nghiên cứu ứng dụng phun plasma trong phục hồi chi tiết máy

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

 PHAN ðỨC KHÁNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHUN PLASMA TRONG PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy thiết bị giới hố nơng, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ðÀO QUANG KẾ HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ðOAN Tơi xin ca m đoan đ ây ng trình ngh iên cứu riêng tơi C ác kết , số liệu tron g luận văn trung thự c chưa ñư ợc a i g bố b ất kỳ cơng trình Tác giả luận văn Phan ðức Khánh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… i LỜI CÁM ƠN Trong suốt q trình thực luận văn, tơi nhận ñược giúp ñỡ cộng tác nhiệt tình nhiều tập thể cá nhân ngồi Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội, Phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia cơng nghệ hàn xử lý bề mặt, Bộ Công Thương Viện Nghiên cứu khí ðến luận văn tơi hồn thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Phó giáo sư, Tiến sĩ ðào Quang Kế trực tiếp hướng dẫn, bảo cho tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Thầy giáo, Cơ giáo Khoa Cơ điện, Viện đào tạo sau ñại học, ñặc biệt Bộ môn Công nghệ Cơ khí Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội đóng góp ý kiến, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Hồng Văn Châu, Thạc sỹ Lục Vân Thương, cán Phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia cơng nghệ hàn xử lý bề mặt, Bộ Công Thương Viện Nghiên cứu khí giúp đỡ, tạo ñiều kiện sở vật chất, trang thiết bị cho tơi triển khai thực hồn thành luận văn Nhân dịp cho tơi gửi lời cảm ơn tới Thầy giáo, Cơ giáo giảng dạy truyền đạt cho tơi kiến thức khoa học suốt thời gian học tập lớp Cao học Cơ khí nơng nghiệp khóa 18, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Tôi xin chân thành cám ơn ! Tác giả luận văn Phan ðức Khánh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… ii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm phun phủ kim loại [1], [2] 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 1.3 Kết luận chương I 10 CHƯƠNG II: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 ðối tượng nghiên cứu 11 2.2 Nội dung nghiên cứu 11 2.3 ðịa ñiểm nghiên cứu 11 2.4 Phương pháp nghiên cứu 11 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 11 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 11 2.4.3 Xác ñịnh xử lý số liệu thực nghiệm 12 2.4.4 Phương pháp kiểm tra 12 CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ PLASMA 15 3.1 Nguyên lý phun Plasma 15 3.1.1 Nhiệt ñộ tia plasma [2],[10] 16 3.1.2 Tốc ñộ phun [2] 17 3.1.3 Thành phần hỗn hợp khí phun plasma[10] 18 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iii 3.1.4 Vật liệu phun ñiều kiện cấp liệu [14] 19 3.1.5 ðặc trưng cho ñiều kiện phun bên [14] 19 3.1.6 Luồng hạt phun [2] 20 3.2 Sự hình thành lớp phun phủ 21 3.2.1 Lý thuyết Pospisil - Sehyl [1],[2] 21 3.2.2 Lý thuyết Shoop[1] 21 3.2.3 Lý thuyết Karg, Katsch Reininger [1] 22 3.2.4 Lý thuyết schenk [2] 22 3.2.5 Cơ cấu hình thành lớp phủ phun [1] 22 3.3 Vật liệu phun [2], [10] 26 3.3.1 Kẽm 27 3.3.2 Nhôm 28 3.3.3 Molip ñen 29 3.3.4 Volfram 29 3.3.5 Thép không rỉ nicrom 29 3.3.6 Hợp kim Coban Niken 29 3.3.7 Những hợp kim tự tạo xỉ 30 3.3.8 Gốm 33 3.3.9 Silixid 34 3.3.10 Cacbit 35 3.3.10 Nitrid 36 3.4 Một số tính chất lớp phun 37 3.4.1 Ứng suất dư lớp phun [2] 37 3.4.2 ðộ bám dính lớp phun 42 3.5 Quy trình cơng nghệ phun [1],[3],[4],[5] 50 3.5.1 Chuẩn bị bề mặt chi tết trước phun 50 3.5.2 Phun phủ bề mặt chi tiết 52 3.5.3 Gia công chi tiết sau phun 54 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iv 3.5.4 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 54 3.5.5 An toàn lao ñộng bảo vệ môi trường 54 3.6 Kết luận chương III 54 CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG 57 4.1 Khảo sát thiết bị phun phủ Plasma 57 4.1.1 Các đặc tính kỹ thuật thiết bị 58 4.1.2 Quy trình vận hành thiết bị phun plasma 58 4.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm mẫu thử 60 4.2.1 Chuẩn bị điều kiện thí nghiệm 60 4.2.2 Phương pháp tiến hành 62 4.3.2 Kết 63 4.3 Ứng dụng phục hồi chi tiết thật 68 4.3.1 Khảo sát chi tiết 68 4.3.2 Quy trình phun phục hồi trục khuỷu 69 KẾT LUẬN VÀ KIỄN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… 72 v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 3.1 Thành phần cấp hạt ñộ bột kẽm phun (hạt hình cầu) 28 3.2 Tạp chất bột kẽm dùng ñể phun, % 28 3.3 Thành phần cấp hạt độ bột nhơm dùng để phun 28 3.4 Tạp chất bột nhơm dùng để phun, % 29 3.5 Thành phần hóa học (%) tính chất hợp kim cứng tự tạo xỉ kiểu Colmonoy 3.6 Thành phần hóa học (%) độ cứng hợp kim cứng tự tạo xỉ Ni - Cr - B - Si 3.7 31 31 Nhiệt ñộ tương tác oxid khó nóng chảy với kim loại khác nhau, 0C 33 3.8 Tính chất số silixit khó nóng chảy 34 3.9 Tính chất số Cacbit 35 3.10 Tính chất số nitrid 37 3.11 Bảng thơng số chế độ phun ñối với vật liệu khác nhau: 53 4.1 Thành phần hóa học hợp kim Ni-Cr- B- Si 60 4.2 Khoảng cách phun cho nhóm mẫu thử 62 4.3 Kết kiểm tra ñộ cứng lớp phủ 63 4.4 Kết kiểm tra độ bám dính 64 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ hệ thống phun plasma [16] 1.2 Cấu tạo súng phun plasma [16] 1.3 Một số sản phẩm phục hồi phun phủ 10 2.1 Sơ ñồ nguyên lý phương pháp kéo chốt 14 3.1 Mặt cắt ngang súng phun Hồ quang Plasma [16] 15 3.2 Sự thay ñổi nhiệt ñộ tia plasma phụ thuộc vào khoảng cách phun 17 3.3 Sự phân bố nhiệt tia plasma 17 3.4 Sự thay ñổi tốc ñộ tia plasma theo chiều dài khoảng cách phun 18 3.5 Mẫu ñể xác ñịnh ứng suất dư 39 3.6 Xác ñịnh ứng suất dư theo biến dạng vành khuyên: 41 3.7 Mơ tả dính bám giọt chất lỏng vật rắn Nếu gọi 42 3.9 Ứng suất lớp phun 47 3.10 Mơ hình tính tốn phần tử phun 47 3.11 Quan hệ ñộ bám ñộ nhấp nhô bề mặt 49 3.12 Ảnh hưởng khoảng cách phun độ nhấp nhơ; 49 3.13 Dạng ren trịn 51 3.14 Tạo ren đục đỉnh ren 51 3.15 Tiện ren lăn ép 52 4.1 Hệ thống thiết bị phun plasma Phịng thí nghiệmcơng nghệ hàn xử lý bề mặt – Viện nghiên cứu Cơ khí 57 4.2 Bảng điều khiển súng phun plasma 57 4.3 Hình ảnh mẫu thử 61 4.4 ðồ thị quan hệ ñộ cứng khoảng cách phun 63 4.5 ðồ thị quan hệ độ bám dính khoảng cách phun 64 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vii 4.6 Thiết bị nghiên cứu tổ chức tế vi Nikon Eclipse Model L 150 65 4.7 Tổ chức tế vi Mẫu (x500) 66 4.8 Tổ chức lớp phủ mẫu (x500) 66 4.9 Tổ chức tế vi mẫu (x 500) 66 4.10 Ảnh tổ chức tế vi mẫu số (x500) 67 4.11 Hình ảnh chi tiết trục khuỷu bị mịn cổ biên 68 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… viii MỞ ðẦU Chất lượng bề mặt chi tiết máy trang bị , dụng cụ, kết cấu có ý nghĩa quan trọng Tùy theo yêu cầu cụ thể ñiều kiện làm việc, phải chế tạo ñược chi tiết, kết cấu có khả chịu mài mòn, chịu nhiệt, chống gỉ vv… Tất tính chất có ý nghĩa định đến tuổi thọ, độ tin cậy, độ bền máy móc, kết cấu cơng trình Thêm vào đó, xu nâng cao suất tác dụng nhanh thiết bị làm cho ñiều kiện làm việc chúng thêm khắc nhiệt, buộc khoa học - công nghệ phải giải nhiều vấn ñề mà trước hết bề mặt chi tiết, kết cấu Hiện nhu cầu thiết bị ngày nhiều, nguồn tài ngun ngày ít, việc phục hồi chi tiết sau thời gian làm việc mịn, mỏi hết giá trị sử dụng, ví dụ kích thước xuống q giới hạn, khơng ñảm bảo ñộ bền dung sai lắp ghép theo thiết kế vv… có ý nghĩa kinh tế vơ lớn Ngày để giải vấn đề trên, có nhiều gải pháp cơng nghệ Ví dụ mạ điện hóa, mạ hóa học, phủ hóa học, mạ nhúng kim loại nóng chảy, thấm kim loại, thấm lưu huỳnh, thấm bon, thấm ni tơ, thấm xiauya, nhiệt luyện, xử lý tia lửa ñiện, hàn ñắp, phun phủ kim loại vv… Song công nghệ cho phép giải hai yêu cầu lúc, vừa phục hồi kích thước, vừa tạo nên chất lượng bề mặt phù hợp có mạ, hàn đắp, phun phủ mà Phun phủ cho phép phục hồi chi tiết máy cần chiều dày phục hồi lớn lại khơng làm thay đổi cấu trúc tế vi kim loại nền, không gây biến dạng chi tiết, bề mặt chi tiết ñược phủ lớp oxit ñặc biệt bề mặt phủ lớp vật liệu phi kim loại – điều mà cơng nghệ khác khơng thực ðể phủ lên bề mặt làm việc chi tiết máy lớp vật liệu đặc biệt người ta sử dụng nhiều biện pháp cơng nghệ khác Một biện pháp cơng nghệ phun phủ plasma Do plasma có nhiệt độ cao, dễ dàng hóa lỏng tất loại vật liệu kim loại mà kỹ thuật tạo từ trước ñến Cho nên phun phủ plasma ñang ngày ñược ứng dụng rộng rãi ñể chế tạo, phục hồi chi tiết máy phục vụ nhiều ngành như: luyện kim màu, luyện kim ñen, chế tạo máy, hàng khơng, kỹ thuật điện- điện tử, xây dựng, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… ... đề tài nghiên cứu: ? ?Nghiên cứu ứng dụng phun plasma phục hồi chi tiết máy? ?? Nội dung nhiệm vụ ñề tài bao gồm: - Chương 1: Nghiên cứu tổng quan - Chương 2: ðối tượng, phương pháp nghiên cứu - Chương... quyết: - Nghiên cứu lựa chọn số vật liệu phun phù hợp với phục hồi chi tiết máy; - Nghiên cứu Công nghệ xây dựng quy trình cơng nghệ phun Plasma; - Thực nghiệm mẫu đánh giá kết quả; - Ứng dụng cơng... Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu lý thuyết công nghệ phun phủ plasma qua tài liệu, tìm hiểu ứng dụng công nghệ giới Việt Nam Nghiên cứu trình phun Plasma yếu