d. Chất ổn định
1.3.2 Tính chất chống mài mòn của lớp phủ
Mục tiêu cơ bản của lớp phủ hoá học composit là nâng cao tính năng của lớp phủ như tính năng chống mài mòn, tính chống ăn mòn hoặc tính năng bôi trơn cho các chi tiết máy.
Mặc dù cơ chế cho sự đồng kết tủa các hạt không có tính tan vào trong lớp phủ hoá học chưa được hiểu đầy đủ nhưng những tính chất nổi bật của lớp phủ hoá học composit thì cũng đã được nêu trong các bảng báo cáo khác nhau.
Các cách thức tiến hành thí nghiệm khác nhau đã được diễn ra để đánh giá mức độ chống mài mòn của các lớp phủ đạt được thông qua các bảng kiểm tra, đó là:
• Bảng A: phép thử độ mài mòn the Table Wear Test
• Bảng B: phép thử độ mài mòn the Alfa Wear Test
• Bảng C: phép thử độ mài mòn the Accelerated Yarnline Wear Test
Bảng A: Đánh giá tính chất bảo vệ của bề mặt bằng cách cọ sát (mài) bề mặt mẫu vào hai bánh mài đang quay.
Bảng B: Các mẫu được đưa ra để chống lại sự mài mòn của vòng đai thép cứng dưới các điều kiện các mẫu được làm sạch và bôi trơn.
Bảng C: Các mẫu được kiểm tra bằng cách bắt trước các yếu tố mài mòn đặc trưng phổ biến trong chi tiết máy dệt.
Tất cả mẫu trong các thí nghiệm trên thì những vết lõm, xước, và thể tích những chỗ hỏng đều được đo đạc. Điều đặc biệt quan trọng là các dữ liệu thí nghiệm dùng để so sánh giữa các mẫu này là tất cả các mẫu kiểm tra đều có hình thái bề mặt giống nhau. Sự khác nhau trong kích thước hạt, chu kỳ gia nhiệt, nồng độ các chất và khâu hoàn thiện bề mặt đều có thể làm cho các kết quả kiểm tra bị sai lầm và không còn chính xác.
Bảng A
Taber Wear Test Data
Các lớp phủ
Tốc độ mài mòn Đối với 1000 vòng
quay của bánh mài Đối với kim cương -Lớp phủ composit hoá học chứa hạt kim
cương đa tinh thể kt 3 μm
-Lớp phủ composit hoá học chứa hạt WC -Lớp mạ Cr cứng điện hoá -Thép cứng 1.59 2.746 4.699 12.815 1.00 2.37 4.05 13.25
Từ bảng A nhận xét: các lớp phủ composit hoá học đều cho tốc độ mài mòn thấp. Bảng C là các kết quả kiểm tra độ chịu ăn mòn của các lớp phủ hoá học composit khác nhau.
Bảng C
Accelerated Yarnline Wear Test Results
STT Chất liệu Thời gian kiểm tra (phút) Tốc độ ăn mòn (μm/h) 1 Lớp phủ composit hoá học Ni-B-kim cương “A” kt
9 μm ( cấu trúc kim cương “A” :chuỗi tinh thể) 85 5,1 2 Lớp phủ composit hoá học Ni-B-kim cương tự nhiên kt
9 μm 85 10,2
3 Lớp phủ composit hoá học Ni-B-kim cương “B” kt 9
μm 85 13,1
4 Lớp phủ composit hoá học Ni-B-Al2O3 kt 8 μm 9 109,0 5 Lớp phủ composit hoá học Ni-B-SiC kt 10 μm 5 278,0 6 Lớp phủ Ni-B (không có các hạt) 1/30 23000,0
kt: kích thước.
Từ kết quả của bảng C nhận xét thấy:
- Tốc độ ăn mòn (μm/h) càng về cuối bảng lại càng tăng lên, điều đó cũng có nghĩa là tính bảo vệ của lớp phủ càng xấu đi.
- Có 3 loại kim cương được đưa ra thử nghiệm và nó đều có giá trị thương mại tại thời điểm làm thí nghiệm, đó là:
Mẫu số 1: kim cương “A” có cấu trúc chuỗi tinh thể - là kim cương nhân tạo. Mẫu số 2: kim cương tự nhiên.
Mẫu số 3: kim cương “B” cũng là kim cương nhân tạo (khác kim cương A). Và có thể thấy ngay trong 3 loại kim cương này thì kim cương “A” là tốt hơn cả vì nó cho tốc độ ăn mòn nhỏ nhất và do đó mà nó cũng tạo ra lớp phủ composit tốt nhất mà không cần quan tâm tới hạt được giữ và phân bố như thế nào trong lớp mạ.
Mẫu 4 và 5 sử dụng Al2O3 và SiC trong các dung dịch mạ hoá học Ni-B. Mẫu 6 được dùng là mẫu cơ sở để so sánh, nó cùng điều kiện mạ như đã được sử dụng từ mẫu 1 đến mẫu 5 nhưng không có các hạt đồng kết tủa.
Ở mẫu kiểm tra số 4 và 5, ta thấy tính chất bảo vệ của Al2O3 lớn hơn của SiC cho dù thời gian thử là lâu hơn (9 phút so với 5 phút) và kích thước hạt nhỏ hơn (8 μm so với 10 μm).
Nhìn chung thì tính chống ăn mòn đạt được càng lớn khi mà độ hạt càng lớn. Cũng cần nhớ rằng: Độ cứng của SiC lớn hơn của Al2O3. Tuy vậy vẫn có sự trái ngược như đã nêu ở trên, nguyên nhân được quy do cách thức các hạt được giữ như thế nào trong lớp phủ hoá học nghĩa là tính tương thích của các hạt đối với lớp phủ cũng như cách thức các hạt đó sẽ chống lại việc bị kéo ra khỏi lớp phủ như thế nào trong quá trình ăn mòn.
Các lớp mạ hoá học composit (không quan tâm đến loại hạt kết tủa) bản chất là tốt hơn so với lớp mạ Ni hoá học mà không có các hạt đồng kết tủa.
Christini cũng đã chứng tỏ vai trò của lớp phủ đến độ gắn kết các hạt để đạt được các đặc tính lớp phủ tốt nhất. Hơn nữa, những xu hướng sau cần được chú ý:
• Tính chống mài mòn càng lớn hơn khi kích thước hạt lớn hơn. Tính chống ăn mòn liên quan đến kích thước các hạt. Khả năng đạt được giá trị chống ăn mòn có thể đạt đến điểm tốt nhất khi kích thước hạt tăng lên, tuy nhiên kích thước hạt tăng hơn 9 μm thì không có những tính năng tốt hơn xuất hiện trong việc chống lại sự mài mòn.
• Tính chống mài mòn liên quan tới phần trăm thể tích của các hạt đồng kết tủa trong dung dịch mạ hoá học.
Bức tranh về lớp mạ composit hoá học so với mạ hoá học thông thường đã được cho thấy qua bảng 6. Packer đã đo độ ăn mòn của các lớp phủ composit với các hạt như: carbides, borides, kim cương, và nhôm oxit. Tuy nhiên, các hạt mà ông đã sử dụng để kiểm tra có các kích thước khác nhau, cũng như các hạt đó cũng không cùng nồng độ lớp phủ hay không có cùng độ nhám bề mặt. do đó mà không có kết luận nào chính xác có thể đưa ra để nói về sự hoạt động của một hạt này cho một hạt khác.
Bảng 6
số liệu về tính mài mòn của lớp Ni hoá học composit
Các loại hạt Độ cứng của hạt Chỉ số ăn mòn
(a)
Chưa xử lý nhiệt Đã xử lý nhiệt(b)
Không Chromium carbide Aluminum oxide Titanium carbide Silicon carbide Boron carbide Kim cương Cr cứng lớp nhôm cứng - 1735 2100 2470 2500 2800 7000 18 8 10 3 3 2 2 3 2 8 2 5 2 2 1 2
(a) chỉ số ăn mòn được tính bằng khối lượng mất đi tính bằng g/1000 vòng quay do chịu sự mài mòn với 10 bánh mài và chịu tải trọng 1000 g.