9. Bố cục luận án
4.1.5.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ xốp lớp phủ
Tương tự tiến hành phân tích phương sai (ANOVA) đối với chỉ tiêu độ bền kéo đứt lớp phủ có trong (bảng 4.1), kết quả phân tích được thống kê và trình bày trong (bảng 4.8).
Bảng 4.8. Kết quả phân tích phương sai đối với hàm mục tiêu (γLp)
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 30,4094 98,03% 3,3788 55,21 0,000 Bậc 1 3 4,0547 13,07% 1,3516 22,09 0,000 Ip 1 1,9891 6,41% 1,9891 32,50 0,000 mp 1 0,3124 1,01% 0,3124 5,10 0,047 Lp 1 1,7532 5,65% 1,7532 28,65 0,000 Bậc 2 3 26,0189 83,87% 8,6730 141,73 0,000 Ip*Ip 1 6,4537 20,80% 9,6569 157,81 0,000 mp*mp 1 7,0497 22,73% 8,9605 146,43 0,000 Lp*Lp 1 12,5156 40,35% 12.5156 204,52 0,000 Tác động chéo 3 0,3357 1,08% 0,1119 1,83 0,206 Ip*mp 1 0,0328 0,11% 0,0328 0,54 0,481 Ip*Lp 1 0,1824 0,59% 0,1824 2,98 0,115 mp*Lp 1 0,1205 0,39% 0,1205 1,97 0,191 Sai số 10 0,6119 1,97% 0,0612 Sự thiếu phù hợp 5 0,6088 1,96% 0,1218 194,96 0,000 Hệ số xác định R2: 98,03%
Kết quả thống kê trong (bảng 4.8) chỉ ra rằng: Đối với mô hình tuyến tính, (Ip) là thông số ảnh hưởng lớn nhất đến độ xốp của lớp phủ (chiếm 6,41%/13,07%), tiếp theo là (Lp) có mức độ ảnh hưởng lớn thứ hai (chiếm 5,65%/13,07%) và thông số có mức độ ảnh hưởng nhỏ nhất đến độ xốp lớp phủ (chiếm 1,01%/13,07%) là (mp).
Mặt khác, ta cũng có thể quan sát thấy quy luật ảnh hưởng của các thông số đến độ xốp lớp phủ trong biểu đồ (hình 4.13) như sau: Đối với (Ip) thì khi tăng trong khoảng từ (381,82 ÷ 550)A thì độ xốp lớp phủ giảm, nếu tiếp tục tăng (Ip) trên 550A thì độ xốp lớp phủ lại có xu hướng tăng trở lại. Với thông số lưu lượng cấp bột phun (mp), khi tăng từ (13,18 ÷ 30)g/ph thì độ xốp giảm và nếu tiếp tục tăng (mp) trên 30g/ph thì độ xốp lại tăng. Đối với khoảng cách phun (Lp), độp xốp lớp phủ giảm khi (Lp) tăng từ (92,73 ÷ 160)mm và ngược lại nếu tiếp tục tăng (Lp) trên 160mm lại làm cho độ xốp lớp phủ tăng trở lại. Nguyên nhân của những sự ảnh hưởng này, 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.
Hình 4.13. Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số đến độ xốp lớp phủ
Xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố ở mô hình bậc 2 cho thấy có mức độ đóng góp rất lớn tới hàm mục tiêu (mức độ đóng góp chiếm 83,87%/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 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 trong mô hình bậc 2 là rất có ý nghĩa đối với mô hình độ xốp của lớp phủ. Mặt khác ta cũng nhận thấy ở mục kiểm định sự thiếu phù hợp (Lack-of-Fit) của mô hình hồi quy có giá trị xác suất (P~0,0001) nhỏ hơn so với mức ý nghĩa α, điều này có nghĩa là dạng phương trình có được rất khớp với dữ liệu. Ngoài ra hệ số xác định của hàm hồi quy (R2) tính được cho thấy có tới (98,03%) số liệu thực nghiệm tương thích với số liệu dự đoán theo phương trình.
Nội dung phân tích sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ xốp lớp phủ, sẽ được làm rõ hơn khi xem xét đến sự ảnh hưởng tương tác của các thông số phun. Để phân tích sự tương tác giữa các yếu tố ta tạo ma trận biểu đồ tương tác như (hình 4.14). Quan sát các hình trong biểu đồ cho thấy, sự ảnh hưởng tương tác giữa các thông số đầu vào đến thông số đầu ra là khá phức tạp.
Hình 4.14. Biểu đồ sự tương tác giữa các thông số đến độ xốp của lớp phủ.
Để làm sáng tỏ hơn nhận định trên, ta tiến hành phân tích sự ảnh hưởng của từng cặp thông số tương tác như sau:
- Xét cặp ảnh hưởng giữa (Ip) và (mp) cho ta thấy: Khi Ip = 550A, nếu tăng (mp) trong khoảng từ (13,18 ÷ 30)g/ph sẽ làm cho độ xốp giảm, ngược lại khi tiếp tục tăng (mp) trong khoảng từ (30 ÷ 46,82)g/ph lại làm cho độ xốp tăng. Mặt khác độ xốp lớp phủ giảm khi (mp) tăng trong khoảng từ (20 ÷ 40)g/ph trong cả hai trường hợp (gồm Ip = 450A và Ip = 650A), tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột phun khi Ip = 650A lớn hơn và cũng cho độ xốp nhỏ hơn khi Ip = 450A. Điều này có thể được giải thích, khi (Ip) tăng có nghĩa làm tăng công suất hồ quang và khi đó các hạt phun có trạng thái nhiệt để nóng chảy tốt hơn, do đó làm cho sự lắng đọng lớp phủ tốt hơn thì độ xốp giảm. Mặt khác khi thay đổi (mp) đồng nghĩa với việc thay đổi mật độ hạt được cấp vào buồng đốt, điều này làm thay đổi nhiệt độ hồ quang trong buồng đốt và điều đó có thể làm nóng chảy một phần hoặc hoàn toàn hạt phun. Do vậy khi mật độ hạt quá lớn phần
nào đó làm ảnh hưởng đến khả năng nóng chảy của các hạt bột, 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 cao tạo ra các lỗ rỗng xốp lớp phủ tăng theo.
- Tiếp theo xét cặp ảnh hưởng giữa (Ip) và (Lp) cho thấy rằng: Khi Ip = 550A, độ xốp lớp phủ sẽ giảm khi tăng (Lp) trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm, ngược lại độ xốp lớp phủ tăng khi (Lp) tiếp tục tăng trong khoảng từ (160 ÷ 227,27)mm. Mặt khác độ xốp lớp phủ sẽ tăng dần khi khoảng cách phun tăng từ (120 ÷ 200)mm đối với 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 xốp của lớp phủ khi Ip = 450A lớn hơn khi Ip = 650A, nhưng độ xốp lớp phủ lại giảm khi Ip = 650A. Điều này có thể giải thích là khi tăng (Lp) làm gia tăng số các hạt phun bị tái rắn trở lại do bị nguội, đồng thời các hạt bị ôxy hóa cũng nhiều hơn làm cho độ xốp lớp phủ tăng. Đồng thời (Lp) càng lớn làm các hạt phun bị giảm động năng va đập, điều đó cũng có thể làm giảm sự liên kết dẫn đến độ xốp có xu hướng tăng. Ngược lại khi (Lp) gần có thể làm cho độ xốp có xu hướng giảm, nhưng hiệu suất phun giảm theo do lực va đập mạnh làm cho các hạt bị văng ra ngoài.
- Xét đến cặp tương tác giữa (mp) và (Lp) cũng cho ta thấy rất rõ: Khi mp = 30g/ph, nếu tăng (Lp) trong khoảng từ (92,73 ÷ 160)mm sẽ làm cho độ xốp giảm, ngược lại nếu tiếp tục tăng (Lp) trong khoảng từ (160 ÷ 227,27)mm lại làm cho độ xốp có xu hướng tăng cao. Mặt khác khi (mp) được cấp ở 2 mức giá trị (gồm mp = 20g/ph và mp = 40g/ph), độ xốp sẽ tăng khi (Lp) tăng từ (120 ÷ 200)mm, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của (mp) đến độ xốp khi mp = 20g/ph lớn hơn khi mp= 40g/ph. Vấn đề này có thể được giải thích là khi tăng (Lp) làm cho nhiệt độ hạt giảm do bị nguội bởi quãng đường di chuyển, đồng thời làm giảm động năng hạt phun điều đó có thể dẫn đến độ xốp lớp phủ tăng. Ngược lại khi (Lp) gần lớp phủ có xu hướng cho độ xốp giảm, tuy nhiên hiệu suất phun sẽ giảm do lực va đập lớn làm các hạt bị văng ra khỏi bề mặt phun. Đối với lưu lượng cấp bột cấp bột vào buồng đốt tăng làm cho nhiệt độ hồ quang của buồng đốt giảm xuống,
vận tốc hạt cũng có thể giảm theo và điều đó làm cho độ xốp tăng. Để có được độ xốp lớp phủ thấp thì lưu lượng cấp bột vào buồng đốt vừa đủ để nhiệt hồ quang nung chảy gần như hoàn toàn số lượng hạt phun và đồng thời khoảng cách phun phù hợp, trong nghiên cứu này khoảng cách phun cho thấy lân cận 160mm.