9. Bố cục luận án
2.4.3. Lưu lượng cấp bột phun(mp)
Lưu lượng cấp bột phun là lưu lượng khí vận chuyển mang bột cấp vào vùng hồ quang của súng phun. Trong các thông số công nghệ khi phủ, lưu lượng cấp bột phun cũng là một trong những thông số có ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng lớp phủ, cấp bột trong phun nhiệt có 2 cách là cấp từ bên trong hoặc bên ngoài lối
ra của vòi phun (hình 2.13). Ống cấp bột phun thường có đường kính từ 1,2 đến 2mm. Hướng cấp có thể vuông góc với trục súng phun ở góc dương hoặc góc âm so với hướng vuông góc. Bột được cấp với góc âm so với trục phun (tiêm ngược) có thể cho nhiệt độ hạt cao hơn nhưng vận tốc hạt thấp hơn một chút [87]. Cấp bột bên trong đòi hỏi phải điều chỉnh cẩn thận lưu lượng khí mang, tốc độ dòng quá cao sẽ dẫn đến độ lệch tia plasma. Theo một số nghiên cứu, tốc độ dòng khí mang nên dưới 10% tốc độ dòng khí plasma. Đối với cấp bột bên ngoài, tốc độ dòng khí mang ít ảnh hưởng hơn [88].
Hình 2.13. Sơ đồ cấp bột phun
Các hạt sẽ rời khỏi kim phun đi vào vùng nhiệt plasma, lúc này các hạt có sự phân bố quỹ đạo khác nhau do kích thước của bột phun do động lượng của hạt tỷ lệ với công suất. Nếu phun bột có phân bố kích thước danh nghĩa từ (10 ÷ 15)µm, động lượng của các hạt có thể thay đổi theo hệ số cho cùng một vận tốc, dẫn đến sự khác biệt lớn quỹ đạo hạt. Nói chung, các hạt nhỏ vẫn ở rìa (phía trên) không bao giờ đến được tâm của vùng nhiệt độ, tuy nhiên thời gian cư trú dài hơn do ở trong vùng vận tốc thấp hơn và thời gian tan chảy ngắn. Các hạt lớn sẽ đi qua vùng tâm nhiệt di chuyển xuống ở rìa phía đối diện (phía dưới), có khả năng những hạt này không nóng chảy hoàn toàn khi chúng va vào chất nền (hình 2.14). Các hạt có kích thước trung bình sẽ có quỹ đạo đi vào vùng tâm nhiệt độ là điều kiện thuận lợi cho hạt nóng chảy. Tuy nhiên, động lượng của hạt có thể được điều chỉnh bằng tốc độ dòng khí mang. Nói chung, nên điều chỉnh tốc độ dòng chảy sao cho động lượng hạt trung bình bằng động lượng tia
plasma. Nhưng có thể giảm tốc độ dòng khí mang để cho phép các hạt lớn hơn có một quỹ đạo thuận lợi [88].
Hình 2.14. Sơ đồ quỹ đạo của các hạt có khối lượng khác nhau khi phun [26]
Để xét sự ảnh hưởng của việc thay đổi lưu lượng cấp bột phun đến chất lượng lớp phủ, bằng cách các thông số phun khác được giữ không đổi. Kết quả cho thấy, khi lưu lượng cấp bột phun thay đổi làm nhiệt độ và tốc độ hạt thay đổi theo (hình 2.15) do nhiệt độ và động năng tác động đến các phần tử phun. Điều này dẫn tới hiệu suất và trạng thái va đập thay đổi và làm chất lượng lớp phủ bị ảnh hưởng [16]. Từ đó có thể dẫn tới độ xốp tăng, độ cứng và độ bền bám dính của lớp phủ với lớp kim loại nền giảm. Tuy nhiên, mỗi loại bột phun có nhiệt độ hạt phù hợp với quá trình và công nghệ phun khác nhau như (Loại bột, hình thái bột, kích thước hạt, tỉ lệ thành phần hóa học của bột, độ ẩm….) từ đó lưu lượng cấp bột ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ.
Hình 2.15. Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng cấp bột đến vận tốc và nhiệt độ hạt [16]
Một số nghiên cứu còn chỉ ra khi lưu lượng cấp bột phun nhỏ sẽ làm giảm năng suất phun. Năng lượng hạt lúc này được tập trung giúp cho việc tăng các hạt phun nhỏ, nên phân tán có thể sẽ làm tăng sự mất mát do hóa bụi và sự đốt
cháy vật liệu nhất là đối với vật liệu có khối lượng riêng nhỏ hoặc nhiệt nóng chảy thấp. Bởi vậy nếu lưu lượng quá nhỏ cũng không hiệu quả cho quá trình phun. Ngoài ra nếu lưu lượng phun quá nhỏ dẫn đến không tạo được lớp phủ kín bề mặt trong một lượt phun, mật độ phun lúc này nhỏ nên làm giảm hiệu quả bám dính cũng như tăng độ xốp do bề mặt lớp phủ trước để lại. Qua tìm hiểu một số các công trình nghiên cứu đã được công bố [21, 22, 86, 89], lưu lượng cấp bột phun cho thí nghiệm được lựa chọn từ (20 ÷ 40)g/ph. Chính vì vậy trong phun phủ nhiệt sử dụng bột phun, thì lưu lượng cấp bột cần phải được nghiên cứu và đánh giá một cách cẩn thận, bài bản để đạt được kết quả cao nhất cả về năng suất và chất lượng khi phun đối với mỗi loại bột trên thiết bị phủ đó.