Dựa trên nguyên lý tạo thành lớp phủ hình 1.9 cho thấy, để lớp phủ đạt được tính chất theo u cầu thiết kế thì đó là sự kết hợp rất nhiều yếu tố: từ vật liệu nền, vật liệu phun, kết cấu súng phun, nhiên liệu phun, áp suất buồng đốt, nhiệt độ hạt, tương tác của hạt trong q trình bay với mơi trường, nhiệt độ hạt, khoảng cách bay, tương tác của dòng hạt lên bề mặt nền, chuyển động tương đối giữa chi tiết và đầu phun. Tuy nhiên, bản chất của quá trình hình thành lớp phủ phun nhiệt là hiệu quả của quá trình va đập. Chúng chịu sự chi phối của tất cả các thơng số q trình phun, bởi các thơng số đó làm cho trạng thái năng lượng, nhiệt độ hạt thay đổi dẫn đến sự va đập có hiệu quả khác nhau. Từ đó chất lượng lớp phủ hình thành khác nhau. Ngồi ra, cịn có nhiều các yêu tố khác. Tuy nhiên, qua khảo sát các kết quả của các cơng trình cơng bố khác cho thấy, vận tốc trung bình của phần tử phun, lưu lượng phun, khoảng cách phun là ba trong số những thơng chính ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ.
Phương pháp phun HVOF có nhiều ưu điểm nổi bật mà các công nghệ khác khơng có được. Cơng nghệ này được nhập ngoại, trong quá trình tiếp nhận và sử dụng thiết bị, về tính năng cơ bản của thiết bị đã được các nhà cung cấp khuyến cáo và đưa ra hướng dẫn sử dụng. Nhưng khi sử dụng phải lựa chọn điều chỉnh các thông số chế độ phun cho phù hợp với các điều kiện thực tiễn (vật liệu, biên dạng chi tiết, u cầu làm việc, loại khí cháy,....). Các thơng số trong phun HVOF nhiều và rất phức tạp, do vậy để đưa ra thông số phun cho mỗi loại ứng dụng khác nhau cần có nhứng nghiên cứu thăm dị và đánh giá. Để từ đó chọn lựa được thơng số cho chất lượng cao nhất. Có như vậy mới có thể khai thác hết ưu điểm của phương pháp phun HVOF là cho chất lượng lớp phủ cao. Do đó việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp này là rất cần thiết. Trên cơ sở phân tích, lựa chọn ba thơng số phun chính là vận tốc trung bình phần tử phun, lưu lượng phun, khoảng cách phun là ba thông số nghiên cứu đến độ cứng lớp phủ 67Ni18Cr5Si4B trên chi tiết van cầu Silo DN80 để cải thiện khả năng chống mài mòn.
Nhận xét chương 1
Từ việc nghiên cứu tông quan về lĩnh vực phun phủ HVOF trên thế giới và Việt Nam đã xác định được:
1. Phun phủ nhiệt là giải pháp rất hiệu quả cho các ứng dụng tạo bề mặt chi tiết có đặc tính làm việc cao, nhất là trong các ứng dụng phục hồi. Phun phủ nhiệt được nghiên cứu ứng dụng rất phổ biến trên thế giới, đặc biệt là trong các ứng dụng tạo lớp phủ chống mài mòn, ăn mòn.
2. Phun HVOF được lựa chọn để phun thực nghiệm trong nghiên cứu của luận án bởi chất lượng lớp phủ cao, nổi trội so với các phương pháp phun phổ biến khác.
3. Ở nước ta hiện nay, các nghiên cứu và ứng dụng còn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu trong thời kỳ cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Do đó, nghiên cứu ứng dụng phun phủ nhiệt HVOF trên chi tiết van cầu Silo DN80 trong các nhà máy nhiệt điện bằn vật liệu hợp kim cứng 67Ni18Cr5Si4B là rất cần thiết.
4. Đã xác định được mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác định ảnh hưởng của vận tốc trung bình của phần tử phun, lưu lượng cấp bột phun và khoảng cách phun đến độ cứng lớp phủ. Trên cơ sở đó lựa chọn được các vùng thông số hợp lý khi áp dụng vào thực tế nhằm đảm bảo chất lượng lớp phủ có độ cứng cao để tăng khả năng chịu mài mòn, tạo cơ sở khoa học cho việc hình thành lớp phủ đáp ứng yêu cầu kịp thời sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, hạn chế nhập ngoại phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ HVOF 2.1 Khái quát về sự hình thành lớp phủ HVOF
Có nhiều lý thuyết về sự hình thành lớp phun: -Lý thuyết của Pospisil- Sehyl
-Lý thuyết của Shoop -Lý thuyết của Schenk
-Lý thuyết của Karg, Kathsch, Reininger
- Theo Pospisil - Sehy cho rằng: lớp phun bằng kim lại xuất hiện là do các giọt kim loại lỏng phun bằng một dịng khí nén với tốc độ cao ( trung bình khoảng 20m/ giây). Các giọt này bị phá vỡ thành rất nhiều hạt nhỏ. Dạng của các hạt này đặc trưng bởi kim loại của nó. Theo bản chất có thể chia thành hai nhóm.
+ Các kim loại mà oxit của nó khi phun ở thể lỏng ln tạo thành các hạt có dạng hình cầu.
+ Các kim lại mà oxit của nó khi phun ở thể rắn sẽ tạo thành những hạt có dạng khơng đồng đều ( đa cạnh).
- Dạng của các hạt khi bay hoàn tồn khơng thay đổi mà chủ yếu xảy ra hiện tượng oxy hóa. Sự oxy hóa kim loại thực chất bắt đầu xảy ra từ quá trình làm chảy dây phun và trong thời điểm tạo ra các hạt nhỏ một phần lớn các oxit sinh ra trong quá trình bay các hạt. Nghĩa là khi các giọt kim loại lỏng bắt đầu tách các hạt nhỏ thì bề mặt của các hạt cũng bắt đầu tăng lớp oxit. Số lượng oxit nhiều hay ít là nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng lớp phun. Từ các thực nghiệm tác giả lý thuyết này kết luận rằng các phần tử kim loại trong thời điểm va đập trên bề mặt phun là chất lỏng.
Theo Schoop cho rằng: khí nén cung cấp năng lượng cho các hạt kim loại khi va đập lên bề mặt bị phun có sự thay đổi nhiệt. Khi rời khỏi miệng phun bắt đầu bị nguội và đông đặc rất nhanh do tác dụng của dịng khí nén.
Trong thời điểm va đập chúng sẽ biến dạng dẻo do vậy chúng liên kết với nhau thành những lớp liên kết khá chắc. Nhiệt độ của tia kim loại bị giảm xuống rất thấp còn khoảng 50 0C đến 100 0C. Nên có thể phủ lên chúng vật liệu dễ cháy mà không xảy ra sự cháy vật liệu nền.
Theo Schenk thì nhiệt độ của các hạt phun phải ở trên nhiệt độ chảy lỏng để xảy ra sự hàn chặt chúng lại với nhau.
Theo Karg, Katsch, Reininger thì những hạt hạt kim loại bị nguội và đông đặc là do tác động của các nguồn động năng của khí nén. Mặt khác trong quá trình đi từ vòi phun các hạt đã ở trạng thái nguội như vậy sẽ không xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo.
2.2 Cơ chế hình thành lớp phun
Trên cơ sơ phân tích các lý thuyết trên, cơ chế hình thành lớp phun có thể mơ tả như sau: Pha đầu của q trình phun kim loại đặc trưng bởi sự chảy của đầu dây phun. Pha thứ hai là sự tách các hạt kim loại đặc trưng bởi sự chảy của đầu dây phun. Pha thứ hai là sự tách các hạt kim loại từ đầu dây, tiếp đó là q trình bay và va đập của các hạt kim loại trên bề mặt được chuẩn bị và cuối cùng là sự hình thành lớp phun kim loại bằng mối liên hệ của chúng với bề mặt kim loại nền.