9. Bố cục luận án
2.2.2. Cấu trúc lớp phủ plasma
Lớp phủ nhiệt có đặc trưng của các cấu trúc bị nguội nhanh đột ngột do vận tốc, quãng đường…, do vậy khi đông đặc sẽ xuất hiện trong mạng tinh thể (hoặc trong cấu trúc) những trung tâm lệch mạng. Do sự kết tinh nhanh của lớp phủ, có thể nhận được cấu trúc giả bền vững dưới dạng các dung dịch rắn bão hòa và có thể có cả trạng thái vô định hình của kim loại.
Trong lớp phủ nhiệt có thể có 2 loại ôxít, một loại ôxít được hình thành riêng biệt, loại khác bao bọc xung quanh các phần tử kim loại phun khi đập vào bề mặt cần phun, các phần tử này sẽ bị biến dạng. Loại đầu thường coi là bất lợi, làm xấu tính chất cơ học của lớp phủ. Loại thứ hai tạo thành trên bề mặt (đặc biệt là ôxít crôm) có độ xít chặt cao, thụ động trong môi trường ăn mòn sẽ nâng cao độ bền ăn mòn và mài mòn của lớp phủ. Các lỗ xốp có trong cấu trúc của lớp phủ sẽ cho lớp phủ những tính chất tốt khi lớp phủ làm việc trong điều kiện bôi trơn. Lớp phủ hình thành trong không khí, do vậy các lỗ xốp bị lấp đầy khí,
đặc biệt là giữa các lớp có khả năng bão hòa khí lớn nhất. Các khuyết tật khác cũng có thể hình thành như: sự không bám dính giữa lớp phủ và chi tiết, sự phân tầng, nứt tế vi do ứng suất kéo trên các phần tử biến dạng và sự nguội không đồng nhất tạo thành, các vết nứt vuông góc với bề mặt do lớp phủ co lại khi nguội và bị cản co do lực bám dính, do các hạt không nóng chảy [17].
Lớp phủ có cấu trúc lớp, bao gồm các hạt bị biến dạng rất nhiều, nối với nhau theo bề mặt. Lớp phủ có đặc trưng ở dạng đẳng tâm có sự phân lớp do quá trình phun hình thành ở các thời điểm khác nhau chồng lên nhau. Các lớp này có độ biến dạng khác nhau và bị phân cách với nhau bằng một lớp ôxít mỏng với chiều dày cỡ khoảng 1µm. Trên (hình 2.5) mô tả sự phân lớp trong cấu trúc của lớp phủ nhiệt.
Hình 2.5. Ảnh chụp mặt cắt lớp phủ Cr3C2-NiCr tạo bằng plasma
Biên giới phân chia giữa lớp phủ và nền kim loại xác định độ bám dính giữa chúng. Tính chất của bản thân lớp phủ thể hiện bằng độ kết dính giữa các phần tử hạt. Biên giới giữa các lớp hình thành do khoảng thời gian khác nhau giữa các lần phun. Sau mỗi lần phun, bề mặt rất nhanh bị nhiễm bẩn, bị oxy hóa. Do đó làm cho các quá trình tiếp xúc giữa các hạt trở nên khó khăn hơn và từ đó xuất hiện biên giới giữa các lớp phun. Chiều dày lớp phun dao động rất nhiều và phụ thuộc vào công nghệ tiến hành. Thông thường, mỗi lớp phun dày (10 ÷ 100)µm. Như vậy, cấu trúc và tính chất lớp phủ phụ thuộc vào các quá trình tương tác giữa các phần tử phun với dòng khí và quá trình hình thành lớp phủ trên bề mặt kim loại nền.
Khả năng chịu mài mòn của vật liệu không phải là tính chất vốn có, nó có xu hướng biến đổi tùy theo từng trường hợp mòn. Một vật liệu có độ cứng cao và khả năng chịu mài mòn tốt trong môi trường khô có thể không làm việc hiệu quả trong môi trường chứa các tác nhân gây ăn mòn do khả năng chịu ăn mòn kém của vật liệu này. Như vậy, ta có thể thấy, khi lựa chọn một vật liệu làm việc trong một môi trường cụ thể, độ cứng của vật liệu chỉ là một trong các yếu tố cần xét tới. Ta còn phải quan tâm tới các tính chất khác như độ bền hóa học, khả năng bám dính với vật liệu nền, khả năng chống mài mòn.