Bảo vệ anơt Nhơm, kẽm, katmium, niken, đồng, chì
Bảo vệ catơt Bạc
1.7.1.4Khả năng chịu nhiệt
Để bảo vệ chống nhiệt cho các chi tiết bằng thép ít cacbon, thường người ta phủ lên trên một lớp phủ nhơm bằng phun kim loại. Với lớp phủ bằng nhơm khả năng chịu nhiệt của chi tiết cĩ thể đạt đến 9500C và thời gian chịu nhiệt cũng dài hơn.
Tính chất này cĩ được vì khi tạo ra lớp phủ nhơm bằng phun kim loại, một mặt các phần tử nhơm sẽ khuếch tán vào thép, mặt khác các phần tử nhơm trên bề mặt lại oxyt hĩa. Do vậy trên bề mặt thép cĩ một lớp bảo vệ nhơm bao gồm nhiều lớp. Lớp ngồi cũng là lớp
oxyt nhơm cĩ nhiệt độ chảy là 21000C- khả năng chịu nhiệt cao. Tuy nhiên lớp này liên kết rất yếu với bề mặt, bởi vậykhi nhiệt độ khoảng 8000C thì chúng dễ dàng bong khi cĩ sự biến dạng của kim loại.
Tiếp theo là lớp của hợp kim sắt và nhơm. Để nâng cao tuổi thọ của lớp phủ chịu nhiệt, thường người ta tiến hành ủ để cho cĩ sự liên kết khuếch tán giữa các lớp phủ với nhau và giữa lớp phủ với kim loại cơ bản, mặt khác cĩ thể nâng cao tuổi thọ của lớp phủ bằng lớp sơn tiếp theo.
Khả năng chịu nhiệt của lớp phủ phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc của chi tiết phủ và thời gian làm việc. Trong điều kiện nhiệt độ cao, tuổi thọ của chi tiết thép cĩ lớp phủ bằng phun cao hơn khoảng 5÷20 lần so với chi tiết khơng cĩ lớp phủ.
1.7.2 Phương phápkiểm tra lớp phủ
Sau khi phun kim loại xong. Lớp kim loại phủ thường được kiểm tra chủ yếu về chiều dày lớp phủ, độ bám, chất lượng bề mặt lớp phủ, tính chất cơ học của lớp (như sức bền kéo, nén, độ cứng,…) Trong một số trường hợp cần thiết phải kiểm tra cả số lượng, độ lớn và dạng của các lỗ xốp.
Tất cả các giá trị này cĩ thể kiểm tra trên các mẫu và trong phịng thí nghiệm. 1.7.2.1 Đo chiều dày lớp phun phủ
Ở các chi tiết trịn xoay việc đo chiều dày lớp phủ tiến hành dễ dàng và chính xác bằng thước cặp
Đối với các lớp phủ khơng cĩ từ tính được phủ lên kim loại từ tính thì cĩ thể đo chiều dày của lớp phủ bằng phương pháp từ. Dụng cụ làm việc theo nguyên tắc đo gián tiếp bằng lực hút của vật mang từ. Lớp phủ Al, Zn,.v.v. Ở Việt Nam thường được đo bằng đầu đo ELCOMETER.
1.7.2.2 Kiểm tra độ bám lớp phủ
Trong thực tế cĩ hai phương pháp kiểm tra dộ bám lớp phủ với kim loại nền. a) Phương pháp kiểm tratheo mẫu
Mẫu thí nghiệm kéo thường làm bằng vật liệu C45 cĩ tiết diện 37 x 45 mm. Trong mẫu cĩ lớp 8 9 chốt 50,01
(hình 1.58). Trên tồn bộ bề mặt mẫu và chốt được làm sần sùi bằng cơng nghệ phun phủ đã nĩi trên. Tiếp theo được làm sạch bằng dung dịch rửa như sau :
NaOH 20g/l Na2CO3 50g/l Na2SiO3 5g/l NaPO4 50g/l
Hình 1.58. Mẫu thử độ bền dính bám của lớp phủ1-Đầu khoan lỗ kéoØ6; 2-Đầu gắn vào lớp phủ 1-Đầu khoan lỗ kéoØ6; 2-Đầu gắn vào lớp phủ 3-Lớp phủ;4-Phần lớn lớp phủ bị kéo khỏi nền thép
Trong quá trình rửa phải tháo các chốt 5 để sửa bavia và rửa các chất bẩn
mặt chốt và cả trong lỗ chốt. Sau đĩ đem rửa tồn bộ bằng nước lã. Các nước phương Tây thường dùng 2 tiêu chuẩn sau:
ASTMC–633 "Stadard Test Method For Adhesion Or Cohesive Strength Of Flame – Sprayed Coatings". Phương pháp này được xác định bằng lực uốn cong mẫu tấm cho đến khi lớp phủ bị bong.
ASTM D. 4541 " Stadard Test Method For Pull– off Strength Of Coatings Using Portable Adhesion Testers".
Mẫu này chế tạo bằng thép cĩ kích thước như hình 1.58b.
Phương pháp này xác định lực kéo để phá hỏng lớp phủ thơng qua heo dính kim loại EPOXY (Sparko - USA).
Tùy theo vật liệu nền, vật liệu dây phun và đặc tính đầu phun mà lựa chọn chế độ phun thích hợp cho phun bề mặt phẳng (như đã giới thiệu ở trên).
Chiều dày lớp phun ảnh hưởng đến lực bám dính và chất lượng sản phẩm, vì vậy chọn chiều dày phủ thường chọn ở vùng II (hình 1.59) để đạt được độ bám dính cao nhất. Chiều dày lớp phủ thường từ 1 1,5 mm.
Sau khi phun xong, mẫu được gá lắp trên máy thí nghiệm kéo với lực kéo 500kg. Ứng suất bámkéo được tính theo cơng thức:
F P k (1.21) Trong đĩ P –lực kéo chốt (kg) F–tiết diện chốt (cm2)
Mẫu thí nghiệm độ bám trượt cĩ đường kính bề mặt đ ể phun phủ là 280,01
, bằng vật liệu C45
Mẫu được thực hiện phun phủ theo quy trình cơng nghệ tường ứng với yêu cầu để đạt được kích thước sau khi phun 330,01
.
Mẫu được đặt trên máy thí nghiệm kéo và nén. Ứng suất bám trượt được tính theo cơng thức
F Pn (1.22) Pn : lực nén
F : diện tích tiết diện xung quanh, F = Dh
D : đường kính phần lớp phun , D = 28 mm h : chiều dài phần lớp phun, h = 13mm Kiểm tra cường độ chịu kéo của lớp phun.
Mẫu thử gồm hai ống hình trụ cĩ đường kính trong M26 và đường kính ngồi
300,01
- hình 1.60.
Hình 1.60. Mẫu thử kéo xác định chiều dài lớp phun
Haiống được nối trên một trục gá được giữ chặt hai đầu bằng mũ ốc để thực hiện phun theo quy định cơng nghệ yêu cầu đạt kích thước 350,01
. Sau đĩ tháo trục gá, lắp các chốt kéo và đưa lên máy thí nghiệm kéo nén thơng thường để xác định.
Độ bền của lớp phun được xác định theo cơng thức :
F P k (1.23) Trong đĩ : P –lực kéo đứt
4 ) (d12 do2 F (1.24) d1-đường kính ngồi lớp phun (mm) do – đường kính trong của mẫu phun (mm) Mấu đo độ bền nén của lớp phun.
Mẫu thí nghiệm đo độ bền nén lớp phun phủ được chế tạo bằng cách phun lên bề mặt của một lõi thép, sauđĩ gia cơng đến khi chỉ cịn lại lớp phun cĩ kích thước đường kính
trong 01 , 0 13 t
và đường kính ngoài 0,01
26
n
. Sau đĩ đưa lên máy kéo nén để thử. Lực
chịu nén ở đây làứng suất nén lớn nhất xuất hiện khi trên mẫu xuất hiện vết nứt đầu tiên. Gõ bằng búa
Gõ bằng búa để đánh giá độ bám chỉ tiến hành cho các lớp phủ bằng thép cĩ chiều dày khoảng 2 mm, độ bám đượ c đánh giá theo âm thanh khi gõ búa lên lớp phủ.
1.7.2.3Xác định độ xốp của lớp phun
Độ xốp là một trong những tính năng quan trọng nhất của lớp phủ. Đặc tính cấu trúc và độ ổn định của nĩ ảnh hưởng đến những tính chất sử dụng của lớp phủ như độ dẫn điện và nhiệt, độ thấm khí, điện trở… Ảnh hưởng của độ xốp tới độ bền kết cấu cĩ hai mặt. nếu chi tiết làm việc trong độ dơi, thì cấu trúc xốp cho phép thấm và giữ dầu bơi trơn và tăng khả năng chống mài mịn của thiết bị. Đối với lớp phủ bảo vệ thì cấu trúc xốp lại ảnh hưởng xấu vì khí và chất lỏng cĩ hại cĩ thể thấm qua các lỗ xốp hở vào kim loại nền và phá hủy nền.
Khi nghiên cứu cấu trúc xốp của lớp phun phủ người ta phân biệt mấy khái niệm sau: độ xốp tổng P, độ xốp hở Ph, độ xốp kín Pk và độ xốp tản mát Pt..
Thường thì người ta coi rằng : P = Ph + Pk (1.25)
Cịnđộ xốp tản mát xuất hiện khi độ hịa tan của khí vào lớp phủ giảm đi làm nguội chúng. Chúng ta đều biết rằng trong đa số các trường hợp phun phủ các hạt bột bị chảy ra, điều đĩ dẫn đến sự hịa tan mạnh của oxy, nitơ và các khí khác vào kim loại lỏng. Khi lớp phủ nguội và kết tinh thì khí sẽ thốt ra nhờ cơ chế khuếch tán. Nếu khí khĩ thốt hẳn ra ngồi thì sẽ động lại trong lớp phủ và tạo thành những lỗ xốp dạng cầu cực nhỏ. Những lỗ vi xốp này cĩ thể phân bố theo biên các hạt và kể cả bên trong từng hạt bột.
Để xác định P, thường người ta xác định tỷ trọng tổng của lớp phủ theo các
phương pháp sau : phương pháp cân khối lượng chất lượng chất lỏng, phư ơng pháp đo độ xốp thủy ngân và phương pháp soi kim tương.
Trong các phương pháp kể trên, phương pháp cân khối lượng chất lỏng là phương pháp khá chinh xác và chung nhất cho tất cả các loại lớp phủ. Để áp dụng phương pháp này, nếu lớp phủ tách được khỏi nền thì cĩ thể tiến hành như sau : trước hết đo khối lượng lớp phủ trong khơng khí (m); sau đĩ phủ paraphin (hoặc vazelin và gốm) lên bề mặt để che kín
những lỗ xốp bề mặt . Sau đĩ xác định khối lượng lớp phủ cĩ thấm bề mặt ngồi khơng khí m1và trong nước cất m2. Tỷ trọng lớp phủ được tính theo cơng thức sau :
) ( . 2 1 m m m n (1.26)
và độ xốp tổng được tính theo cơng thức :
1000 ). 1 ( (%) k P (1.27) Ở đây : nước –tỉ trọng nước cất
k
- tỉ trọng đặc lí thuyết của vật liệu phủ.
Tỉ trọng này cĩ thể tính theo cơng thức tương đối sau :
k = ( / ) 1 i i C (1.28)
Ở đây : i –tỉ trọng của từng cấu tử tham gia vật liệu phủ
Ci–là thành phần theo khối lượng của nĩ
Tuy nhiên, trường hợp tách lớp phủ ra để đo trên thực tế khĩ áp dụng hơn, vì vậy cĩ thể dùng phương pháp đo tỉ trọng của lớp phủ. Nếu coi mn và mp là khối lượng nền kim loại và khối lượng lớp phủ cà C1 ; C2 là thành phần theo khối lượng vủa nền và lớp phủ, ta cĩ: p n n m m m C 1 (1.29) Và 1 2 1 C C (1.30) Theo cơng thức (1.28) ta cĩ: p c C C 2 0 1 1 (1.31) Ở đây c
– tỉ trọng chung được đo theo
phương pháp đã mơ tả trên
n
- tỉ trọng của nền. Nếu biết
đượcc,n cĩ thể tính được tỉ trọng lớp phủ , từ đĩ ta cĩ : n c p C C 1 2 1 (1.32)
1.7.2.4 Đo ứng suất dư của lớp phun
Trong quá trình phun kim loại, bề mặt chi tiết bị đốt nĩng khơng đáng kể, nên các hạt phun nguội với tốc độ cao và co lại nhiều hơn so với kim loại cơ bản. Do vậy, khi ở cùng một nhiệt độ thì trong lớp phun cĩ ứng suất dư sẽ gây ra biến dạng, nếu lớp phun dày thìứng suất dư cĩ thể gây ra vết nứt trong lớp phun.
Để xác định ứng suất dư cĩ thể sử dụng phương pháp phân tích Rơghen. Do hạt phun bị biến dạng nên mạng tinh thể bị xê dịch, khoảng cách giữa hai mặt tinh thể thay đổi, và sự thay đổi này biểy thị cho trạng thái ứng suất của tinh thể. Tính được sự thay đổi khoảng cách giữa hai mặt phẳng trong tinh thể ta cĩ thể tính được ứng suất dư trong tinh thể đĩ: 1 1 . 2 sin ) 1 ( d d d E o d (1.33) Trong đĩ
d0 khoảng cách giữa hai mặt khi gĩc chụp = 62o ; = 45o
d1 khoảng cách giữa hai mặt khi gĩc chụp = 62o ; = 81o
Bằng phương phápRơnghen cĩ thể tính được do, d1 và suy ra cĩ thể tính được bằng ứng suất dư trong lớp phun.
1.7.2.5 Xác định độ chịu mài mịn của lớp phun.
Lớp phun cĩ độ chịu mài mịn cao nhờ độ cứng và tổ chức kim loại xốp; mặt khác trong lớp phun cịn xen kẽ những dải oxit cĩ đ ộcứng cao.
Song trong ma sát khơ, hệ số ma sát giữa lớp phun với chi tiết tăng lên, do vậy độ mài mịn tăng. Do đĩ phải xác định độ chịu mài mịn của lớp pủ làm viẹc trong mơi trường cĩ bơi trơn.
Hình 1.61b. Mẫu để kiểm tra độ mài mịn của lớp phun
Mẫu để tiến hành thử độ chịu mài mịn của lớp phun cĩ nhiều loại và tùy theo phương pháp đo.
Một trong các loại mẫu được xây dựng để đo độ mài mịn của lớp phủ được biểu thị trên hình 1.61b
Sau đĩ mẫu được đưa lên má y đo, hình 1.62 là sơ đồ nghun lí máy đo mịn AMSLER.
Hình 1.62. Sơ đồ nguyên lý máyđo mịn AMSLER
1.8 Câu hỏi ơn tập
Câu 1. Trình bày thực chất, đặc điểm của phun phủ và hàn đắp Câu 2. Trình bày phương pháp gia cơng phun cát để tạo nhám bề mặt
Câu 3.Trình bày phương pháp gia cơng phun bi (phun hạt kim loại) để tạo nhám bề mặt
Câu 4. Trình bày những nhân tố chính ảnh hưởng đến sự mất mát kim loại Câu 5. Trình bày q trình cơng nghệ phun phủ kim loại
Câu 6. Trình bày kỹ thuật phun các mặt phẳng và mặtkhơng gian
Câu 7. Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của đầu phun kim loại dây (đốt chảy kim loại bằng ngọn lửa khí cháy)
Câu 8. Vẽ sơ đồvà trình bày nguyên lý làm việc của đầu phun bằng hồ quang điện Câu 9. Trình bày các quanđiểm về sự hình thàn h lớp phủ
CHƯƠNG 2PHỤC HỒI VÀ BẢO VỆ BỀ MẶT KIM LOẠI BẰNG PHUN PHỦ VÀ HÀN ĐẮP
2.1 Khoa học về bề mặt và phương pháp xử lý chung2.1.1 Khái niệm và sự phát triển của xử lý bề mặtkim loại 2.1.1 Khái niệm và sự phát triển của xử lý bề mặtkim loại
Xử lý bề mặt kim loại thơng thường là bảo vệ các sản phẩm, các chi tiết khỏi sự phá hỏng vì gỉ, mịn. Nĩi tổng quát hơn, xử lý bề mặt kim loại cĩ nghĩa là cho sản phẩm những tính chất cĩ giá trị kinh tế mới. Ví dụ, như tính dẫn điện, khả năng cách điện, khả năng cản trở tia sáng, độ cứng bề mặt cao để chống mịn, làmđẹp thêm về hình thức hoặc sử dụng để sửa chữa và phục hồi bề mặt.
Trước đâyxửlý bề mặt là một lĩnh vực nghệ thuật trang trí và tạo hình mang nhiều tính chất thực tế. Đã cĩ nhiều bề mặt được phủ những vật liệu hữu cơ (chất được chế tạo từ nhựa, dầu thiên nhiên), kim loại màu , tráng men, nhuộm màu trong ngọn lửa,v.v...
Ở Roma đã từng dùng đồng thau để phủ bề mặt,ở châu Âu đã sử dụng dầu khơ từ thế kỉ 8. Thể kỷ 18, 19 người ta đãđưa hố học vào xử lý bề mặt bằng hàng loạt những sắc tố nhân tạo mới.
Đầu tiên phải kể đến mạ điện được tiến hành từ những năm đầu của thể kỷ 19, tiếp đĩ tìm thấy phương pháp mạ bạc, mạ vàng và mạ một số hợp kim khác. Khoảng từ năm 1880 mà niken lên vật chất bằng thép đã phát triển rất nhanh. Và khoảng từ năm 1914 trong cơng nghiệp người ta đã tiến hành mạ hàng loạt kim loại và hợp kim khác như kẽm, thiếc, đồng thau, đồng thanh, v.v... Sau đĩ hàng loạt các phương pháp mới khác tốt hơn cũng ra đời như mạ crơm, tạo lớpơ xít nhơm,v.v.. đồng thời hàng loạt các thiết bị tự động liên hợp cho cơng nghệnhúng và mạ điện cũng xuất hiện.
Vào khoảng năm 1910 kỹ thuật chuyên mơn về sơn đã chuyển bước ngoặt quyết định bằng sự phát minh ra nhựa fenolfomandehyt. Dầu thiên nhiên và nhựa đã dần dần đượcthay thế bằng các chất nhân tạo. Đĩ là kỹ thuật về sơn.
Sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật đã luơn luơn tác động đến lĩnh vực xử lý bề mặt và bảo vệ chống gỉ của kim loại. Điều đĩ thể hiện rất rõ trong tất