Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LỚP PHỦ NHIỆT CHỐNG ĂN MÒN 1. Tình hình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt ở Việt Nam Ở Việt Nam, phương pháp phun phủ nhiệt đang trong giai đoạn nghiên cứu, ứng dụng các thành quả của thế giới, do vậy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ sử dụng thiết bị tiên tiến một cách có hiệu quả và đưa ra các thông số công nghệ phù hợp, giúp nâng cao chất lượng lớp phủ đáp ứng được yêu cầu sử dụng là đòi hỏi bức thiết của thực tiễn sản xuất. Đã có một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt như: liên doanh dầu khí Vũng Tàu; Công ty cơ khí MAR 60 - Thủy lợi, Viện nghiên cứu cơ khí; Viện năng lượng – mỏ; Viện công nghệ bộ quốc phòng, .vv… đã ứng dụng công nghệ phun hồ quang điện để tạo lớp bề mặt chống gỉ Al, Zn.
Các cơ sở như công ty sửa chữa Thủy lợi. Viện kỹ thuật giao thống; Cơ khí Quang Trung; Đại học Bách khoa Hà Nội; Nhà máy Cơ khí Đạm Hà Bắc đã phun lớp chống mài mòn từ dây thép các bon cao, dây thép mangan, thép Cr-Ni,… Một số đơn vị, tổ chức, nhà trường đã và đang tập trung nghiên cứu về phun phủ như: phun nổ, phun Plasma (Viện Công nghệ bộ quốc phòng; viện nghiên cứu cơ khí) phun nhiệt khí (ĐHBK Hà Nội, Viện nghiên cứu cơ khí), phun nổ (Viện năng lượng mỏ), phun phủ chân không PVD (Trường ĐHBK Hà Nội), nghiên cứu phun phủ Plasma - chân không – TINA (Viện nghiên cứu ứng dụng công nghệ) - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới cho công nghệ phun phủ (Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Phun HVOF (Viện nghiên cứu cơ khí, công ty Quang Khánh - Vũng Tàu, công ty Mai thủy, Công ty Việt Mỹ)… tập trung nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt để phục hồi chi tiết trục chính của các thiết bị quan trọng làm việc trong môi trường mài mòn cơ học là chính. Một số công trình nghiên cứu điển hình: Đề tài, mã số KC 05. 2006, tác giả Uông Sỹ Áp [2], nghiên cứu xác định độ chịu mài mòn và lớp phủ bột hợp kim ZRO-182 trên nền vật liệu nimonic 263 (được sử dụng chế tạo ống vòi voi trong các nhà máy nhiệt điện) có lớp phủ trung gian bột hợp kim NiCrAlY, kết quả cho thấy độ bám dính với kim loại nền đạt 378 kG/cm2, độ xốp lớp trung gian 2%, các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức phòng thí nghiệm.
Đề tài, mã số 256-08 RD/HĐ-KHCN [4] do Viện nghiên cứu thiết kế máy nông nghiệp và chủ nhiệm đề tài Nguyễn Quốc Vũ thực hiện, nghiên cứu độ cứng, độ chịu mài mòn lớp phủ bột cacbit crom 75Cr3C2-25NiCr bằng phương pháp phun Plasma với tốc độ quay của lô sấy khoảng 39,93 m/phút, tốc độ dịch chuyển đầu phun 2,5 mm/ vòng quay lô sấy, kết quả so sánh các tính chất của lớp phủ bằng vật liệu cacbit crom với lớp mạ crom cứng cho thấy độ cứng tế vi bề mặt lớp phủ, khả năng gia công sau khi phủ, khả năng chịu mài mòn của lớp phủ tốt hơn nhiều so với lớp mạ crom cứng, đồng thời có khả năng chịu mài mòn gấp 2,5 lần so với lớp mạ crom cứng. Đề tài, mã số 01C-01/04-2009-2, do chủ nhiệm đề tài Đinh Văn Chiến thực hiện [5] có nội dung nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc phun, Khoảng cách phun, lưu lượng phun đến độ bền bám dính, độ xốp lớp phủ bột hợp kim NiCr trên nền trục thép 40Cr bằng phương pháp phun nổ, để phục hồi trục khuỷu xe tải CAT 773E. Kết quả nghiên cứu ứng dụng cho sản phẩm có tuổi thọ tăng gấp 4 lần và giá thành chỉ bằng 30% so với mua 4 mới. Ngoài ra tác giả và cộng sự cũng nghiên cứu ảnh hửởng tốc độ phun đến sự hình thành, độ bền bám dính và độ xốp lớp phủ trong công nghệ phun này.
Liên quan đến lĩnh vực này có thể liệt kê một số công trình nghiên cứu như: Lục Vân Thương và Hoàng Văn Châu [6], “nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ plasma vật liệu hợp kim - gốm tăng độ bền mòn, chịu mài mòn của trục chính máy khoan, doa CNC và một số chi tiết máy”. Giới thiệu phun phủ plasma với bột WC, ZRO - 182, với liên kết bám dính là bột Ni164-2 vào việc phục hồi và làm mới các chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, chầy xước Luận án,Trần Văn Dũng [7]: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy”; Phạm Văn Liệu [8]: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng phục hồi bề mặt trục có hình dáng phức tạp bị mòn bằng công nghệ phun phủ”. Nguyễn Mạnh Tuế [9]: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun nổ vào việc phục hồi một số chi tiết trong thiết bị dầu khí”. Hoàng Thành Long [10]: “Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun nổ vào việc phục hồi một số chi tiết máy và thiết bị mỏ dùng trong khai thác than vùng Quảng Ninh”.
Nguyễn Thế Luân [11]: “Ứng dụng công nghệ phun phủ để phục hồi trục khuỷu bị mòn của máy Gạt CAT – D7R dùng trong Công ty cổ phần than Đèo Nai – TKV”; Nguyễn Mạnh Khương [12]: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ phục hồi bề mặt bị mòn của trục cam xe Ô tô Komatsu HD465-7 ở Công ty than Cao Sơn – TKV”. Nhận xét Nhìn chung các nghiên cứu trong nước phần lớn tập trung vào lớp phủ nhiệt chống mòn và cũng có một số nghiên cứu về phun phủ nhôm, kẽm bảo vệ chống mòn cho giàn khoan dầu khí. Rất ít những công trình nghiên cứu về lớp phủ chống mòn cho các thiết bị, công trình làm việc trong môi trường hóa chất khắc nghiệt. Chưa có công trình nghiên cứu nào về lớp phủ plasma SiC lên nền thép.
Tình hình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt trên thế giới 1. Tình hình nghiên cứu về phun phủ nhiệt trên thế giới Công nghệ Phun phủ đã và đang phát triển mạnh ở các nước tiên tiến như Mỹ, Nhật, Nga, Anh, Pháp, Đức, Thụy Sĩ,. Ở các nước này có những dây chuyền công nghệ cao, đã thành công trong việc tạo ra các lớp phủ có tính chất đặc biệt từ các loại vật liệu như: gốm, các loại cacbit, hợp kim. được sử dụng phun phủ kim loại cho mục đích chống mòn và bảo vệ chống ăn mòn các kết cấu thép và cho nhiều mục đích khác.
Năm 1987 ở Mỹ, việc chế tạo lớp phủ ceramic bằng công nghệ phun Plasma đạt giá trị trên 2 tỷ USD [14]. Các công trình liên quan đến phun phủ nhiệt được công bố trong các tạp chí như là Công nghệ phun phủ (ASM International), Công nghệ phun phủ bề mặt (Elsevier), Kỹ thuật bề mặt (Maney) và một số tạp chí khác. Hàng năm đều có các hội nghị quốc tế về chuyên ngành này như: Hội nghị công nghệ xử lý nhiệt nhiệt quốc tế (IISC), Hội nghị RIPI, Hội nghị quốc tế về luyện kim và phun phủ. Các hiệp hội như: Hiệp hội phun phủ nhiệt Mỹ (ASM/TSS) và Hiệp hội phun nhiệt châu Âu (FISA); Hiệp hội phun phủ nhiệt Nhật Bản 5 (JTSS); đều hoạt động trong việc thúc đẩy khoa học và công nghệ phun phủ nhiệt trên toàn thế giới.
Ở các nước tiên tiến đều có các viện nghiên cứu – các hiệp hội: (ATSS); có tạp chí riêng và tiêu chuẩn cho chuyên ngành này như VDE, VDMA, … một số hãng nổi tiếng về thiết bị, vật liệu phun phủ như: Plasma Technique, Castolim (Thụy sĩ); Metco Plasmaday, Dressez, Avko (Mỹ); Nobel - Brocl (Pháp); Ecia Ghiken (Nhật); Arcosse (Bỉ); Volvoflemotor (Thụy điển).với các dây chuyền công suất cao, có thể lên tới khoảng một tấn vật liệu phun trong một ngày. Có thể nói rằng, công nghệ phun phủ nhiệt đang ngày một phát triển mạnh mẽ. Xu hướng phát triển cua công nghệ phun phủ hiện nay đó là: Công nghệ vật liệu mới, thiết kế súng phun mới và hệ thống điều khiển thiết bị thông minh. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp phun phủ nhiệt đã được công bố: Alton và đồng nghiệp đã công bố sử dụng chất epoxy pha loãng cho phép kết dính để bảo vệ các lớp phủ bằng phương pháp phun HVOF nhằm tăng tính chống ăn mòn, chống gỉ, các chất epoxy pha loãng này được cho là tăng khả năng tính bền của lớp phủ [15].
Các nghiên cứu trên thế giới nhằm tạo ra các loại lớp phủ bằng phun phủ nhiệt, phun phủ plasma cho gốm, cacbit và SiC và đã đạt được những thành tựu nhất định: Nilsson và đồng nghiệp [16] đã nghiên cứu ra một loại vật liệu mới cho phun phủ khi áp dụng cho khuôn trong ngành thủy tinh, loại vật liệu mới này là một bột hợp kim, thành phần gồm: carbon 2,2-2,85%; silicon 2,1-2,7%; boronl0,2-10,7%; sắt 1,3-2,6; crom 5,7-8,5%; vonphram 32,4-33,6%; cobalt 4,4-5,2%; còn lại là Ni. Loại vật liệu mới này cho phép nâng cao độ bền và tuổi thọ của vật liệu nền. Warren Nelson và đồng nghiệp [17] đã nghiên cứu về độ xốp khi phủ 2 lớp vật liệu MCrAlY/polyester bằng phương pháp phun HVOF, kết quả cho thấy khi phủ 2 lớp sẽ làm tuổi thọ của lớp phủ và tuổi thọ của vật liệu nền tăng. Marcus Kennedy và đồng nghiệp [19] đã nghiên cứu lớp phủ bột một pha gồm các thành phần Fe, Cr, V cho Piston trong động cơ đốt trong theo phương pháp phun HVOF để tăng tính chịu mài mòn của Piston.
Picas và đồng nghiệp [19] đã nghiên cứu và so sánh lớp phủ CrNi20 khi thực hiện bằng phương pháp phun HVOF lên Piston và van so với phương pháp mạ Crôm cứng thông thường, kết quả cho thấy độ cứng tế vi của lớp phủ tốt hơn so với mạ Cr, các kết quả về cấu trúc tế vi lớp phủ và khả năng chịu ứng suất là rất khả quan và có thể thay thế cho phương pháp mạ Crôm truyền thống. La Barbera-Sosa và đồng nghiệp [20] đã nghiên cứu so sánh cấu trúc tế vi, độ cứng và mô đun đàn hồi khảo sát trên 2 vị trí của lớp phủ Ni- base lên vật liệu nền SAE 1045, kết quả cho thấy các giá trị mô đun đàn hồi xác định trên mặt cắt ngang của các lớp phủ cao hơn so với giá trị mô đun đàn hồi trên bề mặt, từ đó thấy rõ tính không đẳng hướng của cấu trúc lớp phủ.
