9. Bố cục luận án
4.1.6.1.Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ cứng tế vi lớp phủ
Tương tự, tiến hành phân tích phương sai (ANOVA) đối với hàm mục tiêu độ cứng tế vi lớp phủ có trong (bảng 4.1), kết quả phân tích được thống kê và trình bày trong (bảng 4.10).
Bảng 4.10. Kết quả phân tích phương sai hàm mục tiêu (KLp)
Kết quả thống kê trong (bảng 4.10) cho thấy rất rõ rằng: Đối với mô hình tuyến tính, cường độ dòng điện phun là thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến độ cứng của lớp phủ sau khi phun (mức độ ảnh hưởng chiếm 18,00%/26,44%), thông số có mức độ ảnh hưởng lớn thứ hai là khoảng cách phun (chiếm 8,43%/26,44%) và thông số có mức độ ảnh hưởng nhỏ nhất đến mô hình là lưu
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 45289,5 95,28% 5032,2 22,43 0,000 Bậc 1 3 12565,8 26,44% 4188,6 18,67 0,000 Ip 1 8554,8 18,00% 8554,8 38,13 0,000 mp 1 5,4 0,01% 5,4 0,02 0,880 Lp 1 4005,5 8,43% 4005,5 17,85 0,002 Bậc 2 3 31231,7 65,71% 10410,6 46,40 0,000 Ip*Ip 1 6189,4 13,02% 9824,3 43,79 0,000 mp*mp 1 12929,9 27,20% 15395,8 68,62 0,000 Lp*Lp 1 12112,4 25,48% 12112,4 53,99 0,000 Tác động chéo 3 1492,0 3,14% 497,3 2,22 0,149 Ip*mp 1 869,4 1,83% 869,4 3,88 0,077 Ip*Lp 1 351,1 0,74% 351,1 1,56 0,239 mp*Lp 1 271,4 0,57% 271,4 1,21 0,297 Sai số 10 2243,6 4,72% 224,4 Sự thiếu phù hợp 5 1974,6 4,15% 394,9 7,34 0,024 2 Hệ số xác định R : 95,28%
lượng cấp bột phun (chiếm 0,01%/26,44%). Để thấy rõ hơn sự ảnh hưởng của các thông số đến độ cứng của lớp phủ ta cũng có thể quan sát thấy trong biểu đồ (hình 4.17), các hình trong biểu đồ cho biết sự chênh lệch giữa điểm đầu tiên và điểm cuối theo cao độ lần lượt (H1) có chiều cao lớn nhất, tiếp theo là (H3) và cuối cùng là (H2). Điều đó có nghĩa là (Ip) ảnh hưởng đến độ cứng lớp phủ là lớn nhất, tiếp theo là mức độ ảnh hưởng của (Lp) và (mp) là thông số có mức ảnh hưởng nhỏ nhất đến độ cứng của lớp phủ sau khi phun [93, 94].
Hình 4.17. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số đến độ cứng lớp phủ
Quan sát các đồ thị trong biểu đồ (hình 4.17), cho thấy rất rõ quy luật ảnh hưởng của các thông số đến hàm mục tiêu. Độ cứng lớp phủ tăng khi vùng khảo sát của thông số (Ip) tăng từ (381,82 ÷ 550)A, (mp) tăng từ (13,18 ÷ 30)g/ph và (Lp) tăng từ (92,73 ÷ 160)mm. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng các thông số của (Ip) từ (550 ÷ 718,18)A, (mp) từ (30 ÷ 46,82)g/ph và (Lp) tăng từ (160 ÷ 227,27)mm thì độ cứng của lớp phủ có xu hướng giảm. Nguyên nhân của sự ảnh hưởng này cũng sẽ được làm rõ khi phân tích sự ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đến hàm mục tiêu đầu ra ở nội phía dưới.
Xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố tác động đến mô hình bậc 2, thấy rằng mức độ đóng góp của các thông số phun tới mô hình độ cứng của lớp phủ là rất lớn (chiếm 65,71%/100%), đồng thời giá trị xác suất (P-value) của các thành tố trong mô hình bậc 2 đều có giá trị tương ứng là rất nhỏ (~0,0001), nhỏ hơn nhiều
so với mức ý nghĩa α (α = 0,05). Điều đó cho thấy sự xuất hiện của các thành tố là rất có ý nghĩa đối với mô hình. Mặt khác ta cũng dễ dàng nhận thấy ở mục kiểm định (Lack-of-Fit) của mô hình hồi quy có giá trị xác suất (P~0,024), giá trị này cũng nhỏ hơn so với mức ý nghĩa α, điều này có nghĩa là dạng mô hình rất khớp với dữ liệu. Hệ số hồi quy (R2) tính được có (95,28%) điều đó cho thấy số liệu thực nghiệm tương thích với số liệu tiên đoán theo mô hình. Như vậy có thể thấy việc chọn các thông số đầu vào là phù hợp, có nghĩa là trong vùng khảo sát của các thông số đầu vào đã đảm bảo lớp phủ có độ cứng đạt giá trị tốt.
Khi xét đến sự tương tác giữa các yếu tố ta tạo ra ma trận biểu đồ tương tác như (hình 4.18). Biểu đồ thể hiện sự tương tác giữa các thông số đầu vào đến độ cứng của lớp phủ. Quan sát các hình trong biểu đồ cho thấy ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào đến thông số đầu ra là rất phức tạp.
Hình 4.18. Biểu đồ sự tương tác giữa các thông số đến độ cứng của lớp phủ.
Để làm rõ nhận định trên ta tiến hành phân tích một số vấn đề sau đây: - Xem xét ảnh hưởng giữa cường độ dòng điện phun và lưu lượng cấp bột phun cho ta thấy: Khi cường độ dòng điện bằng 550A, nếu lưu lượng cấp bột phun tăng từ (13,18 ÷ 30)g/ph thì làm cho độ cứng lớp phủ tăng. Ngược lại khi lưu lượng cấp bột phun tiếp tục tăng từ (30 ÷ 46,82)g/ph thì lại làm cho độ cứng lớp phủ giảm. Mặt khác khi lưu lượng cấp bột tăng từ (20 ÷ 40)g/ph độ cứng lớp
phủ giảm khi (Ip = 450A), tuy nhiên độ cứng lớp phủ tăng khi (Ip = 650A). Điều này có thể được giải thích, khi cường độ dòng điện phun tăng có nghĩa làm tăng công suất của hồ quang, khi đó các hạt phun có trạng thái nhiệt để nóng chảy tốt hơn do đó làm cho sự lắng đọng lớp phủ cao. Khi dòng điện tăng cao lại làm cho độ cứng lớp phủ giảm có thể do các hạt bị quá nhiệt dẫn tới một số hạt bị cháy hình thành ôxít và tạo ra các lỗ rỗng xốp trong lớp phủ. Mặt khác trong quá trình phun khi thay đổi lưu lượng cấp bột đồng nghĩa với việc thay đổi nhiệt độ hồ quang do bị phân tán bởi số lượng hạt phun, điều này làm giảm nhiệt độ nung nóng làm cho hạt phun nóng chảy hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Do vậy khi mật độ hạt quá lớn phần nào đó làm ảnh hưởng đến khả năng nóng chảy của các hạt bột, điều đó làm gia tăng các hạt nóng chảy không hoàn toàn và có thể là nguyên nhân tạo nên sự ôxy hóa của các hạt làm tăng độ xốp và giảm độ cứng lớp phủ. Như vậy nếu ta muốn tăng lưu lượng cấp bột để cải thiện hiệu suất phun thì cần tăng cường độ dòng điện để làm gia tăng nhiệt độ nung chảy nhiều nhất số lượng hạt phun.
- Ảnh hưởng giữa cường độ dòng điện phun và khoảng cách phun cũng cho chúng ta thấy: Khi cường độ dòng điện phun bằng 550A, độ cứng lớp phủ sẽ tăng khi khoảng cách phun tăng từ (92,73 ÷ 160)mm. Ngược lại độ cứng lớp phủ giảm khi khoảng cách phun tiếp tục tăng từ (160 ÷ 227,27)mm. Mặt khác độ cứng lớp phủ giảm dần khi khoảng cách phun tăng 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 khoảng cách phun đến độ cứng lớp phủ khi Ip
= 450A lớn hơn khi Ip = 650A, nhưng độ cứng lớp phủ cao hơn khi Ip = 650A. Điều này có thể giải thích là khi tăng khoảng cách phun làm một phần các hạt phun bị tái rắn trở lại do bị nguội, đồng thời các hạt bị ôxy hóa cũng sẽ nhiều hơn làm cho độ xốp tăng và độ cứng lớp phủ giảm. Đồng thời khoảng cách phun càng xa làm các hạt phun bị giảm động năng va đập, điều đó làm giảm lực liên kết giữa các phần tử phủ cũng như các lớp phủ, dẫn tới độ cứng lớp phủ cũng có thể giảm theo.
- Xét đến cặp tương tác giữa lưu lượng cấp bột phun và khoảng cách phun cũng cho ta thấy: Khi lưu lượng cấp bột phun bằng 30gam/phút, nếu khoảng cách phun tăng từ (92,73 ÷ 160)mm làm độ cứng tăng và ngược lại nếu tiếp tục tăng khoảng cách phun từ (160 ÷ 227,27)mm lại làm cho độ cứng có xu hướng giảm. Mặt khác khi lưu lượng cấp bột phun được cấp vào buồng phun ở 2 mức giá trị là (mp = 20g/ph và mp = 40g/ph), độ cứng lớp phủ giảm khi khoảng cách phun tăng từ (120 ÷ 200)mm. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của lưu lương cấp bột đến độ cứng lớp phủ khi mp = 20g/ph lớn hơn khi mp= 40g/ph. Những điều này có thể được giải thích là khi khoảng cách tăng làm cho nhiệt độ hạt giảm do bị nguội bởi quãng đường xa hơn, đồng thời làm giảm động năng hạt phun điều đó có thể dẫn đến độ xốp lớp phủ tăng, cùng với đó làm cho độ cứng giảm. Ngược lại khi khoảng cách phun gần thì độ xốp lớp phủ có xu hướng giảm, độ cứng tăng điều đó cho thấy sự liên kết của lớp phủ tốt hơn do lực và đập mạnh làm xít chặt hơn. Mặt khác khi thay đổi lưu lượng cấp bột vào buồng phun làm thay đổi nhiệt độ hồ quang trong buồng đốt, điều đó có thể làm nóng chảy một phần hoặc hoàn toàn hạt phun. Do vậy khi mật độ hạt cấp vào lớn phần nào đó làm ảnh hưởng đến khả năng nóng chảy các hạt bột, điều đó làm gia tăng các hạt không được nóng chảy hoàn toàn và có thể đó là nguyên nhân tạo nên sự ôxy hóa của các hạt tăng tạo ra các lỗ rỗng xốp của lớp phủ tăng, cùng với đó độ cứng sẽ giảm. Để thấy rõ hơn những phân tích và nhận định trên ta quan sát và so sánh kết quả đo độ xốp và độ cứng của lớp phủ có trong (bảng 4.1). Kết quả đo được trên các mẫu thực nghiệm cho thấy các mẫu có độ xốp nhỏ thường có độ cứng cao và ngược lại các mẫu có độ xốp lớn thì độ cứng lớp phủ thấp điều này rất phù hợp với cả lý thuyết và thực tiễn.
4.1.6.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (KLp)
Phương trình hàm hồi quy chỉ tiêu độ cứng của lớp phủ ở dạng đa thức bậc 2 được xây dựng trên cơ sở phân tích phương sai. Mô hình thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng lớp phủ với các thông số phun được trình bày như biểu thức (4.5).
KLp = -538 + 2,545Ip + 11,61mp + 4,02Lp – 0,002611Ip*Ip – 0,3268mp*mp
- 0,01812Lp*Lp + 0,01042Ip*mp + 0,00166Ip*Lp + 0,0146mp*Lp
(4.5) Phương trình hàm hồi quy (4.5) có hệ số xác định R2 = 0,9528 cũng rất gần với 1, điều đó khẳng định phương trình này có khả năng tương thích cao với các số liệu thực nghiệm. Phương trình hàm hồi quy (4.5) là cơ sở cho việc tính để lựa chọn giá trị các thông số phun gồm (Ip, mp và Lp) nhằm đảm bảo độ xốp lớp phủ đạt được một giá trị độ cứng phù hợp cụ thể nào đó. Ngoài ra, biểu thức này cũng được sử dụng để tính toán dự đoán độ cứng tế vi của lớp phủ, kết quả so sánh giữa độ cứng tế vi dự đoán với kết quả đo thực nghiệm được mô tả trong biểu đồ (hình 4.19). 700 Kết quả thực nghiệm Kết quả dự đoán 650 600 550 500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thứ tự các thí nghiệm
Hình 4.19. Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán và kết quả đo thực nghiệm của KLp
Kết quả so sánh cho biết, độ cứng tế vi lớp phủ khi tính toán dự đoán khớp với số liệu độ cứng lớp phủ đo được khi thực nghiệm, độ sai lệch lớn nhất là 3,6% và độ sai lệch trung bình là 1,4%. Như vậy, có thể thấy phương trình hàm hồi quy của hàm mục tiêu (KLp) đã được kiểm tra thành công và có thể dùng để dự đoán độ xốp lớp phủ và để tối ưu chỉ tiêu này.