9. Bố cục luận án
2.3.2. bền bám dính của lớp phủ
Sự bám dính của lớp phủ với kim loại nền là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng lớp phủ.
a, Độ bám dính lớp phủ với nền: Sự liên kết này chủ yếu là liên kết do cơ học, chứ không mang nhiều tính chất luyện kim hay hóa học. Liên kết này được quyết định bởi sự va đập của hạt phun đối với nền, nhiệt độ hạt khi phun và độ nhấp nhô bề mặt chi tiết phun là những yếu tố quyết định độ bám dính của lớp phủ với nền. Động năng của hạt càng lớn, hạt phun bị nóng chảy cục bộ hoặc toàn phần khi va đập sẽ biến dạng mạnh mẽ hơn. Mặc dù các hạt nóng chảy đã làm biến dạng đến độ nhấp nhô của bề mặt vật liệu nền, tạo ra một liên kết cơ học, việc làm sạch và tạo nhám làm tăng độ nhấp nhô bề mặt vật liệu nền cũng không làm tăng đáng kể diện tích bề mặt cho liên kết cơ học đó [52]. Một nghiên
Nhóm Loại bột Thành phần cơ sở của loại bột
I Bột đơn kim loại
- Bột trên cơ sở nền cô ban (Co). - Bột trên cơ sở nền đồng (Cu). - Bột trên cơ sở nền sắt (Fe).
- Bột trên nền cơ sở môlípđen (Mo). - Bột trên cơ sở nền niken (Ni). II Bột hợp kim dạng
MCrAlY
- Hợp kim bột trên nền cơ sở cô ban (Co). - Hợp kim bột trên nền cơ sở niken (Ni). III Bột gốm
- Bột dựa trên nền cơ sở là ôxít nhôm (Al2O3) - Bột dựa trên nền cơ sở là ôxít crôm (CrO2) - Bột dựa trên nền cơ sở là ôxít zircôni(ZrO2) IV Bột cacbit - Bột Crôm cacbit là nền cơ sở (CrC).
cứu của Moss và Young đã chỉ ra rằng khi sử dụng bột thiếc phun lên thép nhẹ đã được tạo nhám bằng phun cát với vận tốc V=100m/s thì động năng và nhiệt năng có giá trị lớn hơn ứng suất chảy dẻo [53]. Các nghiên cứu khác của Baxtor và Reiter cho thấy rằng phun phủ nhôm bằng plasma cũng phá vỡ lớp ôxít trên bề mặt kim loại [54].
Một vấn đề khác liên quan đến cường độ bám dính của lớp phủ đó là sự tích tụ của các hạt riêng lẻ khi va đập vào bề mặt vật liệu nền, nhiệt độ bề mặt vật liệu nền ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm phẳng của các hạt nóng chảy khi va đập vào bề mặt vật liệu nền, do đó có tác động đến các đặc tính cơ học và lý học của lớp phun phủ nhiệt [55]. Quá trình làm phẳng là một trong các yếu tố quan trọng nó quyết định đến các đặc tính của lớp phủ. Quá trình làm phẳng trên các bề mặt nhấp nhô (hình 2.6) cũng đã được Moreau nghiên cứu và cho rằng tỷ lệ làm phẳng và tốc độ lan rộng sẽ giảm đi khi độ nhấp nhô bề mặt tăng lên [56].
Hình 2.6. Mô hình sự va chạm của hạt phun trên bề mặt nhấp nhô
Nhiều lớp mỏng phun trên một bề mặt nhấp nhô của vật liệu nền, được gắn kết bằng một lực sinh ra bởi sự co ngót của chất lỏng bao quanh những điểm lồi lõm trên bề mặt. Đối với nhóm hạt phun không nóng chảy hoặc bị nguội trong quá trình bay khi đến bề mặt sẽ chỉ có lực bám dính nhờ lực cơ học. Nhóm hạt được nung nóng chảy khi va đập và bám dính vào bề mặt chi tiết mang đầy đủ cả liên kết cơ học, hóa học và luyện kim do các hạt nóng chảy khuếch tán vào nhau. Độ bám dính của lớp phủ đạt khoảng 70MPa cho độ bám dính cơ học và cao hơn nhiều cho độ bám dính khuếch tán.
* Phương pháp xác định độ bền bám dính: Độ bền bám dính giữa lớp phủ với vật liệu nền thường được kiểm tra theo hai phương pháp: Độ bền bám dính theo phương pháp tuyến (gọi tắt là Độ bền bám dính) (hình 2.7a) và độ bền
chống trượt theo phương tiếp tuyến (gọi tắt là Độ bền bám trượt) (hình 2.7b).
a, Sơ đồ đo độ bám dính b, Sơ đồ đo độ bám trượt Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý đo xác định độ bền lớp phủ [1, 17]
b, Một số đặc trưng của sự liên kết giữa các phần tử lớp phủ
Sự liên kết này bao gồm liên kết cơ học, liên kết luyện kim, liên kết hóa học và liên kết vật lý (hình 2.8).
1. Liên kết cơ học; 2 Liên kết luyện kim 3. Liên kết bám dính khác
Hình 2.8. Mô hình mô tả cơ chế liên kết của lớp phủ [16]
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý đo xác định độ bền kéo đứt lớp phủ [1]
Trong số các liên kết này, liên kết cơ học có vai trò là liên kết khóa chặt, nhờ lực cơ học các phần tử phủ không nóng chảy và các phần tử phủ nóng chảy hòa quện với nhau tạo thành một khối liên kết. Để có được độ bền liên giữa các phần tử phủ với nhau tốt, cần có nhiều hơn nữa các phần tử phủ được nóng chảy. Do vậy cần cho một chế độ thông số phun phù hợp. Một trong các thông số phun có ảnh hưởng trực tiếp tới sự liên kết giữa các phần tử lớp phủ đó là cường độ
dòng điện phun, khoảng cách phun, lưu lượng cấp bột phun, thành phần khí cháy... Như vậy cần lựa chọn được bộ thông số phun phù hợp cho từng trường hợp và điều kiện cụ thể để lớp phủ cho độ bám dính tốt. Có một số nghiên cứu đã chỉ ra đối với các vật liệu được điều chế bằng các quy trình luyện kim, và kích thước hạt phủ nhỏ ở dạng nanomet, cho độ bền kéo thường cao có thể đạt vài trăm MPa.
* Phương pháp xác định độ liên kết giữa các phần tử phủ (Bền kéo): Để đánh giá độ bền bám dính giữa các phần tử lớp phủ thường được kiểm tra theo sơ đồ nguyên lý (hình 2.9