CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.4. Ảnh hưởng của các thông số chính đầu vào đến thế thấm Kn
Trong áp dụng công nghệ thấm nitơ, một số nơi, đặc biệt là ở CHLB Đức, người ta còn dựa vào một đại lượng trung gian là thế thấm (Kn). Như đã nêu trong chương 2, Kn là đại lượng phản ánh kết quả của môi trường thấm được hình thành từ thành phần chất thấm ban đầu và độ phân hủy nhiệt của NH3 ở điều kiện cụ thể đó. Về mặt ý nghĩa khoa học, Kn
phản ánh hoạt độ của nitơ trong môi trường thấm do đó ảnh hưởng tới cấu trúc và tính chất của lớp thấm nitơ nhận được. Lò thấm và những dụng cụ đo hiện đại (sensor hydro) cho phép xác định chính xác hàm lượng hydro, từ đó xác định được độ phân hủy nhiệt của NH3. Biết độ phân hủy nhiệt của NH3 trong buồng thấm sẽ xác định được áp suất riêng phần của các khí có mặt trong môi trường thấm như NH3, H2, N2. Việc tính toán ra đại lượng Kn (như nêu trong chương 2, 3
21,5 1,5 NH n H P K P
) hoàn toàn được thực hiện dễ dàng. Giá trị Kn trong buồng thấm có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như nhiệt độ, thời gian lưu, thành phần khí thấm. Ngoài ra một số các yếu tố khác như không gian lưu (được đặc trưng bởi hệ số sắp xếp chi tiết) và sự thay đổi tính chất lý hóa bề mặt chi tiết cũng có ảnh hưởng đến giá trị thế thấm Kn. Tuy nhiên sự tác động của các yếu tố này đến giá trị Kn vẫn khá nhỏ so với ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chính đã đề cập phía trên. Do đó, trong các phần tiếp theo tác giả sẽ trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính như: nhiệt độ thấm, thời gian lưu và thành phần hỗn hợp thấm đến Kn. Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tổ chức và tính chất của lớp thấm nhận được, tác giả cũng đồng thời tính toán giá trị của Kn từ đó thấy được ảnh hưởng của nó.
4.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị Kn, chế độ thấm với lưu lượng khí thấm cung cấp luôn được duy trì ở mức ổn đinh (0,06 m3/h) trong khi nhiệt độ thấm được thay đổi trong khoảng 510oC-550oC. Để xác định mức độ phân hủy nhiệt NH3, sensor hydro được sử dụng và các kết quả thực nghiệm được thể hiện trên bảng 4.5.
75
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thế thấm Kn
Nhiệt độ (oK) Lưu lượng Q (m3/h) % phân hủy nhiệt Kn
830 0,06 55 0,682507
803 0,06 54 0,714826
783 0,06 53 0,748690
Hình 4.25: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thế thấm Kn.
Các kết quả thực nghiệm trên hình 4.25 đã cho thấy mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ thấm đến giá trị thế thấm (Kn). Khi lưu lượng khí cung cấp được duy trì ổn định, nhiệt độ thấm tăng sẽ làm tăng mức độ phân hủy nhiệt NH3 trong buồng lò, qua đó làm giảm thế thấm Kn. Kết quả thực nghiệm này đã một lần nữa khẳng định về sự đúng đắn của cơ sở lý thuyết như đã trình bày trong chương 2 - mục 2.3.1.
4.4.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu
Thời gian lưu được biết đến như là một thông số có ảnh hưởng đến giá trị Kn. Để đánh giá mức độ ảnh hưởng này, lưu lượng khí thấm cung cấp vào buồng thấm sẽ được thay đổi từ 5 đến 15 phút trong khi nhiệt độ thấm được duy trì ổn định tại 550oC. Các kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 4.6.
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian lưu đến thế thấm Kn.
Nhiệt độ thấm (oC) Lưu lượng NH3 (dm3/phút) % phân hủy nhiệt
Thời gian lưu
(phút) Kn 550 2.00 46 5 1,04 1.00 55 10 0,68 0.67 71 15 0,31 780 790 800 810 820 0,67 0,70 0,73 0,76 Kn oK % P hâ n h ủy NH 3 52,5 53,5 54,5 55,5
76
Các kết quả thực nghiệm trong bảng 4.6 và đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian lưu và thế thấm Kn trên hình 4.26 đã chứng minh rằng: ở nhiệt độ thấm không đổi, sự có mặt của các phân tử khí NH3 trong buồng lò càng lâu thì chúng càng dễ bị phân hủy nhiệt và kết quả là sẽ làm giảm thế thấm (Kn) của môi trường. Trong khoảng thời gian lưu thực nghiệm tăng từ 5 đến 15 phút, giá trị Kn đã thay đổi và giảm lần lượt theo các giá trị tương ứng từ 1,04 về 0,31.
Hình 4.26: Ảnh hưởng của thời gian lưu đến thế thấm Kn tại 550oC.