3. Quy trình phục hồi chi tiết bằng phương pháp hàn 1 Quy trình công nghệ
PHƯƠNG PHÁP PHUN ĐẮP KIM LOẠ
1. Mục đích, yêu cầu và phân loại - Mục đích
+ Trong phục hồi bằng phương pháp phun đắp kim loại cho các chi tiết, phần tử kim loại phun phủ chuyển động với tốc độ rất cao tới bề mặt chi tiết cần phun đắp, bám dính lên bề mặt chi tiết tạo thành lớp kim loại bù đắp cho phần kim loại của chi tiết máy đã bị mài mòn
- Yêu cầu
+ Lớp kim loại phun đắp phải bám dính trắc vào bề mặt của chi tiết
- Yêu cầu
+ Sau khi gia công và nhiệt luyện chi tiết được phục hồi phải có kích thước, hình dáng, hình học, độ nhẵn bóng bề mặt cũng như cơ lý hoá tính đạt yêu cầu đảm bảo cho chi tiết có thể làm việc tốt và có độ tin cậy sử dụng cao
+ Phải mang lại hiệu quả kinh tế trong phục hồi chi tiết máy
- Phân loại
+ Dựa theo nguồn năng lượng nhiệt được cung cấp để làm nóng chảy vật liệu phun, có thể phân các phương pháp phun thành hai nhóm:
Phun ngọn lửa khí Phun điện
+ Phương pháp phun ngọn lửa khí có ứng dụng rộng rãi nhất. Nó được dùng để phun và làm nóng chảy các kim loại, hợp kim loại tự bảo vệ trên nền Niken và Coban, và để phun các vật liệu gốm và khó nóng chảy khác. Một trong những dạng đặc biệt của phun ngọn lửa khí là phun nổ – dùng năng lượng nổ của hỗn hợp khí axetylen và ôxi
+ Phương pháp phun kim loại bằng hồ quang điện là dạng cũ nhất trong số các dạng phun phủ điện. Trước đây hồ quang điện xoay chiều được sử dụng để phun kim loại, do đó quá trình phun dây không ổn định
- Ưu, nhược điểm của công nghệ phun đắp kim loại để phục hồi chi tiết
+ Ưu điểm
Thiết bị phun phủ khá đơn giản và gọn nhẹ, có
thể di chuyển dễ dàng và nhanh chóng
Có thể phun trên các bề mặt có diện tích lớn hoặc
các vùng nhỏ của chi tiết lớn
Có thể sử dụng các kim loại và hợp kim khác nhau,
hoặc hỗn hợp của chúng.
Chi tiết được phun đắp ít bị biến dạng
Quá trình công nghệ phun phủ cho phép đạt năng
+ Nhược điểm
Khi chi tiết phun nhỏ, sự phun ít hiệu quả do tổn hao
vật liêu phun lớn. Trong trường hợp này, kinh tế hơn là sử dụng phương pháp khác.
Quá trình chuẩn bị bề mặt trước khi phun gây ô
nhiễm môi trường làm việc do phải sử dụng các thiết bị tẩy rửa và làm sạch như máy phun cát, phun bi, phun bột kim loại và các dung dịch tẩy rửa khác
Trong quá trình phun, các hạt phun có thể bắn tung
toé, đồng thời có thể tạo các hợp chất có hại cho sức khoẻ của người công nhân
2. Nội dung của phương pháp phun đắp kim loại
Kim loại lỏng được phun vào bề mặt cần phục hồi. Để nung chảy kim loại có thể sử dụng hồ quang điện, hồ quang plasma, ngọn lửa khí .... Khi phun kim loại lỏng được dòng khí nén thổi làm phân tán thành các lớp sương mù rất nhỏ, bắn lên bề mặt vật đã được làm sạch Nguyên lý chung:
2.1. Phương pháp phun ngọn lửa khí
Khi phun ngọn lửa khí, nguồn năng lượng nhiệt được tạo bởi sự đốt cháy hỗn hợp khí cháy với ôxi. Tuỳ thuộc vào trạng thái vật liệu phun, sự phun phủ có thể có ba dạng: phun dây, phun thanh và phun bột
2.1.1. Phun dây bằng ngọn lửa khí :
Phun dây bằng ngọn lửa khí
1- Dây phun 2- Ngọn lửa khí cháy 3- Đầu dây nóng 4- Dòng không khí nén 5- Hạt kim loại 6- Lớp phủ 7- Kim loại nền 8- Đầu bép phun - Sơ đồ
- Nguyên lý hoạt động :
+ Trong cả hai trường hợp, vật liệu phun dạng dây hoặc thanh được cấp qua lỗ tâm của mỏ đốt và nóng chảy trong ngọn lửa
+ Luồng không khí nén làm phân tán vật liệu phun nóng chảy thành các hạt nhỏ phủ lên bề mặt vật phun
+ Dây được cấp với tốc độ không đổi nhờ các con lăn dẫn động của tuabin không khí hoặc động cơ điện
Khi sử dụng tuabin không khí, việc điều chỉnh
chính xác tốc độ cấp dây sẽ khó khăn, tuy nhiên mỏ đốt sẽ gọn nhẹ hơn
Vì vậy tuabin không khí được dùng trong các mỏ
Mỏ đốt dùng động cơ điện cho phép điều chỉnh tốc
độ cấp dây chính xác hơn và duy trì ổn định tốc độ đó. Tuy nhiên vì nặng hơn nên các mỏ đốt như vậy được lắp trên các thiết bị cơ khí hoá dùng cho phun phủ
2.1.2. Phun bột bằng ngọn lửa khí : Phun bột bằng ngọn lửa khí 1. Đầu bép phun 2. Ngọn lửa 3. Lớp phủ 4. Kim loại nền - Sơ đồ
- Nguyên lý hoạt động :
+ Bột phun chảy từ trên xuống bị kéo theo bởi dòng khí tải (hỗn hợp ôxi – khí cháy) và rơi vào ngọn lửa
+ Các phần tử bột bị đốt nóng và bắn vào bề mặt vật phun. Trong các mỏ đốt phun bột, việc cấp vật liệu phun có thể được thực hiện nhờ luồng không khí nén
+ Khi chuyển động trong ngọn lửa, các phần tử phun bị đốt nóng liên tục. Khi cấp nguồn không khí nén vào ngọn lửa thì một phần lớn ngọn lửa bị oxi hoá
Chú ý: Công nghệ phun ngọn lửa khí rất đơn giản,
thiết bị và chi phí vận hành lại thấp. Đó là lý do để phương pháp này có được ứng dụng rộng rãi nhất nhưng không thể dùng phương pháp phun ngọn lửa khí để phun các vật liệu khó nóng chảy
2.2. Phương pháp phun điện
2.2.1. Nguyên lý máy phun hồ quang điện - Sơ đồ
1- Đầu kẹp cáp điện
Sơ đồ nguyên lý máy phun hồ quang điện
- Nguyên lý máy phun hồ quang điện
+ Dây phun được cấp qua hai ống dẫn dây. Các dây phun đồng thời là dây dẫn điện
+ Khi hai đầu dây chạm nhau thì hồ quang xuất hiện. Ống dẫn không khí nén được đặt giữa hai ống dây
+ Luồng không khí nén thổi tách các giọt kim loại khỏi các điện cực tạo thành các phần tử kim loại nóng chảy chuyển động bám vào bề mặt của chi tiết + Máy phun hồ quang điện có thể làm việc với dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, hồ quang cháy không ổn định và tạo tiếng nổ lớn
+ Hiện nay các nguồn điện một chiều thường được dùng để phun hồ quang điện.. Sự ổn định của hồ quang điện được đảm bảo bởi điện thế tần số cao
2.2.1. Nguyên lý máy phun hồ quang điện
+ Ưu điểm của phương pháp phun hồ quang điện là năng suất cao và có khả năng rút ngắn thời gian phun độ bám của lớp phun hồ quang điện cũng tốt hơn độ bám của lớp phun ngọn lửa khí. Chi phí vận hành máy phun không lớn, cần lưu ý khi phun hai dây phun kim loại khác nhau thì lớp phun không đồng nhất.
+ Nhược điểm của phương pháp trên là sự quá nhiệt và oxi hoá vật liệu phun khi tốc độ cấp dây phun nhỏ.
2.2.2. Nguyên lý máy phun plasma - Sơ đồ
- Nguyên lý hoạt động
+ Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, các điện tử tách khỏi nguyên tử và sảy ra hiện tượng oxi hoá nguyên tử đó
+ Dưới áp suất khí quyển và nhiệt độ cao 1000K, các khí như oxi và nitơ là những khí oxi hoá
+ Nhiệt độ tia plasma có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng bằng cách thay đổi đường kính miệng phun và chế độ công tác của súng phun
+ Các lớp phun plasma có độ chặt cao và độ bám dính tốt với vật liệu nền. Tuy nhiên năng suất phun plasma tương đối thấp, khi phun có tiếng ồn và tia cực tím mạnh
- Sơ đồ quy trình công nghệ phục hồi chi tiết Chuẩn bị dụng cụ thiết bị Vật liệu phun Chuẩn bị bề mặt chi tiết Tiến hành phun đắp kim loại
3. Quy trình phục hồi chi tiết bằng phương pháp phun đắp kim loại
- Gia công và nhiệt luyện sau phun đắp kim loại
+ Gia công các lớp phun từ thép cacbon và thép chống gỉ Để gia công cơ khí các lớp phun từ thép cacbon và thép chống gỉ có thể dùng phương pháp tiện
Có thể mài khô hoặc mài ướt các lớp phun, mài ướt ưu viết hơn nếu dung dịch làm nguội không xâm nhập vào các lỗ rỗ của lớp phun. Sự mài sâu có thể làm xuất hiện các vết nứt trên mặt mài
+ Gia công các lớp phun gốm
Khi gia công tinh các lớp phun gốm người ta sử dụng phương pháp mài. Để tránh sự tạo thành các vết nứt tế vi trong lớp phun cần tiến hành mài với chiều sâu mài 0,025 mm và tốc độ dài của đá mài từ 25- 30 m/s.
Bài 4: PHỤC HỒI CHI TIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẠ
1. Mục đích, yêu cầu và phân loại - Mục đích:
Trong phục hồi bằng phương pháp mạ kim loại cho các chi tiết máy bị hư hỏng do ma sát dẫn đến mài mòn đến giới hạn, lớp kim loại bù đắp cho phần kim loại của chi tiết máy đã bị mài mòn
- Yêu cầu:
Để đảm bảo chất lượng chi tiết máy sau khi phục hồi thì lớp kim loại mạ phải bám dính trắc vào bề mặt của chi tiết
Sau khi gia công và nhiệt luyện chi tiết được phục hồi phải có kích thước, hình dáng, hình học, độ nhẵn bóng bề mặt cũng như cơ lý hoá tính đạt yêu cầu đảm bảo cho chi tiết có thể làm việc tốt và có độ tin cậy sử dụng cao
- Phân loại: + Phương pháp mạ điện + Phương pháp hóa học
+ Phương pháp mạ điện là phương pháp mạ có sử dụng dòng điện một chiều. Dưới tác dụng của điện trường do nguồn điện một chiều tạo ra, trong môi trường dung dịch mạ (dung dịch điện ly) các ion kim loại chuyển động đến cực âm của nguồn điện và bám dính vào bề mặt của chi tiết phục hồi đã được treo vào cực âm
+ Phương pháp mạ hoá học là phương pháp mạ không cần dùng dòng điện ngoài mà chỉ dựa vào khả năng khử ion kim loại hoặc trao đổi với ion kim loại cần mạ trên bề mặt vật mạ. Người ta có thể dùng phương pháp mạ hoá học để mạ lên nền kim loại hoặc phi kim loại
- Đặc điểm của phương pháp mạ: + Ưu điểm:
Lớp mạ bám chắc Cơ lý hóa tính tốt
Kim loại mạ không bị ảnh hưởng nhiều đến tính chất
Phù hợp với việc phục hồi các chi tiết có độ chính
xác cao
Mạ có thể ứng dụng để cải thiện bề mặt của chi tiết;
cho bề mặt có các tính chất đặc biệt như độ cứng cao, chịu mài mòn
Chiều dày lớp mạ bị hạn chế, chỉ áp dụng phụ hồi chi
tiết có độ chính xác cao
Thời gian mạ lâu, điều kiện làm việc khó khăn
Gây ảnh hưởng lớn đến môi trường
2.1. Sơ đồ và nguyên lý mạ điện 2. Nội dung của phương pháp mạ
Sơ đồ nguyên lý của mạ điện
1. Dung dịch điện phân 2. Cực dương (Anốt) 3. Cực âm (Catốt) 4. Ion dương
6. Nguyên tử trung hòa 5. Ion âm
- Nguyên lý mạ điện
+ Mạ là quá trình điện phân khi dòng điện chạy qua dung dịch. Sau khi có dòng điện chạy qua dung dịch điện phân anốt bắt đầu phân hủy đồng thời giải phóng oxy. Các ion bắt đầu chuyển động theo hai hướng: Ion dương sẽ theo chiều dòng điện chạy về catốt, ion âm về anốt
+ Tại catốt: Những ion dương của kim loại trong dung dịch điện phân sẽ bám lên bề mặt chi tiết cần mạ
+ Tại anốt: Khi tiếp xúc với các điện cực các ion âm sẽ biến thành các nguyên tử trung hòa làm cho lượng các ion trong dung dịch sẽ giảm xuống nên chúng phải thường xuyên được bổ sung
2.2. Phương pháp mạ crom
+ Mạ crôm để phục hồi các chi tiết bị mòn, nâng cao khả năng chống mài mòn, bảo vệ các bề mặt
2.2.1. Đặc điểm
+ Crôm chịu được mài mòn, chịu được ăn mòn, không bị hydrôsulfua ( H2S ) phá huỷ
+ Lớp mạ Crôm có độ ổn định hoá học cao
+ Lớp mạ crôm có độ bóng cao, trong sáng đẹp, không bị biến đổi theo thời gian ( Đến nhiệt độ 400 – 500 C vẫn không bị đổi màu) phản xạ ánh sáng tốt
- Đặc điểm của quá trình mạ Cr
+ Cần một nguồn điện mạnh vì phải làm việc với mật độ dòng điện cao. Mật độ dòng tối thiểu để kết tủa Cr lớn hơn 5 - 10 lần so với trường hợp mạ các kim loại khác như Zn, Fe, Ni, Cu, ...
+ Thành phần chính của dung dịch mạ không phải là muối kim loại mà là oxit crom CrO3 và H2SO4.
+ Mạ Crôm thường dùng anốt là chì, không dùng điện cực anốt là crôm vì crôm dòn, tốc độ tan nhanh hơn tốc độ mạ. Nên phải thường xuyên bổ sung dung dịch để bù lại lượng crôm kết tủa
+ Khả năng mạ đều của dung dịch mạ Cr thấp, nên chỉ có thể mạ lên bề mặt mạ đồng nhất thôi nhưng lớp mạ vẫn có độ bóng cao
2.2.2. Các tính năng của lớp mạ Cr - Độ cứng:
Lớp mạ crôm có độ cứng cao hơn thép tôi, vì thế các chi tiết được mạ crôm thường có độ cứng cao hơn các chi tiết mới. Các chi tiết đã mạ crôm chỉ có thể gia công bằng phương pháp mài
- Tính chịu mòn
Lớp mạ crôm có tính chịu mòn cao vì nó có độ cứng cao, tính chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt. Những chi tiết đã được mạ crôm đều có độ chịu mòn tăng lên 5 ÷ 15 lần so với chi tiết ban đầu
- Tính chịu mỏi
Lớp mạ crôm có tính chịu mỏi kém vì trong lớp mạ còn ứng suất dư do các nguyên tử khí hyđrô lách vào giữa các tinh thể kim loại crôm làm mất sự cân bằng thế năng của các tinh thể. Khắc phục bằng cách khử khí Hyđrô trong lớp mạ.
- Độ bám dính
Lớp crôm có độ bám lên kim loại gốc tương đối cao. Độ bám dính của lớp mạ chịu ảnh hưởng của nhiệt độ mạ và chất lượng công việc chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi mạ. Mật độ dòng điện ít ảnh hưởng đến sức bám dính
2.3. Phương pháp mạ thép 2.3.1. Đặc điểm của mạ thép
+ Mạ thép là một trong những công nghệ phục hồi chi tiết có triển vọng, nó có nhiều ưu điểm so với mạ crôm như: hiệu suất dòng điện η cao (η = 83 ÷ 98%), tốc độ mạ nhanh (có thể đạt tới 0,2÷0,3 mm/h), gấp 10 lần mạ crôm, lớp mạ có chiều dày lớn ( ≥ 2÷3 mm)
- Ưu điểm
+ Nguyên liệu mạ thép rẻ và dễ kiếm nên giá thành thấp hơn mạ crôm
- Nhược điểm
2.3.2. Các tính năng của lớp mạ thép - Tính chịu mòn
Phụ thuộc nhiều vào loại dung dịch và độ cứng lớp mạ - Tính chịu mỏi
Tính chịu mỏi của lớp mạ thấp là do có nội ứng suất. Nội ứng suất phụ thuộc chế độ mạ. Do đó phải chọn chế độ mạ hợp lý
- Độ bám dính
Độ bám dính phụ thuộc khâu chuẩn bị bề mặt trước khi mạ. Hiện nay sử dụng hai phương pháp làm sạch bề mặt là dùng ăn mòn hoá học và dùng cơ khí
2.4. Phương pháp mạ đồng
- Do đồng khụng ổn định và có điện thế cao, cho nên không bảo vệ được kim loại khi ăn mòn, nên ít khi dùng lớp mạ đồng làm lớp bảo vệ. Mạ đồng được dùng rộng rãi để làm lớp mạ lót trên sắt, tăng khả năng bám của lớp mạ khác, tăng độ bền và độ bóng
- Mạ đồng cũng dùng để bảo vệ chi tiết khỏi bị thấm