9. Bố cục luận án
4.1.4.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền kéo đứt lớp phủ
Tương tự tiến hành phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu (σk) có trong (bảng 4.1), kết quả phân tích được thống kê và trình bày trong (bảng 4.6).
Bảng 4.6. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu (σk)
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 1148,61 95,98% 127,623 26,56 0,000 Bậc 1 3 306,37 25,60% 102,125 21,25 0,000 Ip 1 90,94 7,60% 90,936 18,92 0,001 mp 1 114,88 9,60% 114,877 23,90 0,001 Lp 1 100,56 8,40% 100,561 20,93 0,001 Bậc 2 3 827,75 69,17% 275,916 57,42 0,000 Ip*Ip 1 210,55 17,60% 312,988 65,13 0,000 mp*mp 1 218,26 18,24% 278,381 57,93 0,000 Lp*Lp 1 398,93 33,34% 398,928 83,01 0,000 Tác động chéo 3 14.49 1,21% 4,828 1,00 0,430 Ip*mp 1 0,98 0,08% 0,980 0,20 0,661 Ip*Lp 1 3,38 0,28% 3,380 0,70 0,421 mp*Lp 1 10,13 0,85% 10,125 2,11 0,177 Sai số 10 48,06 4,02% 4,806 Sự thiếu phù hợp 5 47,02 3,93% 9,404 45,51 0,000 Hệ số xác định R2: 95,98%
Từ số liệu trong (bảng 4.6) cho thấy: Giá trị xác suất (P) đạt được về mức độ ảnh hưởng của các thông số phun ở mô hình bậc 1 đều có giá trị rất nhỏ, nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa α (α = 0,05), điều đó có nghĩa là các thông số phun (Ip, mp và Lp) của mô hình đều có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo đứt sự liên kết của lớp phủ (τBtr).
Mặt khác ta cũng có thể dễ dàng nhận thấy mức ảnh hưởng của từng yếu tố tới mô hình lần lượt là, thông số (mp) có mức độ ảnh hưởng lớn nhất đến hàm mục tiêu đầu ra (chiếm 9,60%/25,60%), tiếp theo (Lp) là thông số có mức độ ảnh hưởng lớn thứ hai (chiếm 8,40%/25,60%) và thông số có ảnh hưởng nhỏ nhất đến hàm mục tiêu là cường độ dòng điện phun (chiếm 7,60%/25,60%). Để thấy rõ hơn sự ảnh hưởng này, ta cũng có thể thấy rất rõ khi quan sát các đồ thị trong biểu đồ (hình 4.9). Quan sát kỹ (hình 4.9) ta nhận thấy sự chênh lệch giữa điểm đầu tiên và điểm cuối trong các đồ thị của biểu đồ theo cao độ (H1, H2 và H3), thì (H2)có chiều cao lớn nhất, tiếp theo là (H3) và cuối cùng là (H1). Điều đó có nghĩa là (mp) là thông số có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu là lớn nhất, thông số (Lp) là thông số có mức độ ảnh hưởng lớn thứ 2 và thông số có ảnh hưởng nhỏ nhất đến hàm mục tiêu chính là (Ip) [93, 94].
Hình 4.9. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông phun đến hàm mục tiêu (σk)
Khi xét đến kết quả sự ảnh hưởng của các yếu tố mô hình bậc 2 trong (bảng 4.6), ta nhận thấy mức độ đóng góp của các thông số tới hàm mục tiêu (σk) là rất lớn (chiếm 69,17%/100%), đồng thời giá trị xác suất (P-value) của các thành tố trong mô hình bậc 2 cũng đều có giá trị tương ứng là rất nhỏ (~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 (σk). Mặt khác ta cũng
nhận thấy giá trị xác suất ở mục kiểm định sự thiếu phù hợp (Lack-of-Fit) của mô hình có giá trị (P~0,0001) nhỏ hơn nhiều so với mức ý nghĩa , điều này cho biết dạng phương trình hàm hồi quy có được rất khớp với dữ liệu đo được. Hệ số xác định của hàm hồi quy (R2) tính được cũng cho thấy có tới (95,98%) 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 là phù hợp và có vùng khảo sát đã đảm bảo độ bền kéo đứt lớp phủ đạt giá trị là lớn nhất.
Xét đến sự tương tác giữa các yếu tố ta có thể ra tạo ma trận biểu đồ tương tác như (hình 4.10). Đồ thị này thể hiện sự tương tác giữa các thông số đầu vào đến độ bền kéo đứt của lớp phủ. Quan sát từng ô trong biểu đồ cho thấy ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào đến thông số đầu ra là khá phức tạp.
Hình 4.10. Biểu đồ sự tương tác giữa các thông số phun đến hàm mục tiêu (σk)
Để làm rõ hơn nhận định trên ta tiến hành phân tích từng cặp tương tác có trong biểu đồ (hình 4.10) như sau:
- Xem xét ảnh hưởng giữa (Ip) và (mp) cho ta thấy: Khi Ip = 550A, nếu tăng (mp) trong khoảng từ (13,18 ÷ 30)g/ph làm cho độ bền kéo đứt lớp phủ tăng. Tuy nhiên khi (mp) tiếp tục tăng trong khoảng từ (30 ÷ 46,82)g/ph thì lại làm cho độ bền kéo đứt lớp phủ giảm. Mặt khác trong cả hai trường hợp khi (Ip = 450A và Ip = 650A) nếu tăng (mp) trong khoảng từ (20 ÷ 40)g/ph thì đều làm cho độ bền
kéo đứt lớp phủ tăng. Tuy nhiên khi Ip = 650A thì mức độ ảnh hưởng của (mp) đến độ bền kéo đứt của lớp phủ lớn hơn khi Ip = 450A. Điều này có thể được giải thích là, khi tăng (Ip) lúc này làm tăng nhiệt độ nung nóng trong buồng phun, khi đó các hạt phun có trạng thái nhiệt để nóng chảy tốt hơn và sự liên kết lớp phủ cao hơn. Khi (mp) cấp vào vùng phun càng lớn làm cho nhiệt độ nóng chảy hạt phun giảm xuống do bị phân tán nhiệt bởi số lượng hạt phun, điều này cũng có thể làm giảm sự liên kết giữa các phần tử hạt phun dẫn đến độ bền kéo đứt của lớp phủ giảm.
- Tiếp theo ảnh hưởng giữa (Ip) và (Lp) cũng cho ta thấy rất rõ là: Khi Ip = 550A, độ bền kéo đứt của lớp phủ tăng khi tăng (Lp) trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm. Ngược lại nếu tiếp tục tăng (Lp) trong khoảng từ (160 ÷ 227,27)mm lại làm cho độ bền kéo đứt của lớp phủ giảm. Độ bền kéo đứt của lớp phủ sẽ tăng đối với cả hai trường hợp của cường độ dòng điện phun (gồm Ip = 450A và Ip = 650A), khi tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của khoảng cách phun đến độ bền kéo đứt của lớp phủ khi Ip = 650A lớn hơn khi Ip = 450A. Điều này có thể giải thích là khi tăng (Lp) làm một phần các hạt phun bị tái rắn trở lại do bị nguội, đồng thời các hạt bị ôxy hóa cũng nhiều hơn làm sự liên kết giữa các phần tử phun với nhau kém dẫn đến độ bền kéo đứt lớp phủ giảm. Ngược lại khi (Lp) quá gần làm hiệu suất phun giảm do lực va đập mạnh giữa hạt phun với thép nền khiến cho các hạt bị văng ra ngoài làm thất thoát vật liệu phủ.
- Xét đến cặp tương tác giữa (mp) và (Lp) cho ta thấy: Khi mp = 30g/ph, nếu tăng (Lp) trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm thì độ bền kéo đứt của lớp phủ tăng và nếu tiếp tục tăng (Lp) trong khoảng từ (160 ÷ 227,27)mm lại làm cho độ bền kéo đứt của lớp phủ giảm. Tiếp theo trong cả hai trường hợp phun khi lưu lượng cấp bột phun (gồm mp = 20g/ph và mp= 40g/ph) nếu tăng (Lp) trong khoảng từ (120 ÷ 200)mm sẽ làm cho độ bền kéo đứt của lớp phủ tăng, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của (Lp) đến độ bền kéo đứt của lớp phủ khi mp = 20g/ph lớn hơn khi mp = 40g/ph. Điều này có thể được giải thích, khi (Lp) tăng làm cho động năng
các hạt giảm dần dẫn đến độ liên kết giữa các phần tử phun giảm. Khi (mp) cấp vào nhỏ sẽ làm độ bền kéo đứt của lớp phủ tăng, điều này có thể do mật độ hạt cấp vào buồng phun giảm làm hiệu suất nung nóng hạt phun nhiều hơn. Ngược lại, (mp) tăng quá cao làm cho nhiệt độ hồ quang trong buồng đốt giảm xuống và đồng thời làm vận tốc hạt cũng giảm theo, điều đó làm cho chất lượng và độ bền kéo đứt của lớp phủ giảm xuống. Do vậy khi lưu lượng cấp bột vào lớn ta cần giảm (Lp) để cải thiện chất lượng lớp phủ.
4.1.4.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (σk)
Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm được xây dựng thể hiện mối quan hệ giữa độ bền kéo của lớp phủ với các thông số phun được trình bày như biểu thức (4.3).
σk = -171,5 + 0,5019Ip + 3,184mp + 1,115Lp – 0,000466Ip*Ip – 0,04394mp*mp
- 0,003288Lp*Lp + 0,000350Ip*mp + 0,000163Ip*Lp – 0,00281mp*Lp
(4.3) Phương trình hàm hồi quy (4.3) có hệ số xác định R2 = 0,9598 cũng rất gần với 1, điều đó khẳng định phương trình hàm hồi quy này có khả năng tương thích cao với các số liệu thực nghiệm. Phương trình hàm hồi quy thực nghiệm (4.3) là cơ sở cho việc lựa chọn giá trị của các thông số phun (Ip, mp và Lp) nhằm đảm bảo độ bền bám kéo đứt lớp phủ đạt được một giá trị phù hợp cụ thể nào đó. Ngoài ra, mô hình này cũng đã được sử dụng để tính dự đoán độ bền kéo lớp phủ, kết quả so sánh giữa độ bền kéo dự đoán với kết quả đo thực nghiệm được mô tả trong biểu đồ (hình 4.11).
Hình 4.11. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán với kết quả đo thực nghiệm của σk
95 100 105 110 115 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Độ bề n ké o σk (MP a) Thứ tự các thí nghiệm Kết quả thực nghiệm Kết quả dự đoán
Kết quả so sánh cho biết, độ bền kéo đứt lớp phủ khi tính dự đoán khớp với số liệu độ bền kéo đo được khi thực nghiệm, độ sai lệch lớn nhất là 2,9% và độ sai lệch trung bình là 1,2%. Như vậy, có thể thấy phương trình hàm hồi quy của hàm mục tiêu (σk) đã được kiểm tra thành công và có thể dùng để dự đoán độ bền kéo đứt lớp phủ và để tối ưu chỉ tiêu này.