Bài giảng hàn đắp và phun phủ

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG HÀN ĐẮP VÀ PHUN PHỦ TB2015-01-03 ThS Nguyễn Thị Mỵ ThS Nguyễn Hồng Thanh ThS Hoàng Trọng Ánh NAM ĐINH, 2015 ̣ LỜI NĨI ĐẦU Để thực thành cơng nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước , ngành Cơng nghệ Hàn Việt Nam có bước phát triển mạnh mẽ đặt yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực nghề Hàn có kỹ thuật cao Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam đ ịnh nơi đào tạo đội ngũ Kỹ sư Công nhân kỹ thuật lành nghề đặc biệt đội ngũ Kỹ sư, công nhân ngành công nghệ hàn phục vụ cho lĩnh vực khí, xây dựng…trong nước Để đáp ứng nhu cầu thời đại mới, trường Đại học S phạm Kỹ thuật Nam Định ý tới chương trình đào tạo, đổi phương pháp dạy học Trong cơng tác biên soạn tập giảng, tài liệu để sử dụng cho dạy học mục tiêu quan trọng hàng đầu Tập giảng “Hàn đắp phun phủ ” biên soạn dựa theo chương trình mơn học “Hàn đắp phun phủ ” dùng cho đào tạo bậc kỹ sư, cao đẳng công nghệ hàn thuộc mơn Hàn - Khoa Cơ khí - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam định Tập giảng dùng để làm tài liệu tham khảo, giảng dạy cho giáo viên, tài liệu học tập cho sinh viên ngành công nghệ hàn Để tập giảng hồn thiện hơn, chúng tơi mong đóng góp ý kiến xây dựng đồng nghiệp độc giả Xin trân trọng cảm ơn! Nhóm tác giả i MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU .i MỤC LỤC ii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮP 1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ hàn đắp 1.1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ 1.1.1.1 Thực chất 1.1.1.2 Đặc điểm .3 1.1.2 Thực chất, đặc điểm hàn đắp 1.1.2.1 Thất chất .4 1.1.2.2 Đặc điểm .4 1.2 Trang thiết bị dùng t rong hàn đắp phun phủ 1.2.1 Trang thiết bị dùng hàn đắp 1.2.1.1 Thiết bị hàn điện hồ quang tay 1.2.1.2 Thiết bị hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí bảo vệ 1.2.2 Trang thiết bị dùng phun phủ .8 1.2.2.1 Máy nén khí 1.2.2.2 Bình chứa khí 10 1.2.2.3 Nguồn điện để phun phủ 10 1.2.2.4 Hệ thống điện tủ điện điều khiển 11 1.2.2.5 Đầu phun 12 1.2.2.6 Các thiết bị phụ 19 1.3 Sự hình thành lớp phủ cấu trúc kim loại lớp phủ 24 1.3.1 Các quan điểm hình thành lớp phủ .24 1.3.1.1 Lý thuyết Pospisil-Sehyl 24 1.3.1.2 Lý thuyết Schoop .25 1.3.1.3 Lý thuyết Karg, Katsch Reininger 25 1.3.1.4 Lý thuyết Schenk 25 1.3.2 Cơ cấu hình thành lớp phủ 25 1.3.2.1 Quá trình chảy, phân tán kim loại phun 25 1.3.2.2 Quá trình bay hạt 26 1.3.2.3 Sự hình thành lớp phủ kim loại 27 1.3.2.4 Cấu trúc lớp phủ kim loại 28 1.4 Độ bám dính lớp phủ kim loại .29 1.4.1 Lực bám dính hạt kim loại .29 1.4.1.1 Lực dính bám hạt kim loại lỏng lên bề mặt chất rắn 29 1.4.1.2 Lực Vandervan 31 1.4.1.3 Lực liên kết ảnh hưởng lớp điện tích kép .31 1.4.1.4 Liên kết kim loại .32 1.4.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ bám dính .33 1.4.2.1 Ảnh hưởng lực co rút kim loại 33 1.4.2.2 Ảnh hưởng trạng thái bề mặt sở (nền) 34 ii 1.4.2.3 Ảnh hưởng chuẩn bị bề mặt .36 1.5 Công nghệ phun phủ hàn đắp .40 1.5.1 Công nghệ phun phủ 40 1.5.1.1 Kiểm tra vật liệu .40 1.5.1.2 Công nghệ chuẩn bị bề mặt chi tiết trước phun phủ 45 1.6 Gia cơng khí sau phun phủ, hàn đắp 75 1.6.1 Tiện .75 1.6.2 Bào 76 1.6.3 Phay 77 1.6.4 Mài .77 1.7 Tính chất phương pháp kiểm tra lớp phủ .78 1.7.1 Tính chất lớp phủ 78 1.7.1.1 Tính chất học lớp phun kim loại 78 1.7.1.2 Tính chất chống mài mịn lớp phun 79 1.7.1.3 Khả chống gỉ 80 1.7.1.4 Khả chịu nhiệt 81 1.7.2 Phương pháp kiểm tra lớp phủ 82 1.7.2.2 Kiểm tra độ bám lớp phủ 82 1.7.2.3 Xác định độ xốp lớp phun 85 1.7.2.4 Đo ứng suất dư lớp phun 87 1.7.2.5 Xác định độ chịu mài mòn lớp phun .87 1.8 Câu hỏi ôn tập 88 CHƯƠNG PHỤC HỒI VÀ BẢO VỆ BỀ MẶT KIM LOẠI BẰNG PHUN PHỦ VÀ HÀN ĐẮP 89 2.1 Khoa học bề mặt phương pháp xử lý chung .89 2.1.1 Khái niệm phát triển xử lý bề mặt kim loại 89 2.1.2 Định nghĩa phân loại bề mặt 90 2.1.3 Sự mòn bề mặt đặc trưng cửa chúng .92 2.1.4 Mục đích phương pháp xử lý bề mặt 94 2.2 Sự gỉ kim loại .97 2.2.1 Gỉ hóa học 97 2.2.2 Gỉ điện hóa 98 2.2.3 Gỉ mơi trường khí 104 2.2.6 Gỉ dòng điện rò .106 2.2.7 Gỉ cấu trúc 107 2.3 Bảo vệ chống gỉ 107 2.4 Bảo vệ lớp phun kim loại 112 2.4.1 Lớp phủ từ vật liệu vô 112 2.4.2 Phun phủ kim loại hàn đắp 123 2.5 Câu hỏi ôn tập 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO .130 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phun dây lửa khí cháy ………………………………… Hình 1.2 Sơ đồ ngun lý làm việc đầu phun hồ quang điện……… Hình 1.3 Ống nối bị đứt ……………………………………………………… Hình 1.4 Bạc lót máy ép trục khuỷu cần sửa chữa phục hồi…………….4 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn xoay chiều ……………………6 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy hàn chiều …………………………………6 Hình 1.7 Sơ đồ khối máy hàn mơi trường khí bảo vệ điện cực nóng chảy Hình 1.8 Sơ đồ khối máy hàn TIG…………………………………………… Hình 1.9 Bình chứa khí …………………………………………………….…10 Hình 1.10 Các đặc tính ngồi máy hàn ……………………………………….11 Hình 1.11 Quá trình phát triển phun kim loại……………………………… 12 Hình 1.12 Phân loại đầu phun…………………………………………….12 Hình 1.13 Đầu phun điện trở ………………………………………………….13 Hình 1.14 Đầu phun hồ quang điện ………………………………………… 13 Hình 1.15 Thiết bị phun hồ quang điện……………………………………….14 Hình 1.17 Thiết bị phun khí cháy…………………………………………… 15 Hình 1.18 Sơ đồ súng phun khí-bột kim loại ROTOTEC-80 (Thuỵ Sỹ)………15 Hình 1.19 Nguyên lý phun phủ plasma………………………………………17 Hình 1.20 Kết cấu số đầu phun plasma ………………………………… 17 Hình 1.21 Ngun lý cơng nghệ phun nổ…………………………………… 18 Hình 1.22 Thiết bị phun nổ……………………………………………………19 Hình 1.24 Ngun lý thùng lọc thơ khơng khí……………………………… 20 Hình 1.25 Bình chuyển cát (hạt phun)……………………………………… 21 Hình 1.26 Súng phun cát cầm tay……………………………………………22 Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý máy nắn dây phun……………………………….22 Hình 1.28 Cấu trúc lớp phủ kim loại …………………………………… 28 Hình 29 Sự bám dính giọt lỏng vật rắn ……………………………29 Hình 1.30 Hình dáng giọt lỏng……………………………………………… 31 Hình 1.31 Ứng suất lớp phủ…………………………………………….33 Hình 1.32 Mơ hình phần tử phun…………………………………………… 34 Hình 1.33 Sự bố trí ngun tử mạng ………………………………… 35 Hình 1.34 Quan hệ độ bám độ nhấp nhơ bề mặt…………………… 37 Hình 1.35 Ảnh hưởng khoảng cách phun hạt kim loại đến độ dính bám độ nhấp nhơ…………………………………………………………………………… 38 Hình 1.36 Sơ đồ chùm tia phun ……………………………………………….39 i Hình 1.37 Sự hình thành cấu trúc lớp ……………………………………… …39 Hình 1.38 Sơ đồ cơng nghệ phun phủ kim loại…………………………………40 Hình 1.39 Các dạng tia phun phụ thuộc thành phần cacbon ……………………42 Hình 1.40 Cơng nghệ chuẩn bị bề mặt ………………………………………….45 Hình 1.41 Yêu cầu hình dáng bề mặt với lớp phun phủ …………………… 47 Hình 1.42 Nguyên lý phun cát………………………………………………….48 Hình 1.43 Độ nhấp nhơ phụ thuộc áp suất khí nén…………………………… 49 Hình 1.44 Độ nhấp nhơ phụ thuộc khoảng cách phun cát , kích thước hạt cát …50 Hình1.45 Bề mặt mẫu trước sau phun tạo nhám…………………………52 Hình 1.46 Nguyên lý phun bi……………………………………………………53 Hình 1.47 Dạng trăng trịn………………………………………………………53 Hình 1.48 Độ cứng phụ thuộc khoảng cách phun………………………………56 Hình 1.49 Độ bám dính phụ thuộc vào khoảng cách phun …………………… 56 Hình 1.50 Độ chịu mài mịn phụ thuộc vào khoảng cách phun …………………57 Hình 1.51 Độ chịu mòn phụ t huộc theo điện áp hồ quang thép 0,8%C……58 Hình 1.52 Các loại lửa khí cháy………………………………………… 59 Hình 1.53 Hướng góc phun………………………………………………….62 Hình 1.54 Phương pháp làm tăng độ bám lớp phủ phần ………………63 Hình 1.55 Vát cạnh lớp phun trước bào …………………………………….77 Hình 1.56 Phay lớp phun phủ ………………………………………………… 77 Hình 1.57 Đo độ cứng tế vi lớp phủ…………………………………………….79 Hình 1.58 Mẫu thử độ bền dính bám lớp phủ ………………………………83 Hình 1.59 Chiều dày lớp phun phủ ảnh hưởng đến lực dính bám………………83 Hình 1.60 Mẫu thử kéo xác định chiều dài lớp phun ……………………………84 Hình1.61 Sơ đồ đo tỷ trọng lớp phủ …………………………………………….86 Hình 1.62 Sơ đồ nguyên lý máy đo mịn AMSLER ……………………………88 Hình 2.1 Sự mài mịn theo thời gian bề mặt ……………………………… 93 Hình 2.2 Các dạng gỉ bề mặt…………………………………………………….96 Hình 2.3 Sự gỉ theo thời gian……………………………………………………98 Hình 2.4 Tốc độ gỉ Zn H2SO4……………………………………… 98 Hình 2.5 Lớp điện tích kép ………………………………………………………98 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc pin…………………………………… 100 Hình 2.7 Quá trình gỉ pin sắt – đồng……………………………………………101 Hình 2.8 Pin gỉ điện hóa ……………………………………………………… 101 Hình 2.9 Đường cong phân cực……………………………………………… 103 ii Hình 2.10 Chống gỉ ống dẫn thiết bị bảo vệ…………………….…… 110 Hình 2.12 Tráng kẽm tay………………………………………….……116 Hình 2.11 Phân loại lớp phủ………………………………………….………117 Hình 2.13 Sự bố trí cực anơt catơt bể mạ …………………….…….118 Hình 2.14 Mạ chân khơng……………………………………….…… 122 Hình 2.15.Phục hồi trục mịn phun kim loại……………………….……125 Hình 2.16.Trục phục hồi hun kim loại ……………………….……125 Hình 2.17.Trục khuỷu phục hồi phun (kích thước Ф 85f8) ….……125 Hình 2.18.Trục lệch tâm phun đắp kich thước Ф65k6 …………….……126 Hình 2.19 Phục hồi bề mặt ma sát piston máy búa phun………….……126 Hình 2.20 Phục hồi thân máy khoan cần phun …………………….……127 Hình 2.21 Phun bề mặt cánh tuabin khí…………………………….…….127 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật máy nén khí dùng cho phun kim loại …….… ……9 Bảng 1.2 Đường kính ống dẫn khí nén cho phun kim loại ………………… ….9 Bảng 1.3 Kích thước bình chứa khí áp lực – kG/cm2…………… … 10 Bảng 1.4 Một số loại đầu phun kim loại………………………………….……16 Bảng 1.5 Đặc tính kỹ thuật súng phun cát …………………………….… 21 Bảng 1.6 Trang thiết bị cần thiết cho phân xưởng phun kim loại ………….… 23 Bảng 1.7 Các kim loại dùng làm vật liệu phun ………………………….…… 41 Bảng 1.8 Thành phần hóa học loại dây thép………………………….……41 Bảng Nhiệt độ chảy số kim loại dùng để phun …………….…… 43 Bảng 1.10a Kích thước nhóm bột phun ………………………….……44 Bảng 1.11a Kích thước hạt cát hạt thép ……………………………….……51 Bảng 1.12 Chế độ phun cát ……………………………………………….……51 Bảng 1.13 Chiều dày tối thiểu lớp phun sau gia công …………….… 55 Bảng 1.14 Lượ ng dư cho tiện mài ………………………………………….….55 Bảng 1.15 Cường độ dòng điện phun ……………………………………….…58 Bảng 1.16 Tốc độ quay chi tiết di động đầu phun …………….……59 Bảng 1.17 Chế độ phun với đầu phun зM6 với dòng xoay chiều………… ……60 Bảng 1.18 Chế độ phun đầ u phun khí cháy MГИ –1………………….……61 Bảng 1.19 Ảnh hưởng áp lực khí nén đến mát kim loại………… …64 Bảng 1.20 Ảnh hưởng góc phun đến mát kim loại …………………64 Bảng 1.21 Ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt …………………………………… 65 Bảng 1.22 Thành phần hóa học kim loại lớp đắp thuốc ҖCH -5, % 72 iii Bảng 1.23 Ảnh hưởng cường độ dòng điện thành phần hóa học kim loại hàn đắp………………………………………………………………………………74 Bảng 1.24 Ảnh hưởng cường độ điện áp đến thành phần hóa học lớp đắp (thành phần thuốc hàn : 65%AH - 348A + 25% Fe_Cr)……………………………………74 Bảng 1.25 Chế độ cắt tiện………………………………………………………76 Bảng 1.26 Chế độ bào lớp phun ………………………………………………76 Bảng 1.27 Độ bền kéo lớp phủ kim loại……………………………………….78 Bảng 1.28 Độ cứng vật liệu ban đầu lớp phủ ……………………………………79 Bảng 1.29 Hệ số ma sát ổ bi hợp kim phun kim loại………………………80 Bảng 1.30 Các lớp phủ kim loại chống gỉ………………………………………… 81 Bảng 2.1 Điện chuẩn số kim loại…………………………………… 99 iv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮP 1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ hàn đắp 1.1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ 1.1.1.1 Thực chất Phun kim loại đơi cịn gọi kim loại hố (Metallization) Schoop (theo tên kỹ sư khí người Thuỵ Sỹ U M Schoop ơng tìm phương pháp năm 1910) Thực chất phun phủ phương pháp công nghệ đưa vật liệu rắn (dạng bột, dạng dây, dạng cứng mềm) vào dịng vật chất có lượng cao (dịng khí cháy, hồ quang, dịng plasma,…) nhằm nung nóng chảy phần hay toàn vật liệu, phân tán vật liệu thành hạt dạng sương mù nhỏ, tăng tốc độ hạt đẩy hạt đến bề mặt chi tiết cần phủ chuẩn bị sạch, tạo lớp kim loại phủ dày, phần tử kim loại đè lên theo lớp Ví dụ 1: Trên hình 1.1 sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun kim loại dây (đốt chảy kim loại khí cháy) Hình 1.1 Phun dây lửa khí cháy Dây phun; Ngọn lửa khí cháy; Đầu dây nóng chảy; Dịng khơng khí nén Hạt kim loại; Lớp phủ; Kim loại nền; Đầu bép Ở kim loại đưa vào đầu phun dạng dây có đường kính khoảng 1,2 ÷ mm Các ống dẫn khí oxy, axêtylen khơng khí nén có áp suất khoảng -6atm Ơxy axêtylen cháy cho ta lửa hàn khí Dưới tác dụng lửa đầu dây bị đốt nóng chảy Đồng thời khơng khí nén thổi giọt kim loại lỏng làm bắn hạt kim loại nhỏ bay theo dòng khí nén với tốc độ nhanh (khoảng 100 ÷ 200m/s) đập lên bề mặt vật đắp Ở dịch chuyển dây thực cấu dịch chuyển khí Lớp kim loại phủ bề mặt vật có độ cứng dịn kim loại dây có sức bền kéo khơng lớn Sức bền liên kết với vật liệu sở nhỏ Nhưng tính chất lớp p hủ có nhiều tác dụng khác tính chịu mài mịn ma sát ướt, có khả giữ dầu Để nâng cao độ bám dính lớp phủ, bề mặt sở phải hoàn toàn chuẩn bị trước phương pháp thích hợp gia cơng khí, phun bi, gại điện, vv…Sau làm tạo nhấp nhô, khoảng sau phải tiến hành phun Nếu để lâu bề mặt làm lại bị ơxyt hố khơng khí Kim loại hợp kim, trường hợp tạo dạng dây, đưa vào đầu phun dạng bột - gọi đầu phun bột kim loại Trên hình 1.2 sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun hồ quang điện Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc đầu phun hồ quang điện Đầu kẹp cáp điện; Ống dẫn dây phun Sơ đồ nguyên lý máy phun hồ quang điện giới thiệu hình 1.2 Dây phun cấp qua hai ống dẫn dây Các phun đồng thời dây dẫn điện Khi hai đầu dây chạm hổ quang xuất Ống dẫn khơng khí nén đặt hai ống dẫn dây Luồng khơng khí nén thổi tách giọt kim loại khỏi điện cực tạo thành phần tử kim loại nóng chảy bám vào bề mặt vật phun Máy phun hồ quang điện làm việc với dòng điện chiều xoay chiều Khi sử dụng dịng điện xoay chiều, h quang cháy khơng ổn định tạo tiếng nổ lớn Qu trình phun với dịng điện chiều ổn định, lớp phun có cấu trúc hạt mịn, suất phun cao Vì nguồn điện chiều dùng để phun hồ quang Sự ổn định hồ quang đảm bảo điện tần số cao Dây phun có đường kính 0,8; ,0; 1,6 2,0 mm Ưu điểm cùa phương pháp phun hồ quang điện suất cao có khả rút ngắn thịi gian phun Chẳng hạn, sử dụng dòng điện 750 A phun (lược 36 kg/h lớp phun dây, cao nhiều lần so với phun lửa khí; độ bám cùa lớp phun hồ quang điện tốt độ bám lớp phun lửa khí Khi sử dụng hai dây phun kim Phương pháp bảo vệ thép cacbon kim loại màu khỏi gỉ thường dùng lớp phủ kim loại phi kim, lớp có đặc điểm bền vững cao kim loại mơi trường gỉ Lớp phủ bảo vệ phân loại sơ đồ hình 2.11 Ở xét số lớp bảo vệ phương pháp sau: + Tráng kim loại cách nhúng Nhúng chùm chi tiết vào kim loại nóng chảy gị tráng, phương pháp cũ để bảo vệ kim loại chống gỉ Bằng cách thu lớp bảo vệ thơng thường kẽm, thiếc, chì Phương pháp thường sử dụng nhà máy luyện kim Những vật định cho tráng kẽm phải chuẩn bị dung dịch axit lưu huỳnh trun g hòa nước nóng lạnh Q trình tiến hành tráng kẽm thường trạng thái ướt (phương pháp cũ) trạng thái khô (phương pháp mới), phương pháp tiến hành tay hoặ c máy Tráng kẽm tay trạng thái ướt biểu thị hình 2.12 Kẽm lỏng (Zn) chứa bể thép (1), bể có vách ngăn chế tạo thép tấm, phía phải bể phủ lớp chất trợ dung T Chất trợ dung hỗn hợp clorua kẽm (ZnCl) clorua amoniac, vật nhúng vào bể ướt (không sấy) qua chất trợ dung Dưới tác dụng chất trợ dung bề mặt vật Hình 2.12 Tráng kẽm tay làm hoàn toàn Nhiệt độ bể khoảng 4500C Vật ngâm m ột thời gian ngắn để kẽm dính lên hết bề mặt vật, sau vật lấy phía bên trái (khơng có chất trợ dung) Vật lấy làm kim loại thừa, sau làm nguội 116 Hình 2.11 Phân loại lớp phủ Sự hình thành lớp phủ kẽm ngâm nguyên tử kẽm xuất bể ngâm, chúng khuếch tán vào mạng sắt vật tác dụng hóa học với tạo lớp kim loại sắt kẽm, điều có nghĩa lớp hợp kim với lớp kẽm liên kết kim loại với Nhưng lớp hợp kim trung gian dòn phải mỏng, thời gian ngâm không dài so với yêu cầu Khi tráng kẽm phương pháp ướt, kẽm tác dụng với thành bể thép, bể chóng bị phá hủy Phương pháp tráng kẽm trạng thái khơ khắc phục thiếu sót c phương pháp tráng kẽm ướt thu kết kỹ thuật kinh tế cao Nguyên lý chung vật cần tráng đưa vào bể tráng Bể kẽm không phủ chất trợ dung mà có chất phụ, khoảng 0,2% Al Tác dụng nhôm làm chậm khuyếch tán nhữn g nguyên tử kẽm vào mạng sắt Bởi tín h dịn lớp trung gian nhỏ, mỏng nhiều lần so với phương pháp tráng ướt 117 Tráng kẽm theo phương pháp khô sử dụng rộng rãi nay, chiều dày lớp đạt nhỏ 20 micr omet thường để tráng , ống, vật đúc, nồi vè kết cấu thép toàn Thời gian tác dụng lớp bảo vệ kẽm thường tỷ lệ với chiều dày lớp Lớp phủ kẽm tốt chịu đựng mơi trường khơng khí thực bên ngồi hàng chục năm Tuổi thọ chúng kéo dài lâu sơn phủ , đặc biệt mơi trường khí trung hịa ,nhưng mơi trường nước nóng khơng thích hợp Ngồi lớp tráng kẽm, người ta dùng lớp tráng thiếc Lớp tráng thiếc thép có khả chống mịn, có màu trắng.những mạ thiếc thường cho ngành đóng đồ hộp cơng nghiệp thực phẩm Lớp tráng thiêc thu phương pháp nhúng (tráng) yêu cầu phải có chiều dày mỏng vừa đủ (khoảng 20 micromet) Để thu lớp phủ vậy, trước tiên bề mặt yêu cầu phải nhẵn, thường đánh bóng sau tiến hành tráng Quá trình tráng thiếc tương tự tráng kẽm Các thép với lớp phủ chì dùng chủ yếu môi trường xâm thực mạnh Khi tráng thép lớp chì thường khó tráng kẽm, thiếc Vì hai kim loại khơng đủ tạo thành hợp kim Chì ngun chất khơng bám bề mặt sắt, cho thêm chì khoảng 10-30% thiếc có tác dụng tạo thành hợp kim với sắt q trình ng nghệ tráng tương tự tráng thiếc Những dải thép mạ nửa chì thường thích hợp cho việc sản xuất loại bạc phận cách điện nhà cửa 2.4.1.4 Mạ điện Mạ điện (hay nói xác mạ điện hóa) tạo theo nguyên lý điện phân Theo định Faraday: vật (1) v ật cần mạ cực âm , chúng treo lên nhữn g ống đồng thau, đồng nhôm(5) Vật nhúng v bể điện phân (chất diện phân) (3) bể (4) Bên cạnh treo vào bể nhữ ng đĩa kim loại (cực dương) (2), hình 2.13 Chất điện phân chứa ion kim loại cần mạ, thông thường cực dương kim loại tương tự kim loại mạ vật Hình 2.13 Sự bố trí cực anôt catôt bể mạ 1-vật cần mạ (cực âm); 2-đĩa kim loại (cực dương); 3-chất điện phân; 4-bể điện phân; 5-thanh treo 118 Khi dẫn vào điện cực dòng điện chiều , dòng điện qua bể, lúc kim loại cực dương bề mặt vật (cực âm) thu lớp mạ Vật cần mạ phải dẫn điện Nếu không t đầu phải xử lý phaỉ mạ chân khơng Mạ điện mạ lớp kim loại khác mạ niken, crơm, địng kẽm, bac, vàng, vv… Riêng nhơm khơng thể dung dịch nước, có điện chuẩn âm lớn Dùng phương pháp mạ điện tiến hành mạ hai lớp mạ niken, crôm Đầu tiên bề mặt mạ lớp niken, sau lớp đánh bón g tiến hành mạ lớp crôm mỏng Để nâng cao chất lượng lớp mạ , thích hợp trước mạ niken , crơm, người ta mạ trước lớp mạ đồng, ta có lớp phủ lớp : đồng, niken crơm Khi mạ điện cần phải xét đén số yếu tố sau: 1.Công hiệu chiều dày cấu trúc lớp kim loại mạ Theo nguyên tắc phải thu lớp chiều dày mạ toàn bề mặt mạ Trường hợp vật có hình dạng khơng đồng mong muốn khó thực hiện, vị trí gần với cực dương (2) (hình 78) tất nhiên tạo lớp mạ dày (do mật độ dòng điện lớn hơn)và ngược lại, điểm xa chí khơng thu lớp mạ Do cần phải thay đổi hình dáng cực dương để biến đổi mật độ dòng điện, thu chiều dày mạ yêu cầu Như công hiệu chiều dày lớp mạ khả bể mạ phủ kim loại bề dày đồng suốt bề mặt.cấu tạo lớp mạ giải thích kết tinh kim loại nóng chảy Các nguyên tử bám vào bề mặt tập trung lại tạo thành mạng lưới tinh thể tinh thể lớn lên tương tự trình phát triển lớn lên cảu tinh thẻ kim loại hóa rắn Bể mạ Là bể chứa chất điện phân, chất chia thành nhóm sau: a Nước kim loại dùng để tạo chất điện phân (gồm muối đơn giản muối phức hợp) b Các chất dùng để cao tính dẫn điện dung dịch (nghĩa muối dẫn điện ) muối tao khả nâng cao mật độ dùng c Các chất giữ cho tính axit dung dịch mạ có giá trị định d Các chất gây mầm kết tinh (ví dụ, muối chất hữu cơ) nâng cao độ nhẵn bóng lớp mạ (các chật phụ làm bóng) Ví dụ , bể mạ niken người ta dùng muối kim loại sunfat niken, dùng chất clorua để nâng cao tính dẫn điện dùng axit boric để điều chỉnh tính axit , dùng chất phụ đánh bóng formandêhyt 119 Dùng mạ điện thu lớp mạ sau a Lớp đồng Người ta dùng lớp mạ đồng riêng biệt khả chống gỉ kém, ví dụ dùng lớp đồng riêng biệt bề mặt tiếp xúc trang dụng điện.Tính sử dụng dùng cho ngun cơng trước mạ niken, crôm, tiết kiệm niken b Lớp niken Có độ bóng tốt hơn, mơi trường khí cơng nghiệp, độ sáng trở nên xám, khơng đẹp Bởi người ta thường mạ thêm lớp mỏng crôm Lớp mạ niken thường dùng sản xuất dụng cụ điện dùng cho mối hàn điểm vài kim loại hợp kim Ví dụ mối hàn đồng volfram môlipden, mối hàn khơng có niken liên kết khơng tồn c Lớp mạ kẽm Thường dùng cho vật liệu điện , thép, giấy thép d Lớp mạ crôm Là lớp mạ thông dụng q trình mạ quan trọng ớp mạ crơm có khả chống gỉ tốt, đặc biệt chống gỉ khí điều kiên nhiệt độ bình thường nhiệt độ cao Độ cứng lớp mạ crôm cao, thê điều kiện định có khả chống mài mịn học tốt , có hệ số ma sát nhỏ Lớp mạ crơm có khả chịu đựng phần lớn axit, đặc biệt với axit muối lưu huỳnh Chiều dày nhỏ lớp mạ crơm đạt 0,5 micromet e Lớp mạ bạc Dùng kinh tế điện với tính dẫn điện tốt bền hóa học Ví dụ dùng điểm tiếp xúc dụng cụ máy điện, bóng dèn điện tử đặc biệt ý nghĩa dẫn điện cao lớp mạ bạc dùng thiết bị cao tần ống dẫn sóng,các bóng đèn điện tử vv… g Lớp mạ rôđi Rôđi đắt (đắt vàng) thường dùng tiếp điểm thiết bị sóng ngắn (các rada), tính ổn định rát hồn thiện tính chất tiếp xúc điện thời gian dài điều kiện môi trường h Các thiết bị mạ điện Các thiết bị mạ điện chia thành nhóm sau: - Nguồn điện với hệ thống điều khiển - Dụng cụ điều chỉnh dụng cụ đo - Bể thiết bị phụ - Các phương tiện khí hóa tự động hóa 120 Các thiết bị làm thường dùng cho mạ điện sử dụng rộng rãi thiết bị mài, đánh bóng,làm dầu, phun bi,vv… Nguồn điện dùng cho mạ điện cá máy phát điện chiều cho dòng điện đến hàng nghìn ampe điện khoảng ÷20V Bể mạ làm từ vật liệu có đầy đủ khả chịu đựng tác dụn g điện hóa tương ứng Thường người ta sử dụng bể bọc lớp chì, thích hợp loại bể thép mà phía bọc loại cao su cứng chì, v.v… Loại bể nhỏ xây đá Bể thường có thiết bị lọc, phận sấy nóng, khuấy hút độc Các cực dương bể mạ thường làm kim loại ngâm bể, cực dương thường hòa tan Trong q trình mạ, cực dương khơng phát ion mà electron, nghĩa tác dụng dẫn dịng điện Ví dụ, mạ crom khơng có hịa tan cực dương chì Độ lớn bề mặt cực dương phải tỷ lệ với độ lớn bề mặt vật mạ Cực dương thường có dạng đĩa treo lên 2.4.1.5 Mạ hóa học khơng có dịng điện Phương pháp có ý nghĩa định mạ niken khơng có dịng điện dung dịch muối niken Muối niken clorua sunfat, lớp mạ hình thành bề mặt kim loại, khơng th ể hình thành bề mặt phi kim Phương pháp thu chiều dày lớp mạ đủ lớn Ngoài phương pháp tốt so với phương pháp mạ điện niken lớp phủ có chiều dày đặn đỉnh khe, lỗ Lớp phủ niken phương pháp có khả chống gỉ tốt 2.4.1.5 Mạ dòng khuếch tán Lớp phủ hình thành khuếch tán số kim loại vào kim loại nền; khuếch tán rõ rệt xảy nhiệt độ cao Khi mạ khuếch tán rắc lên vật lớp bột kim loại cần (kẽm, nhôm, crom, mangan, v.v…) Sau vật bao bọc tất mơi trường bảo vệ đem nung nóng Thường mơi trường thích hợp chân khơng Lớp phủ hình thành kim loại nguyên chất mà hợp kim (hợp chất) tạo thành từ kim loại bột kim loại Phương pháp tốt mạ khuếch tán khuếch tán nhôm crom Mạ khuếch tán nhôm tạo bề mặt chi tiết thép lớp kim loại với nhôm Nhôn tăng khả chống cháy, lại dòn Phương pháp phù hợp với chi tiết to, kết cấu… mà chi tiết yêu cầu phải có khả chống gỉ nhiệt độ cao Có phương pháp khuếch tán nhơm sau: 121 Phương pháp dùng nhiệt lượng Phương pháp tiến hành nhiệt độ 900 0C sử dụng bột nhôm khuếch tán Chi tiết trước tiên phun lớp nhôm đầu phun lên bề mặt, sau đem vật vào ủ Mạ khuếch tán crom phương pháp tạo bề mặt thép cacbon thấp lớp giàu crom Lớp có khả chống gỉ tốt, kể mơi trường nước Nó chống xít hóa nhiệt độ đến 8000C Chi tiết cần crom hóa đặt vào hỗn hợp bột crom bột xít nhơm Mơi trường tiến hành hydro với độ ẩm hoàn toàn bình thường, thiết phải nung đến nhiệt độ 1200 ÷ 13000C Ở nhiệt độ cao làm hạt thép lớn lên (dạng hạt thô) gây tác hại cho sản phẩm, làm chi tiết có tính dịn cao Bởi phương pháp thích ứng nung gián tiếp Ở phương pháp nhiệt độ nung nóng khoảng 100 0C đủ 2.4.1.6 Mạ chân không Cơ sở mạ chân không làm bốc kim loại chân không Thi ết bị cho mạ chân không biểu thị hình 2.14 Quá trình xảy buồng mạ (1) sau: vật liệu muốn làm bốc nhơm có dạng khúc dây nhỏ bột Chi tiết nung nóng nhiệt điện trở làm từ vật liệu khó cháy (vonfram, mơilipden), chi tiết (3) kẹp vào hai trụ đồng làm nhiệm vụ dẫn điện Vật (2) vật cần mạ treo cán treo Hình 2.14 Mạ chân khơng 1-Buồng mạ; 2-Vật cần mạ ; 3- Vật dẫn điện Khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ yêu cầu đủ cho bốc , vật liệu bốc (3) tức khắc bốc tỏa không gian chân không 10-4-10-5 bar Hơi kim loại thâm nhập (các nguyên tử kim loại) mở rộng theo tất hướng không gian va đập lên bề mặt vật.Sau ngưng tụ nó, tạo lớp liên kết Mạ chân khơng có khả 122 mạ lớp kim loại khác vật liệu phi kim loại Vật mạ khơng phải kim loại Mạ chân khơng dùng nhiều trang trí, kỹ thuật điện quang học tạo lớp gương phía bề m ặt đồ trang sức, lớp dẫn điện bóng điện tử, vv… Ngày công nghệ gọi công nghệ xử lý PVD (physical Vapour Deposition) 2.4.2 Phun phủ kim loại hàn đắp Phun kim loại lĩnh vực trẻ n hưng sử dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật chúng có ưu điểm sau: - Dùng phun kim loại để phục hồi chi tiết máy trục, ổ bị mài mòn - Chế tạo trục với lớp phủ kim loại dùng nơi lắp ghép ma sát - Sửa chữa tất c ả khuyết tật vật đúc từ loại vật liệu khác gang xám, thép đúc, loại kim loại khác phi kim loại - Sử a chữa chế tạo ổ - Bảo vệ chống gỉ - Bảo vệ chống cháy ma sát ướt bị phá vỡ - Dùng để trang trí - Dùng kinh tế radiô, điện tử để tạo mối dẫn điện cách điện - Để tạo lớp không hịa tan cơng nghiệp hóa học thực phẩm Dưới xét vài phạm vi sử dụng lớp phủ kim lọai 2.4.2.1 Phun kim loại để xử lý bề mặt Hiện kỹ thuật xử lý bề mặt có nhiều phương pháp nhiệt huyện, hóa nhiệt luyện, mạ, phun kim loại… Nhưng để chọn phương pháp cơng nghệ phụ thuộc vào nhiều nhân tố: yêu cầu làm việc bề mặt , khả xử lý chúng, khả tính chất lớp phủ làm việ c, khả công nghệ thực hiện… Ở so sánh phạm vi sử dụng đặc điểm vài phương pháp xử lý bề mặt với phương pháp phủ phun kim loại Phương pháp mạ Mạ dùng để xử lý bề mặt loại chi tiết to nhỏ, dạng bề mặt ; phủ lớp phủ mỏng, lớp phủ lớn đạt 1mm Có thể phủ lớp phủ dùng để chống gỉ chống mài mòn Phủ chi tiết làm việc với ché độ tải trọng khác tải trọng chu kỳ Mạ phủ loại vật liệu khác mà loại vật liệu khác với tính chất vật liệu 123 Hàn đắp Rất thích hợp cho việc sửa chữa bề mặt nhỏ trung bình, để phủ lớp phủ dày, đặc biệt thích hợp cho việc sửa chữa sản xuất bề mặt làm việc chịu tải trọng,các bề mặt bị mài mòn gỉ P hương pháp hàn đắp đắp vật liệu có thành phần tương tự giống với vật liệu Lớp phủ hàn đắp có độ cứng tính chất học khác tương đối cao Phương pháp phun kim loại Có thể phun một vài kim lọa i khác lớp phủ, kim loại khác hoàn toàn vật liệu Phun kim loại phun lớp mỏng dày dạng khác bề mặt thích hợp mặt trụ mặt phẳng Lớp phủ phun kim loại dùng để khử khuyế t tật đúc, chống mòn, chống gỉ tạo nhiều tính chất làm việc tốt bề mặt tính chịu ma sát, tính chống nhiệt 2.4.2.2Phun kim loại để phục hồi chế tạo chi tiết máy Sử dụng phun kim loại để phục hồi Rất nhiều chi tiết máy cá thiết bị sử dụng phương pháp phun để sữa chữa phục hồi: - Các trục có bề mặt làm việc quay ổ trượt với tải trọng lớn tốc độ quay lớn khoảng 5-8m/s trục lệch tâm máy ép, máy tiện tự động - Các trục máy cán - Các trượt - Các chi tiết truyền dẫn thủy lực - Các sõng trượt cảu bàn dao - Các rãnh trượt mang cá Bằng phương pháp phun kim loại để phục hồi đạt giá trị kinh tế cao Giá thành phục hồi 10-50% giá thành chi tiết mới, khoảng 20-30% chi tiết mà i mòn phuc hồi băng phương pháp phun kim loại Có thể chia chi tiết phục hồi thành nhóm: - Nhóm Bao gồm chi tiết mặt ngồi trịn bị mài mịn q trình làm việc;bị mài mịn ma sát ,lớp ghép không đảm bảo khe hở độ dơi,các chi tiết có rãnh then then hoa,các chi tiết có dạng cam - Nhóm 2.Bao gồm chi tiết có mặt trịn bị mịn q trình làm việc - Nhóm 3.Bao gồm chi tiết mặt phẳng - Nhóm 4.Bao gồm chi tiết nứt vỡ trng trình làm Hình 2.15 sơ đồ trục phục hồi phun kim loại Tồn bề mặt phủ lớp thép khơng gỉ với chiều dày 3,5mm, bề mặt chuẩn bị phương pháp cắt ren nhọn 600 124 Hình 2.15.Phục hồi trục mòn phun kim loại Dưới giới thiệu thêm số ch i tiết phục hồi phun kim loại Trên hình 2.16 trục thép bị mịn kích thước Ф 180 p11 chiều dài 142,5mm Toàn bề mặt phục hồi sửa chữa phun kim loại Hình 2.16.Trục phục hồi hun kim loại Truc khuỷu (hình 2.17) Kích thước Ф 85f8 trục khuỷu sau gia cơng sửa chữa hình dáng ơvan khơng cịn đủ tiêu chuẩn,đã phục hồi phun kim loại với dây thép 0,8%C bề mặt làm nhấp nhô phun kim loại chiều dày lớp phun sau mài cịn 1mm Hình 2.17.Trục khuỷu phục hồi phun (kích thước Ф 85f8) Trục lệch tâm (hình 2.18) bị mịn tồn bề mặt Ф65k6 125 Hình 2.18.Trục lệch tâm phun đắp kich thước Ф65k6 Trên chiều dài 385mm phục hồi phun kim loại với phương pháp chuẩn bị bề mặt cắt ren phun với dây thép 0,8%C Piston gang máy búa (hình 2.19) thay kết cấu hàn bề mặt làm việc Ф449 Ф299 phủ lớp kim loại hợp kim nhôm Bề mặt trước phun chuẩn bị băng phương pháp cắt ren Hình 2.19 Phục hồi bề mặt ma sát piston máy búa phun Trên hình 2.20 phục hồi thân máy khoan cần phun kim loại với lớp phun thép 0,9%C chiều dày sau gia công 5mm Bề mặt chuẩn bị trước phun tiện ren vít với lăn ép đỉnh Phục hồi cánh tua bin máy nén (hình 2.21) với lớp phủ phun kim loại cho bề mặt từ vật liệu thép không gỉ Lớp phủ có tác dụng bảo vệ mịn nhanh lớp bề mặt Bề mặt tạo nhấp nhô công nghệ phun hạt thép trước ph un 126 Hình 2.20 Phục hồi thân máy khoan cần phun Hình 2.21 Phun bề mặt cánh tuabin khí 2.5 An tồn phun phủ hàn đắp Khi sử dụng công nghệ phun kim loại hàn đắp gây số tác hại đến sức khỏe khả gây nguy h iểm Vì cán kỹ thuật cơng nhân phải tuân theo qui định an toàn lao động thiết bị Trước tiên phải: Chống tác hại hồ quang điện Chống khí độc hại cháy kim loại khí, hơi… Chống bụi, đặc biệt phần tử nhỏ kim loại xít chúng Trong phân xưởng phun kim loại phải trang bị thiết bị hút bụi, hút khí độc hại phải thơng gió tốt để ln đem đến khơng khí cho tồn phân xưởng Đối với công nhân phun phải bảo vệ người, mặt đ ặc biệt mắt Vì trước phun kim loại (đặc biệt phun kim loại hồ quang) phải mặc quần áo bảo hộ, đeo găng tay mặt nạ che mặt Để bảo vệ trước khí độc hại, khí sinh kim loại (đặc biệt đồng, kẽm…) công nhân phải dùng mặt nạ có kèm theo kết cấu lọc hệ thống hô hấp Để bảo vệ khỏi tiếng động gây phun (các tiếng động lớn máy nén khí, máy phun,…) cơng nhân cán kỹ thuật làm việc phải đeo dụng cụ giảm tiếng động tai 127 Bên cạnh biện pháp an toàn lao động, phun kim loại phải ý biện pháp an tồn tương tự cho bước ngun cơng quy trình cơng nghệ phun kim loại như: cát, phun bi, mài, tiện để chuẩn bề mặt trước phun kim loại Trong trường hợp phun kim loại lửa khí cháy cần phải ý đến quy định an tồn tránh gây nổ bình điều chế axêtylen nổ chai chứa ôxy, cụ thể là: Phải đặt bình chứa khí cách chỗ hàn nguồn nhiệt khác có lửa hở khoảng cách 10 m, cách lò sưởi 1m Những điều CẤM thao tác chai ơxy: Dùng tay có dính dầu mỡ, Mang vác tay lăn đi, Tháo nắp chai búa đập đục, Sử dụng chai bị nứt, bị hỏng (bị bóp méo,sứt mẻ…), Việc nâng chai chứa khí lên cao tiến hành thùng chứa đặc biệt Cấm mang vác chai chứa khí lên thang thang xếp Đối với điều kiện khí hạu Việt Nam, tránh tia nắng chiếu trực tiếp vào chai mùa hè Khi nạp tháo thùng chứa cacbit canxi dụng cụ đặc biệt, đồ gá dặc biệt khả gây tia lửa điện Cấm di chuyển cacbit canxi thùng hở Đối với bình điều chế axêtylen cần phải thực hiện: Loại bỏ vật liệu dễ bốc cháy Kiểm tra độ kín bền chỗ nối ống dẫn khí Kiểm tra nước van an toàn tới mức quy định Kiểm tra mức độ bảo đảm đầu phun khí, van giảm áp ống dẫn Trước nối van giảm áp vào chai ơxy,cần phải lưu ý: Đứng phía bên hướn g dịng khí khỏi chai Chắc chắn khơng cịn dấu vết dầu mỡ Khoảng cách chai ơxy bình điều chế axêtylen phải đặt cách xa lớn 5m Đối với phun kim loại đầu phun hồ quang điện hồ quang plasma,phải thực quy định an tồn điện, phần lớn trang thiết bị phun kim loại sử dụng lượng điện công nghiệp (điện áp cao ) 2.5 Câu hỏi ôn tập Câu Trình bày khái niệm phát triển xử lý bề mặt kim loại Câu Trình bày mục đích phương pháp xử lý bề mặt Câu Trình bày khái niệm phân loại gỉ kim loại Câu Hãy trình bày phương pháp bảo vệ điện hóa chống gỉ 128 Câu Hãy trình bày phương pháp mạ khuếch tán Câu Trình bày phương pháp bảo vệ chống gỉ tạm thời Câu Trình bày loại vật liệu sơn dùng để bảo vệ kim loại Câu Trình bày ăn mịn học đặc trưng chúng Câu Hãy trình bày phương pháp tráng kim loại cách nhúng Câu 10 Trình bày biện pháp an toàn phun kim loại 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Công Dưỡng (1997) Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Lê Thu Quý, Báo cáo đề tài nghiên cứu bản, mã số 518506 (2006-2008) Nghiên cứu lớp phủ hợp kim kẽm - nhôm chế tạo phương pháp phun phủ hồ quang điện để bảo vệ thép làm việc môi trường biển, Bộ khoa học Cơng nghệ [3] Hồng Tùng (1993) Phục hồi bảo vệ bề mặt phun phủ , ĐHBK Hà Nội [4] Nguyễn Văn Tư (1999) Xử lý bề mặt, ĐHBK Hà Nội [5] Nguyễn Văn Tư (2002) Ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Nghiêm Hùng (1999) Giáo trình vật liệu học, ĐHBK Hà Nội [6] PGS.TS Hoàng Tùng (2002) Công nghệ phun phủ ứng dụng , NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Phan Quang Thế (2008) Ma sát mịn, ĐH Cơng nghiệp Thái Ngun [8] Trần Hiệp Hải (2005) Phản ứng điện hóa ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội 130 ... công tác biên soạn tập giảng, tài liệu để sử dụng cho dạy học mục tiêu quan trọng hàng đầu Tập giảng ? ?Hàn đắp phun phủ ” biên soạn dựa theo chương trình môn học ? ?Hàn đắp phun phủ ” dùng cho đào tạo... ii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮP 1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ hàn đắp 1.1.1 Thực chất, đặc điểm phun phủ 1.1.1.1 Thực chất 1.1.1.2... tạo nhiều lỗ xốp 1.5 Công nghệ phun phủ hàn đắp 1.5.1 Công nghệ phun phủ Cơng nghệ phun phủ kim loại biểu thị sơ đồ chung ( Hình 1.38) Hình 1.38 Sơ đồ công nghệ phun phủ kim loại 1.5.1.1 Kiểm tra