Luận án tiến sĩ: Ứng dụng công nghệ phun plasma hợp kim nền crom trong phục hồi cánh quạt khói ...

• Tác giả: Đặng Xuân Thao
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Đức Cường
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Phun Plasma Hợp Kim Nền Crom, Ứng Dụng Phục Hồi Cánh Quạt Khói Trong Nhà Máy Nhiệt Điện
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. Mục tiêu nghiên cứu
• 3. Đối tượng nghiên cứu
• 4. Phạm vi nghiên cứu
• 5. Nội dung nghiên cứu
• 6. Phương pháp nghiên cứu
• 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
• 8. Những đóng góp mới của đề tài luận án
• 9. Bố cục luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ NHIỆT
• 1.1. LÝ THUYẾT VỀ SỰ HÌNH THÀNH LỚP PHỦ
• 1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHUN PHỦ NHIỆT
• 1.2.1. Phương pháp phun phủ bằng hồ quang điện
• 1.2.2. Phương pháp phun phủ bằng ngọn lửa khí cháy
• 1.2.3. Phương pháp phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF)
• 1.2.4. Phương pháp phun phủ nguội
• 1.2.5. Phương pháp phun phủ bằng kích nổ khí
• 1.2.6. Phương pháp phun phủ bằng plasma
• 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHUN PHỦ NHIỆT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun nhiệt trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phun phủ nhiệt ở Việt Nam
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC TÍNH CỦA LỚP PHỦ NHIỆT PLASMA
• 2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỚP PHỦ NHIỆT
• 2.1.1. Nguyên lý sự hình thành lớp phủ nhiệt
• 2.1.2. Các giai đoạn hình thành lớp phủ nhiệt
• 2.1.2.1. Giai đoạn nung nóng và làm nóng chảy vật liệu phun
• 2.1.2.2. Giai đoạn phân tán thành giọt
• 2.1.2.3. Giai đoạn bay của các phần tử phun
• 2.1.2.4. Giai đoạn va đập của các giọt kim loại vào bề mặt kim loại nền
• 2.2. SỰ HÌNH THÀNH VÀ CẤU TRÚC LỚP PHỦ NHIỆT PLASMA
• 2.2.1. Sự hình thành lớp phủ plasma
• 2.2.2. Cấu trúc lớp phủ plasma
• 2.3. MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA LỚP PHỦ NHIỆT PLASMA
• 2.3.1. Vật liệu phủ
• 2.3.2. Độ bền bám dính của lớp phủ
• 2.3.3. Độ cứng của lớp phủ
• 2.3.4. Khả năng chịu mài mòn
• 2.3.5. Khả năng chịu nhiệt
• 2.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠ TÍNH VÀ CHẤT LƯỢNG LỚP PHỦ PLASMA
• 2.4.1. Đặc tính bề mặt chi tiết phủ
• 2.4.2. Cường độ dòng điện phun (Ip)
• 2.4.3. Lưu lượng cấp bột phun(mp)
• 2.4.4. Khoảng cách phun (Lp)
• 2.4.5. BỘT PHỦ Cr3C2 - NiCr
• 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM, VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 3.2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
• 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2.1.1. Vật liệu nền
• 3.2.1.2. Vật liệu phủ
• 3.2.2. Thiết bị gia công mẫu
• 3.2.3. Thiết bị phủ plasma
• 3.2.4. Thiết bị kiểm tra và đánh giá các đặc tính của lớp phủ
• 3.2.4.1. Máy kéo nén vạn năng BESTUTM 500HH
• 3.2.4.2. Kính hiển vi Leice ICC50E
• 3.2.4.3. Thiết bị đo độ cứng ISOSCAN HV2 AC
• 3.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHUN PHỦ TRÊN MẪU
• 3.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA LỚP PHỦ
• 3.4.1. Phương pháp xác định độ bền bám dính của lớp phủ (σBd)
• 3.4.2. Phương pháp xác định độ bền bám trượt của lớp phủ (τBtr)
• 3.4.3. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt liên kết lớp phủ (σk)
• 3.4.4. Phương pháp xác định độ xốp lớp phủ (γlp)
• 3.4.5. Phương pháp xác định độ cứng tế vi lớp phủ (KLp)
• 3.5. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU PHỤC VỤ CHO QUÁ TRÌNH PHỦ BỘT Cr3C2-NiCr TRÊN NỀN THÉP 16Mn
• 3.5.1. Xác định độ nhám bề mặt phù hợp cho mẫu thép 16Mn
• 3.5.2. Xác định tỷ lệ thành phần Crom cacbit trong bột phủ Cr3C2-NiCr
• 3.5.3. Xác định khoảng giá trị cường độ dòng điện phun
• 3.6. XÂY DỰNG KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM
• 3.6.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 3.6.2. Tiến trình thí nghiệm tối ưu hóa
• 3.6.3. Xây dựng mô hình hàm hồi quy thực nghiệm
• 3.6.4. Xác định mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student
• 3.6.5. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán
• 3.6.6. Phương pháp đánh giá thuần nhất phương sai
• 3.6.7. Tối ưu hóa thông số công nghệ
• 3.6.7.1. Thuật toán tối ưu
• 3.6.7.2. Thông số tối ưu
• 3.6.8. Ràng buộc các biến thí nghiệm khi tối ưu
• 3.6.9. Tối ưu hóa đa mục tiêu
• 3.6.10. Thí nghiệm kiểm chứng
• 3.7. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM
• 3.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ĐÁNH GIÁ
• 4.1. THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HÓA
• 4.1.1. Kết quả thực nghiệm
• 4.1.2. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền bám dính của lớp phủ với thép nền
• 4.1.2.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền bám dính
• 4.1.2.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (σBd)
• 4.1.2.3. Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun cho hàm mục tiêu (σBd)
• 4.1.3. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền bám trượt lớp phủ với thép nền
• 4.1.3.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền bám trượt
• 4.1.3.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (τBtr)
• 4.1.3.3. Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun cho độ bền bám trượt
• 4.1.4. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ bền kéo đứt sự liên kết của lớp phủ:
• 4.1.4.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ bền kéo đứt lớp phủ
• 4.1.4.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (σk)
• 4.1.4.3. Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun cho độ bền kéo đứt lớp phủ
• 4.1.5. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ xốp của lớp phủ:
• 4.1.5.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ xốp lớp phủ
• 4.1.5.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm
• 4.1.5.3. Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun cho độ xốp lớp phủ
• 4.1.6. Phân tích kết quả chỉ tiêu độ cứng tế vi của lớp phủ:
• 4.1.6.1. Sự ảnh hưởng của các thông số phun đến độ cứng tế vi lớp phủ
• 4.1.6.2. Xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm của (KLp)
• 4.1.6.3. Kết quả tối ưu hóa bộ thông số phun cho độ cứng tế vi lớp phủ
• 4.2. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC LỚP PHỦ Cr3C2 – 30%NiCr
• 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO PHỤC HỒI CÁNH QUẠT KHÓI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
• 5.1. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ TÌNH TRANG HỎNG CỦA QUẠT
• 5.2. GIẢI PHÁP VÀ QUY TRÌNH PHỤC HỒI
• 5.2.1. Phục hồi khảo nghiệm trên mẫu tấm cong đồng dạng
• 5.2.2. Mẫu tấm cong đồng dạng cánh quạt khói
• 5.2.3. Quy trình phục hồi trên mẫu tấm cong đồng dạng
• 5.2.4. Quy trình phục hồi trên cánh quạt khói
• 5.3. LẮP ĐẶT VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM QUẠT TRONG THỰC TẾ
• 5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
• KẾT LUẬN CHUNG
• HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Công nghệ phun plasma và ứng dụng

Công nghệ phun plasma là một phương pháp tiên tiến trong việc phủ bề mặt, đặc biệt hiệu quả trong việc phục hồi các chi tiết công nghiệp. Phương pháp này sử dụng nguồn nhiệt plasma để làm nóng chảy vật liệu phủ, sau đó phun lên bề mặt cần phủ. Hợp kim crom được sử dụng phổ biến do khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt cao. Ứng dụng của công nghệ này trong việc phục hồi cánh quạt khói tại các nhà máy nhiệt điện đã mang lại hiệu quả đáng kể, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí bảo trì.

1.1. Nguyên lý và quy trình phun plasma

Nguyên lý của công nghệ phun plasma dựa trên việc sử dụng dòng plasma để làm nóng chảy vật liệu phủ. Quy trình bao gồm các bước: nung nóng vật liệu, phân tán thành giọt, bay hơi và va đập lên bề mặt. Quá trình này tạo ra lớp phủ có độ bám dính cao và cấu trúc đồng nhất. Hợp kim crom được ưa chuộng do tính chất cơ học vượt trội, đặc biệt trong môi trường nhiệt độ cao và chịu mài mòn.

1.2. Ứng dụng trong phục hồi cánh quạt khói

Cánh quạt khói trong nhà máy nhiệt điện thường xuyên chịu tác động của nhiệt độ cao và mài mòn. Việc sử dụng công nghệ phun plasma với hợp kim crom giúp tạo ra lớp phủ bảo vệ, tăng độ bền và tuổi thọ của cánh quạt. Công nghệ này cũng giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của thiết bị, giảm thiểu thời gian ngừng máy để bảo trì.

II. Nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ như cường độ dòng điện phun (Ip), lưu lượng bột phun (mp) và khoảng cách phun (Lp) đến chất lượng lớp phủ. Công nghệ phục hồi được áp dụng trên vật liệu thép 16Mn, với lớp phủ Cr3C2 - NiCr. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương quan rõ ràng giữa các thông số và độ bền bám dính, độ cứng của lớp phủ.

2.1. Ảnh hưởng của thông số công nghệ

Các thông số như Ip, mp và Lp có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ. Ví dụ, cường độ dòng điện phun cao hơn giúp tăng độ bám dính, nhưng cũng có thể làm tăng độ xốp của lớp phủ. Lưu lượng bột phun và khoảng cách phun cần được điều chỉnh phù hợp để đạt được độ đồng đều và độ bền cao nhất.

2.2. Tối ưu hóa thông số phun

Quá trình tối ưu hóa hiệu suất được thực hiện thông qua các thí nghiệm và phân tích dữ liệu. Kết quả cho thấy bộ thông số tối ưu giúp đạt được độ bền bám dính cao nhất, độ cứng tế vi đồng đều và độ xốp thấp. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc áp dụng vào thực tế, đặc biệt là trong bảo trì thiết bị công nghiệp.

III. Ứng dụng thực tế và đánh giá

Kết quả nghiên cứu được áp dụng vào việc phục hồi cánh quạt khói tại các nhà máy nhiệt điện. Quy trình phục hồi bao gồm việc chuẩn bị bề mặt, phun lớp phủ Cr3C2 - NiCr và kiểm tra chất lượng lớp phủ. Sau khi lắp đặt và chạy thử nghiệm, cánh quạt cho thấy hiệu suất làm việc được cải thiện đáng kể, giảm thiểu tình trạng mài mòn và kéo dài tuổi thọ.

3.1. Quy trình phục hồi cánh quạt

Quy trình phục hồi bao gồm các bước: làm sạch bề mặt, phun lớp phủ Cr3C2 - NiCr bằng công nghệ phun plasma, và kiểm tra độ bám dính, độ cứng của lớp phủ. Quy trình này đảm bảo lớp phủ có độ bền cao và khả năng chịu mài mòn tốt trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

3.2. Đánh giá hiệu quả sau phục hồi

Sau khi phục hồi, cánh quạt khói được lắp đặt và chạy thử nghiệm trong điều kiện thực tế. Kết quả cho thấy lớp phủ Cr3C2 - NiCr giúp giảm thiểu tình trạng mài mòn, tăng tuổi thọ của cánh quạt và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của thiết bị. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc bảo trì thiết bị công nghiệp.