Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu MRWSN (Multiple Regression-Based Weighted Signal-to-Noise Ratio) được sử dụng để xác định các thông số phun nhằm cải thiện chất lượng lớp phủ WC-12Co bằng phun HVOF (High Velocity Oxygen Fuel).
ISSN 2354-0575 TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU CHO LỚP PHỦ WC-12Co BẰNG PHUN HVOF DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP MRWSN Nguyễn Thanh Phú1,3, Đinh Văn Chiến2, Đào Duy Trung3, Lê Văn Thồi1, Đồn Thanh Hịa1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Mỏ - Địa chất Viện nghiên cứu khí - Bộ Cơng thương Ngày tịa soạn nhận báo: 12/10/2018 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 08/11/2018 Ngày báo duyệt đăng: 19/11/2018 Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu MRWSN (Multiple Regression-Based Weighted Signal-to-Noise Ratio) sử dụng để xác định thông số phun nhằm cải thiện chất lượng lớp phủ WC-12Co phun HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) Độ cứng, độ bền bám dính độ xốp lớp phủ đánh giá thông qua ảnh hưởng thông số phun gồm: lưu lượng phun (A), khoảng cách phun (B) tỷ lệ oxy/propan (C) Bộ thông số phun tối ưu đa mục tiêu với A = 32 gam/min, B = 0.35m, C = cho lớp phủ có độ cứng, độ bền bám dính độ xốp lớp phủ 1336.2HV, 64.7Mpa, 1.83 % So sánh với kết tối ưu đơn mục tiêu dựa phương pháp Taguchi cho thấy cải thiện đồng thời tính chất lớp phủ Thí nghiệm kiểm chứng với thơng số phun tối ưu thực hiện, kết nhận chứng minh độ tin cậy hiệu cao phương pháp MRWSN Từ đó, khẳng định phương pháp MRWSN áp dụng thành công cho tối ưu hóa đa mục tiêu q trình phun HVOF Từ khóa: Tối ưu hóa đa mục tiêu; MRWSN; WC-12Co; phun HVOF Giới thiệu Hiện nay, lớp phủ phun nhiệt giải pháp ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao khả làm việc bề mặt chi tiết từ kim loại hợp kim thơng thường Phương pháp phun HVOF có tính linh hoạt cao phù hợp với nhiều loại vật liệu từ bột kim loại, hợp kim, gốm kim loại, bít [1] Lớp phủ HVOF có độ xốp thấp, độ bền bám dính độ cứng cao so với phương pháp phun phổ biến khác loại vật liệu (phun plasma, hồ quang điện, phun nổ, phun khí cháy) [2] Tuy nhiên, tính chất lớp phủ phụ thuộc nhiều vào thơng số q trình phun, thay đổi thơng số phun làm ảnh hưởng đến tính chất lớp phủ Do vậy, việc xác định thông số phun cho tính chất lớp phủ đồng tốt nhất, phù hợp với yêu cầu làm việc xu hướng nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Tối ưu hóa sử dụng quy hoạch thực nghiệm phương pháp hiệu cho việc tìm thơng số tối ưu cho tính chất đầu cải thiện, có lĩnh vực phun phủ nhiệt Phương pháp tối ưu Taguchi sử dụng rộng rãi nhằm cải thiện tính chất lớp phủ nhiều nhà nghiên cứu sử dụng công bố Karidkar cộng [3] sử dụng mảng trực giao L16 để tối ưu hóa khoảng cách phun tốc độ dịch chuyển súng phun HVOF; đó, khoảng cách phun, lưu lượng oxy nhiên liệu cháy tối ưu đến độ 16 xốp [4] khả chống xói mịn lớp phủ 65% (NiCrSiB) – 35% (WC-Co) [5] Ngoài số nghiên cứu tối ưu khác sử dụng phương pháp Taguchi công bố [6, 7] Kết công trình cơng bố trước cho thấy, phương pháp Taguchi cho phép xác định thông số phun tối ưu nhanh chóng với số lượng thí nghiệm Nhờ đó, chi phí đầu tư cho q trình thí nghiệm giảm đáng kể thu kết với độ tin cậy cao Tuy nhiên, phương pháp thực tối ưu cho tính chất đầu riêng lẻ, dự đốn mức thơng số phun tối ưu khơng mối quan hệ mức độ ảnh hưởng thông số Việc kết hợp phân tích ANOVA xác định thêm phần trăm ảnh hưởng thơng số phun đến tính chất đầu Do đó, với chi tiết yêu cầu nhiều tính chất đầu đồng thời cho q trình làm việc phương pháp Taguchi chưa thể đáp ứng Bởi vậy, số nghiên cứu khác ứng dụng phương pháp tối ưu đa mục tiêu để tối ưu nhiều tính chất đầu đồng thời ứng dụng cho lớp phủ phun nhiệt Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM-Response surface methodology) áp dụng để tối ưu đa mục tiêu cho lớp phủ phun nhiệt [8, 9] Tuy nhiên phương pháp tồn nhiều hạn chế như: số thí nghiệm nhiều so với phương pháp Taguchi, thông số phun đánh giá qua hai mức số tiêu chí đánh Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 giá Dựa ưu điểm phương pháp Taguchi kết hợp hồi quy toán học, Gauri cộng xây dựng phương pháp tối ưu đa mục tiêu MRWSN cho nhiều tính chất đầu Phương pháp tác giả chứng minh ứng dụng thành công nghiên cứu [7, 8] Ưu điểm phương pháp việc tối ưu đa mục tiêu cịn cho phép xây dựng mối quan hệ tốn học thơng số ảnh hưởng đến tính chất đầu ra, q trình tính tốn đơn giản nhanh chóng Hơn nữa, ứng dụng phun phủ nhiệt, chưa có cơng trình cơng bố việc ứng dụng phương pháp Do đó, nghiên cứu tiến hành áp dụng phương pháp MRWSN để tối ưu hóa đa mục tiêu cho lớp phủ WC-12Co phun HVOF Độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp tính chất lớp phủ WC-12Co đánh giá đồng thời dựa thông số phun (lưu lượng phun, khoảng cách phun, tỷ lệ oxy/propan) [12] Độ tin cậy phương pháp MRWSN đánh giá thông qua việc so sánh kết đạt với giá trị tối ưu đơn mục tiêu phương pháp Taguchi Các giá trị tối ưu đa mục tiêu nhận tiệm cận với giá trị đơn mục tiêu tính chất lớp phủ cao, việc so sánh cho phép đánh giá mức độ cải thiện đồng thời tính chất lớp phủ Trong nghiên cứu này, thông số phun chia làm ba mức để bố trí thơng số thí nghiệm, 10 thí nghiệm khác với thơng số phun nằm mức lựa chọn thực Số lượng thí nghiệm lựa chọn tối thiểu 10 để thỏa mãn điều kiện nghiệm toán học cho việc xây dựng hàm toán học theo lý thuyết phương pháp (công thức 7, mục 2) Trong đó, thí nghiệm thiết kế theo mảng L9 Taguchi để thuận tiện cho việc so sánh kết đa với đơn mục tiêu Kết thí nghiệm nhận sở để tối ưu đa mục tiêu theo MRWSN, đồng thời giá trị tối ưu đơn mục tiêu theo Taguchi xác định nhờ phần mềm MINITAB phiên 17 làm sở để so sánh Kết nghiên cứu cho thấy tính chất lớp phủ đồng thời cải thiện rõ rệt Phương pháp MRWSN công cụ hiệu cho toán tối ưu đa mục tiêu Lý thuyết phương pháp MRWSN Phương pháp MRWSN [10] đề xuất cho tối ưu hóa đa mục tiêu, quy trình tính tốn phương pháp thực gồm bước: Bước 1: Xác định xác đặc trưng chất lượng tính chất đầu làm sở tính tốn tỷ số S/N theo đặc trưng chất lượng cho tính chất tương ứng theo cơng thức: Bình thường tốt hơn: n yi S / N = 10 log y ( ) v yi (1) Nhỏ tốt (độ xốp): S / N =- 10 log10 ( n2yi + v2yi ) (2) Lớn tốt (độ cứng, độ bền bám dính lớp phủ với nền): S / N =- 10 log10 ( 3v y )) (1 + n yi n2yi (3) Trong đó: n yi , v2yi giá trị dự đoán, phương sai thí nghiệm thứ i tính qua hàm tốn học tương ứng mơ tả mối quan hệ giữa: kết đo trung bình tính chất lớp phủ, phương sai lần đo ứng với thơng số thí nghiệm (cơng thức ÷11) Bước 2: Xác định giá trị trung bình kết đo ( n i ), phương sai ( v2yi ), log10 ( v2yi ) thí nghiệm ứng với thơng số phun cho tính chất lớp phủ k / yij j=1 k (4) v2yi = / (yij - yi ) (5) log10 ( v2yi ) (6) ni = k j=1 Với yij kết đo thứ j thí nghiệm thứ i, j = ÷ k (k số lần đo mẫu thứ i) Bước 3: Xây dựng hàm toán học ( n y , log10 ( v2y ) ) mô tả mối quan hệ thông số phun đến n i , log10 ( v2yi ) tất thí nghiệm tính Bước Từ dự đốn giá trị n yi , v2yi n y = i + i1 x1 + i2 x2 + + i k xk + i k + x12 + + + i p1 x k2 - xk (7) log10 ( v2y ) = b + b1 x1 + b2 x2 + + b k xk + + b k + x12 + + b p1 x k2 - xk n yi = n y (A, B, C) i (8) (9) log10 ( v2yi ) = log10 ( v2y ) (A, B, C) i (10) v2yi = 10 (11) log10 ( v2y ) Bước 4: Chuyển đổi giá trị trung bình dự đốn phương sai biến đầu riêng lẻ thành giá trị tỷ lệ S/Ni theo MRWSN cách sử dụng phương trình đặc trưng cho chất lượng yếu tố đầu theo cơng thức (1-3) Bước 5: Tính tốn giá trị MRWSNi đại diện cho tất tính chất ứng với thí nghiệm Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology 17 ISSN 2354-0575 tương ứng: (12) MRWSNi = / w j S / Nij Trong đó: S/Nij - tỷ lệ tín hiệu nhiễu cho đáp ứng thứ i yếu tố j, wj - trọng số cho yếu tố đầu thứ j chọn cho Rwj = Bước 6: Chọn giá trị MRWSNi lớn thông số phun tương ứng thông số tối ưu đa mục tiêu Bước 7: Dự đốn giá trị tính chất lớp phủ dựa thông số phun tối ưu đa mục tiêu vừa tìm hàm tốn học Sau đó, tiến hành thí nghiệm kiểm chứng kết để chứng minh ý nghĩa toán tối ưu đa mục tiêu MRWSN Thực nghiệm Các mẫu phun sử dụng thực nghiệm chế tạo từ thép 16Mn [14] có dạng phẳng với kích thước 50x50x6mm Bề mặt mẫu làm khỏi dầu mỡ, bụi bẩn phun tạo nhám để làm tăng độ bền bám dính lớp phủ với Độ nhám mẫu sau phun đạt từ 8÷10 μm Bột phun WC-12Co vi c ht t 15ữ45 àm dựng cho phun HVOF tập đoàn Eutectic (Mỹ) cung cấp sử dụng để tạo lớp phủ Quá trình phun mẫu thực hệ thống phun HVOF gồm: Bảng điều khiển MP-2100; Súng phun HP-2700M; Bộ phận cấp bột phun PF-3350 Chiều dày lớp phủ phun 500µm với sai lch t 10ữ50 àm Cỏc thụng s phun dựa mảng L9 xác định theo mức: A 26, 32, 38 (gam/phút); B 0.2, 0.275, 0.35(m); C 4, 5, ; thí nghiệm thứ 10 với thông số phun A = 32 gam/phút, B = 0.275 m, C = lựa chọn để phun thực nghiệm (Bảng 1) Vật liệu thông số phun khác lựa chọn dựa nghiên cứu [12] Bảng Các thông số thực nghiệm nghiên cứu Thông số A (gam/phút) B (m) C 26 0.2 26 0.275 26 0.35 32 0.2 5 32 0.275 6 32 0.35 38 0.2 38 0.275 38 0.35 10 32 0.275 Hình ảnh chụp 10 mẫu trước sau phun theo trình tự thực nghiệm Bảng Các mẫu chuẩn bị phun dựa quy trình phun thực nghiệm thiết kế [12] Tên mẫu Hình Hình ảnh mẫu phun thời điểm trước sau phun Sau phun thực nghiệm, mẫu phun tiến hành kiểm tra đánh giá tính chất lớp phủ thông qua tiêu chuẩn tương ứng gồm: độ cứng (ASTM E384-17: 2011) [15] độ bền bám dính (JIS-H-8666-1980) [16]; độ xốp (ASTM B276-052015) [17] Kết đánh giá trình bày Bảng làm sở tiến hành tính tốn bước Bảng Kết đo mẫu thí nghiệm Tên mẫu 10 18 Độ cứng (HV0.1) Các giá trị đo 1088.9 900.6 1331.9 1186.9 995.3 1215.9 919.7 894.3 1256.2 1222.7 946.2 1080.6 1025.1 1168.1 1354.7 1254.7 966.8 882.0 995.3 1261.6 1048.4 1402.3 1064.3 1140.8 1186.9 1002.6 1168.1 1088.9 1158.9 1258.1 1158.9 1309.6 1309.6 1460.9 1149.8 1366.4 1177.4 919.7 1402.3 1231.9 1048.4 1140.8 1105.8 1320.7 1215.9 1309.6 1246.0 1309.6 1414.5 1246 Độ bền bám dính (MPa) Trung bình 1058.2 1166.8 1167.3 1255.5 1180.5 1229.8 1095.6 1018.9 1245.4 1244.1 Các giá trị đo 50.0 65.1 59.7 58.6 65.4 57.4 54.3 56.6 56.0 65.7 51.7 64.6 60.9 59.4 65.4 57.1 53.7 54.9 57.4 69.1 Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 54.6 66.3 63.1 60.6 66.0 60.3 53.4 53.7 59.1 68.0 Trung bình 52.1 65.3 61.2 59.5 65.6 58.3 53.8 55.0 57.5 67.6 Độ xốp (%) Các giá trị đo 2.96 1.97 1.23 2.42 1.91 2.48 2.66 2.94 1.74 2.18 3.02 2.34 1.62 2.87 2.25 1.96 3.18 3.35 2.22 2.48 3.44 2.05 1.66 2.62 2.39 2.31 2.93 3.52 1.87 2.37 3.30 2.28 1.17 3.25 2.01 2.45 3.07 3.67 1.85 2.81 Trung bình 3.18 2.16 1.42 2.79 2.14 2.30 2.96 3.37 1.92 2.46 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Các kết Bảng cho thấy tính chất lớp phủ mẫu thí nghiệm thu có giá trị độ cứng thay đổi từ 1058.2÷1296HV, độ bền bám dính từ 52.1÷67.6MPa, độ xốp từ 1.42÷3.37% Các kết chứng tỏ thay đổi giá trị thơng số phun làm tính chất lớp phủ thay đổi việc lựa chọn thông số phun (lưu lượng phun, khoảng cách phun tỷ lệ oxy/ propan) để nghiên cứu hoàn toàn phù hợp Kết thảo luận 4.1 Tối ưu đa mục tiêu MRWSN Từ kết thực nghiệm Bảng 2, tiến hành xây dựng phương trình tốn học mối quan hệ thơng số phun đến tính chất lớp phủ tương ứng với phương sai thí nghiệm (cơng thức 4÷8) dựa phương pháp bình phương tối thiểu [18] Các phương trình tốn học thể quan hệ thông số phun với giá trị đo tính chất lớp phủ ( n y ) log10 (phương sai tính chất lớp phủ) ( log10 ( v2y ) ) nhận gồm: Độ cứng: n y (d.c) = -3088.3867 + 147.9857A - 4394.6074B + 982.7789C + 24.9037AB + 0.4878AC – 185.4222 BC – 2.4895A2 + 9205.3333B2 – 91.9033C2 (13) log10 ( v2y ) (d.c) = 10.8409 – 1.6356A – 90.1851B + 12.7548C + 4.3122AB – 0.3569AC – 28.984BC + 0.0324A2 + 153.6267B2 + 0.7651C2 (14) Độ bền bám dính: n y (bd) = -207 + 6.6491A + 631.9259B + 30.6566C – 3.1852AB + 0.2056AC + 9.3333BC – 0.1106A2 – 986.6665B2 – 3.8C2 (15) log10 ( v2y ) (bd) = 5.0564 + 0.4201A – 9.5856B – 3.9716C – 2.0747AB + 0.1216AB + 14.6422BC – 0.0062A2 + 19.0756B2 – 0.4858C2 (16) Độ xốp: n y (d.x) = 8.5889 + 0.067A + 15.1407B – 3.1956C – 0.4519AB + 0.015AB + 1.9111BC + 0.0006A2 – 30.8148 B2 + 0.17C2 (17) log10 ( v2y ) (d.x) = -9.7334 + 0.6026A – 16.0281B + 0.4709C – 0.3270AB – 0.0246AC + 2.3004BC – 0.0057A2 + 24.1748B2 – 0.0434C2 (18) Trên sở hàm toán học (13-18), tiến hành bước tính tốn theo cơng thức từ (911) để xác định giá trị S/Ni tương ứng cho thí nghiệm với tính chất lớp phủ Từ xác định giá trị MRWSNi theo cơng thức (12) Trong trọng số wj cho tính chất lựa chọn với mục tiêu cải thiện khả chịu mài mòn khô lớp phủ Trong trường hợp này, giá trị wj lựa chọn cho độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp tương ứng 0.5, 0.4, 0.1 [9, 10] Các kết MRWSNi nhận trình tính tốn trình bày Bảng đây: Bảng Giá trị MRWSNi dự đoán cho tất mức thông số phun TT Chế độ phun Độ cứng Độ bền bám dính S/Ni wj S/Ni wj Độ xốp S/Ni MRWSNi Thứ hạng wj A1B1C1 42.04 0.5 34.28 0.4 -10.13 0.1 33.72 14 A1B1C2 -47.15 0.5 34.93 0.4 -7.29 0.1 -10.33 24 A1B1C3 -169.83 0.5 34.3 0.4 -4.92 0.1 -71.69 27 A1B2C1 60.21 0.5 35.53 0.4 -9.36 0.1 43.38 A1B2C2 27.54 0.5 36.30 0.4 -6.8 0.1 27.61 21 A1B2C3 -51.9 0.5 35.86 0.4 -5 0.1 -12.1 25 A1B3C1 60.83 0.5 33.64 0.4 -7.32 0.1 43.14 10 A1B3C2 61.17 0.5 34.89 0.4 -4.69 0.1 44.07 A1B3C3 33.05 0.5 35.73 0.4 -3.22 0.1 30.5 17 10 A2B1C1 60.96 0.5 33.06 0.4 -11.23 0.1 42.58 12 11 A2B1C2 35.19 0.5 35.5 0.4 -9.05 0.1 30.89 16 12 A2B1C3 -44.56 0.5 35.1 0.4 -7.5 0.1 -8.99 23 13 A2B2C1 60.82 0.5 35.77 0.4 -10.01 0.1 43.72 14 A2B2C2 61.42 0.5 36.6 0.4 -7.97 44.55 Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 0.1 Journal of Science and Technology 19 ISSN 2354-0575 15 A2B2C3 34.75 0.5 36.35 0.4 -6.78 0.1 31.23 15 16 A2B3C1 34.21 0.5 35.31 0.4 -7.4 0.1 30.49 18 17 A2B3C2 62.23 0.5 35.95 0.4 -5.24 0.1 44.97 18 A2B3C3 61.94 0.5 35.97 0.4 -4.36 0.1 44.92 19 A3B1C1 59.76 0.5 27.95 0.4 -12.3 0.1 39.83 13 20 A3B1C2 60.39 0.5 34.61 0.4 -10.62 0.1 42.98 11 21 A3B1C3 31.35 0.5 34.63 0.4 -9.61 0.1 28.57 19 22 A3B2C1 25.9 0.5 34.83 0.4 -10.71 0.1 25.81 22 23 A3B2C2 59.85 0.5 35.83 0.4 -9.13 0.1 43.34 24 A3B2C3 60.37 0.5 35.74 0.4 -8.41 0.1 43.64 25 A3B3C1 -52.85 0.5 33.99 0.4 -7.64 0.1 -13.59 26 26 A3B3C2 30.06 0.5 35.2 0.4 -5.94 0.1 28.51 20 27 A3B3C3 61.31 0.5 35.13 0.4 -5.55 0.1 44.15 Tiến hành so sánh giá trị MRWSNi đại diện cho tính chất lớp phủ ứng với thông số phun xác định Thông số phun A2B3C2 (A = 32 gam/phút; B = 0.35m; C = 5) cho giá trị MRWSNi lớn (MRWSN17 = 44,97) thông số phun đa mục tiêu cần xác định Dựa vào phương trình (13, 15, 17), tính chất lớp phủ tính toán cho kết là: độ cứng 1336.2HV, độ bền bám dính 64.7MPa, độ xốp 1.83% Để đánh giá cải thiện kết tối ưu hóa đa mục tiêu, kết tối đơn mục tiêu đồng thời xác định để làm sở so sánh phần 4.4 So sánh kết tối ưu đa với đơn mục dựa phương pháp Taguchi Trên sở phân tích (mục 1) cho thấy, việc so sánh kết tối ưu đa với đơn mục tiêu đánh giá mức độ cải thiện đồng thời phương pháp đa mục tiêu sử dụng Do đó, kết tối ưu đơn mục tiêu theo Taguchi [13] cần xác định Các đặc trưng chất lượng tính chất lớp phủ theo Taguchi gồm: lớn tốt với độ cứng độ bền bám dính; nhỏ tốt với độ xốp Q trình tính tốn tối ưu thực phần mềm thống kê MINITAB17 có tích hợp mô đun tối ưu phương pháp Taguchi Kết sau tính tốn trình bày với kết tối ưu đa mục tiêu Bảng để tiến hành so sánh Bảng Kết dự đoán so sánh giá trị tối ưu đơn đa mục tiêu Thông số lớp phủ Độ cứng (HV) Độ bám dính (Mpa) Độ xốp (%) Kết tối ưu đơn mục tiêu theo Taguchi A2B3C2 A2B2C2 A1B3C3 A2B3C2 1336.2 - -66.5 1.36 1336.2 64.7 1.83 Kết so sánh tính chất lớp phủ đa mục tiêu với đơn mục tiêu dự đốn Bảng cho thấy, thơng số phun đa mục tiêu trùng với đơn mục tiêu cho độ cứng lớn có giá trị độ cứng đạt 1336.2 HV; độ bền bám dính thấp khơng đáng kể so với mẫu đơn mục tiêu 2.7% (64.7 Mpa so với 66.5Mpa); độ xốp lớn 0.47% so với mẫu đơn mục tiêu Kết chứng tỏ, phương 20 Kết tối ưu đa mục tiêu MRWSN So sánh tính chất đa - đơn mục tiêu 0% -2.7% +0.47% pháp tối ưu đa mục tiêu MRWSN dự báo thơng số phun cho tính chất lớp phủ đồng thời tốt phương pháp tối ưu đơn mục tiêu Taguchi đảm bảo cho tính chất đầu Để xác minh độ tin cậy kết tính tốn đa mục tiêu, thực nghiệm kiểm chứng tiến hành làm sở đánh giá tính chất lớp phủ nhận so với giá trị dự đốn Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 4.5 Thực nghiệm kiểm chứng Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng mức thông số phun tối ưu đa mục tiêu cho kết có độ tin cậy cao kết đạt có sai số nhỏ so với giá trị dự đoán (Bảng 5) Độ cứng thấp 0.5%, độ bền bám dính cao 0.9% độ xốp nhỏ 0.05% Thông số phun tối ưu đơn mục tiêu thực để đánh giá tính chất cịn lại chúng so với tính chất lớp phủ đa mục tiêu tương ứng Mẫu tối ưu đơn mục tiêu cho độ bền bám dính (trùng với mẫu 10) có giá trị lớn 3.5% độ cứng thấp 6.4% độ xốp cao 0.73%; mẫu đơn mục tiêu cho độ xốp (trùng với mẫu 3) có giá trị nhỏ 0.31% độ cứng lại thấp 12.2% độ bền bám dính thấp 6.3% Với yêu cầu lớp phủ cần độ cứng độ bền bám dính cao, độ xốp thấp Từ cho thấy, kết lớp phủ đa mục tiêu có tính chất tổng hợp cao đồng thời xác định Phương pháp MRWSN ứng dụng thành công việc cải thiện đồng thời tính chất lớp phủ phun nhiệt phương pháp HVOF Bảng Kết kiểm chứng so sánh mẫu đa với đơn mục tiêu Giá trị đo Mẫu đa mục tiêu A2B3C2 Độ cứng (HV0.1) Độ bền bám dính (Mpa) Độ xốp (%) Đơn mục tiêu Độ bền bám dính (A2B2C2) Độ xốp (A1B3C3) Dự Thực Sai số Dự Thực Sai lệch với mẫu Dự Thực Sai lệch mẫu đoán nghiệm dự đoán nghiệm thực nghiệm đa đoán nghiệm thực nghiệm với đoán mục tiêu đa mục tiêu 1336.2 1329.6 -0.5% 1244.1 -6.4% 1167.3 -12.2% 64.7 65.3 +0.9% 66.5 67.6 +3.5% 61.2 -6.3% 1.83 1.73 -0.1% 2.46 +0.73% 1.36 1.42 -0.31% Kết luận Trong nghiên cứu này, phương pháp MRWSN sử dụng để tối ưu hóa đồng thời cho độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp lớp phủ WC12Co phun HVOF Quá trình tối ưu đa mục tiêu MRWSN tìm chế độ phun tối ưu với: lưu lượng phun A = 32 gam/phút, khoảng cách phun B = 0.35m, tỷ lệ oxy/propan C = Kết dự đốn MRWSN cho lớp phủ có độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp, là: 1336.2HV, 64.7 MPa, 1.74% So sánh kết đo mẫu thí nghiệm kiểm chứng với khoảng giá trị đo mẫu theo mảng L9, sai lệch so với kết dự đoán độ bền bám dính, độ xốp, độ cứng 0.5%, 0.9%, 0.05% khẳng định lớp phủ WC-12Co có chất lượng cao tìm thấy Kết tối ưu đa mục tiêu cải thiện tính chất lớp phủ đồng thời mức cao, tối ưu đơn mục tiêu đảm bảo cho tính chất lớp phủ (độ cứng đạt 100%, độ bền bám dính đạt 96.5% độ xốp cao 0.31% so với mẫu đơn mục tiêu tương ứng) Lớp phủ với tiêu chí chất lượng cao chứng minh phương pháp MRWSN công cụ hiệu cho toán tối ưu nhiều đầu Kết trở thành tảng để tiếp tục ứng dụng cho toán tương tự lĩnh vực khác Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, đề tài mã số UTEHY.T031.P1819.04 Tài liệu tham khảo [1] Pawlowski L,“The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings”, India, Wiley, 2008 [2] Sagar, “A Review on Thermal Spray Coating Processes” Int J Curr Trends Eng Res, 2016, vol 2, no 4, pp 556–563 [3] Karidkar S, “Optimization of Powder Spray Process Parameters using Taguchi Methodology”, 2017, vol 137, pp 71–76 [4] Qin.Y et al, “Optimization of the HOVF Spray Parameters by Taguchi Method for High Corrosion-Resistant Fe-Based Coatings” J Mater Eng Perform, 2015, vol 24, no 7, pp 2637– 2644 Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology 21 ISSN 2354-0575 [5] Praveen.A S, Sarangan J, Suresh.S, and Channabasappa B H, “Optimization and erosion wear response of NiCrSiB/WC-Co HVOF coating using Taguchi method” Ceram Int, 2016, vol 42, no 1, pp 1094-1104 [6] Cho T Y et al, “Surface properties and tensile bond strength of HVOF thermal spray coatings of WC-Co powder onto the surface of 420J2 steel and the bond coats of Ni, NiCr, and Ni/NiCr” Surf Coatings Technol, 2009, vol 203, no 20–21, pp 3250-3253 [7] Fang W et al, “Processing optimization, surface properties and wear behavior of HVOF spraying WC-CrC-Ni coating” J Mater Process Technol, 2009 [8] Murugan K, Ragupathy A, Balasubramanian.V, and Sridhar K, “Optimizing HVOF spray process parameters to attain minimum porosity and maximum hardness in WC-10Co-4Cr coatings” Surf Coatings Technol, 2014, vol 247, pp 90-102 [9] Christel Pierlot, Lech Pawlowski, Muriel Bigan, “Design of experiments in thermal spraying: A review” Surf Coat Technol, 2008, vol 202, pp 4483-4490 [10] Pal.S and Gauri.S.K, “Multi-response optimization using multiple regression-based weighted signal-to-noise ratio (MRWSN)”, Qual Eng, 2010, vol 22, no 4, pp 336-350 [11] Gauri.S.K and Palb S, “Optimization of multi-response dynamic systems using multiple regression-based weighted signal-to-noise ratio” Int J Ind Eng Comput, 2017, vol 8, no 1, pp 161-178 [12] Nguyễn Thanh Phú, Đinh Văn Chiến, Đào Duy Trung, Đồn Thanh Hịa, “Nghiên cứu ảnh hưởng lưu lượng cấp bột, khoảng cách phun tỷ lệ oxy/propan đến độ cứng lớp phủ WC12Co” Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 2018, vol 12, pp 78–84 [13] Taguchi.G, Chowdhury.S, and Wu.Y, “Taguchi’s quality engineering handbook”, 2007 [14] TCVN-3104, “Tiêu chuẩn thép hợp kim thấp cường độ cao”, 1979 [15] ASTM-E384-17, “Standard test method for microindentation hardness of materials”, 2011 [16] JIS-H-8664, “Test methods for build-up thermal spraying”, 2004 [17] ASTM-B276-05, “Standard test method for apparent porosity in cemented carbides”, 2015 [18] Nguyễn Đăng Bình, Nguyễn Văn Dự,“Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2011 [19] Liao, Normand,B, “Influence of coating microstructure on the abrasive wear resistance of WC/ Co cermet coatings” Surf Coat Technol, vol 2000, pp 235-242 [20] Wood,“Tribology of Thermal Sprayed WC–Co Coatings” Int J Refract Met Hard Mater, 2010, vol 28(1), pp 82–94 MULTI-RESPONSES OPTIMIZATION FOR QUALITY OF WC-12Co COATING BASED ON MRWSN METHOD Abstract: In this study, the MRWSN (Multiple Regression-Based Weighted Signal-to-Noise Ratio) multiresponses optimization method is used to determine spray parameters for improving the WC-12Co coating quality by HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) spraying The hardness, adhesion, and porosity of the coating are evalueted through the influence of spray parameters including powder feed rate (A), spraying distance (B), and the ratio of oxygen/propane (C) With the optimal spray paramters of A = 32gam/min, B = 0.35m, and C = 5, the hardness, adhesion strength and porosity of the obtained coating are 1336.2 HV, 64.7Mpa, 1.83%, respectively Comparing with results single-response optimization method based on Taguchi method, it is shown that proerties of the coating are significantly improved The verification experiment with optimal spray parameters is performed; the obtained results demonstrate the reliability and high efficiency of the MRWSN method Therefore, one can say that present MRWSN method has sucessfully applied to multiresponses optimization for spay HVOF process Keywords: Multi-responses optimization, MRWSN; WC-12Co; HVOF spray 22 Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology ... cứu cho thấy tính chất lớp phủ đồng thời cải thiện rõ rệt Phương pháp MRWSN cơng cụ hiệu cho tốn tối ưu đa mục tiêu Lý thuyết phương pháp MRWSN Phương pháp MRWSN [10] đề xuất cho tối ưu hóa đa mục. .. này, phương pháp MRWSN sử dụng để tối ưu hóa đồng thời cho độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp lớp phủ WC12Co phun HVOF Quá trình tối ưu đa mục tiêu MRWSN tìm chế độ phun tối ưu với: lưu lượng phun. .. ứng dụng phương pháp Do đó, nghiên cứu tiến hành áp dụng phương pháp MRWSN để tối ưu hóa đa mục tiêu cho lớp phủ WC-12Co phun HVOF Độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp tính chất lớp phủ WC-12Co đánh