4.1. Quy hoạch thí nghiệm
Mục đích thí nghiệm là nhằm chọn đ-ợc công nghệ phun phủ hợp lý đảm bảo cho lớp phun có các tính chất t-ơng ứng với lớp phun nguyên thuỷ của chi tiết đã cho, trên cơ sở đó xác lập các quy trình công nghệ phục hồi hoàn chỉnh bằng ph-ơng pháp phun plasma.
Đối t-ợng thí nghiệm là lớp phun chịu nhiệt độ cao trên bề mặt các chi tiết tuabin khí ( cánh, đế, ống vòi voi .v.v... ).
Chi tiết thử nghiệm là ống vòi voi ( ống chuyển tiếp - transition piece ). Quá trình thí nghiệm bao gồm những b-ớc sau:
- Tìm hiểu thông tin về ống vòi voi;
- Tìm hiểu thông tin về các loại bột phun phủ trên ống vòi voi; - Lập quy trình thí nghiệm;
- Tiến hành thí nghiệm xác định các tính chất lớp phun; - Tổng hợp các kết quả thí nghiệm;
- Thử nghiệm;
- Đánh giá các kết quả thí nghiệm.
4.2. Những hiểu biết về ống vòi voi
Mặc dầu ống vòi voi ( transition piece ) có cấu tạo không phức tạp nh-ng lại đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao [8]. Vì vậy ống vòi voi luôn có khuynh h-ớng làm bằng vật liệu mới.
Từ những năm 50 của thế kỷ tr-ớc ống vòi voi đ-ợc làm từ ống thép không gỉ AISI309. Vào đầu những năm 60 vật liệu này đ-ợc thay thế bằng các hợp kim nền niken Hastelloy-X và RA-333. Bắt đầu từ 1970 các hợp kim này đ-ợc tiêu chuẩn hoá cho ống vòi voi.
Đầu những năm 80 vật liệu mới Nimonic 263 đ-ợc đ-a vào sản xuất ống vòi voi MS7001 và MS9001. Vật liệu này đ-ợc tăng bền bằng ph-ơng pháp lắng và có độ bền
cao hơn Hastelloy-X. ống vòi voi Nimonic 263 làm việc tốt trong 25.000 giờ của các
máy MS7001. Cũng từ đấy Nimonic 263 ( N263 ) đ-ợc ứng dụng rộng rãi để sản xuất ống vòi voi và nhiều chi tiết khác của máy tuabin khí. Thành phần hoá học của vật liệu ống vòi voi ( bảng 4.1 )
Bảng 4.1: Thành phần hoá học (%) của vật liệu ống vòi voi [10] N. tố Cr Ni Co Fe W Mo Ti Al Cb V C B Ta SS309 23 13 - Nền - - - 0,1 - - HAST x 22 Nền 1.5 1.9 0.7 9 - - - - 0.07 0.005 - N- 263 20 Nền 20 0.4 - 6 2.1 0.4 - - 0.06 - - HA- 188 22 22 Nền 1.5 14 - - - 0.05 0.01 -
4.3. Các lớp phủ chịu nhiệt trên ống vòi voi
Từ đầu những năm 80 các lớp phun chịu nhiệt ( TBC ) đã đ-ợc ứng dụng cho ống vòi voi của các kiểu máy tuabin khí nhiệt độ cao. Hàng ngàn giờ làm việc của các lớp phun chứng minh độ bền tốt của chúng.
Các kêt quả nghiên cứu tổng quan ( 1-5 ) cho thấy để chịu đ-ợc nhiệt độ cao và môi tr-ờng ăn mòn các chi tiết máy tuabin khí nói chung đ-ợc phun hai lớp: a) lớp trung gian chống oxy hoá và chống ăn mòn nhiệt và b) lớp phun ( lớp trên ) chống nhiệt độ cao ( bền nhiệt ).
Theo K.J.Pallos [9] các lớp phun nhiệt ( TBC ) đ-ợc phân thành hai loại tuỳ thuộc vào chiều dày của chúng: loại B ( class B ) có chiều dày lớp trung gian là 0,3556 mm và lớp phun là 0,1016 mm; loại C ( class C ) có chiều dày lớp trung gian là 0,508 mm và lớp phun là 0,0508 mm. Cả hai loại này có thể áp dụng cho ống vòi voi và cánh tuabin.
Các loại bột dùng để phun các lớp phun bền nhiệt nh- sau [9]:
* Cho lớp trung gian ( underlay, bondlay ): Ni-164-2
Đây là bột hợp kim NiCrAlY hình cầu ( hình 4.1a). Thành phần hoá học của bột
Ni-164-2 (%): Crom (Cr):2123; nhôm (Al): 9 11; ytri (Y): 0,8 1,2; niken (Ni):
nền; nhiệt độ nóng chảy: 25600 26100F ( 1404 14320C ); độ chặt ( mật độ ): 3,74
g/cm3. Lớp phun bằng bột Ni-164-2 ( hình 4.1b ) có độ cứng Rockwell 15T là 75 ( ~ 60
RB ) và bộ bám tối thiểu là: 2750 Psi ( 18,96 Mpa = 193,2 kG/cm2).
Bột Ni-164-2 là hợp kim nền niken chứa nhôm, crom và ytri. Nó thuộc nhóm hợp kim NiCrAlY đ-ợc sử dụng rất nhiều trong máy tuabin khí. Độ bền chống oxy hoá có đ-ợc là nhờ nhôm và crôm tạo nên một màng kín trên mặt của lớp phun. Màng này đ-ợc bảo trì bởi ytri bổ sung.
NiCrAlY áp dụng tốt cho kim loại nền làm việc ở nhiệt độ 18000F (9820C) với chiều dày lớp phun tới 0,35 mm. Do có độ mịn cao và diện tích bề mặt lớn nên các bột phun nhiệt dễ bị hấp thụ ẩm. Độ chảy của chúng đ-ợc cải thiện khi bảo quản bột trong buồng khô ráo hoặc sấy tr-ớc khi dùng 2 giờ ở 1750F 2000F.
* Cho lớp phủ ( overlay, toplay outerlay ): ZRO-182
Là bột hình bán cầu ( hình 4.2a ) chứa 8% oxit ytri Y2O3 đ-ợc ổn định bởi dioxit ziriconi ( ZrO2- nền ); nhiệt độ nóng chảy: 48760F ( 26910C ); độ chặt 1,83 g/cm3 .
Lớp phun bằng bột ZRO-182 ( hình 4.2b ) có độ cứng Rockwell 15N là 75 80 ( 30 40 Rc ) và độ bám dính là 3500 Psi ( 24,133 Mpa = 245,91 kG/cm2 ).
Sự sử dụng ytri thay vì canxi, magiê làm tăng tuổi thọ và công dụng của ZRO- 182 trong các lớp phun bền nhiệt. Trong khi phun phủ cần giữ chi tiết ở nhiệt độ d-ới
3500F ( 1770C ) giới hạn chiều dày mỗi l-ợt phun là 0,0254 mm. Lớp phủ có độ xốp
thích hợp, độ cứng, độ bền nhiệt và độ bền ăn mòn rất cao. Cách bảo quản và chuẩn bị bột ZRO-182 tr-ớc khi phun giống nh- bột Ni-164-2.
a) b)