9. Bố cục luận án
1.3.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun phủ nhiệt ở Việt Nam
Ở Việt Nam, công nghệ phun phủ đang trong giai đoạn nghiên cứu, ứng dụng các thành quả của thế giới. Tuy nhiên trong những năm gần đây đã có những công trình được một số các nhà khoa học triển khai nghiên cứu và ứng dụng tiêu biểu sau:
Đề tài, mã số KHCN 05 - 07 - 03 [3], đã tiến hành nghiên cứu xác định độ cứng, độ bám dính, độ bền uốn lớp phủ bột hợp kim Ni-Cr-B-Si trên nền thép CT38, kết quả nghiên cứu ứng dụng vào phục hồi trục pit tông thủy lực, đế pit tông bơm tại công ty kỹ nghệ hàn Việt Nam đảm bảo yêu cầu đề ra. Đề tài, mã số KC 05.10 [4], đã nghiên cứu xác định độ chịu mài mòn và độ bám dính lớp phủ bột hợp kim ZRO-182 trên nền vật liệu Nimonic 263 (được sử dụng chế tạo ống vòi voi trong các nhà máy nhiệt điện) có lớp phủ trung gian bột hợp kim NiCrAlY, kết quả cho thấy độ bám dính với kim loại nền đạt 378 kG/cm2, độ xốp lớp trung gian 2%, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức phòng thực nghiệm. Đề tài, mã số: 01C-01/04-2009-2 [5], đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách phun, vận tốc phun, lưu lượng phun đến độ xốp, độ bám dính lớp phủ bột hợp kim Cr20Ni3 trên nền trục thép 40Cr bằng phương pháp phun nổ, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào phục hồi trục khuỷu xe tải CAT 773E tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam làm cho tuổi thọ tăng gấp 4 lần so với mua mới và giá thành chỉ bằng 30% mua mới. Đề tài, mã số 256-08 RD/HĐ-KHCN [6], đã nghiên cứu độ cứng, độ chịu mài mòn lớp phủ bột 75Cr3C2 - 25NiCr bằng
phương pháp phun plasma với tốc độ quay của lô sấy khoảng 39,93m/ph, tốc độ dịch chuyển đầu phun 2,5mm/vòng quay lô sấy, kết quả so sánh các tính chất của lớp phủ bằng vật liệu cacbit crôm với lớp mạ crom cứng cho thấy độ cứng tế vi bề mặt lớp phủ, khả năng gia công sau khi phủ, cũng như khả năng chịu mài mòn của lớp phủ tốt hơn nhiều so với lớp mạ crôm cứng, đồng thời có khả năng chịu mài mòn gấp 2,5 lần so với lớp mạ crôm cứng.
Một số nghiên cứu khác theo hướng ứng dụng cũng được đề cập trong các công trình nghiên cứu sau: Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách phun, áp suất khí thổi, áp suất oxy đến độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo lớp phủ Ni-Cr-Si-B trên thép C45 phun theo phương pháp ngọn lửa oxy axetylen [1], kết quả cho thấy chế độ phun tối ưu của 3 thông số bằng phương pháp ngọn lửa oxy axetylen là: khoảng cách phun từ (170 ÷ 200)mm; áp suất khí thổi (0,3 ÷ 0,4)MPa và áp suất khí oxy (0,20 ÷ 0,22)MPa. Nghiên cứu công nghệ phun phủ plasma với vật liệu hợp kim-gốm làm tăng độ bền mòn, chịu mài mòn, ứng dụng vào phục hồi và chế tạo mới các chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, chầy xước [7]. Công trình công bố của nhóm tác giả Phạm Thị Hà và cộng sự, nghiên cứu lớp phủ kim loại Cr3C2-NiCr được chuẩn bị bằng cách phun plasma (APS), thực hiện trên nền thép không gỉ 410 với các thông số phun như dòng điện và tốc độ cấp bột phun. Kết quả thu được chỉ ra rằng mẫu lớp phủ phun plasma ở mức plasma cao dòng điện 600A và tốc độ cấp bột thấp 10g/ph cho lớp phủ ăn mòn, xói mòn là thấp nhất so với lớp phủ khác mẫu [8].
Ngoài ra phương pháp phun phủ plasma được một số nhóm tác giả thực hiện như: Tạo lớp phủ tổng hợp lên bề mặt chi tiết chống mài mòn, ăn mòn trong các môi trường hóa chất khắc nhiệt chứa flo [9]. Các chi tiết với vật liệu khác cũng được nghiên cứu phục hồi như bề mặt chi tiết vật liệu gang làm việc trong điều kiện chịu mài mòn và các điều kiện khắc nghiệt được cải thiện khả năng làm việc nhờ lớp phủ chứa Crôm cacbit [10]. Bên cạnh đó, sự kết hợp của hệ lớp phủ Cr3C2 - NiCr tạo lớp phủ chịu ăn mòn, mài mòn bằng phương pháp phun phủ plasma để phục hồi và nâng cao chất lượng bề mặt cho bánh xe công tác của tua bin trong nhà máy thủy điện Lào Cai [11].
Gần đây một số đề tài luận án tiến sĩ đã được thực hiện bởi phương pháp phun phủ nhiệt một cách công phu và bài bản, các đề tài đã đóng góp quan trọng vào khoa học, đồng thời làm cơ sở ứng dụng công nghệ một cách hiệu quả nhất điển hình như sau:
TS. Hoàng Văn Gợt [12], đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách phun, áp suất khí thổi và oxy axetylen bằng phương pháp phun khí cháy đến độ bền bám dính, độ bền trượt, độ bền kéo của lớp phủ 77Ni15Cr3Si2B trên nền thép 16Mn. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao truyền thống để xây dựng ma trận thực nghiệm. Kết quả đã xác định được mối quan hệ giữa các thông số phun đến từng tính chất lớp phủ nghiên cứu thông qua hàm hồi quy toán học.
TS. Trần Văn Dũng [13], đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt hồ quang plasma để phục hồi chi tiết trục chính của các thiết bị quan trọng. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã ứng dụng phương pháp nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm kết hợp với các phương pháp khác đã đưa ra được ảnh hưởng của khoảng cách phun tới chất lượng lớp. Kết quả nghiên cứu của luận án đã được ứng dụng vào phun phục hồi thành công trục tàu quốc và các trục khác từ thép 16Mn. Thời gian hoạt động thử nghiệm là 12 tháng, sau thời gian chạy thử nghiệm được đánh giá chất lượng tương đương với hàng nhập ngoại.
TS. Phạm Văn Liệu [14], đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách phun, tốc độ dòng phun và lưu lượng phun đến độ bền bám dính, độ xốp và độ cứng của lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền trục thép C45 bằng phương pháp HVOF. Cũng theo hướng này luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Chí Bảo [15], nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột phun (m)g/ph và tốc độ chuyển động của phôi (n)vòng/phút, tốc độ dịch chuyển của đầu phun (S)mm/vòng đến chất lượng lớp phủ bột Cr3C2 - NiCr trên nền trục thép 40Cr bằng phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF.
TS. Nguyễn Thanh Phú [16], nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ phun phủ HVOF đến chất lượng lớp phủ bề mặt chi tiết làm việc trong điều kiện khắc nghiệt bị mòn. Kết quả đã xây dựng được bộ thông số phun tối
ưu đa mục tiêu đáp ứng đồng thời các chỉ tiêu tính chất lớp phủ (độ cứng, độ bền bám dính, độ xốp) bằng phương pháp MRWSN với A = 32g/ph, B = 0,35m; C = 5. Đồng thời xác định được mức độ ảnh hưởng của từng thông số phun tới đồng thời các chỉ tiêu tính chất lớp phủ A với 62,9%; B với 30,2%; C với 6,9%. TS. Lý Quốc Cường [17], nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép nhôm và hợp kim Ni - 20Cr trên nền thép. Kết quả lớp phủ kép Al/Ni - 20Cr sau khi được xử lý nhiệt ở chế độ thích hợp làm giảm độ xốp, tại biên giới giữa lớp phủ và thép nền xẩy ra khuếch tán hình thành các pha liên kim mới có độ cứng cao. Tổ hợp lớp phủ sau khi xử lý nhiệt có hệ số ma sát nhỏ, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn tốt hơn trước khi xử lý nhiệt.
TS. Nguyễn Văn Tuấn [18], nghiên cứu nâng cao khả năng bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường axít của lớp phủ hợp kim NiCr bằng chất bịt phốt phát nhôm. Kết quả của việc thẩm thấu APP đã làm giảm 85 - 90% độ xốp của lớp phủ, do vậy đã góp phần cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn cho lớp phủ hợp kim NiCr trong môi trường axit H2SO4, pH2.
Từ nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu trong nước và nước ngoài, nhận thấy rằng các nhà khoa học rất quan tâm đến phương pháp phun phủ cũng như các ứng dụng vào thực tiễn. Lớp phủ gốm Cr3C2-NiCr đã được nghiên cứu thực nghiệm, tuy nhiên, chưa thấy công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 3 thông số phun plasma (Ip, mp và Lp) đến chất lượng lớp phủ, cũng như tiến hành tối ưu hóa để xác định bộ thông số phủ theo các chỉ tiêu chất lượng. Thêm vào đó, thép hợp kim 16Mn được sử dụng phổ biến trong chế tạo các chi tiết lớn, quan trọng trong lĩnh vực cơ khí như cánh quạt kích thước lớn trong nhà máy nhiệt điện, các thiết bị cơ khí trong nhà máy xi măng, thủy điện… theo tìm hiểu của nghiên cứu sinh, chưa có công trình nghiên cứu công bố về áp dụng lớp phủ Cr3C2-NiCr trên bề mặt sản phẩm/chi tiết làm từ thép 16Mn bằng phương pháp phun phủ nhiệt plasma.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Từ nghiên cứu tổng quan về phương pháp phun phủ nhiệt, rút ra một số kết luận chính sau:
1. Phương pháp phun phủ plasma có ưu điểm tạo ra nhiệt độ cao, phù hợp phun các loại bột có nhiệt độ nóng chảy cao nhằm bảo vệ bề mặt chi tiết làm việc trong điều kiện chịu mài mòn và xói mòn hiệu quả. Vì vậy luận án lựa chọn phương phun phủ plasma để tiến hành nghiên cứu.
2. Chất lượng lớp phủ nhiệt chịu ảnh hưởng nhiều bởi các thông số công nghệ phun gồm: Cường độ dòng điện phun, điện áp phun, lưu lượng cấp bột phun, độ nhám bề mặt chi tiết phun, tỷ lệ thành phần khí cháy, khoảng cách phun, góc phun, tốc độ dịch chuyển và bước dịch chuyển của súng phun....;
3. Lớp phủ Cr3C2-NiCr được sử dụng phổ biến và thương mại hóa trong nhiều sản phẩm và chi tiết công nghiệp. Độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo (bền liên kết), độ xốp và độ cứng là những tính chất quyết định đến độ bền và khả năng chịu mài mòn, ăn mòn của lớp phủ.
4. Luận án lựa chọn 3 thông số phun (Ip, mp và Lp) để nghiên cứu sự ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ khi phủ bột Cr3C2 - 30%NiCr lên bề mặt thép hợp kim 16Mn bằng phương pháp phun plasma.
CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC TÍNH CỦA LỚP PHỦ NHIỆT PLASMA
Từ các kết quả nghiên cứu tổng quan và định hướng của chương 1, trong chương 2 luận án tập trung nghiên cứu tìm hiểu quá trình hình thành, cấu trúc và một số đặc tính quan trọng của lớp phủ nhiệt plasma như độ cứng tế vi, độ bền bám dính, độ bền kéo đứt và khả năng chịu mài mòn... Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ plasma cũng được tìm hiểu, phân tích, đánh giá và lựa chọn, làm cơ sở cho các nghiên cứu cho các chương tiếp theo.