9. Bố cục luận án
4.1.2. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền
4.1.2.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền bám dính
Sử dụng phần mềm Minitab 19, tiến hành phân tích kết quả độ bền bám dính trong (bảng 4.1). Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu (σBd)được thống kê và trình bày trong (bảng 4.2).
Bảng 4.2. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu (σBd)
Yếu tố Bậc tự do (DF) Tổng bình phương độ lệch (Seq SS) Mức độ đóng góp tới mô hình Trung bình bình phương (Adj MS) Giá trị thống kê (F-Value) Giá trị xác suất (P-Value) Mô hình 9 411,072 97,02% 45,675 36,12 0,000 Bậc 1 3 89,496 21,12% 29,832 23,59 0,000 Ip 1 33,419 7,89% 33,419 26,43 0,000 mp 1 14,156 3,34% 14,156 11,19 0,007 Lp 1 41,921 9,89% 41,921 33,15 0,000 Bậc 2 3 261,442 61,70% 87,147 68,91 0,000 Ip*Ip 1 59,188 13,97% 90,347 71,44 0,000 mp*mp 1 60,143 14,19% 79,228 62,65 0,000 Lp*Lp 1 142,111 33,54% 142,111 112,38 0,000 Tác động chéo 3 60,134 14,19% 20,045 15,85 0,000 Ip*mp 1 41,861 9,88% 41,861 33,10 0,000 Ip*Lp 1 15,961 3,77% 15,961 12,62 0,005 mp*Lp 1 2,311 0,55% 2,311 1,83 0,206 Sai số 10 12,646 2,98% 1,265 Sự thiếu phù hợp 5 11,846 2,80% 2,369 14,81 0,005 Hệ số xác định R2: 97,02%
Hình 4.1. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số phun đến hàm mục tiêu (σBd)
Từ số liệu trong (bảng 4.2) và (hình 4.1) cho thấy:
Giá trị xác suất (P) về mức độ ảnh hưởng của các thông số phun (Ip, mp, Lp) ở mô hình bậc 1 đều có giá trị rất nhỏ, nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa α (chọn α = 0,05). Điều đó có nghĩa các thông số phun (Ip, mp, Lp) của mô hình đều có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu đầu ra (σBd).
Trong đó, khoảng cách phun (Lp) là thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền bám dính của lớp phủ (chiếm 9,89%/21,12%), thông số có mức ảnh hưởng lớn thứ hai là (Ip) cường độ dòng điện phun (chiếm 7,89%/21,12%) và lưu lượng cấp bột phun (mp) là thông số có mức ảnh hưởng nhỏ nhất đến độ bền bám dính của lớp phủ (chiếm 3,34%/21,12%). Mặt khác, ta cũng có thể quan sát thấy quy luật ảnh hưởng của các thông số đến độ bền bám dính của lớp phủ thông qua biểu đồ (hình 4.1). Quan sát biểu đồ ta nhận thấy, khi (Lp) tăng từ (92,73 ÷ 160)mm thì độ bền bám dính tăng, nếu tiếp tục tăng (Lp) trên 160mm thì độ bền bám dính lại giảm. Đối với cường độ dòng điện phun (Ip), khi (Ip) tăng từ (381,82 ÷ 550)A thì độ bền bám dính tăng, nếu tiếp tục tăng (Ip) trên 550A thì độ bền bám dính lại có xu hướng giảm. Với lưu lượng cấp bột phun khi (mp) tăng từ (13,18 ÷ 30)g/ph thì độ bền bám dính tăng, tuy nhiên độ bền bám dính tăng không đáng kể khi (mp) tăng trong khoảng từ (13,18 ÷ 20)g/ph, ngược lại khi (mp) tiếp tục tăng từ (20 ÷ 30)g/ph thì độ bền bám dính của lớp phủ tăng nhanh và nếu tiếp tục tăng (mp) trên 30g/ph thì độ bền bám dính lại giảm. Nguyên nhân của những sự ảnh hưởng này, được làm rõ khi phân tích sự ảnh hưởng tương tác giữa các thông số phun đến hàm mục tiêu đầu ra ở nội phía dưới.
Khi xem xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố mô hình bậc 2 trong (bảng 4.2) có mức độ đóng góp lớn tới hàm mục tiêu (mức độ đóng góp chiếm 61,70%/100%), đồng thời giá trị xác suất (P-value) của các thành tố trong mô hình bậc 2 này cũng đều có giá trị tương ứng là (~0,0001), nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa ( = 0,05). Điều đó cho thấy sự xuất hiện của các thành tố là rất có ý nghĩa đối với mô hình hàm mục tiêu độ bền bám dính. Mặc khác ta cũng nhận thấy ở mục kiểm định sự thiếu phù hợp (Lack-of-Fit) của mô hình có giá trị xác suất (~0,005) cũng nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa , điều này có nghĩa là dạng phương trình có được khớp với dữ liệu đo được. Hệ số xác định của hàm hồi quy thực nghiệm (R2) tính được cũng cho thấy có tới (97,02%) số liệu thực nghiệm tương thích với số liệu dự đoán theo phương trình. Như vậy có thể thấy việc chọn các thông số đầu vào và vùng khảo sát của các thông số đã đảm bảo cho hàm mục tiêu có giá trị là lớn nhất.
Để làm rõ hơn nội dung phân tích và nhận định trên, ta tiến hành phân tích sự tương tác giữa các thông số đến hàm mục tiêu đầu ra như trong biểu đồ (hình 4.2). Quan sát biểu đồ (hình 4.2) cho thấy sự ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào đến hàm mục tiêu đầu ra là khá phức tạp.
Hình 4.2. Biểu đồ sự tương tác giữa các thông số phun đến hàm mục tiêu (σBd)
Một số phân tích sau đây sẽ làm rõ hơn nhận định trên:
- Xem xét sự ảnh hưởng giữa (Ip) và (mp) cho thấy: Khi Ip = 550A, nếu tăng (mp) trong khoảng từ (13,18 ÷ 30)g/ph thì sẽ làm cho độ bền bám dính tăng. Tuy
nhiên khi tiếp tục tăng (mp) trong khoảng từ (30 ÷ 46,82)g/ph thì lại làm cho độ bền bám dính lớp phủ giảm. Trong trường hợp khi Ip = 450A nếu tăng (mp) trong khoảng từ (20 ÷ 40)g/ph sẽ làm cho độ bền bám dính tăng nhưng ở mức không cao, ngược lại khi Ip = 650A nếu (mp) tăng trong khoảng từ (20 ÷ 40)g/ph thì độ bám dính lớp phủ với thép nền có xu hướng giảm dần. Điều này có thể được giải thích, khi tăng (Ip) có nghĩa làm tăng công suất của hồ quang, khi đó các hạt bột phun có trạng thái nhiệt nóng chảy tốt hơn và làm cho sự lắng đọng lớp phủ tốt hơn. Mặt khác khi tăng (Ip) mà (mp) ở mức thấp thì hiệu quả nung chảy hạt bột cũng tốt hơn, độ bền bám dính có xu hướng tăng. Ngược lại khi (Ip) ở mức thấp, nếu (mp) được cấp vào càng lớn làm cho nhiệt độ nóng chảy hạt bột phun giảm do bị phân tán nhiệt bởi số lượng hạt phun, điều này cũng có thể làm giảm lực va đập của hạt với chất nền dẫn đến độ bền bám dính giảm.
- Ảnh hưởng giữa (Ip) và (Lp) cũng cho ta thấy: Khi Ip = 550A, độ bền bám dính tăng khi (Lp) tăng trong khoảng từ (92,73 ÷ 160) mm và ngược lại độ bền bám dính lớp phủ có xu hướng giảm nếu tiếp tục tăng (Lp). Độ bền bán dính sẽ tăng khi tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm, trong cả hai trường hợp của cường độ dòng điện phun gồm (Ip = 450A và Ip = 650A), tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của (Lp) đến độ bám dính khi Ip = 450A lớn hơn khi Ip = 650A (nhưng độ bền bám dính lại cao hơn khi Ip = 650A). Điều này có thể giải thích là khi tăng (Lp) làm một phần các hạt phun bị tái rắn trở lại do bị nguội bởi quãng đường di chuyển xa, đồng thời các hạt bị ôxy hóa cũng nhiều hơn làm cho độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền giảm. Ngược lại khi (Lp) quá gần làm hiệu suất phun giảm do lực va đập mạnh khiến cho các hạt phun bị văng ra ngoài.
- Xét cặp tương tác giữa (mp) và (Lp) cũng cho thấy: Khi mp = 30g/ph, nếu (Lp) tăng trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm thì độ bám dính tăng, nếu tiếp tục tăng (Lp) trong khoảng từ (160 ÷ 227,27)mm lại làm cho độ bám dính giảm. Lưu lượng cấp bột phun được cấp ở 2 mức giá trị là (mp = 20g/ph và ms = 40g/ph), cho độ bám dính tăng nếu tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm, ở hai mức giá trị này thì mức độ ảnh hưởng của (mp) đến độ bám dính khi mp = 20g/ph lớn hơn khi mp= 40g/ph. Điều này có thể được giải thích là khi (Lp) tăng thì (mp)
vào phải nhỏ sẽ làm cho độ bền bám dính tăng, bởi nhiệt tăng do mật độ hạt giảm và khoảng cách tăng làm hiệu suất nhiệt tại thời điểm va chạm các hạt phun thuận lợi. Ngược lại (mp) tăng cao làm cho nhiệt độ giảm xuống, vận tốc hạt cũng giảm và điều đó làm cho chất lượng của lớp phủ giảm theo, nếu (mp) vào lớn khi đó cần giảm (Lp) để cải thiện chất lượng độ bám dính của lớp phủ.