phủ
Như đã biết, sau khi ủ thì tại biên giới giữa các lớp phủ hình thành các lớp liên kim có độ cứng cao, đồng thời giúp cho liên kết giữa các lớp phủ và lớp phủ
với nền được bền chắc hơn. Tuy nhiên, theo hiệu ứng Kirkendall, ngoài việc hình thành các pha liên kim, ởđây còn xuất hiện thêm các lỗ trống, nếu số lượng lỗ trống nhiều sẽ tập trung thành các rỗ bên trong lớp phủ, gây giảm độ bền, độ bám dính của lớp phủ, ngoài ra nếu chếđộ phun phủ không tốt hoặc ủở nhiệt độ quá cao, tốc
độ nâng nhiệt lớn có thể gây chảy lỏng lớp Al cũng làm giảm độ bền của lớp phủ.
Đây là cơ sởđể nghiên cứu ảnh hưởng của chếđộ xử lý nhiệt đến độ bám dính của lớp phủ nhằm lựa chọn được chế chộ xử lý nhiệt thích hợp.
Thí nghiệm được thực hiện cho mẫu lớp phủ kép Al-NiCr trên nền thép C45,
ở các chếđộ chưa ủ, ủ 550oC-10h và 600oC-8h, sử dụng thiết bịđo độ bám dính lớp phủ Positest Pull- Off của hãng Defelsko tại Phòng thí nghiệm Vật liệu- Viện Cơ
khí Năng lượng và Mỏ.
Mẫu thí nghiệm không cần chuẩn bị nhiều, chỉ cần đủ diện tích để gắn dolly như hình 3.26
Hình 3.26. Mẫu sau khi gắn dolly bằng keo 2 thành phần
Sau khi gắn dolly với bề mặt lớp phủ bằng keo 2 thành phần, phải chờ thời gian ít nhất là 24h để keo đông chắc hoàn toàn, tránh để hiện tượng khi kéo dolly ra thì lớp keo bị bong trước.
Kết quảđo độ bám dính lớp phủđược thể hiện trong bảng 3.11.
Bảng 3.11. Kết quảđo độ bám dính lớp phủ cho các mẫu phủ kép nền C45
Mẫu trước khi ủ Mẫu sau ủở 550oC-10h
Mẫu sau ủở 600oC-8h Độ bền bám dính,
Nhận xét:
- Với thiết bị sử dụng chỉ hiển thịđược mức tối đa là 20Mpa nên không đánh giá hết được khả năng bám dính của lớp phủ sau khi ủ, tuy nhiên có thể nhận thấy lớp phủ sau khi ủ có độ bám dính tốt hơn mẫu trước khi ủ. Sở dĩ như vậy là vì lớp phủ trước khi ủ chỉ là các lớp kim loại xếp chặt lên nhau, bám dính ởđây chỉ là bám dính cơ học. Các mẫu sau khi ủ giảm được độ xốp trong lớp phủ, tạo thành các pha liên kim kết nối giữa các lớp phủ với nhau và với nền nên giúp tăng cường khả năng bám dính của lớp phủ.
- Mặc dù có những nghi ngại về hiện tượng xuất hiện thêm các lỗ rỗng sau khi ủ, đặc biệt với thời gian ủ dài và ở nhiệt độ cao, làm giảm khả năng bám dính, tuy nhiên có thể thấy dù sao thì độ bám dính của lớp phủ sau khi ủ vẫn tốt hơn so với mẫu không được ủ.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN
Đề tài đã thực hiện phun phủ lớp phủ kép lên nền các vật liệu thông dụng như thép C45, CT3
Sau khi phun phủ tiến hành xử lý nhiệt cho lớp phủ kép Ni-Cr và Al, các mẫu được ủ ở nhiệt độ 550oC, 600oC và 650oC trong thời gian 2h, 4h, 6h, 8h, riêng với nhiệt độ ủ 550oC, để có tính tương quan khi so sánh với các chế độủ khác (đã qua giữ nhiệt 2h ở nhiệt độ 550oC) nên có thêm thời gian ủ là 10h.
Với nhiệt độ ủ và thời gian giữ nhiệt khác nhau đã có sự xuất hiện của các pha mới, nhận được sự thay đổi vềđộ cứng, chiều dày của các pha mới và có thể có các kết luận sau:
1. Nhiệt độ càng cao hoặc thời gian giữ nhiệt càng dài, sự khuếch tán của các nguyên tố vào trong nhau càng nhiều. Kết quả của sự khuếch tán là việc tạo thành các pha liên kim có độ cứng cao. Kết hợp việc vi phân tích thành phần hóa học bằng phổ EDS và quét pha bằng nhiễu xạ tia X, đã kết luận về sự xuất hiện của pha trung gian có độ cứng cao hơn nền thép.
Tại nhiệt độủ 600oC, giữ nhiệt 8h, đã tạo ra các pha như sau:
- Tại lớp biên giới giữa lớp phủ nhôm với nền thép đã tạo ra pha liên kim có
độ bền cao là FeAl3, AlFe3 và AlFe
- Tại lớp phủ nhôm với NiCr tạo ra các hợp chất Al3Ni, Al3Ni2, AlNi3 và Al4CrNi15 các pha này khá bền nhiệt, chịu mài mòn.
- Độ cứng lớp trung gian trên biên giới Ni-Cr và Al có thểđạt được >900HV làm tăng khả năng chịu mài mòn và cơ tính cho lớp phủ
- Ủ làm giảm độ xốp của lớp bề mặt ngoài lớp phủ, giảm hệ số ma sát của bề
mặt. Nghiên cứu trên lớp phủ bên ngoài (NiCr) cho thấy, tăng nhiệt độ ủ làm tăng cường độ mòn của lớp phủ nên cần lựa chọn hợp lý khi muốn xử lý nhiệt cho các chi tiết làm việc trong những môi trường khác nhau.
2. Nhiệt độủ cao (650oC) gần với nhiệt độ chảy của nhôm, đã xảy ra sự chảy Al cục bộ do khó kiểm soát được nhiệt độ của mẫu, gây ra sự mất liên kết trong lớp phủ, giảm cơ tính của lớp phủ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Chiều dày lớp khuếch tán thực tế nhỏ hơn nhiều so với tính toán lý thuyết vì thực tế, kim loại của các lớp phủ không phải là một khối nguyên chất mà là các lớp kim loại xếp lên nhau, giữa chúng có các lỗ xốp làm ngăn cản sự khuếch tán. Mặt khác lớp Nhôm sau khi phun phủ rất nhanh ngay sau đó tạo thành lớp oxit nhôm trên bề mặt, lớp này rất bền cũng góp phần cản trở sự khuếch tán xảy ra.
4. Chế độ xử lý nhiệt phù hợp cho lớp phủ kép Ni-Cr và Al là 6000C giữ
nhiệt trong 4h~6h, vì ở nhiệt độ cao hiệu quả khuếch tán tốt hơn nhiều, tuy nhiên trước đó có ủ phân cấp ở 550oC trong 2h để tránh gây ứng suất nhiệt có thể gây chảy lỏng lớp Al. nếu giữ nhiệt quá dài sẽ không hiệu quả về kinh tế và có thể gây ra nhiều lỗ rỗ hoặc hiện tượng chảy cục bộ làm giảm cơ tính lớp phủ.
5. Lớp phủ kép NiCr-Al sau khi xử lý nhiệt vừa đảm bảo tính chống ăn mòn, mài mòn do lớp phủ nhôm có tác dụng như một rào cản chống lại sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn, vừa tăng khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt, mặt khác lại có tính bám dính tốt khi hình thành các pha liên kim ở biên giới các lớp phủ, tăng khả
năng liên kết giữa các lớp phủ.
ĐỀ XUẤT
1. Do thời gian giữ nhiệt khi ủ mới dừng lại ở 8h nên chưa xác định được thời gian bão hòa để lớp khuếch tán không tăng lên nữa hoặc lớp Al khuêch tán hoàn toàn vào 2 nền Fe và NiCr, cần có nghiên cứu tiếp theo để có thểđưa ra chếđộ
công nghệ trong trường hợp muốn nhận được tổ chức một pha liên kim ở vùng phủ
nhôm (do liên kim Al-Fe bền, dẻo ở nhiệt độ cao, thích hợp với các chi tiết chịu mài mòn, ăn mòn làm việc ở nhiệt độ cao)
2. Cần nghiên cứu, cải tiến công nghệ phun phủ tốt hơn nữa, tiến dần tới tự động hóa để tạo ra được lớp phủ đồng đều về chiều dày trên mọi hình dạng sản phẩm.
3. Nhưđã biết ở nhiệt độ càng tăng thì khả năng khuếch tán càng cao, vì vậy nếu có thểủđược ở nhiệt độ gần với nhiệt độ nóng chảy của nhôm thì sẽ giảm được nhiều thời gian ủ, tiết kiệm được thời gian và kinh tế nên cần nghiên cứu thêm công nghệ để khống chế tốt nhiệt độ mẫu, không để mẫu đến nhiệt độ nóng chảy của nhôm gây ra hiện tượng chảy cục bộ.
4. Khuếch tán giữa các lớp phủ và lớp phủ với nền rất khác so với khuếch tán giữa các kim loại nguyên chất, vì vậy có thể nghiên cứu thêm sự tương quan giữa 2 kiểu khuếch tán này để đưa ra được các dựđoán hay tính toán được chiều dày lớp khuếch tán trong thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Arzamaxov B.N (2001), Vật liệu học, Nxb Giáo dục.
2. R. W. Cahn (chủ biên), Người dịch: VũĐình Cự, Nguyễn Xuân Chánh, Lê Văn Nghĩa (1976), Kim loại học vật lý- Tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
3. Lý Quốc Cường (2002), Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHBK Hà Nội.
4. 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.
5. Lê Công Dưỡng (2000), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật.
6. Nguyễn Thị Minh Phượng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB
Giáo dục.
7. A. A. Smưcôv (1973), Sách tra cứu về nhiệt luyện, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. 8. Hoàng Tùng (1993), Phục hồi và bảo vệ bề mặt bằng phun phủ, ĐHBK Hà Nội. 9. PGS.TS Hoàng Tùng (2002), Công nghệ phun phủ và 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 và bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
Tài liệu tiếng nước ngoài
12. Annual book of ASTM standard section 3 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
16. H. K. D. H. Bhadeshia, Master of Philosophy, Materials Modelling, Course
MP6, Kinetics and Microstructure Modelling, Materials Science & Metallurgy.
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