Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến tính chất lớp phủ nhôm và hợp kim Ni 20Cr trên thép

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng phun phủ nhiệt trên thế giới

1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt ở Việt Nam

1.3. Nguyên lý công nghệ phun phủ nhiệt

1.4. Mục đích và phân loại công nghệ phun phủ nhiệt

1.5. Cấu trúc và tính chất của lớp phủ kim loại

1.5.1. Vật liệu nhôm và lớp phủ nhôm

1.5.1.1. Sơ lược về vật liệu nhôm

1.5.1.2. Lớp phủ nhôm

1.5.2. Vật liệu crôm, niken và lớp phủ hợp kim Ni-20Cr

1.5.2.1. Sơ lược về crôm (Cr)

1.5.2.2. Sơ lược về niken (Ni)

1.5.2.3. Lớp phủ hợp kim Ni-20Cr

1.5.3. Lớp phủ kép Ni-20Cr và Al

1.5.4. Xử lý nhiệt lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

1.5.5. Tương tác giữa lớp phủ Al với nền thép

1.5.6. Tương tác giữa lớp phủ Ni-20Cr với lớp phủ nhôm

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Chế tạo mẫu nghiên cứu

2.1.1. Mẫu thép nền

2.1.2. Vật liệu phun

2.1.3. Trang thiết bị phun phủ kim loại

2.2. Nghiên cứu chế độ xử lý bề mặt nền thép

2.2.1. Mẫu thí nghiệm

2.2.2. Các thông số phun nhám

2.2.3. Thiết bị đo độ nhám

2.3. Lựa chọn thông số công nghệ phun phủ tối ưu

2.3.1. Chọn thông số công nghệ phun tối ưu

2.3.2. Phun phủ mẫu thí nghiệm

2.3.3. Xử lý nhiệt lớp phủ

2.3.3.1. Mẫu để xử lý nhiệt

2.3.3.2. Chế độ xử lý nhiệt

2.3.3.3. Thiết bị sử dụng

2.4. Nghiên cứu cấu trúc lớp phủ

2.4.1. Đo độ xốp lớp phủ

2.4.2. Nghiên cứu tổ chức tế vi bằng kính hiển vi quang học

2.5. Xác định độ cứng lớp phủ

2.6. Nghiên cứu thành phần của lớp phủ

2.6.1. Nghiên cứu thành phần hóa học bằng phương pháp EDS

2.6.2. Phân tích các pha bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen

2.7. Nghiên cứu các tính năng của lớp phủ

2.7.1. Đánh giá khả năng bám dính của lớp phủ

2.7.2. Đo cường độ mài mòn của lớp phủ

2.7.3. Đánh giá khả năng chống ăn mòn của lớp phủ

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu xác định chế độ xử lý bề mặt trước khi phun phủ

3.2. Nghiên cứu xác định chế độ phun phủ tối ưu

3.2.1. Tối ưu hóa chế độ phun phủ hợp kim Ni-20Cr

3.2.2. Tối ưu hóa chế độ phun phủ Al

3.3. Độ bám dính của lớp phủ nhôm trên nền thép trước khi xử lý ủ nhiệt

3.4. Tổ chức tế vi và độ cứng tế vi của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr trước khi xử lý ủ nhiệt

3.4.1. Tổ chức tế vi trước khi xử lý nhiệt

3.4.2. Độ cứng tế vi trước khi xử lý nhiệt

3.5. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt tới tổ chức tế vi, độ cứng và độ xốp của hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến tổ chức tế vi của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

3.5.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến tổ chức tế vi của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr ở nhiệt độ 550 và 600oC

3.5.3. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến hình dạng, kích thước và phân bố rỗ xốp trong lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

3.5.4. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến độ cứng của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

3.6. Kết quả nghiên cứu thành phần hóa học bằng phương pháp EDS

3.7. Kết quả nghiên cứu các pha liên kim bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen

3.8. Nghiên cứu khả năng chống mài mòn của lớp phủ

3.9. Nghiên cứu khả năng chống ăn mòn của lớp phủ

3.10. Một số ứng dụng điển hình của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

3.10.1. Phân tích kết cấu chi tiết và mức độ hư hỏng cần khắc phục của quạt hút

3.10.2. Quá trình phun phủ phục hồi bề mặt chi tiết bị ăn mòn

3.10.3. Một số ứng dụng khác của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến tính chất lớp phủ nhôm

Chế độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất lớp phủ nhôm trên nền thép. Nghiên cứu cho thấy, khi áp dụng các chế độ xử lý nhiệt khác nhau, cấu trúc và độ cứng của lớp phủ nhôm có sự thay đổi rõ rệt. Các pha liên kim giữa nhôm và thép như Fe3Al, FeAl2 được hình thành, góp phần nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ. Theo một nghiên cứu, lớp phủ nhôm sau khi xử lý nhiệt có độ cứng tăng lên đáng kể, từ đó cải thiện khả năng chống mài mòn. Điều này cho thấy rằng, việc tối ưu hóa chế độ xử lý nhiệt là cần thiết để đạt được các tính chất vật liệu mong muốn.

1.1. Tác động của nhiệt độ đến tính chất lớp phủ nhôm

Nhiệt độ là yếu tố quyết định trong quy trình xử lý nhiệt. Nghiên cứu cho thấy, khi nhiệt độ xử lý tăng lên, độ xốp của lớp phủ nhôm giảm, đồng thời độ bám dính giữa lớp phủ và nền thép cũng được cải thiện. Các thí nghiệm cho thấy, ở nhiệt độ 550°C, lớp phủ nhôm có cấu trúc đồng nhất và độ cứng cao hơn so với các mẫu xử lý ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này chứng tỏ rằng, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp trong xử lý nhiệt là rất quan trọng để tối ưu hóa tính chất vật liệu.

1.2. Thời gian xử lý nhiệt và ảnh hưởng đến lớp phủ nhôm

Thời gian xử lý nhiệt cũng ảnh hưởng lớn đến tính chất lớp phủ nhôm. Các thí nghiệm cho thấy, thời gian xử lý kéo dài sẽ dẫn đến sự khuếch tán tốt hơn giữa nhôm và thép, tạo ra các pha liên kim có độ cứng cao. Tuy nhiên, nếu thời gian xử lý quá dài, có thể dẫn đến hiện tượng phân hủy cấu trúc lớp phủ. Do đó, việc xác định thời gian tối ưu cho xử lý nhiệt là cần thiết để đảm bảo lớp phủ đạt được các tính năng mong muốn mà không làm giảm chất lượng.

II. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến tính chất hợp kim Ni 20Cr

Hợp kim Ni 20Cr là một trong những vật liệu quan trọng trong công nghệ phun phủ. Chế độ xử lý nhiệt có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu của hợp kim này. Nghiên cứu cho thấy, khi áp dụng xử lý nhiệt, cấu trúc vi mô của hợp kim Ni 20Cr thay đổi, dẫn đến sự cải thiện về độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Các pha liên kim giữa Ni và Cr được hình thành, tạo ra một lớp bảo vệ hiệu quả hơn cho bề mặt thép. Điều này cho thấy rằng, việc tối ưu hóa chế độ xử lý nhiệt có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của hợp kim Ni 20Cr trong các ứng dụng công nghiệp.

2.1. Tác động của nhiệt độ đến tính chất hợp kim Ni 20Cr

Nhiệt độ xử lý có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của hợp kim Ni 20Cr. Khi nhiệt độ tăng, độ cứng của hợp kim cũng tăng lên, nhờ vào sự hình thành các pha liên kim có độ bền cao. Nghiên cứu cho thấy, ở nhiệt độ 600°C, hợp kim Ni 20Cr có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các mẫu xử lý ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này chứng tỏ rằng, việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp trong xử lý nhiệt là rất quan trọng để tối ưu hóa tính chất vật liệu.

2.2. Thời gian xử lý nhiệt và ảnh hưởng đến hợp kim Ni 20Cr

Thời gian xử lý nhiệt cũng có tác động đáng kể đến tính chất vật liệu của hợp kim Ni 20Cr. Các thí nghiệm cho thấy, thời gian xử lý kéo dài giúp cải thiện độ bám dính và khả năng chống mài mòn của lớp phủ. Tuy nhiên, nếu thời gian xử lý quá dài, có thể dẫn đến hiện tượng phân hủy cấu trúc, làm giảm hiệu suất của hợp kim. Do đó, việc xác định thời gian tối ưu cho xử lý nhiệt là cần thiết để đảm bảo lớp phủ đạt được các tính năng mong muốn.

III. Ứng dụng thực tiễn của lớp phủ kép Al Ni 20Cr trên thép

Lớp phủ kép Al/Ni 20Cr trên thép đã cho thấy nhiều ứng dụng thực tiễn trong các ngành công nghiệp. Việc kết hợp giữa lớp phủ nhôm và hợp kim Ni 20Cr không chỉ nâng cao khả năng chống ăn mòn mà còn cải thiện độ bền và khả năng chịu nhiệt. Các ứng dụng điển hình bao gồm cánh quạt trong lò đốt rác thải, cánh tuabin và các chi tiết máy trong môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu cho thấy, lớp phủ này có thể kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy, giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế. Điều này chứng tỏ rằng, lớp phủ kép Al/Ni 20Cr là một giải pháp hiệu quả cho các yêu cầu khắt khe trong công nghiệp.

3.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng

Trong ngành công nghiệp nặng, lớp phủ kép Al/Ni 20Cr được sử dụng rộng rãi cho các chi tiết máy phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt. Các chi tiết như cánh quạt, trục bơm và các thiết bị chịu mài mòn đều được hưởng lợi từ lớp phủ này. Nghiên cứu cho thấy, lớp phủ không chỉ cải thiện khả năng chống ăn mòn mà còn tăng cường độ bền và khả năng chịu nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của các thiết bị.

3.2. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng lớp phủ kép

Việc áp dụng lớp phủ kép Al/Ni 20Cr không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế lớn. Giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế là một trong những lợi ích chính. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng lớp phủ này có thể kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy lên đến 50%, từ đó giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp. Điều này chứng tỏ rằng, lớp phủ kép Al/Ni 20Cr là một giải pháp tối ưu cho các yêu cầu khắt khe trong ngành công nghiệp.

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc và tính chất lớp phủ nhôm và hợp kim Ni 20Cr trên nền thép