Công nghệ chuẩn bị bề mặt có thể biểu thị theo sơ đồ hình 1.40.
1. Làm sạch bề mặt
a. Dùng các chất hòa tan hữu cơ và dung dịch của thành phần xút
Khi làm sạch bằng các chất hòa tan hữu cơ người ta sử dụng trichoetylen, v.v… những loại này không gây cháy, nhưng lại có hại đến sức khỏe, bởi vậy chỉ làm sạch vật trong thiết bị được đóng kín sau ngâm hoặc phun tạo ngay lớp bảo vệ,
Chất hòa tan gây cháy thường ít sử dụng, chỉ dùng trong điều kiện nhi ệt độ bình thường và để tẩy sạch một cách sơ bộ, thường sử dụng dầu hoặc benzen để làm sạch những bề mặt kim loại hoặc những bề mặt có sơn.
Sau khi làm sạch bằng dung dịch hòa tan hữu cơ, thường để trên bề mặt của vật có một lớp dầu rất mỏng, lớp dầu này không có tác dụng gây hại cho việc phủ lớp bảo vệ( trừ một số trường hợp đặc biệt cũng phải khử sạch). Các dung dịch kiềm nướccó chứa khoảng 2-10% chất kiềm (hydroxyt kiềm, nitratfofat, nước thủy tinh …) với tỷ lệ khác nhau và cho thêm vào một lượng rất nhỏ(vài phần nghìn) chất làm ướt với mục đích để làm gỉảmứng suất bề mặt giữa dung dịch nước và dầu. dùng các dung dịch này, dầu khoáng vật sẽ hòa tan thành các giọt nhỏ trong dung dịch nước và các lớp mỡ sẽ bị phá vỡ và khử sạch.
Phương pháp thường tiến hànhở nhiệt độ 70 đến 1000C và dùng cho phần lớn các kim loại ( kể cả các kim loại không phải là sắt). Sau khi làm sạch trong dung dịch hòa tan phải làm sạch tiếp theo bằng cách nhúng vào nước sạch để bề mặt vật được khử bớt những chất bẩn còn lại.
Làm sạch bằng điệnphân:
Là làm sạch trong dung dịch kiềm với mục đích sử dụng tác dụng phân ly để làm sạch. Vật được nối với cực âm, dước tác dụng của dòngđiện, trên bề mặt kim loại thoát ra, ví dụ, Na và lập tức chúng phản ứng với nước tạo thành Na(OH)2 đ ậm đặc và hydrô. Các hydroxyt này sẽ có tác dụng làm sạch dầu mỡ bằng các tác dụng hóa học của mình. P hương pháp làm sạch bằng điện phân là một phương pháp duy nhất cho bề mặt sạch hoàn toàn vì thế rất có ý nghĩa trong mạ điện.
Ngâm kim loại
Ngâm kim loại là một phương pháp làm sạch bằng hóa chất. Bắng cách ngâm này các bề mặt kim loại được khử chất bẩn vô cơ như các oxyt, các vẩy, gỉ, nhưng trước khi ngâm vật phải được làm sạch dầu mỡ.
Ngâm làm sạch thường cho phép dùng 10 đến 20% dung dịch nước axit lưu huỳnh và nung nóng đến 40÷700C hoặc dùng dung dịch axit có muối với nồng độ tương tự như trên vàở nhiệt độ bình thường.
Các oxit bị khử sẽ hòa tan trực tiếp vào dung dịch axit ở những nơi có rỗ khí khe nứt. Dung dịch sẽ thấm vào đó cho đến lớp kim loại và hòa tan cả lớp kim loại.
Bể để ngâm thường làm bằng gạch chịu axit hoặc bằng thép. Bể thép có lớp bảo vệ bằng chì, bằng cao su đúc, bằng thủy tinh, đôi khi bể chỉ cần làm bằng gỗ. Bể được sấy nóng bằng hơi chạy trong ống chì hoặc có thể là dây điện trở. Để ngâm nhất thiết phải giải quyết tốt việc hút các khí độc từ bể ra.
Vật sau khi ngâm phải được tráng lại bằng nước lạnh hoặc nước nóng và thường cho thêm các chất kiềm để các phần tử còn lại của nhóm axit sẽ bị trung hò a (ví dụ : dung dịch xút natri).
Trong thực tế đối với các bề mặt yêu cầu khử thật sạch dầu mỡ và chất bẩn thường rửa sạch lần cuối bằng hỗn hợp sau:
NaOH=20 g/lít Na2SiO3=5g/lít Na2CO3=50 g/lít Na3PO4=50g/lít
Đem ngâm chi tiết vào dung dịch này từ 2 đến 4 giờ sau đó đem rửa sạch bằng nước lã. Khi trên bề mặt chi tiết còn một màng nước lãđều đặn không bị đứt quãng thì coi như bề mặt đã sạch dầu mỡ.
Đối với các chi tiết cần phục hồi bề mặt, sau khi làm sạch dầu mỡ, chi tiết được gia công cơ bằng tiện, phay, bào để khử các vết nứt hoặc khử dạng mài mòn không đồng đều, khử độ côn, độ elip,...ở bước này cần chú ý đến các yêu cầu cơ bản như sau:
Kích thước bề mặt phun phủ cần nhỏ hơn kích thước sản phẩm theo độ dày lớp phun.
Trên bề mặt được phun không được có bavia, vết hàn, vết cháy, vết gỉ và bẩn.
Đoạn cần phun phải có hình dáng thích hợp (hình 1.41)
Chiều dày lớp phun phụ thuộc vào tính chất vật liệu phủ và chi tiết cần phun. Sự biến thiên chiều dày phụ thuộc vào tốc độ cấp dây, cấp độ hạt của bột, độ làm việc ổn định của dây và mứ c độ tự động hóa quá trình phun.
Hình 1.41. Yêu cầu về hình dáng bề mặt với lớp phun phủ
Bằng phun phủ có thể phun dày 15 m đến 3mm với biến thiên độ dày vào khoảng
10đến 150m
2. Tạo nhám bề mặt trước khi phun phủ
Lựa chọn phương pháp chuẩn bị bề mặt là nhằm mục đích tạo ra độ nhám trên bề mặt của chi tiết được phủ với độ nhám có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với độ nhám tính toán. Nói chung phương pháp chuẩn bị bề mặt đều có đặc điểm chung, còn một vài phương pháp khác được áp dụng cho các trường hợp riêng biệt.
Gia công phun cát, phun hạt kim loại hoặc phun bi, cắt ren, gia công tia lửa điện(gại điện) là những phương pháp được sử dụng hiện nay trong lĩnh vực phun kim loại.
Tuy nhiên khi lựa trọn một phương pháp chuẩn bị bề mặt cần thiết phải chú ý đến độ bền dính kết của lớp phủ; tới dạng bề mặt chi tiết; điều kiện làm việc của bề mặt.
Mục đích chính của việc chuẩn bị bề mặt chi tiết là đảm bảo được độ bền dính lớn nhất của lớp phủ với bề mặt chi tiết. Bằng nghiên cứu và thực tế chỉ ra rằng độ bền dính phụ thuộc cơ bản vào 2 yếu tố: Mức độ làm sạch bề mặt (làm sạch lớp bẩn, màng oxyt, v.v…) và độ nhám bề mặt. Bề mặt của chi tiết được chuẩn bị trước khi phun phủ kim loại cà ng sạch (không có lớp oxyt, mỡ và các chất bẩn khác) thìđộ dính kết giữa các chi tiết và lớp phủ càng tốt.
Thực nghiệm cho biết rằng: kết quả tốt nhất nhận được khi nào kích thước của phần tử kim loại được phủ nhỏ hơn phần rỗng của các rãnh nhấp nhô trê n bề mặt do nguyên công chuẩn bị phôi tạo ra. Nhưng mặt khác cũng cần phải chú ý rằng: khi độ nhám lớn quá sẽ không đạt được bề mặt phủ tốt, vì vậy chỉ cần đạt độ nhấp nhô nhất định. Vì vậy mức độ nhám tốt nhất là mức độ tạo sự liên kết cơ học các phẩn tử kim loại và nền cơ bản là cao nhất.
Sau đây là một số phương pháp chuẩn bị tạo nhám bề mặt trước khi phun kim loại:
Chuẩn bị nhám bằng phương pháp gia công phun cát Gia công phun cát được áp dụng với
các chi tiết có đường kính hoặc chiều dày đến 15mm, các chi tiết có độ bền cơ học thấp hay giới hạn mỏi thấp. Phương pháp này dùng cả khi làm sạch các chi tiết có hình dáng phức tạp, sửa chữa các vết nứt trên chi tiết đúc bằng gang, chuẩn bị bề mặt chi tiết để bổ xung thêm lớp phủ chịu ăn mòn và
Chuẩn bị bề mặt bằng phun cát thực hiện trong tủ phun cát nhờ đầu phun cát hoặc trong phòng phun cát bằng các thiết bị phun cát (hình 1.42).
Chất lượng gia công bề mặt phun cát được xác định bằng độ nhám bề mặt mà độ nhám trước hết phụ thuộc vào độ cứng của bề mặt được gia công, chất lượng vật liệu phun, áp lực dòng khí nén,khoảng cách vòi phun của thiết bị đến bề mặt được làm sạch, đường kính vòi phun dòng và góc nghiêng của dòng cát với bề mặt phun.
Vì vậy kỹ thuật phun cát dùng cho phun phủ kim loại có những đặc điểm cần quan tâm sau:
+ Không khí nén.
Áp lực không khí nén càng tăng thi chi tiết càng sạch hoặc độ nhấp nhô càng tăng (hình 1.43). Song nếu áp lực tăng quá thì độ nhấp nhô không tăng lên nhanh tương ứng, đồng thời tổn hao nhiều cát và không khí nén.
Áp lực không khí nén tốt nhất khi phun bề mặt thép từ 4÷5kG/cm2, khi phun bề mặt gang 3÷4 kG/cm2.Không khí nén để phun cát phải là không khí đãđược lọc sạch dầu mỡ và hơi ẩm.
+ Khoảng cáchtừ vòi phun cát tới bề mặt chi tiết
Khi khoảng cách này quá ngắn, các hạt cát chưa đủ tốc độ để có năng lượng cao nhất, do đó giảm độ nhấp nhô trên bề mặt chi tiết. Khi khoảng cách này quá xa, năng lượng hạt cũng bị suy giảm do đó cũng hạn chế mức độ sần sùi (hình1.44).
Khoảng cách phun tốt nhất đối với thép: 75÷100mm. + Chất lượng của hạt cát.
Kích thước hạt cát: hạt càng lớn, khối lượng của hạt càng tăng do đó khi bắn vào bề mặt chi tiết, càng làm tăng độ sần sùi (hình 1.44b,c) trong những điều kiện như nhau.Song nếu hạt cát quá to, sẽ không đủ năng lượng đồng thời không có khả năng để làm sạch những vết nhấp nhô trên bề mặt chi tiết.
Việc lựa chọn kích thước hạt để làm sẫn sùi bề mặt chi tiết, căn cứ vào chiếu dày lớp phun trên bề mặt chi tiết. Song thực tế với chiều dày khác nhau phải chọn kích thước hạt tương ứng. Vì vậy kích thước hạt được chọn theo bảng 1.11a.
Vật liệu hạt cũng có ý nghĩa quan trọng. Nếu khối lượng riêng của hạt càng lớn thì tạo được bề mặt chi tiết càng sần sùi. Nếu sức bền cơ học của hạt càng cao, kết quả làm sần sùi càng tốt. Cũng vì vậy cát dùng để phun phải là cát núi có cạnh sắc và tinh khiết.
Cát để phun phải sạch, khô, không cát, dẫu mỡ….
Hình 1.44. a-Độ nhấp nhô phụ thuộc khoảng cách phun cát b-Độ nhấp nhô phụ thuộc kích thước hạt cát c-Kích thước hạt cát ảnh hưởng chất lượng phun
Trong quá trình phun cát, các hạt bị vỡ vụn tạo thành bụi cũng cần phải loại bỏ. Bảng1.11a. Kích thước hạt cát và hạt thép.
+ Góc bắn của dòng cát .
Góc này hợp bởi đường trục chi tiết và đường trục của dòng cát. Thay đổi góc bắn này cũng gây ra sự thay đổi nhấp nhô tế vi trên bề mặt. Bảng 1.11b biểu thị độ nhấp nhô tế vi bề mặt phụ thuộc vào góc bắn.
Bảng 1.11b. Độ nhấp nhô tế vi bề mặt thay đổi theo góc bắn
+Độ cứng bề mặt chi tiết.
Nếu độ cứng bề mặt chi tiết quá lớn (HRC ≥ 58) thì phun cát sẽ không gây được độ sần sùi cần thiết. Vì vậy không thể ứng dụng phun cát trong trường hợp này. Khi chi tiết là vật liệu mềm, nếu phun với áp lực quá lớn như khi phun vật liệu cứng thì bề mặt chi tiết sẽ bị lấy đi một lượng quá nhiều, chi tiết sẽ bị biến dạng mạnh.
Chế độ phun cát cho một số loại vật liệu được giới thiệu trong bảng 1.12. Bảng 1.12. Chế độ phun cát.
Sau khi phun cát xong cần dùng khí nén thổi trực tiếp vào bề mặt chi tiết để làm sạch nốt các tạp chất bụi bám vào trong quá trình phun.
Mặt khác khi quan sát bề mặt chi tiết nếu nhìn thấy nhiều sắc thái lờ mờ và độ nhám rõ ràng như vậy là phun xong.
a)
b)
Hình1.45. a) bề mặt mẫu trước khi phun tạo nhám; b) bề mặt mẫu sau khi phun tạo nhám
a. Gia công tạo nhám bằng phun bi (phun hạt kim loại).
Gia công bằng phun bi làm thay đổi tính chất vật lý của lớp bề mặt: tạo ra lớp biến dạng và lớp hóa bền sâu khoảng 0,2÷0,4mm do sự va đập với tốc độ rất mạnh của các hạt kim loại (bi kim loại) tác dụng như những đầu búa nhỏ. Do có sự biến dạng nên làm tăng độ cứng và độ bền của lớp bề mặt.
Lớp bề mặt của chi tiết được chuẩn bị, biến dạng tạo ra sự phân bố ứng suất tốt theo tiết diện của chi tiết và làm tăng đáng kể sức bền mỏi của nó. Gia công bằng phun bi có thể áp dụng cho các bề mặt chi tiết có hình dạng phức tạp, bề mặt có độ cứng cao. Công việc phun bi được tiến hàn h trên máy phun hạt bằng khí nén hoặc bằng ly tâm. Hình 1.46 là sơ đồ nguyên lý khi phun bi. Để tiến hành phun bi có thể sử d ụng các hạt bằng gang trắng và thép có đườg kính d = 0,4÷2mm. Độ cứng của hạt được duy trì với thành phần 0,7% C làm việc sau 40 giờ độ cứng tăng từ 30÷37 HRC đến 42÷44 HRC. Còn sau 300 giờ có thể đạt đến 48÷50 HRC. Hạt thép có độ bền cao nên phí tổn nhỏ hơn 30 lần so với hạt gang. Phí tổn làm việc của hạt thép so với hạt gang nhỏ hơn 8÷40 lần, mặc dù hạt thép có giá thành cao hơn.
Hình 1.46. Nguyên lý phun bi.
Khi chọn kích thước hạt để chuẩn bị bề mặt, cần chú ý thành chi tiết càng mỏng thì đường kính hạt cần chọn càng nhỏ. Để được kết quả tốt, vận tốc hạt phun ra cần đạt được từ 60÷70m/s. Vận tốc này đạt được nhờ vận tốc quay của đĩa quay (máy ly tâm) là khoảng 2400÷4000 vòng/ phút, áp lực khoảng 50.104÷59.104 N/m2 khi khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt chi tiết gia công là 300÷350mm.
b. Chuẩn bị bề mặt bằng phương pháp cắt ren phẳng.
Phương pháp cắt ren phẳng là phương pháp phổ biến nhất để t ạo ra độ nhám trên bề mặt chi tiết có hình dáng vật thể tròn xoay. Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền vì thế nó được sử dụng rộng rãi trong xí nghiệp sửa chữa để phục hồi các chi tiết bị mài mòn. Phương pháp này cho độ bám giữa lớp phủ với bề mặt chi tiết là cao nhất. Ở phương pháp này bề mặt của chi tiết trước khi phun phải được tiến hành tiện để khử độ ô van, elíp. Dùng dao tiện ren và để tạo ra bề mặt nhám, đầu dao phải gá thấp hơn tâm chi tiết. Khi lưỡi cắt thấp hơn tâm chi tiết sẽ dẫn đến sự rung động c ủa dao lớnvà dẫn đến sự đập vun kim loại trên bề mặt chi tiết và cho độ nhám lớn.Phương pháp cắt răng tròn được áp dụng rộng để chuẩn bị bề mặt hình trụ, các trục khuỷu bị mòn. Để tiến hành cắt ren, dùng dao tiện ren tròn chuyên dùng có bán kính ở đỉnh là 0,5 mm và chiều rộng là 1,1÷1,3mm, cắt thành nhiều rãnh tròn song song nhau (hình 1.47).
3. Phun kim loại
Chi tiết sau khi đã làm sần sùi và rửa sạch cần tiến hành phun ngay, càng sớm càng tốt.
Thời gian dãn cách này khôngđược quá 1 2 giờ.
Đối với những chi tiết có dạng tròn xoay, chúngđược cặp trên máy tiện, cònđầu phun được gắn trên xe dao. Lúc đó chi tiết quay tròn và sung phun diđộng dọc theo trục chi tiết tạo ra một lớp phun trònđều.
Đối với nhữngchi tiết không có dạng tròn xoay thì dùng súng phun cầm tay (pistole) và lúc đó súng phun sẽ được công nhân điều khiển để phun vào toàn bộ bề mặt chi tiết.
Độ bám giữa lớp phun và chi tiết tốt nhất nếu chỉ phun một lần đãđạt được chiều dày yêu cầu. Songtrong nhiều trường hợp phải tiến hành phun nhiều lượt. Lúc đó giữa các lớp phun sẽ bị ngăn cách bởi một lớp bụi các hạt kim loại, làm giảm thấp độ dính bám giữa lớp nọ với lớp kia.
Trong quá trình phun cần giữ nhiệt độ của chi tiết không nóng quá 70 800
C. Nhiệt độ quá cao dễ gây sự biến dạng, biến đổi tổ chức của chi tiết và giảm độ cứng lớp phun. Vì vậy trong quá trình phun có thể phun từng phần của chi tiết hoặc phun gián đoạn.