Nguồn nhiệt đốt nóng các phần tử kim loại phun tới trạng thái nóng chảy hoặc gần nóng chảy; dưới áp lực của không khí hoặc hỗn hợp khí cháy các phần tử kim loại chuyển động với tốc độ rấ
PhạM HảI TRìNH giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành: cƠ HọC kỹ thuật cƠ HọC kỹ tht m« pháng trêng øng st d líp phđ ceramic PhạM HảI TRìNH 2005 - 2007 Hà Nội 2007 Hµ Néi 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131785941000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất số liệu kết tính tốn đề tài thân tơi thực Các số liệu đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình Người thực Phạm Hải Trình LỜI CẢM ƠN Lời cho em bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy cô môn Cơ học kết cấu & vật liệu môn Cơ học ứng dụng Trong hai năm học vừa qua chúng em thầy tận tình giảng dạy dìu dắt chúng em tiếp thu tri thức Lời cho bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Thầy TS Lê Thượng Hiền - Trưởng khoa Cơng nghệ Cơ khí - Trường Đại học Điện lực người hướng dẫn đồ án khoa học em Thầy tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em nhiều trình làm đồ án công tác Em bày tỏ lịng cảm ơn chân thành đến thầy khoa Cơng nghệ Cơ khí - Trường Đại học Điện lực nơi mà em công tác Các thầy cô khoa giúp đỡ em nhiều việc giảng dạy trường ngày em học tập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỤC LỤC Trang Trang 1 Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu Chương TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tổng quan công nghệ phun phủ 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PHÂN TÍCH NHIỆT 10 2.1 Các khái niệm tốn phân tích nhiệt - ứng suất 10 2.1.1 Phương trình vi phân dẫn nhiệt 11 2.1.2 Phương trình dạng khơng thứ ngun 13 2.1.3 Cơng thức tích phân tốn 14 2.1.4 Cơng thức phần tử hữu hạn tốn phân tích nhiệt-ứng 15 suất 2.2 Cơ sở lý thuyết phun phủ 16 2.2.1 Các phương pháp phun 18 2.2.2 So sánh đặc điểm công nghệ phương pháp phun lửa 25 khí phun plasma 22.2.4 Cấu Q trúc điểcủa ềlớp phun ất hiệ lớ h hủ 31 36 2.2.5 Độ bám lớp phun 2.2.6 Tính chất học lớp phun kim loại 37 47 2.2.7 Ứng suất dư lớp phun 53 Chương GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ANSYS TRONG BÀI 59 dy1 TOÁN PHÂN TÍCH NHIỆT 3.1 Phương pháp để giải tốn phân tích nhiệt-ứng suất 59 ANSYS 3.2 Các phần tử sử dụng 62 Chương MƠ HÌNH HỐ CHO MẪU PHỦ VÀ KẾT QUẢ SỐ 63 4.1 Giới thiệu tốn 63 4.2 Mơ hình tốn 63 4.3 Bài tốn số 66 NHẬN XÉT CHUNG TỒN BỘ ĐỀ TÀI 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 93 CÁC KÝ HIỆU q: Mật độ dòng nhiệt λ: Hệ số dẫn nhiệt c: Nhiệt dung riêng ρ: Khối lượng riêng λ : Hệ số dẫn nhiệt độ [m/s2] c ρ [K]: Ma trận độ cứng hệ {T n}: Trường nhiệt độ nút cần tìm n: Số nút ẩn {F}: Ma trận vector nguồn nhiệt m: Khối lượng phần tử phun (g) V: Tốc độ phần tử va đập (m.s) C: tỷ nhiệt (cal.g-1 0C-1) t1 : nhiệt độ phần tử kim loại thời điểm va đập bề mặt chi tiết (0C) t : nhiệt độ chảy phần tử kim loại (0C) S: ẩn nhiệt (cal) α 12: Lực căng chất lỏng chất rắn α 23: Lực căng chất lỏng không khí α 12: Lực căng chất rắn khơng khí θ: Là góc chất lỏng rắn gọi góc căng n S : Diện tích mặt nhám S p : Diện tích mặt nhẵn Chương TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Phun phủ phương pháp xử lý bề mặt vật liệu sử dụng nửa kỷ Công dụng chủ yếu phun phủ bảo vệ kết cấu chi tiết làm việc môi trường khác nhau, phục hồi chi tiết máy bị mòn, ăn mòn xâm thực Sự phát triển mạnh mẽ thiết bị, vật liệu công nghệ phun vài chục năm gần đưa phun phủ thành lĩnh vực khoa học công nghệ riêng, góp phần đáng kể vào tiến khoa học loài người, mang lại hiệu kinh tế to lớn lĩnh vực chế tạo phục hồi Ở Việt Nam, nhiều ngành công nghệ lớn phát triển với tốc độ nhanh, như: đóng tàu, hàng khơng, dầu khí, xây dựng, hố học, chế tạo máy Sự “hụt hẫng” công nghệ phun phủ dẫn đến bị động trì trệ lĩnh vực chế tạo phục hồi, gây tổn hại to lớn cho kinh tế quốc dân Hàng năm, nhà nước phải nhập ngoại hàng ngàn tỉ đồng vật liệu phụ tùng thay thế; hàng trăm tỉ đồng cho việc thuê nước phun phủ phục hồi chi tiết kết cấu bị hư hỏng dạng ăn mòn mài mòn Hơn nữa, ngành việc sản xuất điện ngành Điện lực việc phục hồi chi tiết đòi hỏi phải nghiên cứu công nghệ phun phủ… 1.2 Tổng quan công nghệ phun phủ [1] Các chi tiết máy kết cấu làm việc nhiều môi trường khác với chế độ công tác khác Chúng bị phá huỷ hư hỏng nhiều dạng Có nhiều nguyên nhân, nguyên nhân là: gỉ (do làm việc mơi trường khơng khí – kết cấu xây dựng, nước – phương tiện thuỷ; môi trường tĩnh động - thiết bị hoá học…); ăn mòn (dưới tác dụng chất lỏng khí cháy); mài mịn học hư hỏng khác (tại mặt tiếp xúc chi tiết làm việc áp suất nhiệt độ cao) Để nâng cao độ bền tuổi thọ chi tiết kết cấu, nhiều giải pháp đưa ra: gia cơng nhiệt để cải thiện tính chất vật liệu; sản xuất vật liệu hợp kim Trong nhiều trường hợp, bề mặt vật liệu phủ lớp bảo vệ chống ăn mòn mài mòn Có nhiều phương pháp phủ mặt chi tiết kết cấu tuỳ theo mục đích sử dụng điều kiện làm việc chúng Có lớp phủ bảo vệ trang trí; có lớp phủ đặc biệt với tính chất đặc biệt như: chống cháy, chịu mài mòn, chịu nhiệt cách nhiệt… Việc chọn vật liệu phương pháp phủ nói chung phụ thuộc vào điều kiện làm việc chi tiết kết cấu Ngoài cải thiện chất lượng bề mặt vật liệu cho phép thiết kế chế tạo máy móc thiết bị suất Nhóm phương pháp phủ bề mặt vật liệu: a) Các phương pháp hoá học điện ly: Photphat hoá, sunfit hoá (phương pháp hoá học); mạ niken, mạ crom, oxit hoá (phương pháp điện ly) Lớp phủ photphat hố (cịn gọi tẩm photphat) dùng để trang trí bảo vệ chống gỉ Lớp phủ sunfit hố có tác dụng nâng cao độ bền mòn Các lớp phủ mạ niken, mạ crom hay oxit hố có tác dụng trang trí, bảo vệ chống mài mòn b) Các phương pháp vật lý: Các phương pháp phủ vật lý bao gồm tráng nhôm, nhúng kẽm khuếch tán (khuếch tán bột nhôm, bột crôm, tẩm bon, tẩm nitơ tẩm hỗn hợp cac bon – nitơ) Sự bề mặt, phủ chân không thiêu kết thủy tinh với mặt kim loại thuộc nhóm phương pháp phủ vật lý Hầu hết phương pháp thuộc nhóm cho lớp phủ có độ bền mịn, bền nhiệt cao, tính chống gỉ tốt c) Các phương pháp học Phủ bề mặt kim loại kim loại khác công nghệ cán, đúc, hàn nổ…; tăng bề mặt xảm; tăng tính chất đặc biệt khác phun phủ Nóm phương pháp học Các kim loại phủ phương pháp đúc, cán hàn nổ thép khơng gỉ, niken, momen, đồng titan… Chúng dùng để bảo vệ kim loại khỏi bị gỉ 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 kim loại Lớp phun phủ hình thành bề mặt chi tiết nhờ nguồn nhiệt từ lửa đốt nhờ hồ quang điện Nguồn nhiệt đốt nóng phần tử kim loại phun tới trạng thái nóng chảy gần nóng chảy; áp lực khơng khí hỗn hợp khí cháy phần tử kim loại chuyển động với tốc độ cao tới bề mặt vật phun tạo thành lớp phun Ưu điểm công nghệ phun phủ [2] Công nghệ phun phủ có ưu điểm trội so với cơng nghệ khác - Bằng phun phủ phủ vật liệu khác bề mặt chi tiết Chẳng hạn, phủ kim loại kính, vải, gỗ, giấy - Có thể phun bề mặt có diện tích lớn vùng nhỏ chi tiết lớn, đó, phương pháp khác như: nhúng, mạ khuếch tán thực mục đích khơng có thiết bị phụ trợ thích hợp (như bể chứa thiết bị nung nóng) Phun phủ phương pháp tiện lợi kinh tế chi tiết có yêu cầu mặt phủ lớn - Cũng hàn đắp, phun phủ cho phép tạo lớp đắp với chiều dày tương đối lớn (để phục hồi chi tiết bị mài mòn) - Thiết bị phun phủ đơn giản gọn nhẹ, di chuyển dễ dàng nhanh chóng Chẳng hạn, phun lửa khí cần máy nén khí, mỏ đốt bình khí Khi có nguồn điện ứng dụng phương pháp phun điện với súng phun cầm tay tiện lợi - Có thể sử dụng kim loại hợp kim khác nhau, hỗn hợp chúng Có thể phun nhiều lớp với vật liệu khác để tạo lớp phủ có tính chất đặc biệt - Chi tiết phun bị biến dạng, đó, đốt nóng tồn phần cục chi tiết phủ phương pháp khác gây biến dạng lớn - Bằng phương pháp phun có sản xuất chi tiết có hình dạng phức tạp Trong trường hợp này, phun phủ tiến hành mặt khuôn mẫu Sau phun khuôn mẫu tháo để lại lớp vỏ tạo thành từ lớp phun - Q trình cơng nghệ phun phủ đảm bảo suất cao khối lượng công việc không lớn Nhược điểm công nghệ phun phủ - Khi chi tiết phun nhỏ, phun phủ hiệu tổn hao vật liệu phun lớn Trong trường hợp này, kinh tế lớp sử dụng phương pháp khác - Quá trình chuẩn bị bề mặt trước phun gây ô nhiễm môi trường làm việc phải sử dụng thiết bị tẩy rửa làm máy phun cát, phun bi, phun bột kim loại dung dịch tẩy rửa khác - Trong trình phun, hạt phun bắn tung t, đồng thời tạo hợp chất có hại cho sức khoẻ người công nhân