Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tóm tắt ngành kĩ thuật cơ khí động lực với đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi tiết đến chất lượng bề mặt phun phủ bằng công nghệ phun nhiệt khí tốc độ cao-HVOF

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN CHÍ BẢO
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG VÀ TỐC
ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG ĐỐI GIỮA ĐẦU PHUN VỚI
CHI TIẾT ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT PHUN PHỦ
BẰNG CÔNG NGHỆ PHUN NHIỆT KHÍ TỐC ĐỘ CAO –
HVOF
Ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số : 62 52 01 16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2017

2. Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Máy & Thiết bị Công
nghiệp - Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Tập thể hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Đinh Văn Chiến
2. PGS.TS Triệu Hùng Trường
Phản biện 1: PGS.TS Trần Văn Dũng
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
Phản biện 2: PGS.TS Lê Thu Quý
Bộ Công thương
Phản biện 3: TS Tạ Ngọc Hải
Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường
Họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Vào hồi:… giờ…, ngày tháng năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại:
+ Thư viện Quốc gia;
+ Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

3. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Đinh Văn Chiến, Nguyễn Chí Bảo, Phạm Văn Liệu (2014),
“Nghiên cứu độ xốp lớp phủ khi phun bằng phương pháp
phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF”, Tạp chí Cơ khí Việt
Nam, (số 1+2), tr 28-33.
2. Phạm Văn Liệu, Đinh Văn Chiến, Nguyễn Chí Bảo (2014),
“Nghiên cứu quá trình cháy và lưu lượng khí trong công nghệ
phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF dùng để phục hồi chi tiết máy bị
mòn”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (số 7), tr 15-19.
3. Nguyễn Chí Bảo, Đinh Văn Chiến (2016) “Nghiên cứu độ bám
dính lớp phủ bột cacbua Cr3C2 – NiCr trên nền thép trục thép
40cr bằng phương pháp phun ôxy – nhiên liệu tốc độ cao
(HVOF)”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam. (số12 -2016),tr 34-39.
4. Nguyễn Chí Bảo, Đinh Văn Chiến (2016) “Nghiên cứu độ cứng
lớp phủ bột cacbua Cr3C2 – NiCr trên nền thép trục thép 40cr
bằng phương pháp phun ôxy–nhiên liệu tốc độ cao(HVOF)”, Tạp
chí KHCN – ĐHCN Hà nội. (số 37 tháng 12 - 2016),tr 34-37.

4. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (High Velocity Oxygen-Fuel, viết tắt
là HVOF) là một kỹ thuật phun nhiệt được ứng dụng từ những năm
1980. So sánh với phun phủ nhiệt khác (Phun hồ quang điện, phun
plasma, phun khí cháy, phun nổ,…), phun phủ nhiệt HVOF có các đặc
trưng nổi bật như mật độ, độ bền bám dính và độ cứng tốt hơn. Do đó,
công nghệ này tạo được lớp phủ sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành
công nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Hiện nay, nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt HVOF
trên thế giới được phát triển mạnh nhằm tạo lớp phủ kim loại và hợp
kim có chất lượng tốt, nâng cao tuổi thọ của các chi tiết máy dạng trục
bị mòn trong công nghiệp. Tại Việt Nam,một số cơ sở nghiên cứu và
doanh nghiệp sản xuất cơ khí đã đầu tư thiết bị phun phủ HVOF. Tuy
nhiên, các nghiên cứu về công nghệ phun nhiệt HVOF chưa nhiều.
Thực tế đã có một số đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, Ngành về
công nghệ phun nhiệt HVOF cũng đã được thực hiện. Tuy nhiên, hiện
chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột
phun và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi tiết tới
chất lượng lớp phủ bề mặt sau khi phu bằng công nghệ HVOF.
Xuất phát từ lý do trên NCS đặt vấn đề “Nghiên cứu ảnh hưởng
của lưu lượng và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi
tiết đến chất lượng bề mặt phun phủ bằng công nghệ phun nhiệt khí tốc
độ cao HVOF” làm hướng nghiên cứu của đề tài luận án.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đưa ra phương pháp tính toán xác định ảnh hưởng của lưu lượng
cấp bột và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi tiết đến
chất lượng lớp phủ bột hợp kim Cr3C2-NiCr trên nền trục thép 40Cr
bằng công nghệ phun nhiệt HVOF.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Bề mặt trụ ngoài thép 40Cr có kích thước
60, 70 và 80 kích thước đường kính trong 30, chiều dài 60 mm
được phủ lớp bột hợp kim Cr3C2-NiCr dày 0,6 mm bằng công nghệ
HVOF.
* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng cấp

5. 2
bột phun (m gam/phút) và tốc độ chuyển động của phôi (n vòng/phút),
tốc độ dịch chuyển của đầu phun (S mm/vòng) đến chất lượng lớp phủ
bột cacbua Cr3C2-NiCr trên nền trục thép 40Cr bằng phương pháp phun
HVOF như sau:
Thông số công nghệ
Mức thay đổi
1 2 3
m (gam/phút) 25 35 45
n (vòng/phút) 57 130 170
S (mm/vòng) 3 6 9
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Về lý thuyết: Ứng dụng các lý thuyết, các tài liệu khoa học liên
quan đến sự hình thành và tính chất lớp phủ bột hợp kim trên nền thép
bằng công nghệ phun nhiệt HVOF. Lý thuyết về xử lý số liệu thực
nghiệm, các phần mềm tính toán.
Về thực nghiệm: Tạo mẫu thực nghiệm, thiết kế và chế tạo đồ gá,
phun trên mẫu thực nghiệm; xác định độ xốp, độ bám dính, độ cứng của
lớp phủ với bề mặt nền thép 40Cr. Tạo cơ sở để xây dựng phương trình
toán học, các đồ thị dạng 2D, 3D phản ánh mối quan hệ giữa độ xốp, độ
bám dính,độ cứng với các thông số công nghệ (m, n và S) đến chất
lượng lớp phủ.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học:
Đã xây dựng được mô hình thí nghiệm bằng phương pháp quy
hoạch thực nghiệm để phân tích đánh giá sự ảnh hưởng của 3 thông số
công nghệ chính quá trình phun HVOF gồm: lưu lượng cấp bột phun
(m, gam/phút), tốc độ dài của vết phun tại tâm điểm va đập của chùm
vật liệu phun trên bề mặt chi tiết hình trụ quay ( n vòng/phút hoặc Vct,
mm/phút) và tốc độ di chuyển của đầu súng phun theo phương dọc tâm
trục chi tiết phun (S mm/vòng hoặc mm/giây) đến tính chất cơ lý của
lớp phủ bề mặt sau khi phun.
Đã nghiên cứu khảo sát đánh giá các mẫu phun bằng phương pháp
HVOF nhận được theo quy hoạch thực nghiệm và tính toán xây dựng
mô hình toán học mô tả quan hệ giữa 3 thông số đầu vào và các hàm
mục tiêu đầu ra gồm độ xốp lớp phủ, độ bền bám dính lớp phủ, độ cứng
tế vi của lớp phủ Cr3C2-NiCr với nền thép 40Cr.
Đã nghiên cứu khảo sát và chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu lớp phủ

6. 3
trên một số mẫu thí nghiệm điển hình nhận được theo quy hoạch thực
nghiệm, phân tích đánh giá đặc tính của chúng để làm rõ ảnh hưởng của
3 thông số phun đã chọn (m, n , S) đến chất lượng lớp phủ HVOF trong
phạm vi miền khảo sát lựa chọn của luận án.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham
khảo trong việc lựa chọn công nghệ, thiết bị để phục hồi hoặc chế tạo
mới các chi tiết máy trong khai thác mỏ, máy công cụ nhằm đáp ứng
kịp thời sản xuất, hạn chế nhập ngoại góp phần giảm giá thành sản
phẩm, cải thiện đời sống người lao động.
6. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương và phần kết luận. Chương
1: Tổng quan phương pháp phun nhiệt. Chương 2: Cơ sở khoa học của
phương pháp phun nhiệt khí và động lực học quá trình phun HVOF.
Chương 3:Vật liệu, trang thiết bị, phương pháp phun và xác định đặc
tính lớp phủ. Chương 4: Kết quả thực nghiệm và đánh giá.
7. Luận điểm bảo vệ
Bằng thực nghiệm làm rõ sự hình thành lớp phủ bột hợp kim
Cr3C2-NiCr trên nền trục thép 40Cr và liên kết giữa lớp phủ với kim
loại nền.
Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm đã xác định được mối
quan hệ ảnh hưởng của các thông số công nghệ (m, n và S) đến độ xốp,
độ bám dính và hình ảnh biên giới liên kết giữa lớp phủ với kim loại
nền khi sử dụng phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF.
Đã đưa ra vùng thông số công nghệ phun (m, n và S) hợp lý để cho
độ xốp lớp phủ nhỏ nhất và độ bám dính lớp phủ lớn nhất khi phun
bằng phương pháp phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF:
m (gam/phút) n (vòng/phút) S (mm/vòng)
35 130 3
8. Điểm mới của luận án
Xác định được quy luật ảnh hưởng của một số thông số công nghệ
phun (m, n và S) đến chất lượng lớp phủ, tạo cơ sở khoa học cho việc
đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ này đến độ xốp, độ
bám dính, độ cứng lớp phủ bột hợp kim Cr3C2-NiCr trên nền trục thép
40Cr bằng công nghệ phun nhiệt HVOF. Có thể làm tài liệu tham khảo
trong giảng dạy, nghiên cứu và là cơ sở để lựa chọn các loại vật liệu
phủ và kim loại nền khác nhau trong công nghệ phun nhiệt khí tốc độ
cao HVOF.

7. 4
Chương 1. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIỆT
1.1. Công nghệ phun kim loại
Công nghệ phun phủ kim loại đã được một kỹ sư người Thụy Sỹ
tên là Max Ulrich Schoop phát minh ra từ những năm đầu của thế kỷ 20.
Nguyên lý của công nghệ này là dùng nguồn nhiệt (hồ quang, khí cháy,
plasma) làm nóng chảy kim loại. Sau đó, kim loại lỏng được dòng
không khí nén thổi mạnh làm phân tán thành các hạt (sương mù) rất nhỏ,
bắn vào bề mặt chi tiết đã được chuẩn bị sẵn (làm sạch, tạo nhám) tạo ra
một lớp kim loại phủ có độ dày theo yêu cầu, trong đó các hạt kim loại
đè lên nhau theo từng lớp.
Công nghệ phun kim loại ngày càng được quan tâm do có ý nghĩa
quan trọng và quyết định đến tính chất của vật liệu lớp phủ. Đó là tạo ra
một lớp bề mặt có khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc như chịu
mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt....Công nghệ phun phủ kim loại còn
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực với các mục đích khác nhau như:
- Bảo vệ chống gỉ, chống ăn mòn.
- Tạo ra lớp dẫn điện trên bề mặt không dẫn điện.
- Phục hồi các chi tiết máy bị mài mòn.
- Sửa chữa khuyết tật tiết kiệm các kim loại quý hiếm.
Hiện nay công nghệ phun phủ kim loại nói chung và phương pháp
phun nhiệt nói riêng tuy còn rất mới so với các công nghệ khác nhưng
đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là
trong cơ khí chế tạo máy, giao thông vận tải, dầu khí... và đã trở thành
một công nghệ không thể thiếu trong quá trình phục hồi chi tiết bị mài
mòn. trong đó các lớp phủ được hình thành từ sự nóng chảy các vật liệu.
1.2. Giới thiệu về các phương pháp phun phủ nhiệt
1.2.1. Quá trình phun nhiệt và phân loại
Hình 1.1: Phân loại các phương pháp phun theo nguồn nhiệt.

8. 5
1.2.2. Các phương pháp phun nhiệt khí
Trong phun nhiệt khí người ta sử dụng hai nguồn nhiệt chính đó là
nguồn nhiệt sinh ra từ ôxy – khí cháy và nguồn điện. Vật liệu dùng để
phun gồm có: dây, thanh và bột. Các phương pháp phun như: phun
ngọn lửa, phun hồ quang điện, phun Plasma. Phương pháp được ứng
dụng phổ biến là HVOF
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý đầu phun HVOF
1.3. Xu hướng nghiên cứu và những thành tựu đạt đượccủa phương
pháp phun phủ HVOF
1.3.1. Trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều nước thành lập các Viện, trung tâm, hay
hiệp hội để nghiên cứu và ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt.
Phương pháp phun HVOF cũng đã có khá nhiều các tác giả nghiên
cứu về khả năng hình thành lớp phủ trên một số nền vật liệu và ứng
dụng vào các điều kiện làm việc khác nhau.
1.3.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, công nghệ phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF đang
trong giai đoạn nghiên cứu, ứng dụng các thành quả của thế giới.
Kết luận chương 1
Từ việc nghiên cứu tổng quan về xu hướng nghiên cứu và những
thành tựu trong lĩnh vực phun phủ HVOF trên thế giới và Việt Nam,
luận án đã chọn chi tiết thép 40Cr làm thép nền để phủ lớp bột cacbua
Cr3C2 - NiCr bằng phương pháp HVOF làm đối tượng nghiện cứu. Với
mục đích là xác định ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột phun và chuyển
động tương đối giữa đầu phun với chi tiết đến chất lượng lớp phủ được
phun bằng phương pháp HVOF, giúp cho lựa chọn vùng các thông số
công nghệ phun hợp lý khi áp dụng vào thực tế nhằm đảm bảo chất
lượng lớp phủ có độ xốp nhỏ nhất, độ bám dính lớn nhất, tạo cơ sở khoa
học cho việc hình thành lớp phủ đáp ứng yêu cầu kịp thời trong sản xuất,
hạ giá thành sản phẩm hạn chế nhập ngoại phù hợp với điều kiện Việt
nam.
Về ảnh hưởng của lưu lượng phun và tốc độ chuyển động tương

9. 6
đối giữa đầu phun và chi tiết phun đến chất lượng lớp phủ cho đến nay
chưa có tài liệu công trình nào công bố.
Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP PHUN
NHIỆT KHÍ
2.1. Lý thuyết về sự hình thành lớp phủ
Trong quá trình phát triển công nghệ phun phủ nhiệt, nhiều nhà
khoa học đã xây dựng các lý thuyết về sự hình thành lớp phủ, trong đó
các lý thuyết đóng vai trò quan trọng gồm:
- Lý thuyết của Pospisil- Sehyl.
- Lý thuyết của Schoop.
- Lý thuyết của Karg, Katsch, Reininger.
- Lý thuyết của Schenk.
Từ các quan điểm trên đã mô tả thành 4 giai đoạn đó là nung nóng
và làm nóng chảy vật liệu phun; phân tán hình thành giọt; bay và va đập
của các giọt kim loại lỏng tới bề mặt kim loại nền như hình 2.1.
Hình 2.1.Các giai đoạn quá trình phun nhiệt.
Khi các giọt kim loại lỏng bay đến va đập lên bề mặt nền, chúng sẽ
bám và đông đặc, lần lượt từng nhóm hạt, từng lớp và hình thành lớp
phủ.
2.2. Quá trình phun phủ HVOF
Quá trình phun HVOF là sự kết hợp của nhiệt năng và động năng
làm tan chảy và tăng tốc các hạt bột, bay tới bám vào bề mặt kim loại
nền tạo thành lớp phủ. Khí cacbon hydro (propan, propylen, acetylen)
hoặc hydrô tinh khiết được dùng làm khí nhiên liệu, nhiệt độ khí cháy
phụ thuộc vào việc lựa chọn khí và tỷ lệ lưu lượng giữa dòng khí ôxy và
dòng khí nhiên liệu. Vật liệu phủ, dưới dạng bột hoặc dây được cung
cấp vào dòng khí nóng, bị nung nóng đến trạng thái chảy và phun lên bề
mặt nền. Súng phun gồm có ba bộ phận: vùng trộn, vùng đốt và vòi
phun. Trong quá trình hoạt động, thân súng phun được làm mát bằng
khí nén hoặc bằng nước. Nhiên liệu và ôxy được trộn trong vùng trộn
và được dẫn vào vùng đốt; sử dụng ngọn lửa mồi hoặc đầu đánh lửa
ngoài để đốt cháy hỗn hợp khí. Trong quá trình đốt cháy, khí giãn nở và
tăng tốc trong vòi phun. Bột phun được tăng tốc nhờ vào luồng khí

10. 7
mang hút vào vùng đốt. Khi đi các hạt bột bị hút vào vùng đốt và ra
khỏi vòi phun, chúng bị nung nóng và được tăng tốc nhanh hơn. Do các
hạt bột bị phun với vận tốc lớn và va đập mạnh, tạo thành lớp phủ có độ
xốp thấp và khả năng bám dính cao hơn so với các phương pháp khác.
2.3. Tính chất của lớp phủ HVOF
Các lớp phun kim loại và hợp kim bằng phương pháp HVOF
không còn giữ nguyên các thành phần hóa học ban đầu của chúng. Dưới
đây là các tính chất của lớp phun.
Cấu trúc lớp phủ HVOF; thành phần của lớp phủ phun nhiệt; sự
lắng đọng của lớp phủ và đông đặc; ứng suất dư; độ cứng; độ xốp; độ
bám dính.
2.3.1. Cấu trúc lớp phủ
Cấu trúc lớp phủ được hình thành từ những khối nhỏ kim loại phủ,
được bồi đắp sát nhau và chồng chất lên nhau.
2.3.2. Thành phần của lớp phủ phun nhiệt
Trong quá trình phun nhiệt, thành phần của lớp phủ có thể khác
biệt với vật liệu dùng để phun phủ, do phản ứng của các hạt nóng chảy
với môi trường khí.
2.3.3. Sự lắng đọng của lớp phủ
Ban đầu các hạt được nung nóng chảy và được đẩy ra khỏi đầu
phun dưới dạng hình cầu, sau đó ở lần va đập đầu tiên với bề mặt nền
tạo ra lớp mỏng trên bề mặt nền, đã có nhiều tác giả nghiên cứu về đặc
điểm của hạt phun khi va đập.
2.3.4. Ứng suất dư
Quá trình tác động lên bề mặt vật liệu nền, các hạt nóng chảy bị biến
dạng thành các lớp mỏng, nhiệt độ của chúng giảm xuống và đông đặc.
Nhiệt độ giảm mạnh tạo ra ứng suất dư trong mỗi lớp mỏng. Trong quá
trình phun HVOF, quá trình chuyển pha cũng có thể tạo ra ứng suất dư .
Có hai cơ chế chính tạo ra ứng suất dư trong lớp phủ là: sự tôi và làm
nguội.
2.3.5. Độ cứng
Lớp phủ phun nhiệt có cấu trúc không đồng nhất, vật liệu lớp phủ
có chứa ôxit và rỗ xốp. Độ cứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố trước hết là
phương pháp phun và khi phun cùng một phương pháp - các điều kiện
phun như: (chế độ công tác của đầu phun, khoảng cách phun, các tính
chất vật lý của vật liệu nền, các tính chất của vật liệu phun, tốc độ cấp
vật liệu phun, tốc độ di chuyển của đầu phun hay vật liệu nền). Điều

11. 8
này được giải thích bởi những ảnh hưởng của phương pháp phun và
điều kiện phun đối với các tính chất của lớp phun như, cấu trúc, số
lượng và kích thước rỗ, các tạp chất và các liên quan khác.
2.3.6. Độ xốp
Độ xốp là một trong những tính chất quan trọng của lớp phủ phun
nhiệt. Trong quá trình phun khi các hạt chưa nóng chảy hết chúng sẽ bị
đông đặc và co ngót thể tích tạo thành các rỗ xốp tế vi. Ngoài ra, do các
hạt phun sau không điền hết không gian, sinh rỗ xốp. Tùy thuộc vào quá
trình phun, phương pháp phun mà lớp phủ có thể nhận được độ xốp
khác nhau, thông thường độ xốp lớp phủ đạt giá trị trong khoảng từ 0,1
đến 15%. Độ xốp còn phụ thuộc vào việc lựa chọn tối ưu hóa các thông
số phun như: kích thước hạt kim loại phun, tốc độ phun, lưu lượng phun
và khoảng cách phun. Do đó, việc nghiên cứu để làm giảm độ xốp đến
giá trị thấp nhất đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các ngành công nghiệp
luôn được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm.
2.3.7. Độ bám dính
Độ bám dính cao là một trong những thông số quan trọng nhất, ảnh
hưởng đến hiệu suất của nhiệt phun hệ thống phủ ngoài bề mặt trong
các ứng dụng thực tế của lớp phủ. Đối với nhiều ứng dụng độ bám dính
của lớp phủ là rất quan trọng đối với hiệu suất của phần phủ. Sự bám
dính của lớp phủ với vật liệu nền là một trong những yếu tố quan trọng
nhất được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Do quá trình làm nguội
nhanh, sự khuếch tán qua lại giữa lớp phủ và vật liệu nền chỉ xảy ra ở
mức độ hạn chế, do đó sự bám dính chủ yếu mang tính chất vật lý, chứ
không mang tính chất luyện kim hay hóa học.
2.4. Cơ sở nhiệt động lực học quá trình phun HVOF
2.4.1. Động lực học dòng khí
Động lực học quá trình phun nhiệt khí HVOF là động lực học dòng
hai pha khí và hạt (pha khí và pha rắn). Mô hình động lực học dòng hai
pha kết hợp giữa pha khí và pha hạt là mô hình phức tạp bao gồm hệ
các phương trình vi phân và đạo hàm riêng, nên rất khó để nghiên cứu
thực nghiệm, do đó luận án chọn phương pháp phân tích động lực học
dòng khí bằng mô phỏng.
Kết quả mô phỏng động lực học dòng khí quá trình phun phủ
HVOF đã chỉ ra ảnh hưởng của các thông số động học phun tới sự phân
bố nhiệt độ và áp suất dòng phun, làm cơ sở để điều chỉnh các tham số
công nghệ.

12. 9
2.4.2. Động lực học hạt
Mô hình động lực học hạt trong phun HVOF được xây dựng bằng
phương pháp Lagrange.
Trong mô hình động lực học hạt phun HVOF, ngoại lực tác dụng lên
các hạt chính là lực khí động. Các lực lượng khác như trọng lực, chênh
lệch áp suất có thể được bỏ qua. Với những giả định, chuyển động hạt
dọc theo hướng trục trong các tọa độ Đề cac được mô tả bởi phương
trình:
 1
,
2
p p
p D g p g p g p p
dv dx
m C A v v v v v
dt dt
   
trong đó, mp, vp, dp, và xp là khối lượng, vận tốc, đường kính, và vị trí
của hạt, tương ứng. Ap là diện tích hiệu dụng của các hạt trên mặt phẳng
vuông góc với hướng dòng chảy. vg và ρg là tốc độ và mật độ của khí CD
là hệ số cản khí động, trong đó hệ số Reynolds riêng (Re) được xác định
bởi Re = (dp/vg - vp/ρg)/μg, ở đây μg là độ cản nhớt khí.
Kết quả cơ bản từ các mô hình động lực học hạt cho thấy: Các hạt
bị ảnh hưởng bởi trường khí với mức độ khác nhau tùy thuộc vào kích
thước của chúng. Các hạt nhỏ có thể được đẩy nhanh và làm nóng lên
đến vận tốc và nhiệt độ rất cao. Tuy nhiên, vì sự cuốn theo không khí
môi trường xung quanh, vận tốc và nhiệt độ khí bị giảm xuống ở tâm
dòng. Kết quả là, vận tốc và nhiệt độ của các hạt nhỏ cũng giảm nhanh
hơn so với các hạt cỡ lớn hơn.
Vận tốc và nhiệt độ hạt khi va chạm với bề mặt phun phụ thuộc rất
lớn và kích cỡ hạt và dạng quỹ đạo của hạt. Vận tốc và nhiệt độ lớn nhất
đạt được với các hạt có cỡ trung bình. Khi các hạt có cỡ tương tự nhưng
với quỹ đạo khác nhau (do sự phân bố vị trí khác nhau) thì tốc độ và
nhiệt độ khi va chạm với bề mặt phun cũng khác nhau.
2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ phun HVOF
Trong quá trình phun có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng
lớp phủ như: Nhiệt độ bề mặt, tốc độ chuyển động của hạt phun, nhiệt
độ của hạt phun, kích thước hạt phun, áp suất khí thổi, áp suất khí oxy,
tốc độ quay của chi tiết và lượng dịch chuyển của đầu phun, lưu lượng
cấp bột phun, độ nhấp nhô bề mặt, góc độ phun, khoảng cách phun,...
Tuy nhiên, chất lượng lớp phủ còn phụ thuộc vào loại vật liệu bột phun
và vật liệu nền. Các yêu tố nêu trên có những ảnh hưởng nhất định đến
chất lượng lớp phủ. Trong khuôn khổ của luận án tác giả tập trung
nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng lớp phủ

13. 10
như: Tốc độ di chuyển vết phun (Vct) phụ thuộc vào số vòng quay
(n)đối với chi tiết dạng trục, tốc độ chuyển động tương đối giữa súng
phun với chi tiết (S)và lưu lượng cấp bột phun(m).
2.5.1. Ảnh hưởng của dịch chuyển tương đối giữa đầu phun và chi tiết
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dịch chuyển tương đối giữa đầu
phun và chi tiết, xét các chuyển động hình thành lớp phủ được ô tả chi
tiết trên mặt phẳng hình 2.2a.
Đối với chi tiết dạng trục thì chuyển động của chi tiết là chuyển
động quay tròn so với súng phun (tốc độ dịch chuyển vết phun Vct hay
số vòng quay n và ứng với đường kính của chi tiết) hình 2.2b.
Hình 2.2: Mô tả quá trình chuyển động hình thành lớp phủ.
Đồng thời đầu phun lại chuyển động tịnh tiến theo hướng song
song với tâm chi tiết (S) để kết hợp tạo thành đường xoắn trên bề mặt
trụ của chi tiết phun làm cho các lớp phủ đan xen và chồng chất lên
nhau tạo thành lớp phủ sau mỗi lần phun và cứ nhiều lần phun sẽ tạo
được độ dày lớp phủ theo mong muốn như hình 2.2 e-f.
2.5.2. Ảnh hưởng của các tham số động học phun
Trên thực tế khi dòng hạt phun tương tác với bề mặt được phủ là sự
va đập của các hạt bột dưới tác động của dòng hỗn hợp với tốc độ cao
đã đẩy các hạt bắn vào và dính lại trên bề mặt cần phun chính vì vậy

14. 11
nếu mức độ tương tác giữa dòng hạt phun với chi tiết liên quan đến thời
gian của dòng hỗn hợp chồng chất lên nhau theo một đơn vị thời gian
dài hay ngắn phụ thuộc vào quá trình tạo chuyển động tương quan giữa
chi tiết phun với súng phun.
Để khảo sát cho lớp phủ được chồng chất lên nhau theo các mức
độ thay đổi của từng lần dịch chuyển ta có thể mô phỏng như hình 2.3
với khoảng cách phun là 250 mm thì độ chụm của chùm tia phun cỡ
khoảng 12mm nên chọn với tốc độ quay của chi tiết thay đổi từ khoảng
n = 57 đến 170 vòng/phút với đường kính chi tiết D = 60, 70, 80 mm
tương đương với V = 10.7 m/phút đến 42.7 m/phút với lượng tịnh tiến
của súng phun khoảng 1/4, 1/2 và 2/3 chùm tia phun sau mỗi vòng quay
của chi tiết là S = 3; 6 ; 9 mm/vòng.
Hình 2.3: Hình ảnh tốc độ dòng phun theo từng vị trí.
Qua sơ đồ mô phỏng ta thấy mức độ ảnh hưởng của vị trí tương đối
giữa súng phun với chi tiết được phủ sẽ tạo cho các lát phủ chồng chất
lên nhau có mật độ các hạt phủ khác nhau nếu tiến nhanh thì lượng
chồng chất của các hạt thưa hơn tiến chậm theo chiều (S) còn chiều dọc
thì chọn tốc độ quay(n hoặc V) khác nhau sẽ có sự dịch chuyển của các
lớp thay đổi điều này có ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ.
2.5.3. Ảnh hưởng của vật liệu phun và lưu lượng cấp bột
Tính chất bột và đặc tính (hình dạng hạt, cấu trúc và kích thước,
mật độ bột và khả năng, độ tinh khiết...) phụ thuộc vào phương pháp
sản xuất bột, tức là, nghiền và xay xát, nước và khí phun, sấy phun, tích
tụ và thiêu kết. Các nghiên cứu đã chỉ ra ý nghĩa của nguyên liệu khác
nhau cho các lớp phủ hình thành, như đặc điểm hạt rất khác nhau trong
quá trình phun (ví dụ, nhiệt độ và vận tốc). Khi nào bột từ các vật liệu
tương tự, nhưng với hình thái khác nhau của phân bố kích thước khác
nhau, có được phun với nhiệt độ tương tự và phạm vi vận tốc, lớp phủ

15. 12
hình thành đã thể hiện đáng kể sự khác biệt trong một vài thuộc tính ví
dụ như, mô đun đàn hồi. Ví dụ về bột phun khác nhau hình thái đặc
điểm nguyên liệu (dạng hạt, phân bố kích thước, mật độ và hóa học) có
ảnh hưởng đến sự hình thành và hiệu quả quá trình thay đổi độ dày mỗi
lớp phủ.
Kết luận chương 2
Qua nghiên cứu lý thuyết về sự hình thành lớp phủ bằng công nghệ
phun nhiệt và động lực học quá trình phun HVOF cho thấy:
- Chất lượng lớp phủ hình thành nhờ lớp kim loại nóng chảy từ đầu
súng phun được phủ từng lớp lên bề mặt cần phun nên muốn có được
lớp phủ có độ xốp nhỏ, độ bám dính và độ cứng cao cần phải nghiên
cứu lựa chọn các thông số công nghệ (m,n,s) cho hợp lý.
- Từ mô phỏng động lực học quá trình phun cho thấy để đạt được
chất lượng lớp phủ tốt thì khoảng cách từ đầu súng phun tới bề mặt cần
phun là khoảng 250 mm, kích thước bột phun khoảng từ 0.5 đến 20 µm.
- Tốc độ quay của chi tiết n = 57, 130, 170 vòng/phút với đường
kính mẫu phun là Ф = 60, 70, 80 mm tương đương vớiVct = 10,7 – 42,7
m/phút với lượng dịch chuyển súng phun là S = 3, 6, 9 mm/vòng. Đó là
những cơ sở khoa học cho việc tiến hành lựa chọn vật liệu bột phun,
thiết bị phun, thiết bị kiểm tra chất lượng lớp phủ thực nghiệm và đánh
giá kết quả thực nghiệm ở các nội dung tiếp theo.
Chương 3. VẬT LIỆU,TRANG THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP
PHUN VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LỚP PHỦ
3.1. Vật liệuphun phủ
3.1.1. Vật liệu nền: Mẫu thực nghiệm là thép 40Cr
3.1.2. Vật liệu bột phun
Vật liệu phun là bột bột cacbua Cr3C2 - NiCr được cung cấp bởi
Công ty Sulzer Metco (Singapore) Pte. Ltd., như hình 3.1 để làm thí
nghiệm.
Hình 3.1: Hình ảnh bột phun Cr3C2– NiCr.

16. 13
3.2. Thiết bị thực nghiệm
3.2.1. Thiết bị phục vụ thực nghiệm:
Sử dụng máy tiện vạn năng của hãng HAKUSAN - Nhật, để chế
tạo đồ gá (trục gá), chế tạo mẫu phun và dùng để gá mẫu trong quá trình
phun, làm sạch lớp bề mặt mẫu phun sử dụng máy phun hạt TSA–206
và thiết bị thuộc công ty TNHH dịch vụ kỹ thuật Quang khánh – Vũng
Tàu.
3.2.2. Thiết bị phun
Hình 3.2. Thiết bị thực nghiệm phun HVOF.
Thiết bị phun HVOF gồm ba bộ phận là: bảng điều khiển MP-
2100; súng phun HP-2700M; bộ phận cấp bột phun PF-3350
3.2.3. Thiết bị đánh giá tổ chức và tính chất lớp phủ
- Máy đo độ cứng tế vi IndentaMet 1106 (Mỹ);
- Kính hiển vi quang học GX51F(Nhật);
- Thiết bị máy kéo, nén TUTM (Hàn quốc);
- Thiết bị hiển vi điện tử quét trường bức xạ FESEM (Nhật Bản).
3.3. Phương pháp đánh giá chất lượng lớp phủ
3.3.1. Phương pháp xác định độ cứng lớp phủ
Độ cứng được đo theo phương pháp Vicker – thang đo HV
Hình 3.3. Ảnh chụp máy đo độ
cứng tế vi IndentaMet 1106
Hình 3.4. Ảnh chụpkết quả đo
độ cứnglớp phủ

17. 14
3.3.2. Phương pháp xác định độ xốp lớp phủ
Độ xốp được đo theo phương pháp kim tương học.
Hình 3.5. Ảnh chụp kính hiển vi Kính hiển vi quang học GX51F(Nhật)
đo độ xốp lớp phủ
3.3.3. Phương pháp xác định độ bám dính lớp phủ
Độ bám dính được kiểm tra theo phương tiếp tuyến.
3.3.4. Phương pháp chụp ảnh FE-SEM
Để khảo sát sự phân bố của tổ chức, cấu trúc tế vi vùng biên giới
liên kết giữa lớp phủ bột các bua Cr3C2 - NiCr và nền thép 40Cr, mẫu
được chụp với nhiều mức phóng đại khác nhau (1000-30000lần)
3.4. Quy trình phun phủ thử nghiệm
Quy trình phun phủ thử nghiệm như trên hình 3.8.
3.5. Tiến hành phun phủ thực nghiệm
Việc phun lớp bột các bua Cr3C2 - NiCr và nền thép 40Crbằng
phương pháp phun HVOF, được thực hiện tại Công ty Quang khánh-
Vũng tàu
Quá trình phun tiến hành thay đổi các giá trị của các thông số phun
như lưu lượng cấp bột phun m = 25÷45g/ph; tốc độ chuyển động của
chi tiết n= 57÷170 vòng/phút; chuyển động của súng phun s = 3 ÷ 9
mm/vòng.
Hình 3.6. Ảnh chụp thiết bị
đo độ bám tiếp tuyến
Hình 3.7. Đồ thị giá trị lực
nén khi đo bám dính lớp
phủ

18. 15
Hình 3.8. Quy trình phun nhiệt khí tốc độ cao HVOF
Kết luận chương 3.
Từ kết quả nghiên cứu đã chọn được vật liệu nền là thép 40Cr và
bột phủ là Cr3C2 – NiCr
- Đã lập được quy trình thử nghiệm và phương pháp quy hoach
thực nghiệmvới số thí nghiệm tối thiểu là N = 33
= 27 mẫu.
Đã lựa chọn được các thiết bị phục vụ quá trình thực nghiệm như:
Máy tiện vạn năng, thiết bị làm sạch bề mặt TSA, thiết bị phun gồm
súng phun HP 2700M, bảng điều khiển MP 2100, bộ phận cấp bột phun
PF 3350
- Đã lựa chọn các thiết bị đánh giá chất lượng lớp phủ gồm:
Kính hiển vi quang học GX51F của Nhật bản, Máy kéo nén TUTM
của Hàn quốc, máy đo độ cứng tế vi.
Trên cơ sở đó đã tiến hành thực nghiệm đưa ra được kết quả thực
nghiệm phun phủ tạo cơ sở khoa học và độ tin cậy cho việc đánh giá kết
quả và đưa ra phương pháp đánh giá độ xốp, độ bám dính và độ cứng
lớp phủ đáp ứng tiêu chí là độp xốp nhr nhất, độ bám dínhcao nhất với
vật liệu phủ và vật liệu nền đã chọn phù hợp với điều kiện của Việt
Nam.
Chương 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1. Kết quả các thông số sau khi sử dụng các thiết bị đo
Sau khi thí nghiệm và đo kiểm trên các thiết bị chuyên dùng như
Chuẩn bị mẫu trước khi phun
(Vật liệu, kích thước và trạng thái bề mặt
phun…)
Chuẩn bị bề mặt mẫu
(Làm sạch và tạo nhám)
Chuẩn bị
vật liệu phun, thiết bị
phun
Lựa chọn chế độ công nghệ
Gia nhiệt
Tiến hành phun
Gia công cơ khí sau
phun
Kiểm tra chất lượng lớp phủ

19. 16
đã trình bày ở trên ta nhận được kết quả các thông số đo như bảng 4.1.
Bảng 4.1: Kết quả đo độ xốp, độ bám dính, độ cứng
TT Mã
m
(g/phút)
n
(v/phút)
S
(mm/v)
γ
(%)
τ
(MPa)
HV
1 000 25 57 3 1,55 41,810 586,40
2 001 25 57 6 2,71 39,268 582,60
3 002 25 57 9 3,22 36,665 560,70
4 010 25 130 3 1,30 44,578 648,00
5 011 25 130 6 2,37 41,541 635,00
6 012 25 130 9 3,06 38,474 645,80
7 020 25 170 3 1,32 44,348 566,00
8 021 25 170 6 2,38 42,045 564,20
9 022 25 170 9 3,10 40,436 503,20
10 100 35 57 3 1,46 42,575 596,10
11 101 35 57 6 2,59 39,891 616,10
12 102 35 57 9 3,17 37,383 562,40
13 110 35 130 3 1,25 45,753 654,70
14 111 35 130 6 2,26 42,715 643,60
15 112 35 130 9 3,01 40,961 657,00
16 120 35 170 3 1,36 43,495 571,50
17 121 35 170 6 2,45 41,719 564,20
18 122 35 170 9 3,13 39,651 512,40
19 200 45 57 3 1,38 43,562 610,00
20 201 45 57 6 2,47 40,616 608,00
21 202 45 57 9 3,11 38,036 564,20
22 210 45 130 3 1,28 45,100 541,60
23 211 45 130 6 2,32 42,201 538,20
24 212 45 130 9 3,08 40,805 553,60
25 220 45 170 3 1,39 42,785 578,90
26 221 45 170 6 2,49 41,343 566,00
27 222 45 170 9 3,19 39,004 533,20
4.2. Xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm
Sử dụng phương pháp cực tiểu bình phương, với hàm mục tiêu lựa
chọn dạng hàm đa thức bậc hai của các biến với hàm 3 biến bậc 2 có
dạng:
2 2 2
1 1 2 3 1 2 1 3 2 3 12 3 4 5 1 5 2 8 36 7f a a x a x a x a x x a x x a x x a x a x a x        (4.1)

20. 17
Các hàm hồi quy được tìm theo luật cực tiểu bình phương sai số:
  1 1 2 3 1 2
2 2 2
1 3 2 3 1
2
2 2 3 4 5
1
1 5 2 8
2 3
1 31 6 7
, ,
n n
i i i i i
i i
a a x a x a x a x x
P z
a x x a x
x x x z
x a x a x a x

 
     
               
  (4.2)
trong đó, 1 2 3, , ,i i i iz x x x là các giá trị đã biết; 1 2 3 4, , ,a a a a là các biến phải
tìm.
Khai triển hệ phương trình trên, được hệ phương trình đại số với số
biến đúng bằng số hệ số của phương trình hồi quy. Giải hệ phương trình
này thu được các hệ số của hàm hồi quy, tự hàm hồi quy được xác định.
Trên cơ sở kết quả xác định độ xốp lớp phủ trên các mẫu thí
nghiệm, sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm giải bằng phần
mềm MATLAB được hàm độ xốp theo các thông số là phương trình
(4.3).
2 2 2
1,39 0,032 0,0158 0,54 0,000115. . 0,00012. .
0,00033. . 0,00021. 0,000045. 0,0228.
m n S m n n S
m S m n S
      
   
(4.3)
Hàm ứng suất bám trượt theo các thông số là phương trình (4.4).
2 2 2
32,9 0,36 0,15 1,4 0,00106. . 0,00196. .
0,00389. . 0,00334. 0,00049. 0,0198.
m n S m n n S
m S m n S
      
   
(4.4)
4.3. Ảnh hưởng của các thông số tới độ xốp lớp phủ
Từ phương trình hàm hồi quy thực nghiệm (4.3), vẽ được các đồ
thị 2D, 3D phản sự ảnh hưởng của các thông số lưu lượng cấp bột, tốc
độ quay chi tiết và tốc độ dịch chuyển súng phun tới độ xốp lớp phủ.
4.3.1. Ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột phun tới độ xốp lớp phủ
Hình 4.1: Đồ thị 3D mối quan hệ (m) đến độ xốp lớp phủ.
Hình 4.2: Đồ thị 2D và mối quan hệ (m) đến độ xốp lớp phủ.

21. 18
Trên đồ thị 2D và 3D hình 4.1 và 4.2 cho thấy khi thay đổi lưu
lượng cấp bột phun từ 25 gam/phút, 35 gam/phút và 45 gam/phút với
chế độ thực nghiệm theo quy hoạch trên các mẫu thì độ xốp lớp phủ có
thay đổi với các mức cấp bột khác nhau nhưng mức độ ảnh hưởng
không nhiều.
4.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ quay chi tiết tới độ xốp lớp phủ
Tốc độ của dòng hạt phun rất lớn nên mức độ nhanh hay chậm của
vị trí tương tác giữa chùm hạt phun với tốc độ di chuyển của bề mặt có
chịu ảnh hưởng nhưng không lớn như khảo sát các mức độ thay đổi của
tốc độ ở các đồ thị đã thể hiện.
Hình 4.3:Đồ thị 3D mối quan hệ (n) đến độ xốp lớp phủ.
Hình 4.4: Đồ thị 2D mối quan hệ (n) đến độ xốp lớp phủ.
4.3.3. Ảnh hưởng dịch chuyển súng phun tới độ xốp lớp phủ
Quá trình phun khi dịch chuyển súng phun tăng lên đồng nghĩa với
việc giảm sự chồng nén của từng lớp phủ, tăng khả năng tiếp xúc với
môi trường của các hạt bột theo thời gian và ôxy hóa của các hạt bột
tăng dễ tạo cho việc hình thành các lỗ rỗng sau các lớp phun chồng chất
lên nhau và làm cho độ xốp lớp phủ có xu hướng tăng.
Hình 4.5: Đồ thị 3D mối quan hệ (S) đến độ xốp lớp phủ.

22. 19
Hình 4.6:Đồ thị 2D mối quan hệ (S) đến độ xốp lớp phủ.
Tóm lại: Kết quả thực nghiệm trong vùng khảo sát các thông số
(m,n,S) cho thấy chất lượng lớp phủ nếu đánh giá về độ xốp thì miền
thông số đạt được chất lượng lớp phủ có độ xốp là nhỏ nhất mằm trong
khoảng: Lưu lượng cấp bột là từ m = 35 gam/phút, tốc độ quay của chi
tiết n = 130 vòng/ phút, tốc độ dịch chuyển súng phun s = 3 mm/vòng.
Cụ thể là mã mẫu 110 cho độ xốp nhỏ nhất.
Mã m (gam/phút) n (vòng/phút) S (mm/vòng) γ (%)
110 35 130 3 1,25
Hình 4.7: Ảnh chụp đo độ xốp mẫu số 110.
4.4. Ảnh hưởng của các thông số đến độ bám dính lớp phủ
Từ phương trình hàm hồi quy thực nghiệm (4.4), vẽ được các đồ
thị 2D, 3D phản sự ảnh hưởng của các thông số lưu lượng cấp bột, tốc
độ quay chi tiết và tốc độ dịch chuyển súng phun tới độ xốp lớp phủ.
4.4.1. Ảnh hưởng của lượng cấp bột tới độ bám lớp phủ
Khi thay đổi lưu lượng cấp bột làm thay đổi mật độ hạt phun lên bề
mặt chi tiết, dẫn đến thay đổi sự cháy của các hạt trong buồng đốt, mật
độ các hạt cao có thể tạo nên sự ôxy hóa của các hạt làm giảm khả năng
liên kết giữa các lớp với nhau và liên kết với bề mặt chi tiết phủ lớp phủ

23. 20
có xu hướng giảm độ bám dính giữa lớp phủ với vật liệu nền. Kết quả
này được thể hiện trên các đồ thị hình 4.8 và 4.9.
Hình 4.8: Đồ thị 3D mối quan hệ (m)đến độ bám dính lớp phủ.
Hình 4.9: Đồ thị 2D mối quan hệ (m)đến độ bám dính lớp phủ.
4.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ quay tới độ bám dính lớp phủ
Tốc độ quay chi tiết ảnh hưởng lớn tới độ bám dính lớp phủ. Các
đồ thị 2D và 3D cho thấy miền có độ bám cao nhất trong khoảng khảo
sát là tốc độ quay của chi tiết nằm trong khoảng n = 100 ÷ 140
vòng/phút.
Hình 4.10: Đồ thị 3D mối quan hệ (n) đến độ bám dính lớp phủ.
Hình 4.11:Đồ thị 2D mối quan hệ (n)đến độ bám dính lớp phủ.

24. 21
4.4.3. Ảnh hưởng của dịch chuyển đầu phun tới độ bám dính lớp phủ
Lượng dịch chuyển đầu phun ảnh hưởng khá lớn tới độ bám dính,
mức độ ảnh hưởng có xu hướng giảm theo mức độ tăng lượng dịch
chuyển súng phun và tăng theo mức độ tăng tốc độ quay của chi tiết và
lưu lượng cấp bột.
Hình 4.12:Đồ thị 3D mối quan hệ (S)đến độ bám dính lớp phủ.
Hình 4.13: Đồ thị 2D mối quan hệ (S)đến độ bám dính lớp phủ.
Tóm lại: Từ hàm thực nghiệm và đồ thị cho thấy độ bám dính của
lớp phủ với lớp nền có xu hướng thay đổi khi lượng dịch chuyển của
súng phun; lưu lượng cấp bột và tốc độ quay của chi tiết thay đổi. Trong
đó mức độ ảnh hưởng lớn nhất là khi thay đổi lượng dịch chuyển súng
phun.
Điều này có thể giải thích khi lượng dịch chuyển tăng thì lớp hạt
chồng chất lên bề mặt mỏng, nguội nhanh, co ngót lớn nên bám dính
kém hơn. Bằng kết quả thực nghiệm trong vùng khảo sát các thông số
(m,n,S) như trên đã được thể hiện ở các đồ thị 2D và 3D cho thấy chất
lượng lớp phủ nếu đánh giá về độ bám dính thì miền thông số đạt được
chất lượng lớp phủ có độ bám dính tốt nhất là mằm trong khoảng: Lưu
lượng cấp bột là m = 35 ÷ 40 gam/phút, tốc độ quay của chi tiết n =100
÷ 140 vòng/ phút, tốc độ dịch chuyển súng phun S = 3 ÷ 6 mm/vòng.

25. 22
Cụ thể độ bám cao nhất là mẫu 110:
Mã m (gam/ phút) n (vòng/ phút) S (mm/vòng) τ (MPa)
110 35 130 3 45,7525
Hình 4.14 :Ảnh chụp đo lực để tính độ bám mẫu số 110.
4.5. Kết quả và mối quan hệ thông số đến độ cứng lớp phủ
Tổ chức tế vi và độ cứng của các lớp vật liệu sau khi phun phủ
bằng phương pháp HVOF là các tiêu chí đánh giá chất lượng tổng hợp.
Kết quả khảo sát đo độ cứng, ảnh chụp tổ chức tế vi tại vùng biên giới
liên kết giữa lớp phủ bột cacbua Cr3C2-NiCr trên nền trục thép 40Cr
bằng phương pháp phun HVOF như hình 4.15.
Hình 4.15: Ảnh Soi vết đo độ cứng và vùng biên giới liên kết.
Theo các kết quả đo độ cứng tại các mẫu theo các chế độ phun
khác nhau cho thấy, độ cứng lớp phủ đạt giá trị trung bình 583 HV,
Đồng thời, trên ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết giữa lớp

26. 23
phủ bột cacbua Cr3C2-NiCr và nền thép 40Cr hình 4.15 cho thấy, các
vết ấn có kích thước tăng dần từ phần lớp phủ sang phần lõi thép, lớp
phủ nhận được trên các mẫu thực nghiệm khảo sát có độ mịn, tỷ lệ tạp
chất ở bên trong lớp phủ ít, độ xốp nhỏ các mẫu có độ xốp nhỏ thường
có độ cứng cao hơn mẫu có độ xốp lớn vì khi lưu lượng cấp bột tăng thì
số các hạt bột nóng chảy không hoàn toàn cũng tăng theo làm giảm liên
kết giữa các lát phủ và sẽ phần nào đó ảnh hưởng đến độ bền liên kết và
độ cứng lớp phủ các mẫu có độ cứng cao hơn nằm trong vùng tốc độ
quay của của mẫu là 130 vòng/phút với các lượng dịch chuyển súng
phun nằm trong khoảng từ 3 đến 6 mm/vòng và lưu lượng cấp bột
khoảng 25 đến 35 gam/phút điều đó cho thấy với vùng tốc độ và lượng
tiến của súng như vậy là hợp lý để có được độ cứng lớp phủ cao nhất
trong miền khảo sát và cũng tuân thủ theo quy luật độ xốp nhỏ thì liên
kết giữa các lát phủ chặt chẽ hơn dẫn đến độ cứng cao hơn.
Kết luận chương 4:
Kết quả đo độ cứng lớp phủ và các mẫu chụp ảnh SEM cho thấy
vùng biên giới liên kết giữa lớp phủ bột cacbua Cr3C2-NiCr và nền thép
40Cr có ít tạp chất, cấu trúc tế vị mịn. Điều đó cho thấy lớp phủ có độ
xốp thấp phù hợp với tính chất, cấu trúc của lớp phủ.
Đã xây dựng được phương trình toán học hàm bậc 2 và các đồ thị
2D, 3D biểu diễn mối quan hệ về ứng suất bám dính và độ xốp lớp phủ
ứng với các thông số phun m, n và S. Đó là các công thức (4.1), (4.2),
theo chỉ tiêu lớp phủ có độ xốp thấp và độ bám dính cao, đã xác định
được vùng thông số hợp lý trong miền khảo sát là m = 35÷40
gam/phút ; n = 100 ÷ 140 vòng/phút (Vct = 21,98 ÷ 30,772 m/phút) và S
= 3 ÷ 6 mm/vòng (S = 5,675 – 11,35 mm/giây). Cụ thể với mẫu thực
nghiệm số 110 cho kết quả độ xốp nhỏ nhất và độ bám dính cao nhất
với các cặp thông số như sau:
Mã
m
(gam/phút)
n
(vòng/phút)
S
(mm/vòng)
γ
(%)
τ
(MPa)
110 35 130 3 1,25 45,7525
Với mẫu số 110 có đường kính thực nghiệm là D = 70 mm nên
quy đổi tương đương ứng với tốc độ dịch chuyển bề mặt chi tiết phun
Vct = 28,574 m/phút và lượng tiến súng phun là 3 mm/vòng với tốc độ
130 vòng/ phút quy đổi tương đương ta có lượng dịch chuyển súng
phun sẽ là S = 6,5 mm/giây.

27. 24
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
1. Sự hình thành lớp phủ bột cacbua Cr3C2-NiCr trên nền trục thép
40Cr bằng phương pháp phun HVOF phụ thuộc vào nhiều thông số
trong đó các thông số m,n, s là những thông số có ảnh hưởng đáng
kể đến chất lượng lớp phủ
2. Làm rõ sự hình thành lớp phủ bột cacbua Cr3C2-NiCr trên nền trục
thép 40Cr bằng phương pháp phun HVOF, chỉ rõ liên kết lớp phủ
bột cacbua Cr3C2-NiCr với kim loại nền chủ yếu là liên kết cơ
nhiệt.
3. Đã ứng dụng phương pháp mô phỏng để mô tả quá trình phun bột
Cr3C2-NiCr lên bề mặt trục thép 40Cr bằng phương pháp HVOF,
tạo cơ sở khoa học và định hướng cho việc thực nghiệm phun phủ
HVOF trên mẫu thực nghiệm.
4. Xây dựng được phương trình toán học hàm bậc 2 (4.1); (4.2) phản
ánh mối quan hệ giữa độ xốp, ứng suất bám dính của lớp phủ với
ba thông số chế độ phun là: lưu lượng cấp bột phun (m); chuyển
động tương đối giữa súng phun với bề mặt chi tiết phun (n) và
lượng dịch chuyển đầu súng phun sau mỗi lớp phun (S).
5. Xây dựng được các đồ thị dạng 2D, 3D, từ đó lựa chọn được vùng
giá trị hợp lý của thông số công nghệ phun (m), (n) và (s) là:
m = 35gam/phút ;
n = 130 vòng/phút (Vct = 28,574 m/phút)
S = 3 mm/vòng (S = 6,5 mm/giây)
Tương ứng với các giá trị đó có độ xốp, độ bám dính là tốt nhất.
Kiến nghị :
Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo trong việc lựa
chọn thông số phun hoặc có thể xây dựng mô hình thiết bị phun HVOF
để phục vụ cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học chế tạo mới hoặc phục
hồi chi tiết máy bị mòn trong điều kiện ở Việt Nam góp phần hạn chế
nhập khẩu giảm giá thành sản phẩm nâng cao năng suất cải thiện đời
sống cho người lao động.