Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của công nghệ phun phủ plasma đến tính chất lớp phủ gốm Al2O3 TiO2 ...

• Tác giả: Bùi Văn Khoản
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thu Quý
• Trường học: Viện Nghiên Cứu Cơ Khí
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Công Nghệ Phun Phủ Plasma Đến Tính Chất Lớp Phủ Gốm Al2O3 TiO2 Trên Thép
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHUN PHỦ NHIỆT
• 1.1. Lịch sử phát triển phun phủ nhiệt
• 1.2. Các phương pháp phun phủ nhiệt
• 1.2.1. Phun hồ quang điện
• 1.2.2. Phun khí cháy
• 1.2.3. So sánh các phương pháp phun phủ nhiệt
• 1.3. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng phun plasma chế tạo lớp phủ trên cơ sở Al2O3
• 1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun phủ nhiệt tại Việt Nam
• 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ SỰ HÌNH THÀNH LỚP PHỦ PHUN NHIỆT
• 2.1. Những quan điểm lý thuyết cơ bản về sự hình thành lớp phủ
• 2.1.1. Lý thuyết của Pospisil - Sehyl
• 2.1.2. Lý thuyết của Schoop
• 2.1.3. Lý thuyết của Karg, Katsch, Reininger
• 2.1.4. Lý thuyết của Schenk
• 2.2. Cấu trúc lớp phủ
• 2.3. Nguyên lý chung của phương pháp phun plasma
• 2.3.1. Thiết bị phun plasma
• 2.3.1.1. Các bộ phận của hệ thống phun plasma
• 2.3.1.2. Cấu tạo của súng phun plasma
• 2.3.2. Quá trình hình thành lớp phủ
• 2.3.3. Vật liệu phủ plasma
• 2.3.4. Các thuộc tính của lớp phủ plasma
• 2.3.4.1. Đặc điểm về cấu trúc
• 2.3.4.2. Các đặc tính cơ học chính của lớp phun phủ plasma
• 2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ plasma
• 2.3.5.1. Ảnh hưởng của vật liệu phun
• 2.3.5.2. Ảnh hưởng của thiết bị phun
• 2.3.5.3. Ảnh hưởng của chế độ công nghệ phun
• 2.3.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng khác
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3.1. Vật liệu, thiết bị thực nghiệm
• 3.1.1. Vật liệu thực nghiệm
• 3.1.1.1. Vật liệu nền
• 3.1.1.2. Vật liệu phun
• 3.1.2. Thiết bị phun plasma
• 3.1.2.1. Bộ phận cấp bột phun
• 3.1.2.2. Hệ thống điều khiển của máy phun
• 3.1.2.3. Thiết bị hỗ trợ khác
• 3.2. Thực nghiệm thăm dò xác định khoảng giá trị thực nghiệm
• 3.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm
• 3.3.1. Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi
• 3.3.2. Phân tích phương sai
• 3.3.3. Phương pháp xây dựng hàm hồi quy
• 3.3.4. Tối ưu đa mục tiêu và chỉ tiêu đánh giá tổng thể (OEC)
• 3.3.4.1. Tổng quan về tối ưu đa mục tiêu
• 3.3.4.2. Chỉ tiêu đánh giá tổng thể OEC
• 3.3.4.3. Xây dựng OEC
• 3.3.5. Quy trình phun thực nghiệm
• 3.3.6. Kỹ thuật phun
• 3.3.7. Phương pháp đánh giá tính chất của lớp phủ
• 3.3.7.1. Độ xốp của lớp phủ
• 3.3.7.2. Độ cứng tế vi của lớp phủ
• 3.3.7.3. Độ bền bám dính của lớp phủ với bề mặt nền
• 3.3.7.4. Đo hệ số ma sát
• 3.3.7.5. Cấu trúc của lớp phủ thông qua phân tích SEM/EDX
• 3.3.7.6. Phân tích XRD xác định thành phần pha của lớp phủ
• 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả thực nghiệm phun mẫu
• 4.2. Cấu trúc và thành phần pha của lớp phủ
• 4.2.1. Cấu trúc lớp phủ
• 4.2.2. Phân tích thành phần pha của lớp phủ
• 4.3. Kết quả đo và mức độ ảnh hưởng của các thông số phun đến độ cứng lớp phủ
• 4.3.1. Kết quả đo độ cứng lớp phủ trên các mẫu thực nghiệm
• 4.3.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số phun tới độ cứng lớp phủ
• 4.3.3. Thí nghiệm kiểm chứng đo độ cứng lớp phủ
• 4.4. Kết quả đo và mức độ ảnh hưởng của các thông số phun tới hệ số ma sát của lớp phủ
• 4.4.1. Kết quả đo hệ số ma sát của lớp phủ trên các mẫu thực nghiệm
• 4.4.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số phun tới hệ số ma sát lớp phủ
• 4.4.3. Thí nghiệm kiểm chứng đo hệ số ma sát lớp phủ
• 4.5. Kết quả đo độ bền bám dính và mức độ ảnh hưởng của các thông số phun
• 4.5.1. Kết quả đo độ bền bám dính lớp phủ trên các mẫu thực nghiệm
• 4.5.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số phun tới độ bền bám dính lớp phủ
• 4.5.3. Thí nghiệm kiểm chứng đo độ bám dính trượt lớp phủ
• 4.6. Kết quả đo độ xốp và mức độ ảnh hưởng của các thông số phun
• 4.6.1. Kết quả đo độ xốp lớp phủ trên các mẫu thực nghiệm
• 4.6.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số phun tới độ xốp lớp phủ
• 4.6.3. Thí nghiệm kiểm chứng đo độ xốp lớp phủ
• 4.7. Xác định mức thông số công nghệ I, L, M đáp ứng đồng thời các chỉ tiêu cơ tính lớp phủ
• 4.8. KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ phun phủ plasma

Công nghệ phun phủ plasma đã trở thành một trong những phương pháp tiên tiến trong lĩnh vực chế tạo lớp phủ. Phương pháp này sử dụng nguồn nhiệt cao để tạo ra lớp phủ với độ xốp thấp và độ bám dính cao. Lớp phủ gốm Al2O3 và TiO2 được ứng dụng rộng rãi nhờ vào tính năng vượt trội của chúng. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tính chất lớp phủ là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Theo nghiên cứu, lớp phủ này không chỉ có độ bền cao mà còn có khả năng chống ăn mòn tốt, điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp. Việc áp dụng công nghệ này trong sản xuất tại Việt Nam đang được chú trọng nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Lịch sử phát triển công nghệ phun phủ

Công nghệ phun phủ đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Ban đầu, nó chỉ được sử dụng cho mục đích trang trí, nhưng sau đó đã được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp. Sự phát triển của công nghệ phun plasma đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc chế tạo lớp phủ với các tính năng kỹ thuật đặc biệt. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số phun có thể cải thiện đáng kể chất lượng lớp phủ, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của các chi tiết máy.

II. Tính chất của lớp phủ gốm Al2O3 và TiO2

Lớp phủ gốm Al2O3 và TiO2 có nhiều tính chất nổi bật, bao gồm độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt và bền hóa chất. Những tính chất này làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt. Nghiên cứu cho thấy rằng độ xốp của lớp phủ ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chịu mài mòn. Việc kiểm soát độ xốp trong quá trình phun phủ plasma là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng lớp phủ. Các thông số như cường độ dòng điện, khoảng cách phun và lưu lượng cấp bột đều có tác động lớn đến các tính chất này. Do đó, việc nghiên cứu và tối ưu hóa các thông số này là cần thiết để đạt được lớp phủ có chất lượng tốt nhất.

2.1. Đặc điểm cơ học của lớp phủ

Các đặc điểm cơ học của lớp phủ gốm Al2O3 và TiO2 bao gồm độ cứng tế vi, độ bền bám dính và độ xốp. Độ cứng tế vi là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất, ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn của lớp phủ. Nghiên cứu cho thấy rằng lớp phủ có độ cứng cao thường có độ bền bám dính tốt hơn. Độ xốp cũng là một yếu tố quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và độ bền của lớp phủ. Việc tối ưu hóa các thông số phun có thể giúp cải thiện các đặc điểm này, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của lớp phủ.

III. Ứng dụng công nghệ phun phủ plasma

Công nghệ phun phủ plasma được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ phục hồi chi tiết máy đến chế tạo các sản phẩm mới. Việc sử dụng lớp phủ gốm Al2O3 và TiO2 giúp cải thiện đáng kể độ bền và tuổi thọ của các chi tiết máy. Nghiên cứu cho thấy rằng lớp phủ này có thể chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt, bao gồm áp suất cao và nhiệt độ cao. Điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ này còn giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm trong thị trường.

3.1. Tính khả thi trong sản xuất

Việc áp dụng công nghệ phun phủ plasma trong sản xuất tại Việt Nam đang được chú trọng. Các doanh nghiệp đang tìm kiếm các giải pháp để cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí. Công nghệ này không chỉ giúp phục hồi các chi tiết máy mà còn có thể được sử dụng để chế tạo mới các sản phẩm với tính năng kỹ thuật cao. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số phun có thể giúp đạt được lớp phủ có chất lượng tốt nhất, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của các chi tiết máy.