ỨNG DỤNG TÍNH CHẤT CƠ CỦA MÀNG MỎNG

Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt NG DNG TNH CHT C CA MNG MNG I. GII THIU CHUNG: Vi nhu cu hin nay l to ra nhng sn phm ớt b mi mũn, b n mũn vi mụi trng v tui th cao, ũi hi phi tỡm ra mt phng phỏp ch to hu hiu. Hng nm, trong cỏc ngnh cụng nghip s hao mũn v hin tng n mũn cỏc cụng c, mỏy múc ó gõy ra thit hi rt ln. Nú l nguyờn nhõn y chi phớ sn xut, giỏ tiờu dựng lờn cao. Chc chn, s hao mũn v n mũn lm tn tht ln cho nn kinh t, v nú thng a ra nhng ro cn ỏng k k thut sn xut. Ta vn thng hay nghe nhiu vic nh s n mũn lm cu dn n b sp , tu b chỡm, my bay b tai nn, ụ tụ b hng, Vi s phỏt trin ngy cng mnh m ca khoa hc k thut núi chung v c bit l cụng ngh vt liu núi riờng. ó gúp phn vo vic nghiờn cu v ch to nhiu chng loi dng c ct vi vt vựng ct cú nhiu tớnh nng u vit. Mt trong nhng ng dng mang tớnh ph bin trong lnh vc gia cụng ct gt ú l vt liu dng c c phun, ph lm tng kh nng ct gt ca chỳng. Vi nhng dng c ct cú kt cu phc tp, vic ch to khú khn thỡ ng dng ú l mt trong nhng gii phỏp mang tớnh t phỏ. Dao phay u cu ph TiAlN l mt loi dng c nh vy. Cú th núi rng s phỏt trin mnh m ca cụng ngh khuụn, mu ó gúp phn to nờn s linh hot v hiu qu trong lnh vc c khớ ch to. Trong vic ch to khuụn thỡ thộp hp kim CR12MOV l mt trong nhng loi vt liu in hỡnh. Ngoi ra vt liu ny cũn c dựng ch to nhiu dng chi tit khỏc nhau phc v trong nhiu lnh vc ca i sng xó hi. Thc t vic gia cụng thộp hp kim CR12MOV bng dao phay u cu ph TiAlN l mt gii phỏp ang c rt nhiu nh mỏy, c s sn xut ỏp dng gia cụng nhiu dng b mt phc tp. Trc õy nhng b mt phc tp ny c gia cụng bng cỏc phng phỏp khụng truyn thng nh l: Gia cụng bng in hoỏ, gia cụng bng xung in, gia cụng bng siờu õm nhng nhng phng phỏp ny cú mt s nhc im: Giỏ thnh u t cao, nng sut gia cụng thp. Tuy nhiờn, mt s phng phỏp chng mi mũn v n mũn l ch to cỏc thnh phn hon ton t cỏc vt liu chng hao mũn v chng n mũn, nhng iu ny cú th s rt tn kộm. K t khi hin tng hao mũn v n mũn b mt, mt lp ph trờn b mt cú hiu qu gim thiu chi phớ v ti a húa tui th hot ng ca cỏc thit b. Vi hiu sut nhu cu v iu kin hot ng ca cỏc thit b ngy nay, cn nhng vt liu c yờu cu vi nhit cao, cng, tr (ớt b phn ng húa hc) v chu nhit. Trong phn ny, cỏc ng dng ca tớnh cht c ca mng mng c trỡnh by vi nhiu cỏch khỏu nhau nhng núi chung nú cú hai ng dng chớnh: ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 1/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt Cỏc vt liu c ph mng cng lm cho cụng c cn cng cao hn dựng trong vic khoan ct. Cỏc vt liu (cỏc thit b kim loi) c ph lờn chng li quỏ trỡnh oxy húa nhm tng tui th ca chỳng. II. NG DNG VO VIC PH MNG LM TNG CNG VT LIU 1. Mũn dng c ct a) Khỏi nim chung v mũn Mũn l hin tng phỏ hu b mt v s tỏch vt liu t mt hoc c hai b mt trong chuyn ng trt, ln hoc va chm tng i vi nhau. Eyre v Davis nh ngha mũn liờn quan n s hao ht v khi lng hoc th tớch, dn n s thay i vt quỏ gii hn cho phộp v hỡnh dng ca b mt. Núi chung mũn xy ra do s tng tỏc ca cỏc nhp nhụ b mt. Mũn dng c ct: Trong hu ht cỏc quỏ trỡnh ct kim loi, kh nng ct ca dng c s gim dn n mt lỳc no ú dng c s khụng tip tc ct c do mũn hoc hng hon ton. Mũn dng c l ch tiờu chớnh ỏnh giỏ kh nng lm vic ca dng c bi vỡ nú hn ch tui bn ca dng c. Mũn dng c nh hng trc tip n chớnh xỏc gia cụng, cht lng b mt v ton b khớa cnh kinh t ca quỏ trỡnh gia cụng. S phỏt trin v tỡm kim nhng vt liu dng c mi cng nh bin phỏp cụng ngh mi tng kh nng bn ca b mt nh ph cỏc vt liu TiN, TiAlN, CBN, chớnh l nhm tng kh nng chng mũn ca dng c. Hỡnh 1: Phay mt cong phc tp bng dao phay cu ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 2/13 Hoïc vieân Leâ Duy Nhaät Hình 2: Cấu tạo của lưỡi dao dùng để cắt Hình 3: Hình dạng - kích thước chế tạo của thân dao ký hiệu SRM và mảnh ghép ký hiệu SRG40C, SRG50C, SRG50E, SRG50E, APMT1604PDER-M2, APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. “Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng”- Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng Trang 3/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt b) Cỏc dng mũn ca dng c ct Mũn theo mt sau Mũn theo mt trc Mũn ng thi mt trc v mt sau Cựn li ct Trúc M li ct Nt li ct Hng trm trng Cỏc c ch mũn ca dng c ct Theo Shaw mũn dng c cú th do dớnh, ht mi, khuch tỏn, ụxy húa v mi. Cỏc c ch mũn ny xy ra ng thi trong quỏ trỡnh ct tuy nhiờn tựy theo iu kin ct c th m mt c ch no ú chim u th. Ngoi ra dng c cũn b phỏ hy do m dm, nt v bin dng do [4]. Theo Loffer trong ct kim loi nhit ct hay vn tc ct l nhõn t cú nh hng mnh nht n s tn ti ca cỏc c ch mũn phỏ hy. di vn tc ct thp v trung bỡnh, c ch mũn do dớnh v do ht mi chim u th khi ct liờn tc v giỏn on. Khi tng vn tc ct, mũn do ht mi v húa lý tr lờn chim u th i vi ct liờn tc v to nờn vựng mũn mt trc. S hỡnh thnh cỏc vt nt do ng sut nhit bin i theo chu k l c ch mũn ch yu dn n v li ct khi ct khụng liờn tc [4] Hỡnh 2.5., 2.6. th hin mi quan h gia vn tc ct v c ch mũn khi ct liờn tc v giỏn on. Hỡnh 4: nh hng ca vn tc ct n c ch mũn khi ct liờn tc ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 4/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt Hỡnh 5: nh hng ca vn tc ct n c ch mũn khi ct giỏn on c) Cỏc c ch mũn ca dng c ct Mũn do co xc Mũn do dớnh Mũn do ht mi Mũn do khuch tỏn Mũn do ụxy hoỏ Mũn do nhit d) Mũn ca dng c ph bay hi nõng cao kh nng s dng ca dng c bi s kt hp c ỏo ca lp ph vi nn, cng núng ca lp ph cao v kh nng ci thin iu kin tip xỳc vựng li ct. Lp ph cú u im ni bt nh gim ma sỏt, gim dớnh v khuych tỏn gia vt liu gia cụng v cỏc b mt dng c. Cú hai c ch mũn chớnh xy ra trờn dng c ph khi ct thộp ú l nt, v v bong ra ca cỏc mnh TiN v mũn vt liu nn. Khi s dng dao tin T15 ct thộp 1045 vi vn tc ct 100 m/phỳt ó phỏt hin c ch mũn ch yu l s góy, v ca lp ph khi nn thộp giú b gim cng do nhit cao. Mũn liờn tc ca lp ph gn vựng mũn mt trc hu nh khụng ỏng k, iu ú núi nờn rng kh nng chng mũn do ht mi v mũn hoỏ hc ca TiN l rt cao. S góy v ca lp ph trờn mt trc l do nhit cao phỏt trin v lm gim cng ca nn. Quỏ trỡnh gy v xy ra theo 3 giai on nh hỡnh 6 ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 5/13 Hoïc vieân Leâ Duy Nhaät Hình 6: Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN 1 a) Giai đoạn 1: Ma sát giữa phoi và lớp phủ sinh ra nhiệt và truyền vào dụng cụ. 2 b) Giai đoạn 2: Dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp cùng nhiệt độ cao dưới lớp phủ, nền bị biến dạng dẻo làm cho lớp phủ bị nứt, vỡ cục bộ sau đó bị cuốn đi cùng với dòng phoi làm cho nền bị lộ ra. Ma sát và nhiệt độ của vùng này tiếp tục tăng lên. 3 c) Giai đoạn 3: Vùng mòn mặt trước xuất hiện. Nền của lớp phủ gần vùng mòn tiếp tục bị giảm độ cứng làm cho lớp phủ tiếp tục bị nứt, vỡ và cuốn đi theo phoi. Vùng mòn mặt trước phát triển rộng dần làm giảm khả năng cắt gọt của dụng cụ [4]. 2. Các công nghệ phủ hiện tại có mặt trên thị trường • Phủ Titanium Nitride (TiN) – Phủ PVD công dụng chung, lớp phủ này làm tăng độ cứng và nhiệt độ ô xy hóa cao. • Phủ Titanium Carbo-Nitride (TiCN) – Lương các bon thêm vào góp phần tăng độ cứng và bôi trơn bề mặt của lớp phủ. • Phủ Titanium Aluminum Nitride (TiAlN hoặc AlTiN) – Bao gồm một lớp ôxýt nhôm giúp nâng cao tuổi thọ của dao cho các ứng dụng sinh nhiệt mạnh mẽ. Được sử dụng trong trường hợp đặc biệt khi áp dụng gia công khô hoặc gần khô. Dao có lớp phủ AlTiN có độ bền bề mặt cao hơn, so sánh với dao có lớp phủ TiAlN, nhờ vào biến thiên tỷ lệ phần trăm được sử dụng trong hợp chất nhôm/titan. Tùy chọn này rất phổ biến cho các ứng dụng gia công cao tốc. • Phủ Chromium Nitride (CrN) – Lớp phủ này có ưu điểm nhờ vào các tính chất chống dính của nó, nó là một giải pháp được ưa thích cho việc chống lại hiện tượng lẹo dao. • Phủ kim cương – Cho hiệu suất gia công tốt nhất khi gia công vật liệu không chứa sắt. Đặc biệt lý tưởng để gia công graphit, composit nền kim loại, nhôm có thành phần silicon “Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng”- Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng Trang 6/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt cao v cỏc loi vt liu mi. Hon ton khụng phự hp cho gia cụng thộp, vỡ cỏc phn ng húa hc lm phỏ hy liờn kt lp ph vi cht nn. 3. Vai trũ nõng cao tui bn ca vt liu ct khi c ph mng: Ta s xột vai trũ nõng cao tui bn ca dng c ct khi s dng vt liu ph khỏc nhau thay i theo iu kin gia cụng c th. Hỡnh 7 ch ra mi quan h gia tui bn ca dao tin v phay mt u thộp giú ph TiN, TiCN v TiAlN dựng ct thộp cỏcbon SAE 4340 theo vn tc ct cho c ct liờn tc (hỡnh 7a) v ct khụng liờn tc (hỡnh 7b). T hai th cú th thy rng trong ct liờn tc (tin) TiAlN cú tỏc dng nõng cao tui bn ca dao thộp giú tt nht sau ú n TiN v cui cựng l TiCN. Trỏi li trong ct va p (phay) TiCN li cú tỏc dng nõng cao tui bn tt nht sau ú n TiN v TiAlN. Nh vy mi loi vt liu ph u cú kh nng nõng cao tui bn ca dng c khỏc nhau tựy thuc vo cỏc iu kin ct trong ú dng c c s dng [4]. Hỡnh 7: (a) Quan h tui bn ca dao thộp giú ph PVD theo vn tc ct (b) Dao phay mt u dựng phay thộp cỏcbon tụi ci thin. ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 7/13 Hoïc vieân Leâ Duy Nhaät Hình 8: Một số vật liệu thường được sử dụng để tạo màng cứng và các đặc tính của chúng Hình 9: Một số vật liệu thường được sử dụng để tạo màng cứng và bề dày của màng phủ “Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng”- Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng Trang 8/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt Hỡnh 10: Hỡnh nh phũng thớ nghim nghiờn cu tớnh cht ph mng vt liu III. MNG MNG KIM CNG Nhng k s húa hc ó to ra mng mng kim cng bng cỏch gieo nhng nguyờn t Cacbon vo b mt ca silicon carbide. Nhng nguyờn t kim cng thu nh phỏt trin ang xen vo khi t din ca phõn t to thnh nhng hỡnh chúp vi nhng tam giỏc cỏc mt. Khụng ging nh nhng trang sc c tin ca chỳng, mng mng kim cng v sapphires cú nhng ng dng trong cụng nghip. Kim cng l mt vt liu vụ cựng cng cho nhng ng dng mi mũn v ng dng ct. Nhng lp mng bo v v nhng con chip mỏy tớnh m nú cú th vn hnh nhit rt cao cú mt vi ng dng ha hn ca mng mng kim cng. Trong s ph kim cng hon ton lý tng, nhng tinh th nguyờn t cacbon s cú cựng kớch thc v thng hng vi nhau to thnh mt lp phng. Vi nhng tinh th phỏt trin vi tc khỏc nhau to nờn mt mng mng khụng hon ho. Mng mng kim cng cú nhiu ha hn nht i vi vt liu bỏn dn. S dng s lng ng húa hc, cỏc nh sn xut cht bỏn dn cú th to ra nhng mng mng kim cng tng hp. Mng mng kim cng cú cng rt tt v tớnh chu nhit cao nờn c ng dng ch yu vo k thut mi mũn, ct, s ph mng bo v: in thoi, ng h treo tng, ốn oleds, con chip mỏy tớnh; dng c gia ỡnh: lũ vi ba, lũ hp bỏnh, lũ si, mỏy sy qun ỏo; kớnh hin vi; v s dng ỏnh sỏng phỏt ra t mng mng kim cng. ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 9/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt IV. CC NG DNG TIấN TIN S DNG TNH CHT C CA MNG MNG 1. Loi li ct mi cho gia cụng tin tiờn tin Sandvik Coromant hin nay a vo hai loi li ct mi bn, sc, GC1125 dnh cho thộp khụng r v GC1515 cho thộp. Da vo s phỏt trin mi nht v cụng ngh lp ph v hp kim gm cac bit, nhng iu ny ó ỏp ng nhu cu ang tng v cnh ct bộn vi tớnh bo ton nguyờn vn ng cnh ct cao trong vic gia cụng tin Nhng loi li ct mi ny lý tng cho nhng ng dng ngn hn, gia cụng nhng chi tit nh hoc khi cn thờm bn cnh ct. Nhng ng dng tiờu biu l ct giỏn on, gia cụng vai bờn trong hoc gia cụng tinh bờn trong. GC1125 cú bộn cnh ct cao gia cụng thộp khụng r an ton, d thoỏt phoi v cú bn cn cho vic ct giỏn on. Nú biu din sc mnh vi vt liu dớnh kt v l s la chn tt cho vic gia cụng khụng rung ng. bn v bộn cnh ct ó c ci tin duy trỡ s kim soỏt phoi tt v tui th dng c ngay c khi tc n dao thp hn. GC1515 cú li cho gia cụng thộp t s kt hp c ỏo ca lp ph chng mũn v cnh ct m bo bn. iu ny to kh nng gia cụng nhiu chi tit hn trờn li ct, trong khi vn duy trỡ c phm vi dung sai hp vi s ln iu chnh bự kớch thc ti thiu. GC1125 v GC1515 l hng i thng vo tớnh xỏc thc v cú th d d oỏn trc kt qu gia cụng hn vi cỏc li ct m bo vn hnh n nh v cht lng chi tit gia cụng cao vi tui th li ct di hn. õy l nhng li ớch to nờn vic gia cụng khụng cú sn phm hng v kh nng sn xut sinh li cao hn. 2. Cụng ngh to lp ph tiờn tin trờn th gii Mt chng trỡnh nghiờn cu do B Khoa hc v Cụng ngh Philippin ti tr ó xỏc lp c cỏc cụng ngh ch to lp ph tiờn tin, to cho Philippin bc t phỏ u tiờn vo th trng kinh doanh cụng ngh cao ca th gii vi doanh thu d kin hn 40 t USD mt nm. Cụng ngh do mt nhúm nghiờn cu di s lónh o ca Tin s Henry J. Ramos thuc Vin Vt lý Quc gia, trng i hc Philippines Diliman thit lp, ch to c lp ph b mt cú cng nh kim cng hoc lp ph hon thin mu vng cú th s dng trong ngnh cụng nghip ng dng tớnh cht c ca mng mng- B mụn Vt Lý Mng Mng Trang 10/13 . dụng để tạo màng cứng và các đặc tính của chúng Hình 9: Một số vật liệu thường được sử dụng để tạo màng cứng và bề dày của màng phủ Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng - Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng. được phủ lên để chống lại quá trình oxy hóa nhằm tăng tuổi thọ của chúng. Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng - Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng Trang 12/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt TI LIU THAM KHO [1] APMT1604PDER-H2 của dao nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7]. Ứng dụng tính chất cơ của màng mỏng - Bộ môn Vật Lý Màng Mỏng Trang 3/13 Hoùc vieõn Leõ Duy Nhaọt b) Cỏc dng mũn ca dng c ct