Phun kim loại là quá trình tạo ra lớp phủ bằng cách phun các hạt kim loại nĩng chảy nhờ luồng khí nén hoặc khí trơ lên bề mặt chi tiết đã được chuẩn bị trước. Việc làm nĩng chảy và phun kim loại được tiến hành nhờ các máy phun kim loại. Tùy thuộc vào phương pháp làm nĩng chảy kim loại, việc phun kim loại được chia ra: phun kim loại điện hồ quang, phun kim loại hơi, phun kim loại cao tần, phun kim loại hồ quang plazma, v.v...
Phun kim loại điện hồ quang dựa trên cơ sở sử dụng nguồn nhiệt của tia hồ quang làm nĩng chảy kim loại cần phun. Trên sơ đồ (hình 4.9) ta thấy các dây kim loại 1 cách ly với nhau và được đẩy đi trong rãnh của vỏ máy phun nhờ các con lăn 5. Trong đầu phun của máy phun, giữa các dây kim loại cĩ chênh lệch điện áp vì vậy xuất hiện tia hồ quang và dưới tác dụng của nĩ chúng bị nĩng chảy. Các phần tử kim loại nĩng chảy nhờ luồng khí nén 2 được thổi lên bề mặt đã chuẩn bị sẵn của chi tiết 3.
3 4
1
PHVN
Thép,đồng,đồng đỏ, nhôm thiếc , kẽm, đồng thau, nhôm,thiếc đồng đỏ,đồng thau kẽm LÊN CÁC VẬT LIỆU Thép và các Gỗ giấy sứ kim loại khác 75 125 200 50 0 50 100 150 200 250 25 75 100 200 300 400 V [ m/s ] không khí 4 3 2 1
khoảng cách phun kim loại(mm)
Hình 4.9. Sơ đồ làm việc của máy phun kim loại điện hồ quang 1. Dây phun;
2. Luồng khí nén; 3. Chi tiết được phun; 4. Dây dẫn từ nguồn điện; 5. Các con lăn.
Khi phun kim loại cĩ thể phủ một lớp kim loại bất kỳ cĩ chiều dày từ 0,03 mm tới vài milimét lên bất kỳ vật liệu nào như kim loại, gỗ, thủy tinh, thạch cao, giấy, v.v... mà khơng làm những vật liệu đĩ bị nĩng chảy.
Hình 4.10. Sơ đồ quá trình phun kim loại 1. Bề mặt được phun; 2. Dây kim loại phun;
3. Đường cong thay đổi vận tốc khí nén; 4. Đường cong thay đổi tốc độ hạt kim loại Quá trình phun kim loại cĩ thể chia ra làm 3 giai đoạn: Giai đoạn làm nĩng chảy kim loại dây phun, giai đoạn phun kim loại nĩng chảy đĩ nhờ luồng khí và giai đoạn hình thành lớp phủ. Hình 4.10 miêu tả sơ đồ quá trình phun kim loại.
Theo nghiên cứu A.Ph.Trơ-it-xki, khi đốt chảy dây kim loại trong máy phun xảy ra những chu trình như sau đây:
Cnsc.138
1. Xuất hiện hồ quang giữa các điện cực và đốt chảy chúng; 2. Ngắt mạch đầu tiên của mạch điện các điện cực;
3. Ngắn mạch và làm nĩng chảy điện cực;
4. Phĩng tia lửa điện và tiếp tục tia hồ quang mới.
Sự nĩng chảy kim loại xảy ra ở thời điểm chảy và ngắn mạch của tia hồ quang, ở những thời điểm ngắt mạch điện của các điện cực kim loại khơng bị nĩng chảy.
Nhiệt độ nĩng chảy của kim loại ở những giai đoạn khác nhau đều khác nhau. Khi hồ quang cháy thì nhiệt độ của kim loại phun tương đối lớn, lúc đĩ sẽ tạo ra số lượng các hạt kim loại cĩ kích thước nhỏ, cịn khi đoản mạch nhiệt độ giảm xuống và lúc này tạo ra các hạt kim loại cĩ kích thước lớn hơn.
Khi các phần tử va vào bề mặt phun thì chúng bị làm lạnh bởi dịng khơng khí nén hoặc khi trơ và do truyền nhiệt từ các phần tử đã bám tới kim loại của chi tiết. Từ đĩ thấy được rằng, nhiệt độ đốt nĩng của chi tiết khi phun kim loại khơng cao lắm, vào khoảng trên dưới 2000C.
Người ta cho rằng liên kết bên trong của lớp kim loại phun với kim loại chi tiết cĩ được là do lực bám tương hỗ cơ giới và tác động của các lực phân từ. Độ bám của lớp kim loại phủ với kim loại cơ bản phụ thuộc vào trạng thái bề mặt sửa chữa của các chi tiết, vào nhiệt độ và vận tốc của các hạt phun vào, kim loại phun và chế độ phun kim loại.
Khi phun kim loại cĩ thể tạo ra những hạt kim loại cĩ kích thước khác nhau từ 2 đến 100m. Tốc độ bay của các hạt kim loại cĩ thể đạt tới khoảng 85-190 m/s cịn thời gian chuyển động tới chi tiết thì khơng tới 0,003 giây. Ở vận tốc lớn và thời gian chuyển động nhỏ như vậy các phần tử khơng kịp làm lạnh một cách nhanh chĩng được và khi chạm vào bề mặt chi tiết chúng vẫn nằm ở trạng thái dẻo. Vì bị va đập mạnh cho nên những phần tử này bị đàn hồi (biến dạng đi) và dính vào nhau, kết quả là nhờ tác dụng của các lực bám giữa các phân tử và nguyên tử tại chỗ tiếp xúc, các phân tử kim loại được liên kết với kim loại của chi tiết và với những phần tử kim loại phun lên trước nĩ.
Vận tốc đưa dây và áp suất luồng khí cũng làm ảnh hưởng tới các quá trình trên. Khi vận tốc đưa dây lớn thì cường độ cực đại của dịng điện tăng lên và kéo dài thời gian ngắn mạch của điện cực và như vậy sẽ làm tăng khối lượng các hạt kim
loại cĩ kích thước lớn. Khi tăng áp suất luồng khí sẽ làm tăng chu kỳ cháy của tia hồ quang và như vậy chất lượng phun tốt hơn vì sẽ làm tăng khối lượng của các hạt cĩ
kích thước nhỏ. Tuy nhiên, cần chú ý rằng áp suất cao của luồng khí và sự tăng đột
ngột vận tốc đưa dây tới một trị số lớn hơn trị số cực đại nào cĩ thể dẫn đến là ở chu
kỳ ngắn mạch kim loại khơng kịp nĩng chảy hết. Những hạt kim loại lớn thậm chí những cục kim loại cĩ thể bị bứt ra, va vào chi tiết làm ảnh hưởng khơng tốt tới chất lượng phun.
Cấu trúc và tính chất của lớp phủ chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố như vận
tốc của các hạt, khối lượng và kích thước của chúng, nhiệt độ của các hạt trong thời (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thái bề mặt chi tiết và vật liệu dây kim loại. Đại bộ phận các yếu tố đĩ phụ thuộc vào chế độ phun.
Cấu trúc của lớp kim loại phun rất khác biệt so với cấu trúc của kim loại đúc
hoặc cán. Lớp phủ thường là xốp, trị số độ xốp phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố, trong đĩ quan trọng nhất là phương pháp làm nĩng chảy kim loại và chế độ làm việc của
máy phun kim loại. Thành phần hĩa học của lớp phủ cũng khác so với thành phần
hĩa học của dây phun bởi vì trong khi phun một số thành phần của nĩ như các bon, silic, mangan, v.v... đã bị đốt cháy.
Sự tồn tại các màng ơxy hĩa trên bề mặt các phần tử kim loại phun cản trở sự
tạo thành cấu trúc đồng nhất bình thường cuả lớp phủ và là nguyên nhân làm giảm độ dẻo của nĩ, đồng thời so với kim loại của chi tiết thì sức cản va đập, sức cản đứt,
sức cản xoắn, sức cản uốn của nĩ nhỏ hơn rất nhiều. Lớp phủ chịu nén tốt nhưng
chịu kéo tồi.
Độ cứng của lớp phủ lớn hơn độ cứng của dây phun là do khi bị làm lạnh thì các phần tử đã được tơi (đối với dây các bon cao). Cấu trúc xốp và độ cứng cao của
lớp phủ đảm bảo cho nĩ cĩ độ chống mịn cao khi làm việc cĩ bơi trơn.
Tại điểm tiếp xúc giữa hai điện cực nhiệt độ sinh ra lớn, lớn hơn khá nhiều so với nhiệt độ nĩng chảy của kim loại, do đĩ tại đây xuất hiện hai trạng thái của kim loại: kim loại lỏng và hơi kim loại. Kim loại nĩng chảy được luồng khí cuốn đi và được phun ra thành những hạt nhỏ với vận tốc lớn của luồng khí. Kim loại cũng như nhiệt độ của các hạt thay đổi từ điểm nĩng chảy tới bề mặt của chi tiết và theo tiết diện của luồng khi từ đường tâm luồng khi ra tới lớp biên. Vận tốc của các hạt tăng dần từ vận tốc ban đầu khoảng 18 m/s cho tới trị số cực đại và sau đĩ càng xa vùng chảy thì càng giảm xuống. Trị số cực đại khi phun thép cĩ thể đạt tới 190 m/s.
Vận tốc cuối cùng của các hạt ở khoảng cách 250 mm cách đầu máy phun vào khoảng 85 m/s, thời gian bay của hạt vào khoảng 0,003 giây. Do đĩ hạt khơng bị làm lạnh đột ngột khi chạm tới bề mặt chi tiết và nĩ vẫn cịn ở trạng thái dẻo. Sau đây là một số số liệu.
- Khoảng cách từ đầu máy phun, mm: 50 100 200 - Nhiệt độ của các hạt kim loại trên đường
tâm của luồng khi thổi 0C 1030 980 900 Như trên đã nĩi, vận tốc nhiệt độ của các hạt kim loại giảm xuống theo tiết diện của luồng khí thổi từ đường tâm ra tới chu vi. Nếu cho rằng trong quá trình bay, các hạt kim loại được làm mát khơng đồng đều và bị ơxy hĩa một phần ở những mức độ khác nhau, thì thấy rõ ràng rằng, khi đạt tới bề mặt chi tiết, các hạt kim loại sẽ cĩ kích thước, khối lượng, vận tốc và nhiệt độ khác nhau. Khi va đập vào bề mặt chi tiết, do những nguyên nhân trên, các hạt kim loại sẽ bị biến dạng, biến cứng và bị làm lạnh do bề mặt nguội của chi tiết ở những mức độ khác nhau và do vậy cấu trúc lớp phủ sẽ khơng đồng nhất và sẽ khác biệt rất nhiều so với cấu trúc của kim loại phun.
Độ bền bám giữa các hạt kim loại với nhau cĩ thể xem như độ bền tiếp xúc tạo bởi sự tác dụng của các lực bám giữa các nguyên tử, phân tử của các phần tiếp xúc.
Cnsc.140
Thành phần hĩa học của lớp phủ rất khác so với thành phần hĩa học của dây phun vì khi bị nĩng chảy, dây phun bị cháy mất một số các thành phần: C25-35%, Si 25-45%, Mn 35-38%, S 25-26%.
Lớp phủ nhận được bằng cách phun dây kim loại cĩ thành phần 0,7-0,8%C cĩ cấu trúc gồm xoocbit, troxit, mactenxit.