không khí vì vậy có thể coi rằng sự di chuyển của chúng cũng diễn ra trong môi trường không khí

1.4 Phân tích về vật liệu phun

1.4.1 Vật liệu phun

Khi phun hồ quang, phun ngọn lửa khí và phun cảm ứng tần số cao, người

ta sử dụng chủ yếu dây kim loại làm vật liệu phun Việc sử dụng dây phun cho phép cung cấp liên tục và điều hoà vật liệu phun vào mỏ đốt, nâng cao tính ổn

định của quá trình phun và chất lượng lớp phun

Có nhiều loại dây dùng để phun trong đó có một số loại chính

a Dây kẽm

Để phun có thể sử dụng nhiều loại dây kẽm với độ sạch trên 99,6% hoặc dây kẽm điện phân với độ sạch trên 99,97% Dây kẽm tinh chế với độ sạch trên 99,99% được sử dụng rộng rãi Độ sạch càng cao thì kích thước các hạt tạo thành khi phun càng nhỏ, lớp phủ càng chặt và càng dễ gia công

Hình1.13

Dây kẽm dùng cho phun phải tẩy sạch dầu mỡ và bám bẩn khác, đặc biệt các sản phẩm oxi hoá kẽm màu trắng trên bề mặt

Dây kẽm chủ yếu dùng để phun bảo vệ chống gỉ các kim loại đen

b Dây nhôm

Dây nhôm dùng để phun có độ tinh khiết (độ sạch) trên 99,85%, hoặc dây tinh chế với độ tinh khiết 99,92%-99,95% Sự hiện diện trong nhôm của tạp chất như đồng và sắt làm giảm đáng kể các tính chất chống gỉ của nó Đặc biệt khi sắt

và silic cùng tồn tại trong nhôm thì ảnh hưởng của chúng càng tai hại Vì vậy khi phun các lớp nhôm chống gỉ yêu cầu quan trọng là độ sạch của nhôm phải cao và lượng tạp chất như sắt và đồng phải thấp

Không sử dụng dây nhôm để phủ nếu bề mặt của nó bị bám bẩn bởi dầu

mỡ và màng ôxit nhôm màu trắng Dây nhôm dùng để phun bảo vệ chống gỉ cho kim loại đen, đồng thời nâng cao độ bền nhiệt và tính dẫn điện

c Dây molipden

Dây molipden dùng để phun có độ sạch trên 99,95% Molipden bám dính tốt với kim loại đen, vì vậy thường được ứng dụng để phun lớp lót sau đó phun phủ từ vật liệu khác Lớp phủ molipden có tính chịu mài mòn cao Molipden là vật liệu duy nhất được dùng trong công nghiệp để bảo vệ các chi tiết và kết cấu khỏi tác dụng của axit clohidric nóng

d Dây đồng và hợp kim đồng

Người ta thường sử dụng dây đồng có độ sạch trên 99,9% để phun phủ Các lớp phủ bằng đồng được dùng vào mục đích dẫn điện và trang trí Đồng thau chứa 5-12% nhôm và một ít chất độn khác như sắt, niken, mangan có tính chống

gỉ tốt, và đặc biệt trong nước biển, ngoài ra chúng còn là những chất chống mài mòn và ăn mòn Việc độn thêm 0,03-0,35% phốt pho vào đồng thau có tác dụng khử oxi của nó Lớp phun đồng thau loại này có độ bền mòn tốt và được phủ trên các máng đệm của tàu thuỷ

e Dây niken và hợp kim niken

Khi phun dây người ta thường sử dụng niken dùng cho đèn điện tử JISH4511, VNIW1, VNIW2 các lớp phủ niken có công dụng bảo vệ khỏi tác

tốt Niken hoà tan trong axit nitric nó không bị nước ăn mòn và ổn định trong nhiều liên kết hoá học

Thép ferit chống gỉ: so với thép mactenxit hàm lượng crôm trong mác thép này cao hơn Chúng có cấu trúc α+γ hoặc α, tính tự tôi tốt Số lượng mác thép này không lớn, hàm lượng crom trong thép càng cao thì tính chống gỉ càng được cải thiện nhưng tính chịu axit lại giảm

Thép austenit chống gỉ: đây là các thép thuộc hệ Fe-Cr-Ni hoặc

Fe-Cr-Ni-Mn ở nhiệt độ bình thường có cấu trúc pha γ, tính chống gỉ và chống nhiệt tốt Việc chọn mác thép được xác định bởi tính chất công tác của môi trường, vì vậy cần thử nghiệm cẩn thận trước khi chọn

1.4.2 Vật liệu phun dạng bột

Trong nhiều trường hợp vật liệu phun có thể là dạng bột Tuy nhiên với cùng một nguồn nhiệt các lớp phủ bằng dây có độ chặt lớn hơn và chứa lượng oxit nhỏ hơn so với các lớp phủ bột cùng loại vật liệu đó Nhược điểm nữa của phun bột là sự phức tạp trong việc đảm bảo cấp bột ổn định vào ngọn lửa phun

ưu điểm cơ bản của phương pháp phun bột là giá thành thấp và sự đơn giản của công nghệ sản xuất bột kim loại, hợp kim và các hỗn hợp hoá học khác; trong khi đó bằng các phương pháp công nghệ thông thường, không thể sản xuất

được các dây hoặc thanh từ các vật liệu đó do độ cứng và độ giòn cao của chúng

Vật liệu bột có nhiệt độ nóng chảy cao được chuyên dùng có các phương pháp phun plasma và phun nổ, các bột có nhiệt độ chảy thấp có thể dùng cho

phun ngọn lửa khí Bột phun phải có dạng hình cầu, các loại bột như vậy có độ chảy tương đối tốt nên dễ điều chỉnh và duy trì ổn định lượng bột tiêu thụ

Bột dạng hạt phức tạp có nhiều hạt lồi lõm khác nhau gây trở ngại cho sự cấp bột từ thùng chứa vào mỏ đốt Trong thời gian công tác bột loại này thường tạo vòm và từng lúc một vòm đổ gây xung đột cho vật liệu làm giảm tính ổn định của quá trình phun…

Kích thước và mật độ các hạt bột phun có ảnh hưởng lớn đối với quá trình phun và các tính chất của lớp phun kích thước hạt chọn tuỳ thuộc vào đặc tính của nguồn năng lượng nhiệt (mỏ đốt) và các tính chất nhiệt vật lý của vật liệu phun (nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, nhiệt dung và các thông số khác) Thông thường khi phun các bột hạt mịn lớp phun có độ chặt cao hơn Nhược

điểm của lớp phun là chứa lượng lớn các oxit do các phần tử hạt bị quá nhiệt khi

di chuyển trong dòng khí nhiệt độ cao

Khi phun bột với các phần tử hạt có đường kính khác nhau những hạt bé hơn nóng chảy gần chỗ cấp bột vào mỏ đốt và có thể làm nóng chảy miệng lỗ dẫn bột đôi khi các phần tử bột nóng chảy phát triển tới những kích thước nhất

định và bị tia plasma kéo theo dưới dạng giọt lớn phủ lên lớp phun ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt và tính chất của nó Để tránh hiện tượng đó cần tiến hành phun với bột có kích thước hạt xác định (44-100àm), đồng thời cần sấy khô bột trước khi phun

1.5 Quy trình phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết cơ khí

Làm sạch bề mặt lớp nền ặ Tạo nhám bề mặt lớp nền ặ Phun phủ ặGia công tinh bề mặt chi tiết sau khi phun

1.5.1 Chuẩn bị bề mặt phun

Cần chú ý là đại bộ phận các liên kết của lớp phun với nền là liên kết cơ học Cho nên cần tăng diện tích tiếp xúc giữa vật cần phun và lớp phun, vì vậy cần làm sần sùi bề mặt trước khi phun Đồng thời nên tạo tính hoạt hóa cao của

bề mặt vật cần phủ để có được những liên kết hóa học giữa lớp phun và kim loại nền, cho nên cần làm sạch vật cần phun Quá trình chuẩn bị bề mặt thường theo