Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lí nhiệt ở miền nhiệt độ trên 500oc đến cấu trúc tính chất của hệ phủ kép hợp kim nicr và nhôm trên nền thép

NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT Ở MIỀN NHIỆT ĐỘ TRÊN 500oC ĐẾN CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ PHỦ KÉP HỢP KIM NiCr VÀ NHÔM TRÊN NỀN THÉP KHOÁ 2011B LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Khoa học kỹ thuật Vật liệu Hà Nội – Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT Ở MIỀN NHIỆT ĐỘ TRÊN 500oC ĐẾN CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ PHỦ KÉP HỢP KIM NiCr VÀ NHÔM TRÊN NỀN THÉP Chuyên ngành: Khoa học kỹ thuật Vật liệu NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHÙNG THỊ TỐ HẰNG TS LÊ THU QUÝ Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, hình thành phát triển từ quan điểm cá nhân tôi, hướng dẫn PGS.TS.Phùng Thị Tố Hằng, đồng hướng dẫn TS Lê Thu Quý có tham khảo thêm tài liệu đáng tin cậy, có nguồn gốc rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hồn tồn xác trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Tác giả luận văn NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Phùng Thị Tố Hằng, Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt – Viện Khoa học kỹ thuật vật liệu – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội TS Lê Thu Quý- Viện Kỹ thuật Nhiệt đới- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam trực tiếp hướng dẫn thực hồn thành đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt, thầy giáo Phịng thí nghiệm kim loại học Xưởng nhiệt luyện, bạn sinh viên lớp Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt K52 K54, kỹ thuật viên Viện Kỹ thuật Nhiệt đới tạo điều kiện giúp hoàn thành đề tài Tác giả luận văn MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 LỜI NÓI ĐẦU 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .15 Khái quát chung .15 Lịch sử phát triển .15 Tình hình ứng dụng phun phủ giới Việt Nam 16 Cơ sở lý thuyết công nghệ phun phủ kim loại 17 4.1 Cơ chế hình thành lớp phủ kim loại 17 4.2 Đặc trưng hình thành cấu trúc lớp phủ kim loại 18 4.3 Các phương pháp phun kim loại 18 4.4 Một số vật liệu phun phủ thông dụng sử dụng giới .24 4.5 Ưu điểm nhược điểm công nghệ phun phủ .25 Phương pháp phun phủ hồ quang điện .25 5.1 Thiết bị dùng để phun phủ 26 5.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình phun phủ hồ quang điện 29 Lớp phủ kép Ni-Cr Al 30 6.1 Sự hình thành cấu trúc lớp phủ kim loại 30 6.2 Cấu trúc lớp phủ kim loại 32 6.3 Lớp phủ nhôm (Al) .34 6.4 Lớp phủ Ni-Cr 35 6.5 Lớp phủ kép Ni-Cr Al 38 6.6 Xử lý nhiệt lớp phủ kép NiCr-Al 41 Hình 1.19 Giản đồ pha Fe-Al 42 Bảng 1.5 Nhiệt độ nồng độ tồn pha theo giản đồ pha Fe-Al .42 Bảng 1.6 Cấu trúc tinh thể độ cứng pha FemAln 43 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 49 Sơ đồ bước tiến hành nghiên cứu 49 Chuẩn bị mẫu bề mặt trước phun phủ 50 2.1.Vật liệu .50 2.2 Thiết bị chuẩn bị mẫu .50 2.3 Quy trình .51 2.4 Phun phủ .51 2.5 Xử lý nhiệt 53 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc tính chất lớp phủ 57 3.1 Chụp ảnh tổ chức tế vi lớp phủ 57 3.2 Xác định phân bố độ cứng lớp phủ phương pháp đo độ cứng tế vi 58 3.3 Chụp EDS dự đoán pha sau ủ .59 3.4 Phân tích thành phần hóa học pha xuất lớp phủ phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray) 60 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến cường độ mài mòn lớp phủ .61 3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến độ bám dính lớp phủ 62 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 Ảnh hưởng chế độ ủ đến tổ chức tế vi tính chất lớp phủ kép 64 1.1 Tổ chức tế vi độ cứng mẫu sau phun phủ sau ủ phân cấp 5500C giữ nhiệt 2h 65 1.2 Ảnh hưởng thời gian giữ nhiệt đến tổ chức tính chất lớp phủ kép thép C45 CT3 69 Phân tích thành phần hóa học lớp phủ phương pháp EDS 84 Nghiên cứu pha liên kim phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 87 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ủ xử lý nhiệt đến cường độ mài mòn hệ số ma sát lớp phủ 91 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ủ xử lý nhiệt đến độ bám dính lớp phủ .94 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 97 KẾT LUẬN 97 ĐỀ XUẤT 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CVD: Chemical vapor deposition: Lắng đọng hóa học PVD: Physical vapor deposition: Lắng đọng vật lý BCC: Body centered cubic: Lập phương tâm khối FCC: Face centered cubic: Lập phương tâm mặt Cấu trúc tinh thể A2: Lập phương tâm khối, nguyên tử góc tâm khối lập phương giống Cấu trúc tinh thể B2: Dạng lập phương tâm khối nguyên tử góc tâm khác Cấu trúc tinh thể DO3: Dạng hỗn hợp cấu trúc A2 B2 xếp trồng lên HVOF: High Velocity Oxygen Fuel: Công nghệ phun nhiên liệu oxy tốc độ cao EDS (EDX): Energy-dispersive X-ray spectroscopy: Phổ tán sắc lượng tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Một số tính chất Nhôm 35 Bảng 1.2 Một số tính chất Crôm 36 Bảng 1.3 Một số tính chất Niken 37 Bảng 1.4 Đặc điểm thấm ướt Ni, Cr lỏng ôxyt nhôm 39 Bảng 1.5 Nhiệt độ nồng độ tồn pha theo giản đồ pha Fe-Al .42 Bảng 1.6 Cấu trúc tinh thể độ cứng pha FemAln 43 Bảng 2.1 Thành phần hóa học mẫu trước phun phủ 50 Bảng 2.2 Thành phần hoá học dây Al dây hợp kim Ni80Cr20 .51 Bảng 2.3 Các thơng số tối ưu q trình phun phủ 52 Bảng 2.4 Số lượng mẫu ủ khoảng nhiệt độ thời gian giữ nhiệt khác 56 Bảng 3.1: Độ cứng lớp phủ đơn mẫu trước ủ sau ủ 550oC-2h 67 Bảng 3.2 Độ cứng tế vi lớp biên giới Al-NiCr Al-thép mẫu phun phủ C45 CT3 ủ 550oC - 2h .68 Bảng 3.3 Độ cứng tế vi lớp phủ kép thép C45 sau ủ 550oC giữ nhiệt thời gian khác 72 Bảng 3.4 Độ cứng tế vi lớp phủ kép thép CT3 sau ủ 550oC giữ nhiệt thời gian khác 74 Bảng 3.5: Độ cứng tế vi lớp phủ kép thép C45 sau ủ 600oC giữ nhiệt thời gian khác 78 Bảng 3.6 Độ cứng tế vi vùng biên giới Al NiCr lớp phủ kép thép CT3 sau ủ 600oC giữ nhiệt thời gian khác 80 Bảng 3.7 Thành phần hóa học điểm quét biên giới lớp NiCr-Al 85 Bảng 3.8 Các pha góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với mẫu phun phủ C45 vùng NiCr-Al 90 Bảng 3.9 Các pha góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với mẫu phun phủ C45 vùng NiCr-Al .90 Bảng 3.10 Kết đo cường độ mòn hệ số ma sát .94 Bảng 3.11 Kết đo độ bám dính lớp phủ cho mẫu phủ kép C45 95 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ phun phủ 16 Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc lớp phun 18 Hình 1.3 Sơ đồ phun nhiệt khí dùng dây kim loại 19 Hình 1.4 Thiết bị phun khí cháy .20 Hình 1.5 Sơ đồ phun nổ 20 Hình 1.6 Nguyên lý phun HVOF .21 Hình 1.7 Nguyên lý phun phủ hồ quang điện 22 Hình 1.8 Ngun lý cơng nghệ phun plasma 23 Hình 1.9 Thiết bị phun plasma hệ kín .24 Hình 1.10 Thiết bị phun phủ hồ quang điện 26 Hình 1.11 Đầu phun hồ quang điện LD/U-2 27 Hình 1.12 Hệ thống điều khiển thiết bị phun phủ hồ quang điện 27 Hình 1.13 Thiết bị làm EDUC-O-MATIC 28 Hình 1.14 Các thơng số thiết bị ảnh hưởng đến trình phun phương pháp hồ quang điện 29 Hình 1.15 Cấu trúc lớp phủ 33 Hình 1.16 Mặt cắt ngang lớp phủ 33 Hình 1.17 Giản đồ pha Ni-Cr 38 Hình 1.18 Sự thay đổi góc thấm ướt hợp kim NiCr lên bề mặt Nhôm, Hafni Ytri theo thời gian .40 Hình 1.19 Giản đồ pha Fe-Al 42 Hình 1.20 Hệ số khuếch tán chất α-Fe .44 Hình 1.21 Hệ số khuếch tán chất Al 44 Hình 1.22 Giản đồ pha nguyên Cr-Ni-Al-mặt cắt đẳng nhiệt 700oC 46 Hình 1.23 Giản đồ pha Al-Cr 47 Hình 1.24 Giản đồ pha Al-Ni 48 Hình 2.1 Sơ đồ bước nghiên cứu luận án .49 10 Từ giản đồ Al-Fe, khoảng từ 48-49%Al, xuất pha FeAl2; từ 53-56%Al xuất pha Fe2Al5; từ 57-61%Al có pha FeAl3 vùng nhiệt độ thấp, khoảng nồng độ nhôm hỗn hợp pha liên kim Do vậy, điểm xuất pha liên kim Fe2Al5 pha FeAl3 - Điểm thành phần tương ứng với thép (99,6%Fe – 0,34%C) Các kết cho phép dự báo xuất pha sở thành phần nguyên tố điểm dựa vào giản đồ pha Để có kết luận rõ ràng pha xuất ủ, nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiễu xạ Rơn ghen Nghiên cứu pha liên kim phương pháp nhiễu xạ Rơnghen Nghiên cứu sử dụng mẫu phủ lớp kép Al Ni-Cr lên thép C45 qua ủ 600oC 8h để phân tích nhiễu xạ Rơn ghen Phương pháp cho biết pha tạo thành nhờ giản đồ nhiễu xạ nhận Do lớp phủ tương đối mỏng, lớp phủ NiCr có chiều dày từ 100 đến 150µm, lớp phủ Al có chiều dày 80 đến 120 µm, độ dày pha liên kim lại nhỏ nên quét nhiễu xạ X-ray phương pháp quét bề mặt cắt ngang lớp phủ (như chụp ảnh tổ chức tế vi), không nhận thông tin vùng lớp phủ cách xác Nghiên cứu thực bóc lớp mỏng mặt phẳng lớp phủ, quét từ lớp phủ NiCr, lớp Al đến Kết phát pha liên kim thể hình 3.19, 3.20 Thiết bị sử dụng máy quét Xray: D8 Advance hãng BruckerĐức Phịng thí nghiệm Vật liệu- Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ Vinacomin Kết phân tích thực nhiệt độ phòng t = 18oC với thông số: Bước thời gian: τ = 1s Bước góc chiếu: ∆θ = 0,01o Góc quét từ 20o đến 90o Điện áp: 40kV Dòng: 40mA 87 400 Lin (Counts) 300 200 100 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta - Scale C45-lop Al-CrNi - File: C45- lop Al- CrNi.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 90.000 ° - Step: 0.100 ° - Step time: s - Temp.: 18 °C - Time Started: 1361929984 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm - Y: 0.0 mm Operations: Smooth 0.150 | Background 0.037,1.000 | Import 00-001-1258 (D) - Nickel - Ni - Y: 23.43 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.54000 - b 3.54000 - c 3.54000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - - 44.3619 - F12= 8(0.1160,13) 03-065-5865 (C) - Aluminum Chromium Nickel - Al4CrNi15 - Y: 18.85 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.56000 - b 3.56000 - c 3.56000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 45.1180 - I/Ic PDF 6.8 - F17=1000(0.0001,17) 03-065-5639 (C) - Aluminum Nickel - AlNi3 - Y: 3.81 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78000 - b 3.78000 - c 3.28000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P4/mmm (123) - - 46.8660 - I/Ic PDF 6.5 - F30=276(0.0026,41) 03-065-9699 (C) - Aluminum Nickel - Al3Ni2 - Y: 3.52 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.02820 - b 4.02820 - c 4.89060 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P-3m1 (164) - - 68.7250 - I/Ic PDF 3.1 - F30=1000(0.0000,30) 03-065-2418 (C) - Aluminum Nickel - Al3Ni - Y: 2.45 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 6.61140 - b 7.36620 - c 4.81120 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pnma (62) - - 234.310 - I/Ic PDF 0.9 - F30=246(0.0036,34) Hình 3.19 Giản đồ nhiễu xạ biên giới NiCr-Al 88 90 Hình 3.20 Giản đồ nhiễu xạ biên giới Al- thép 89 Từ giản đồ nhiễu xạ Rơn ghen biên giới NiCr-Al cho thấy, xuất pha: - Các pha liên kim phát vùng biên giới NiCr-Al: AlNi3, Al4CrNi15, Al3Ni2, Al3Ni Góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với pha liệt kê bảng 3.8 - Các pha liên kim phát vùng biên giới Al-Fe: AlFe3; AlFe; FeAl3 Góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với pha liệt kê bảng 3.9 Bảng 3.8 Các pha góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với mẫu phun phủ C45 vùng NiCr-Al Góc 2θ(o) Pha Al3Ni 25.901 41.800 43.589 Al4CrNi15 44.075 51.301 75.484 Al3Ni2 25.615 44.933 45.291 AlNi3 43.645 48.153 76.915 45.291 86.646 Bảng 3.9 Các pha góc 2θ vạch nhiễu xạ tương ứng với mẫu phun phủ C45 vùng NiCr-Al Góc 2θ(o) Pha AlFe3 44.189 64.313 81.287 AlFe 30.796 44.117 64.099 FeAl3 43.544 44.905 64.242 81.144 Nhận xét: - Đúng theo lý thuyết, giản đồ pha không thấy có tương tác Cr Ni, có tương tác Cr Ni với Al để tạo thành liên kim theo tỉ lệ Al khuếch tán - Khơng có pha liên kim Al-Cr (phù hợp với nhận xét xuất pha nhờ phổ EDS) - Các pha liên kim Al Ni-Cr tạo thành liên tiếp tùy theo tỉ lệ Al với hai nguyên tố lại Trong Al tạo thành liên kim riêng lẻ với Ni Ở 90 vùng gần lớp phủ NiCr, xuất pha giàu Niken AlNi3 (từ nhiễu xạ X-ray), vùng gần lớp phủ Al, xuất pha giàu nhôm Al3Ni (từ phổ EDS) Tuy nhiên phổ EDS quét điểm bất kỳ, phụ thuộc vào đường quét điểm chia đường qt (mang tính ngẫu nhiên), cịn nhiễu xạ X-ray phụ thuộc vào lớp mà người nghiên cứu bóc tách (cũng mang tính ngẫu nhiên) Do vậy, xuất thêm cách pha khác, cần phải có nhiều phân tích kết luận tất pha xuất - Nhiễu xạ X-ray phát thêm pha phức nguyên tố Ni-Cr-Al pha Al4CrNi15 - Trên biên giới giưa Al-nền thép (Fe), pha FeAl2 pha giả bền trình khuếch tán, khả tạo thành thấp chúng bị phân huỷ, kết phân tích Xray khơng thấy có mặt pha - Nhôm khuếch tán sâu vào bề mặt thép nên hàm lượng nhôm giảm dần hình thành pha trung gian (theo giản đồ pha): Al3Fe → Al5Fe2→ AlFe → AlFe3 Như nêu cách quét X-ray theo lớp ngẫu nhiên, không phát đủ pha, xong xuất hiệt pha giàu nhôm Al3Fe (gần lớp phủ nhôm), pha trung gian AlFe đến pha nghèo nhôm AlFe3 (gần với thép) Đến kết luận chắn việc hình thành pha liên kim lớp phủ sau ủ Ngay nhiệt độ 550oC hình thành pha liên kim Nhiệt độ cao tốc độ khuếch tán nhanh, chiều dày khuếch tán lớn, pha liên kim có tính chất đặc biệt: nhiệt độ nóng chảy cao, độ bền, độ cứng cao, tính chất quý để làm tăng độ bền khả làm việc môi trường khắc nghiệt lớp phủ Tuy nhiên để thực đánh giá ưu nhược điểm việc ủ tạo pha liên kim lớp phủ cần có thêm thí nghiệm để kiểm chứng Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ủ xử lý nhiệt đến cường độ mài mòn hệ số ma sát lớp phủ Trong thực tế, chi tiết sau phun phủ làm việc điều kiện mơi trường khác nhau, với lớp phủ NiCr, luận án hướng tới việc 91 tạo cho lớp phủ khả chống mài mịn tốt, yếu tố mơi trường có ảnh hưởng lớn tới khả chống mài mịn lớp phủ, mơi trường khơ, có bơi trơn, tải trọng lớn, tốc độ cao, nhiệt độ cao kết hợp kiểu môi trường có tính chất khác Tùy theo điều kiện làm việc chi tiết mà sử dụng điều kiện thí nghiệm khác Trong luận án này, đề tài thí nghiệm cường độ mịn hệ số ma sát lớp phủ điều kiện nhiệt độ thường khơng có chất bơi trơn cho mẫu phủ kép Al-NiCr thép C45 Thí nghiệm thực thiết bị đo hệ số ma sát độ mài mịn TE97 Friction and Wear Demonstrator Phịng thí nghiệm Vật liệu- Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ Mẫu thử nghiệm chế tạo hình 3.21 Hình 3.21 Bản vẽ chế tạo mẫu thử ma sát, mài mịn Hình 3.22 Mẫu trước ủ(trái) sau thí nghiệm (phải) Cường độ mịn theo phương pháp khối lượng tính sau: I = ∆M/(QxS) Trong đó: I (Kg/Nm): Cường độ mòn ∆M (kg): Độ hao hụt khối lượng mẫu sau thí nghiệm 92 Q (N): Tải trọng thử S (m): Quãng đường chạy mẫu Với thơng số: Tải trọng thử: 30N; Tốc độ vịng quay: 100 vịng/phút Thời gian chạy: 600s Đường kính quay: 45mm Các kết thử mài mòn đưa hình 3.23, 3.24, 3.25, giá trị hệ số ma sát cường độ mài mòn đưa bảng 3.10 Hình 3.23 Biểu đồ hệ số ma sát mẫu chưa ủ Hình 3.24 Biểu đồ hệ số ma sát mẫu sau ủ 550oC- 10h 93 Hình 3.25 Biểu đồ hệ số ma sát mẫu sau ủ 600oC – 8h Bảng 3.10 Kết đo cường độ mòn hệ số ma sát Cường độ mịn trung bình Stt Các mẫu vật liệu tính theo khối lượng (kg/N.m) Hệ số ma sát trung bình Mẫu chưa ủ 0,52 10-9 0.75 Mẫu sau ủ 550oC- 8h 2.15 10-9 0.70 Mẫu sau ủ 600oC- 8h 4,86 10-9 0.60 Nhận xét: - Lớp thử mài mòn lớp NiCr, cường độ mòn tăng dần theo chiều tăng nhiệt độ ủ mẫu cao so với chưa ủ, điều có ý nghĩa lựa chọn chế độ ủ cho mẫu làm việc điều kiện chịu mài mòn nhiệt độ cao - Khi nhiệt độ ủ tăng lên hệ số ma sát giảm, ủ tăng nhiệt độ ủ, lớp kim loại xếp chặt hơn, hạt đỡ thô hơn, giảm cản trở chuyển động, thích hợp cho chi tiết làm việc chịu mài mòn trượt Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ủ xử lý nhiệt đến độ bám dính lớp phủ Như biết, sau ủ biên giới lớp phủ hình thành lớp liên kim có độ cứng cao, đồng thời giúp cho liên kết lớp phủ lớp phủ 94 với bền Tuy nhiên, theo hiệu ứng Kirkendall, ngồi việc hình thành pha liên kim, xuất thêm lỗ trống, số lượng lỗ trống nhiều tập trung thành rỗ bên lớp phủ, gây giảm độ bền, độ bám dính lớp phủ, ngồi chế độ phun phủ không tốt ủ nhiệt độ cao, tốc độ nâng nhiệt lớn gây chảy lỏng lớp Al làm giảm độ bền lớp phủ Đây sở để nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến độ bám dính lớp phủ nhằm lựa chọn chế chộ xử lý nhiệt thích hợp Thí nghiệm thực cho mẫu lớp phủ kép Al-NiCr thép C45, chế độ chưa ủ, ủ 550oC-10h 600oC-8h, sử dụng thiết bị đo độ bám dính lớp phủ Positest Pull- Off hãng Defelsko Phòng thí nghiệm Vật liệu- Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ Mẫu thí nghiệm khơng cần chuẩn bị nhiều, cần đủ diện tích để gắn dolly hình 3.26 Hình 3.26 Mẫu sau gắn dolly keo thành phần Sau gắn dolly với bề mặt lớp phủ keo thành phần, phải chờ thời gian 24h để keo đơng hồn tồn, tránh để tượng kéo dolly lớp keo bị bong trước Kết đo độ bám dính lớp phủ thể bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết đo độ bám dính lớp phủ cho mẫu phủ kép C45 Mẫu trước ủ Độ bền bám dính, (MPa) 17.2 95 Mẫu sau ủ Mẫu sau ủ 550oC-10h 600oC-8h >20 >20 Nhận xét: - Với thiết bị sử dụng hiển thị mức tối đa 20Mpa nên không đánh giá hết khả bám dính lớp phủ sau ủ, nhiên nhận thấy lớp phủ sau ủ có độ bám dính tốt mẫu trước ủ Sở dĩ lớp phủ trước ủ lớp kim loại xếp chặt lên nhau, bám dính bám dính học Các mẫu sau ủ giảm độ xốp lớp phủ, tạo thành pha liên kim kết nối lớp phủ với với nên giúp tăng cường khả bám dính lớp phủ - Mặc dù có nghi ngại tượng xuất thêm lỗ rỗng sau ủ, đặc biệt với thời gian ủ dài nhiệt độ cao, làm giảm khả bám dính, nhiên thấy dù độ bám dính lớp phủ sau ủ tốt so với mẫu không ủ 96 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN Đề tài thực phun phủ lớp phủ kép lên vật liệu thông dụng thép C45, CT3 Sau phun phủ tiến hành xử lý nhiệt cho lớp phủ kép Ni-Cr Al, mẫu ủ nhiệt độ 550oC, 600oC 650oC thời gian 2h, 4h, 6h, 8h, riêng với nhiệt độ ủ 550oC, để có tính tương quan so sánh với chế độ ủ khác (đã qua giữ nhiệt 2h nhiệt độ 550oC) nên có thêm thời gian ủ 10h Với nhiệt độ ủ thời gian giữ nhiệt khác có xuất pha mới, nhận thay đổi độ cứng, chiều dày pha có kết luận sau: Nhiệt độ cao thời gian giữ nhiệt dài, khuếch tán nguyên tố vào nhiều Kết khuếch tán việc tạo thành pha liên kim có độ cứng cao Kết hợp việc vi phân tích thành phần hóa học phổ EDS quét pha nhiễu xạ tia X, kết luận xuất pha trung gian có độ cứng cao thép Tại nhiệt độ ủ 600oC, giữ nhiệt 8h, tạo pha sau: - Tại lớp biên giới lớp phủ nhôm với thép tạo pha liên kim có độ bền cao FeAl3, AlFe3 AlFe - Tại lớp phủ nhôm với NiCr tạo hợp chất Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3 Al4CrNi15 pha bền nhiệt, chịu mài mòn - Độ cứng lớp trung gian biên giới Ni-Cr Al đạt >900HV làm tăng khả chịu mài mịn tính cho lớp phủ - Ủ làm giảm độ xốp lớp bề mặt lớp phủ, giảm hệ số ma sát bề mặt Nghiên cứu lớp phủ bên (NiCr) cho thấy, tăng nhiệt độ ủ làm tăng cường độ mòn lớp phủ nên cần lựa chọn hợp lý muốn xử lý nhiệt cho chi tiết làm việc môi trường khác 97 Nhiệt độ ủ cao (650oC) gần với nhiệt độ chảy nhôm, xảy chảy Al cục khó kiểm sốt nhiệt độ mẫu, gây liên kết lớp phủ, giảm tính lớp phủ Chiều dày lớp khuếch tán thực tế nhỏ nhiều so với tính tốn lý thuyết thực tế, kim loại lớp phủ khối nguyên chất mà lớp kim loại xếp lên nhau, chúng có lỗ xốp làm ngăn cản khuếch tán Mặt khác lớp Nhôm sau phun phủ nhanh sau tạo thành lớp oxit nhơm bề mặt, lớp bền góp phần cản trở khuếch tán xảy Chế độ xử lý nhiệt phù hợp cho lớp phủ kép Ni-Cr Al 6000C giữ nhiệt 4h~6h, nhiệt độ cao hiệu khuếch tán tốt nhiều, nhiên trước có ủ phân cấp 550oC 2h để tránh gây ứng suất nhiệt gây chảy lỏng lớp Al giữ nhiệt dài khơng hiệu kinh tế gây nhiều lỗ rỗ tượng chảy cục làm giảm tính lớp phủ Lớp phủ kép NiCr-Al sau xử lý nhiệt vừa đảm bảo tính chống ăn mịn, mài mịn lớp phủ nhơm có tác dụng rào cản chống lại xâm nhập tác nhân ăn mòn, vừa tăng khả chịu mài mòn chịu nhiệt, mặt khác lại có tính bám dính tốt hình thành pha liên kim biên giới lớp phủ, tăng khả liên kết lớp phủ ĐỀ XUẤT Do thời gian giữ nhiệt ủ dừng lại 8h nên chưa xác định thời gian bão hịa để lớp khuếch tán khơng tăng lên lớp Al khuêch tán hoàn toàn vào Fe NiCr, cần có nghiên cứu để đưa chế độ cơng nghệ trường hợp muốn nhận tổ chức pha liên kim vùng phủ nhôm (do liên kim Al-Fe bền, dẻo nhiệt độ cao, thích hợp với chi tiết chịu mài mòn, ăn mòn làm việc nhiệt độ cao) Cần nghiên cứu, cải tiến công nghệ phun phủ tốt nữa, tiến dần tới tự động hóa để tạo lớp phủ đồng chiều dày hình dạng sản phẩm 98 Như biết nhiệt độ tăng khả khuếch tán cao, ủ nhiệt độ gần với nhiệt độ nóng chảy nhơm giảm nhiều thời gian ủ, tiết kiệm thời gian kinh tế nên cần nghiên cứu thêm công nghệ để khống chế tốt nhiệt độ mẫu, khơng để mẫu đến nhiệt độ nóng chảy nhôm gây tượng chảy cục Khuếch tán lớp phủ lớp phủ với khác so với khuếch tán kim loại ngun chất, nghiên cứu thêm tương quan kiểu khuếch tán để đưa dự đốn hay tính tốn chiều dày lớp khuếch tán thực tế 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Arzamaxov B.N (2001), Vật liệu học, Nxb Giáo dục R W Cahn (chủ biên), Người dịch: Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh, Lê Văn Nghĩa (1976), Kim loại học vật lý- Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật Lý Quốc Cường (2002), Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHBK Hà Nội Lê Công Dưỡng (chủ biên), Nghiêm Hùng, Nguyễn Văn Chi, Nguyễn Trọng Bảo, Đỗ Minh Nghiệp (1986), Kim loại học, Đại học Bách khoa Hà Nội Lê Công Dưỡng (2000), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Thị Minh Phượng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục A A Smưcôv (1973), Sách tra cứu nhiệt luyện, Nxb Khoa học Kỹ thuật Hoàng Tùng (1993), Phục hồi bảo vệ bề mặt phun phủ, ĐHBK Hà Nội PGS.TS Hồng Tùng (2002), Cơng nghệ phun phủ ứng dụng, NXB Khoa Học Kỹ Khuật, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Tư (1999) Xử lý bề mặt, NXB Khoa học kỹ thuật 11 Nguyễn Văn Tư (2002), Ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tài liệu tiếng nước 12 Annual book of ASTM standard section volume 03.02 13 Ashary, Nickel-Chromium corrosion coating and process for producing it United States Patent, Patent No.: 5,089,223; Sep,19,1995etal., No 2, 7-11 (1971) 14 N.Ashgriz (2011), Handbook of Atomization and Sprays-Theory and Applications Nxb.Springer 15 ASM Handbook Committee (1991), Volume 4: Heat Treating 16 H K D H Bhadeshia, Master of Philosophy, Materials Modelling, Course MP6, Kinetics and Microstructure Modelling, Materials Science & Metallurgy 17 Catalog: OSU - Hessler 300A; DLR (Đức) 100 18 Ly Quoc Cuong, Le Thu Quy, Phung Thi Tho Hang, Le Minh Ngoc, Influence of heat treatment at 550-600oC to the structure of thermal spray duplex coating system of Aluminnum-Nikel Chromium alloy on carbon steel, Vietnam Journal of Chemistry, Aug, 24, 2012 19 David Pye (2003), Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing, ASM International 20 A A Gordonnaya, Yu B Malevskii, and L K Doroshenko (1980) Effect of Preliminary deformation on the interaction of iron with an aluminum coating Plenum Publishing Corporation 21 Hamada, Fe-Cr-Ni-Al ferritic Alloys United States Patent, Patent No.: 5,089,223; Feb,18,1992 22 Helmut Meher (2006), Diffusion studies in metals and intermetallic compounds, Institut für Materialphysik, Universität Münster 23 Jerome Darbellay, Drs D.Embury and H Zurob (2006) Gas nitriding: An industrial perspective, MES 701 Seminar Department of Materials Science and Engineering McMaster University 24 Kazou Ishikawa, Tsuguo Suzuki, Shogo Tobe, and Yoshiharu Kitamura, (2001) Resistance of Thermal-Sprayed Duplex Coating Composed of Aluminum and 80Ni-20Cr Alloy against Aqueous Corrosion, Journal of Thermal Spray Technology- Vol 10 25 I N Kidin (1971), "Structure and phase composition of aluminum coatings," Metal i Term Obrabotka 26 M Potesser, T Schoeberl, H Antrekowitsch and J Bruckner, 2006, The Characterization of the Intermetallic Fe-Al Layer of Steel-Aluminum Weldings, EPD Congress 27 http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/BINARY/BINARY_Figs.htm 28 http://www.geocities.jp/ohba_lab_ob_page/Structure.html 101 ... tương hỗ lớp phủ xảy với tốc độ chậm nhiệt độ thấp, luận án tập trung ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lí nhiệt miền nhiệt độ 500oC đến cấu trúc, tính chất hệ phủ kép hợp kim NiCr nhôm thép? ?? Thông... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT Ở MIỀN NHIỆT ĐỘ TRÊN 500oC ĐẾN CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ PHỦ KÉP... 60 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến cường độ mài mòn lớp phủ .61 3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt đến độ bám dính lớp phủ 62 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO