9. Bố cục luận án
1.2.6. Phương pháp phun phủ bằng plasma
Phun phủ bằng plasma trong không khí (APS) được thực hiện bởi Gage là phương pháp sử dụng 2 điện cực để tạo ra năng lượng (từ dòng điện) sang một dạng khí plasma gồm có khí nitơ và argon (hydro và argon hoặc heli phụ thuộc vào loại hệ thống) cho tới khi năng lượng đủ để ion hóa chất khí đó [32]. Khi năng lượng được giải phóng, do các ion tái kết hợp giải phóng nhiệt và năng lượng ánh sáng được tăng tốc thông qua một vòi phun (hình 1.8). Trong quá trình phun plasma, vật liệu dạng bột được đưa vào buồng hồ quang plasma có
nhiệt độ rất cao và sau đó được làm nóng chảy. Nhiệt độ của phương pháp có thể lên tới 20.0000C nghĩa là hầu hết các vật liệu đều bị nung chảy (tùy theo loại khí và công suất sử dụng của thiết bị) [30]. Vì lý do này mà quá trình phun plasma là rất lý tưởng cho các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao [31]. Vận tốc của hạt phun đạt được trong phương pháp này tương đối cao dẫn đến mật độ phủ và độ bền liên kết của lớp phủ cao so với một số phương pháp khác như phun hồ quang điện, ngọn lửa khí cháy….
Hình 1.8. Nguyên lý làm của phương pháp phun phủ plasma trong không khí [99]
Phương pháp phun plasma có nhiều ứng dụng phổ biến tạo ra bề mặt chống mài mòn, xói mòn, ăn mòn, chịu nhiệt cao đã được ứng dụng. Đến năm 1974 Muehberger thay đổi môi trường thực hiện phun plasma trong môi trường chân không (VPS) cho độ bền bám dính, mật độ phủ, độ xốp được cải thiện so với phương pháp phun ban đầu được thực hiện trong không khí (APS) bởi Gage [32]. Tuy nhiên phương pháp này chi phí cao do chế tạo buồng chân không phụ thuộc vào kích thước của chi tiết phun, chủ yếu ứng dụng phun các chi tiết trong ngành hàng không và điện tử. Dựa trên quy trình phun plasma, còn được thực hiện phun hồ quang dây và hồ quang chuyển plasma (PTA). Quá trình lắng đọng của (PTA) khác với các quá trình phun nhiệt khác vì chất nền đóng vai trò là một điện cực, thường là cực dương, của hồ quang làm nóng khí và vật liệu phun. Tính năng này cho phép đạt được liên kết giữa nền và lớp phủ rất cao, sự lắng đọng hồ quang được chuyển giao cũng có thể sử dụng dây làm nguyên liệu ban đầu. Tuy nhiên, trong trường hợp này về cơ bản là một quá trình hàn phủ.
* Ưu điểm: Phương pháp đạt được nhiệt độ nóng chảy cao tới gần 20.000°C vì vậy phủ được hầu hết các loại vật liệu có độ nóng chảy cao. Lớp phủ đạt được độ xốp thấp, độ bám dính cao và cho cấu trúc lớp phủ liên kết tốt. Ngoài ra phương pháp còn cho rất nhiều những ưu điểm khác phụ thuộc vào thông số phun và quy trình phun như: Độ bền liên kết cao, nhiệt độ hạt đồng đều, phủ được lớp phủ dày và quy trình phun rất linh hoạt.
* Nhược điểm: Năng suất thấp, chi phí đầu tư trang thiết bị ban đầu cao.
* Lĩnh vực ứng dụng: Quy trình phủ nhiệt plasma có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: Lĩnh vực hàng không vũ trụ, chế tạo ôtô, đóng tầu, y học….Trong các ngành này sử dụng phun plasma chủ yếu cho các chi tiết làm việc trong các điều kiện chống mài mòn, ăn mòn, chịu nhiệt, dẫn và cách điện.
Các ứng dụng của phun phủ nhiệt ở châu Âu được tổng hợp vào năm 2001 bởi Ducos và Durand, qua biểu đồ (hình 1.9) cho thấy sự thống trị công nghệ phủ nhiệt bởi ngành hàng không vũ trụ (khoảng hơn 10 năm trước lĩnh vực này còn chiếm 50%), cho đến ngày nay đã bị giảm dần do ứng dụng ngày càng nhiều trong ngành công nghiệp ôtô và các ngành chế biến [33].
Hình 1.9. Biểu đồ tỉ lệ ứng dụng phủ nhiệt trong các lĩnh vực [33].