Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ phun phủ phủ plasma tạo lớp phủ cacbit silic lên bề mặt thép để bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường a xít chứa flo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu công nghệ phun phủ phủ plasma tạo lớp phủ cacbit silic lên bề mặt thép để bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường a xít chứa flo" được hoàn thành với mục tiêu nhằm tạo ra được lớp phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép; Nghiên cứu một số tính chất quan trọng của công nghệ tạo lớ phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép để ứng dụng bảo vệ chống ăn mòn cho các chi tiết máy làm việc trong môi trường chứa flo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ phun phủ phủ plasma tạo lớp phủ cacbit silic lên bề mặt thép để bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường a xít chứa flo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ PLASMA TẠO LỚP PHỦ CACBIT SI LÍC LÊN BỀ MẶT THÉP ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG AXÍT CHỨA FLO NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Hà Nội, tháng 02 năm 2023 Nghiên cứu sinh i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy hướng dẫn đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo Viện cùng các Thầy thuộc Trung tâm đào tạo Viện Nghiên cứu Cơ khí, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Trung tâm, Phòng thí nghiệm, các nhà khoa học cùng các bạn bè, đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè, những người đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận án này. ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..........................................................................vi DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................. vii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LỚP PHỦ NHIỆT CHỐNG ĂN MÒN .....................4 1.1. Tình hình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt ở Việt Nam ........................................ 4 1.2. Tình hình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt trên thế giới ....................................... 5 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về phun phủ nhiệt trên thế giới ......................................5 1.2.2. Lớp phủ SiC để bảo vệ chống mòn cho thép trong môi trường ăn mòn ...........7 1.2.3. Nghiên cứu chế tạo lớp phủ nhiệt plasma compozit SiC ..................................9 1.3. Lớp phủ SiC và SiC compozit bảo vệ chống ăn mòn cho thép trong môi trường chứa flo ................................................................................................................... 11 Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 13 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ PLASMA .......14 2.1. Lý thuyết về sự hình thành lớp phủ ........................................................................ 14 2.2. Công nghệ phun phủ plasma .................................................................................. 16 2.2.1. Cấu trúc hệ thống phun phủ plasma ................................................................ 16 2.2.2. Hệ thống phun plasma Praxair ........................................................................19 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ plasma cácbit SiC ......................... 20 2.3.1. Ảnh hưởng nhiệt độ phun................................................................................21 2.3.2. Ảnh hưởng của lực co rút kim loại .................................................................24 2.3.3. Ảnh hưởng của các phản ứng hoá học ............................................................ 25 2.3.4. Ảnh hưởng của chất lượng chuẩn bị bề mặt phun ..........................................25 2.3.5. Ảnh hưởng của kích thước hạt ........................................................................26 2.3.6. Ảnh hưởng của cường độ plasma....................................................................26 2.3.7. Ảnh hưởng của khoảng cách phun ..................................................................27 2.3.8. Ảnh hưởng của lưu lượng cấp bột ...................................................................29 Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 31 Chương 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 32 3.1. Vật liệu phun phủ plasma ....................................................................................... 32 iii
3.1.1. Bột phun ..........................................................................................................32 3.1.1.1. Đặc tính bột SiC trong phun phủ plasma .....................................................32 3.1.1.2. Đặc tính của bột Cu trong phun phủ plasma ................................................33 3.1.2. Vật liệu nền .....................................................................................................33 3.2. Thông số công nghệ và thiết bị thí nghiệm ............................................................ 34 3.2.1. Lựa chọn các thông số công nghệ và các chỉ tiêu kỹ thuật chính ...................34 3.2.2. Thiết bị đo .......................................................................................................34 3.2.3. Mẫu thí nghiệm ............................................................................................... 35 3.2.4. Thiết bị phun phủ ............................................................................................ 36 3.2.5. Cải tiến súng phun plasma trong khí bảo vệ Ar ..............................................36 3.3. Giải pháp thẩm thấu PTFE khắc phục độ xốp trong phun phủ SiC-Cu ................. 37 3.4. Các phương pháp phân tích, đánh giá .................................................................... 39 3.4.1. Đo chiều dày và độ xốp của lớp phủ ............................................................... 39 3.4.2. Phân tích hình thái bề mặt lớp phủ bằng kinh hiển vi điện tử quét ................39 3.4.3. Phân tích thành phần pha bằng nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................39 3.4.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của chế độ công nghệ phun plasma đến cơ tính lớp phủ ........................................................... 39 3.4.5. Phương pháp đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn ..................................40 3.5. Tiến trình trình thí nghiệm ..................................................................................... 46 Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 47 Chương 4. CHẾ TẠO VÀ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC LỚP PHỦ PLASMA SiC TRÊN NỀN THÉP ............................................................................................... 48 4.1. Chế tạo lớp phủ đơn SiC trên nền thép .................................................................. 48 4.1.1. Chế độ công nghệ phun plasma SiC trên nền thép .........................................48 4.1.2. Cấu trúc và cơ tính của lớp phun phủ plasma SiC trên nền thép C45 ............48 4.1.3. Tính chất điện hoá của lớp phun phủ plasma SiC/thép...................................51 4.2. Chế tạo lớp phủ compozit SiC-Cu trên nền thép .................................................... 56 4.2.1. Phân tích các yếu tố công nghệ bột SiC-Cu khi phun plasma trên nền thép C45 .........................................................................................................................56 4.2.1.1. Kích thước hạt (W): .......................................................................................... 56 4.2.1.2. Tỷ lệ phối trộn (S) ............................................................................................ 56 iv
4.2.2. Hiệu quả của phun plasma SiC/Cu trong khí bảo vệ Ar ..................................... 57 4.3. Các kết quả về tổ chức tế vi của lớp SiC-Cu trên nền thép chế tạo bằng phun phủ plasma trong khí bảo vệ Argon ............................................................................... 64 4.3.1. Cấu trúc lớp phủ SiC-30Cu trên nền thép C45 ...............................................65 4.3.2. Cấu trúc lớp phủ SiC-50Cu trên nền thép C45 ...............................................67 4.4. Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ plsma SiC-Cu.............................................. 69 4.4.1. Tính chất điện hoá của lớp phun phủ plasma SiC-Cu trên nền thép trong dung dịch chứa 3,5% NaCl ......................................................................................69 4.4.2. Tổn hao của lớp phun phủ plasma SiC-Cu trên nền thép trong môi trường ăn mòn chứa axit HF. ........................................................................................... 74 Kết luận chương 4 ......................................................................................................... 76 Chương 5. XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ PHUN PLASMA SiC-50Cu TRÊN NỀN THÉP C45 ............................................................................................... 77 5.1. Thực nghiệm phun phủ plasma SiC- 50Cu trên nền thép C45 đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới chất lượng lớp phủ. ............................................... 77 5.2. Ảnh hưởng của các thông số đến độ bền bám dính của lớp phủ ............................ 79 5.3. Ảnh hưởng của các thông số đến độ xốp lớp phủ .................................................. 83 5.4. Ảnh hưởng của các thông số đến độ cứng lớp phủ ................................................ 87 5.5. Ảnh hưởng của các thông số đến hàm lượng SiC trong lớp phủ ........................... 91 Kết luận chương 5 ......................................................................................................... 95 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ......................................97 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 98 v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT APS : Atmospheric plasma spraying (Phun plasma khí quyển) HVOF: High Velocity Oxygen Fuel (phun phủ hỗn hợp vật chất ở vận tốc cao) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét). EDX : Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ năng lượng tia X) XRD : X-ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) PTFE : Polytetrafluoroethylene Apparent porosity: Độ xốp khả kiến EIS : Electrochemical Impedance Spectroscopy (tổng trở điện hóa) Eoc : Open Circuit Potential (OCP, điện thế mạch hở). Ecorr : Điện thế ăn mòn icorr : Mật độ dòng điện ăn mòn Rp : Điện trở phân cực của thép Rs : Điện trở dung dịch điện ly Cdc : Điện dung lớp điện tích kép hình thành trên ranh giới bề mặt thép và dung dịch điện ly. Rct : Điện trở truyền điện tích ở tiếp giáp bề mặt thép và dung dịch. Rseal : Điện trở của lớp phủ/bọc bịt PTFE Cseal : Điện dung của lớp phủ/bọc bịt PTFE CPE: Constant phase element (phần tử hằng số pha) MSE : Mercury-mercurous sulfate reference electrode (điện cực so sánh thủy ngân-thủy ngân sunphat) SCE : Saturated Calomel Electrode (điện cực calomen bão hòa) I, L, M : Thông số khảo sát chế độ phun plasma: cường độ dòng điện I (A), Khoảng cách phun L (mm) và tốc độ cấp bột M (g/ph) PM : powder metallurgy (luyện kim bột) D : Độ cứng lớp phủ H : Hàm lượng SiC trong lớp phủ S : Tỷ lệ trộn SiC/Cu trong bột W : Cỡ hạt bột vi
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Các giai đoạn quá trình phun nhiệt. ............................................................... 15 Hình 2.2. Phân bố mật độ chùm hạt và sự chồng chất các chùm hạt phun. ..................16 Hình 2.3. Hình ảnh hạt bột phun khi tiếp xúc với bề mặt nền.......................................16 Hình 2.4. Sơ đồ dòng vật liệu phun va đập hình thành lớp phủ. ...................................16 Hình 2.5. Thiết bị phun plasma hệ hở APS ...................................................................17 Hình 2.6. Quá trình phun plasma...................................................................................17 Hình 2.7. Cấu tạo của súng phun plasma ......................................................................18 Hình 2.8. Thiết bị phun plasma Praxair .........................................................................19 Hình 2.9. Phân bố nhiệt độ tại các thời điểm khác nhau của phần tử phun ..................21 Hình 2.10. Sự va đập của hạt phun với kim loại nền. ...................................................24 Hình 2.11. Ứng suất trong lớp phủ ................................................................................24 Hình 2.12. Quan hệ giữa độ bền bám dính và độ nhấp nhô bề mặt. ............................. 26 Hình 2.13. Sự phân bố nhiệt độ theo cỡ hạt ..................................................................26 Hình 2.14. Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt hạt ...................................................................26 Hình 2.15. Sơ đồ đưa nhiệt năng vào các hạt kim loại phun và lớp nền bằng dòng plasma, sự phân bố cường độ dòng nhiệt (q2) theo vết nung nóng (dII) ....................27 Hình 2.16. Hệ số tập trung dòng nhiệt riêng khi phun bằng dòng plasma và sự phụ thuộc của nó vào Khoảng cách phun L. .................................................................28 Hình 2.17. Sự thay đổi hiệu suất nung vật phun (H), dòng plasma (ẽ) và cả hai yếu tố tác động () vào Khoảng cách phun L .........................................................28 Hình 2.18. Mô hình quan hệ giữa Khoảng cách phun với tốc độ hạt phun ...................29 Hình 2.19. Quan hệ giữa lưu lượng cấp bột phun đến vận tốc và nhiệt độ hạt ....................30 Hình 3.1. Ảnh chụp bột SiC (trái) và bột Cu (phải). .....................................................32 Hình 3.2. Phổ XRD của mẫu bột SiC (trái); bột Cu (phải) dùng để phun plasma. .......32 Hinh 3.3. Mẫu thép C45 trước và sau phun làm sạch tạo nhám....................................33 Hình 3.4. Các thiết bị kiểm tra chất lượng lớp phủ .......................................................34 Hình 3.5. Mẫu thí nghiệm.............................................................................................. 35 Hình 3.6. Thiết bị phun phủ plasma PRAXAIR............................................................ 36 Hình 3.7. Súng phun cải tiến trong khí bảo vệ .............................................................. 36 vii
Hình 3.8. Các mẫu đo điện hóa .....................................................................................41 Hình 3.9. Đo điện hóa 3 điện cực ..................................................................................41 Hình 3.10. Giản đồ Nyquist với vectơ tổng trở của Z cho tiếp giáp kim loại/dung dịch điện ly (thép C45/NaCl) ...............................................................................43 Hình 3.11. Sơ đồ mạch tương đương cho mẫu thép C45 ngâm trong NaCl không có lớp phủ bảo vệ. ...................................................................................................43 Hình 3.12. Sơ đồ mạch tương đương cho mẫu thép C45 ngâm trong NaCl khi có lớp phủ bảo vệ SiC-Cu/thép. .....................................................................................44 Hình 3.13. Sơ đồ mạch tương đương cho mẫu thép C45 ngâm trong NaCl khi có lớp phủ bảo vệ PTFE/SiC-Cu/thép. ...........................................................................44 Hình 3.14. Thiết bị thử mòn hỗn hợp ............................................................................45 Hình 3.15. Xác định khối lượng mẫu sau thi nghiệm. ..................................................46 Hình 4.1. Ảnh SEM bề mặt lớp phủ SiC/thép C45 - độ phóng đại 500 lần ..................48 Hình 4.2. Ảnh SEM bề mặt lớp phủ SiC/thép C45 - độ phóng đại 2000 lần ................49 Hình 4.3. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của thép nền C45 ................................................50 Hình 4.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của lớp phủ SiC trên thép nền C45 .....................50 Hình 4.5. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của lớp phủ SiC trên thép nền C45. .....50 Hình 4.6. Ảnh SEM của lớp phủ PTFE/SiC/thép với độ phóng đại 500 lần.................51 Hình 4.7. Ảnh SEM của lớp phủ PTFE/SiC/thép với độ phóng đại 2000 lần...............52 Hình 4.8. Đường cong phân cực của mẫu thép C45 có hay không có lớp phủ bảo vệ trong dung dịch 3,5% NaCl..........................................................................52 Hình 4.9. Thế ăn mòn của thép C45 trong dung dịch 3,5% NaCl khi có hay không có lớp phủ bảo vệ .............................................................................................. 53 Hình 4.10. Dòng ăn mòn của thép C45 trong dung dịch 3,5% NaCl khi có hay không có lớp phủ bảo vê .............................................................................................. 53 Hình 4.11. Ảnh chụp bền mặt mẫu SiC/C45 và thép SUS 304 trước và sau khi ngâm trong hỗn hợp axit ........................................................................................54 Hình 4.12. a) Phun plasma súng SG-100; b) Phun plasma có bảo vệ khí trơ (Ar) .......57 Hình 4.13. Ảnh SEM bề mặt lớp phủ SiC-30Cu/thép C45 – phun không có khí bảo vệ (độ phóng đại 750 lần) .................................................................................57 viii
Hình 4.14. Phổ tán xạ tia X (EDS) của của lớp phủ SiC-30Cu trên nền C45 – phun không có khí bảo vệ. ............................................................................................... 58 Hình 4.15. Ảnh SEM bề mặt lớp phủ SiC-30Cu/thép C45 – phun có khí bảo vệ (độ phóng đại 1000 lần)......................................................................................58 Hình 4.16. Chiều dầy lớp phủ SiC-30Cu/thép C45 – phun có khí bảo vệ ....................59 Hình 4.17. Phổ tán xạ tia X theo năng lượng (EDS) của của lớp phủ SiC-30Cu trên thép nền C45 – phun có khí bảo vệ. .....................................................................59 Hình 4.18. Ảnh hưởng các yếu tố đến chiều dày lớp phủ theo trị số SN. .....................62 Hình 4.19. Ảnh hưởng các yếu tố đến hàm lượng SiC trong lớp phủ theo SN. ............62 Hình 4.20. Chiều dầy lớp phủ SiC-30Cu và SiC-50Cu trên nền thép C45. ..................64 Hình 4.21. Ảnh hiển vi mặt cắt ngang lớp phủ SiC-50Cu (Độ phóng đại 200 lần) .....65 Hình 4.22. Ảnh SEM của lớp phủ SiC-30Cu trên nền thép C45 (phóng đại 500 lần) .65 Hình 4.23. Phổ EDS của lớp phủ SiC-30Cu .................................................................65 Hình 4.24. Giản đồ XRD của mẫu lớp phủ SiC-30Cu .................................................66 Hình 4.25. Ảnh mặt cắt ngang lớp phủ SiC-30Cu. .......................................................66 Hình 4.26. Ảnh SEM của lớp phủ SiC-50Cu (Độ phóng đại 500 lần). .........................67 Hình 4.27. Phổ EDS của lớp phủ SiC-50Cu . ............................................................... 67 Hình 4.28. Giản đồ XRD của lớp phủ SiC-50Cu .........................................................68 Hình 4.29. Đường cong phân cực của mẫu thép C45 có và không có lớp phủ bảo vệ trong dung dịch 3,5% NaCl..........................................................................69 Hình 4.31. Dòng ăn mòn của thép C45 trong dung dịch NaCl khi có và không có lớp phủ bảo vệ ....................................................................................................70 Hình 4.32. Phổ tổng trở Nyquist của mẫu (không phủ) trong dung dịch 3,5% NaCl ...71 Hình 4.33. Phổ tổng trở Nyquist của SiC-30Cu/thép trong dung dịch 3,5% NaCl. ......71 Hình 4.34. Phổ tổng trở Nyquist của SiC-50Cu/thép trong dung dịch 3,5% NaCl. ......72 Hình 4.35. Mạch điện tương đương cho hệ lớp phủ SiC-30Cu/thép và SiC-50Cu/thép trong dung dịch NaCl. ..................................................................................72 Hình 4.36. Phổ tổng trở Nyquist của PTFE/SiC-50Cu trên nền thép trong dung dịch 3,5% NaCl. ...................................................................................................72 Hình 4.37. Phổ tổng trở Nyquist của PTFE/SiC-50Cu trên nền thép trong dung dịch 3,5% NaCl. ...................................................................................................72 ix
Hình 4.38. Mạch điện tương đương cho hệ lớp phủ PTFE/SiC-50Cu trên nền thép và PTFE/SiC-50Cu trên nền thép trong dung dịch NaCl .................................73 Hình 4.39. Điện trở phân cực của các mẫu thép C45 có và không có lớp phủ bảo vệ, sau 1 giờ ngâm mẫu trong dung dịch 3,5% NaCl. .............................................73 Hình 4.40. Thử nghiệm hao mòn tổn hợp .....................................................................74 Hình 4.41. Tổn hao khối lượng mẫu sau 136 giờ trong thiết bị thử mòn hỗn hợp........75 Hình 5.1. Ảnh hưởng các thông số đến độ bền bám dính. ............................................79 Hình 5.2. Đồ thị quan hệ ứng suất bám dính theo L và M. ...........................................80 Hình 5.3. Đồ thị quan hệ ứng suất bám dính theo I và M. ............................................80 Hình 5.4. Đồ thị quan hệ ứng suất bám dính theo I và L. .............................................81 Hình 5.5. Ảnh hưởng các thông số đến độ xốp. ............................................................ 83 Hình 5.6. Đồ thị quan hệ độ xốp theo L và M. .............................................................. 84 Hình 5.7. Đồ thị quan hệ độ xốp theo I và M. ............................................................... 84 Hình 5.8. Đồ thị quan hệ độ xốp theo I và L. ................................................................ 85 Hình 5.9 Ảnh hưởng các thông số đến độ cứng ............................................................ 87 Hình 5.10. Đồ thị quan hệ độ cứng theo L và M. .......................................................... 88 Hình 5.11. Đồ thị quan hệ độ cứng theo I và M. ........................................................... 88 Hình 5.12. Đồ thị quan hệ độ cứng theo I và L. ............................................................ 89 Hình 5.13. Ảnh hưởng các thông số đến hàm lượng SiC trong lớp phủ. ......................91 Hình 5.14. Đồ thị quan hệ hàm lượng SiC trong lớp phủ theo L và M. ........................92 Hình 5.15. Đồ thị quan hệ hàm lượng SiC trong lớp phủ theo I và M. .........................92 Hình 5.16. Quan hệ hàm lượng SiC trong lớp phủ theo I và L. ....................................93 x
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Khả năng chống ăn mòn của các loại vật liệu gốm trong môi trường hóa chất khi khuấy liên tục. ..........................................................................................7 Bảng 2.1. Thông số của nguồn chính ............................................................................19 Bảng 2.2. Dòng điện đầu vào ở các cấp điện áp, 3 Phase, tần số 50/60 Hz ..................19 Bảng 2.3. Các loại khí cho phun plasma .......................................................................20 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của thép nền trước khi phun phủ .................................35 . Khả năng làm việc của một số vật liệu polyme trong các môi trường ăn mòn hóa học ......................................................................................................................35 Bảng 4.1. Chế độ công nghệ phun plasma một số loại vật liệu.....................................48 Bảng 4.2. Giá trị độ cứng HV của thép nền C45 ........................................................... 49 Bảng 4.3. Giá trị độ cứng HV của lớp phủ SiC trên thép C45 ......................................49 Bảng 4.4. Kết quả phân tích EDS cho mẫu SiC/thép ....................................................51 Bảng 4.5. Giá trị điện thế ăn mòn và mật độ mật độ dòng ăn mòn của các mẫu lớp phủ và nền thép C45 ............................................................................................ 53 Bảng 4.6. Kết quả đo giảm trọng lượng trong môi trường axit .....................................55 Bảng 4.7. Chọn sơ bộ chế độ công nghệ phun SiC-Cu trên nền thép. .......................... 57 Bảng 4.8. Kết quả phân tích EDS cho mẫu SiC-30 trên nền thép C45 không có khí bảo vệ. .................................................................................................................58 Bảng 4.9. Kết quả phân tích EDS cho mẫu SiC-30Cu trên nền thép C45. ...................59 Bảng 4.10. Kết quả đo chiều dày lớp phủ, hàm lượng SiC trong lớp phủ. ...................60 Bảng 4.11. Chọn chế độ công nghệ thí nghiệm phun SiC-Cu trên nền thép.................60 Bảng 4.12. Mức các yếu tố thí nghiệm chiều dày và hàm lượng SiC lớp phủ. .............61 Bảng 4.13. Kết quả phân tích tỷ lệ SN chiều dày và hàm lượng SiC trong lớp phủ. ....61 Bảng 4.14. Giá trị trị số SN và mức ảnh hưởng 3 yếu tố đến chiều dày lớp phủ ..........61 Bảng 4.15. Giá trị SN và mức ảnh hưởng 3 yếu tố đến hàm lượng SiC trong lớp phủ 62 Bảng 4.16. Kết quả phân tích EDS cho mẫu SiC-30Cu/thép C45 ................................ 66 Bảng 4.17. Kết quả phân tích EDS cho mẫu SiC-50Cu/thép ........................................68 Bảng 4.18. Kết quả đo các chỉ tiêu cơ tính lớp phủ SiC-50Cu. ....................................68 xi
Bảng 4.18. Giá trị điện thế ăn mòn và mật độ mật độ dòng ăn mòn của các mẫu lớp phủ và nền thép C45 ............................................................................................ 70 Bảng 4.19. Các thông số điện hóa của hệ lớp phủ SiC-Cu trên nền thép C45 trong dung dịch 3,5% NaCl ............................................................................................ 73 Bảng 4.20. Tổn hao khối lượng mẫu thử trong môi trường mòn hỗn hợp ....................75 Bảng 5.1. Mức các thông số công nghệ thí nghiệm đánh giá cơ tính lớp phủ plasma SiC- Cu trên nền thép C45. ..................................................................................77 Bảng 5.2. Các yếu tố, thông số chọn cố định trong nghiên cứu thực nghiệm chế độ phun plasma SiC-Cu trên nền thép. ......................................................................77 Bảng 5.3. Bố trí thí nghiệm trực giao toàn phần 3^3 và kết quả đo. ............................. 78 Bảng 5.4. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số đến độ bền bám dính ......................................................................................................................79 Bảng 5.5. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số đến độ xốp ..........83 Bảng 5.6. Bảng kết quả giải bài toán tối ưu tìm các thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu độ xốp ....................................................................................................83 Bảng 5.7. Bảng kết quả giải bài toán tối ưu tìm các thông số công nghệ hợp lý đồng thời theo chỉ tiêu độ bền bám dính và độ xốp .....................................................86 Bảng 5.8. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số đến độ cứng ........87 Bảng 5.9. Bảng kết quả giải bài toán tối ưu tìm các thông số công nghệ hợp lý với đồng thời ba chỉ tiêu (  và D) ..........................................................................90 Bảng 5.11. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các thông số đến hàm lượng SiC trong lớp phủ ................................................................................................ 91 Bảng 5.12. Bảng kết quả giải bài toán tối ưu tìm các thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu hàm lượng SiC trong lớp phủ ................................................................ 91 Bảng 5.13. Bảng kết quả giải bài toán tối ưu tìm các thông số công nghệ hợp lý với đồng thời bốn chỉ tiêu (   D và H) ...................................................................94 xii
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mòn và ăn mòn kim loại là tình trạng phá hủy thiết bị, công trình diễn ra liên tục theo cơ chế mài mòn và oxy hóa do ảnh hưởng từ môi trường làm việc gây thiệt hại về kinh tế và sức lao động. Trong các nhà máy hóa chất, thiết bị luôn làm việc trong điều kiện khắc nghiệt bị phá hủy nhanh chóng do mòn cơ - hóa. Khảo sát tại nhà máy Supe Phốt phát và hóa chất Lâm Thao cho thấy các thiết bị làm việc trong môi trường động học chứa axit flo và nhiệt độ cao, chúng có tuổi thọ rất thấp thường bị mòn do tác nhân cơ học và hóa chất gây mất cân bằng, biến dạng và bị phá hủy chi tiết như: Tua-bin, cánh quạt, bơm dung dịch...(hình ảnh bơm và cánh quạt xem trong phần phụ lục). Các thiết bị này làm việc trong môi trường gây ăn mòn khốc liệt chứa a xít flo, trong thực tế có chứa tới 10% HF; 4%H2SiF6, nhiệt độ 70ºC và hạt rắn có kích thước ≤ 0,2 mm và các dư lượng hóa chất khác ở nhiệt độ cao. Vì vậy khi nghiên cứu về công nghệ chống mòn cho các đối tượng chi tiết này cần đưa ra các tiêu chí đánh giá về mòn, ăn mòn và dùng chính điều kiện làm việc cụ thể này làm môi trường thí nghiệm. Các chi tiết máy như cánh quạt, buồng cánh bơm thường phải làm bằng vật liệu có tính chống ăn mòn cao nhưng tuổi thọ vẫn thấp: với cánh quạt hút khí flo làm bằng SUS304; SUS316L tuổi thọ từ 1÷2 tháng làm việc liên tục; với bơm bùn apatit làm bằng gang hợp kim tuổi thọ khoảng 3 tháng làm việc. Chống ăn mòn là nhiệm vụ rất quan trọng và cần thiết trong công nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy trước sự phá hủy của môi trường, đặc biệt là môi trường hóa chất khắc nghiệt. Một trong những phương pháp bảo vệ chống mòn và ăn mòn cho thiết bị máy móc làm việc trong môi trường hóa chất khắc nghiệt đó là lớp phun phủ nhiệt [1] nhằm ngăn cách lớp phủ và đảm nhiệm 2 tính năng: chống mòn cơ học và chống ăn mòn hóa học. Nhiều công trình trên thế giới tập trung nghiên cứu tạo ra những lớp phun phủ nhiệt tốt hơn để bảo vệ thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, phun phủ là một lĩnh vực công nghệ bắt đầu được nhiều ngành và các công ty ở Việt Nam quan tâm đến. Tuy nhiên đây vẫn còn là một lĩnh vực mới. Số cán bộ khoa học công nghệ nghiên cứu về lĩnh vực này còn rất ít, số thiết bị phun còn hạn chế. Các công trình nghiên cứu mới chỉ tập trung vào các lớp phủ nhiệt chịu mài mòn cơ là chủ yếu, rất ít những công trình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt chống mòn trong môi trường hóa chất. Việc nghiên cứu nhằm tạo ra lớp phủ có khả năng chống mòn cơ học và chống ăn mòn hóa học bảo vệ chi tiết máy làm việc trong môi trường ăn mòn khắc nghiệt là tính cấp thiết của đề tài luận án. Cacbit silic (SiC) được biết đến như một vật liệu đặc biệt ứng dụng vào lớp phủ cho thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn. Vật liệu có khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn rất tốt nhưng các nghiên cứu về lớp phủ này vẫn còn hạn chế và gặp phải những khó khăn nhất định. Luận án: “Nghiên cứu công nghệ phun phủ phủ plasma tạo lớp phủ cacbit silic lên bề mặt thép để bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường a xít chứa flo” là công trình nghiên cứu mới trong nước về lĩnh vực này, rất có ý nghĩa khoa học, đáp ứng tích cực vào nhu cầu sử dụng cấp thiết trong nước. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu - Tạo ra được lớp phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép. - Nghiên cứu một số tính chất quan trọng của công nghệ tạo lớ phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép để ứng dụng bảo vệ chống ăn mòn cho các chi tiết máy làm việc trong môi trường chứa flo. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Khảo sát sự ảnh hưởng của 3 thông số: dòng điện I, khoảng cách phun L, lưu lượng cấp bột M đến chất lượng lớp phủ plasma trên cơ sở SiC lên bề mặt thép. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ tạo lớp phủ plasma SiC-Cu trên nền thép bảo vệ chống mòn cho chi tiết máy làm việc trong môi trường axít chứa flo: đánh giá một số chỉ tiêu điển hình và ảnh hưởng của các thông số công nghệ phun phủ plasma đến chất lượng lớp phủ để thiết lập bộ thông số công nghệ tạo lớp phủ SiC – Cu trên nền thép, bao gồm: - Những chỉ tiêu cơ bản của lớp phủ cần khảo sát, đánh giá: + Chiều dày lớp phủ + Độ bền bám dính. + Độ xốp. + Độ cứng tế vi. + Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ trong môi trường a xít chứa flo. - Các thông số công nghệ ảnh hưởng chính: + Kích thước hạt phun - S (µm). + Tỷ lệ phối trộn bột (hàm lượng thành phần bột) - H (%). + Cường độ dòng điện - I (A). + Khoảng cách phun - L (mm). + Tốc độ cấp bột - M (g/ph). 4. Ý nghĩa khoa học của luận án - Nghiên cứu đưa ra được tỷ lệ phối trộn SiC-Cu hợp lý đảm bảo quá trình hình thành lớp phủ đạt chất lượng cơ bản làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. - Xác lập được bộ thông số công nghệ phù hợp cho việc tạo lớp phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép. - Xử lý số liệu bằng kế hoạch qui hoạch thực nghiệm Taguchi, ANOVA đánh giá mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và các chỉ tiêu chất lượng đạt được. 5. Tính mới của luận án - Đây là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu về công nghệ tạo lớp phủ plasma SiC-Cu lên bề mặt thép. 2
- Cải tiến phương pháp công nghệ phun plasma trong không khí bằng phun plasma trong khí bảo vệ Ar. - Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm bộ thiết bị kiểm tra mòn hỗn hợp theo điều kiện thực tế để đưa ra phương pháp đánh giá mòn tổng hợp bằng sự giảm trọng lượng theo thời gian. - Hoàn thiện lớp phủ SiC/Cu trên bề mặt thép bằng thẩm thấu PTFE nâng cao khả năng bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường chứa HF. 6. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần tạo ra giải pháp bảo vệ chống mòn cho các thiết bị, công trình làm việc trong môi trường có ăn mòn hóa chất, cụ thể là tạo lớp phủ bảo vệ lên cánh quạt và cánh bơm làm việc trong môi trường chứa flo tại nhà máy Supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao. - Góp phần nâng cao trình độ, bổ sung tài liệu kỹ thuật cho nghành công nghệ phun phủ nước nhà. 7. Bố cục luận án Chương 1: Tổng quan về lớp phủ nhiệt chống ăn mòn Chương 2: Công nghệ chế tạo lớp phủ plasma SiC trên nền thép Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Chế tạo, phân tích, đánh giá các lớp phủ plasma SiC trên nền thép Chương 5: Xác định bộ thông số công nghệ cho phun phủ plasma SiC-50Cu trên nền thép C45 3
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LỚP PHỦ NHIỆT CHỐNG ĂN MÒN 1.1. 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 05.10. 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. 1.2. Tình hình nghiên cứu về lớp phun phủ nhiệt trên thế giới 1.2.1. 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. Taha-al và đồng nghiệp [21] nghiên cứu về ảnh hưởng của WC tới ứng suất dư khi phủ bằng tia laser theo phương pháp phun HVOF, các tác giả đã nghiên cứu lớp phủ kim cương 1005 có các hạt WC lên thép 304 bằng các biện pháp gia tăng nhiệt độ và gradient của nhiệt độ, kết quả cho thấy khi tăng hạt WC và giảm gradient nhiệt độ thì mô đun đàn hồi, ứng suất dư và khả năng chống đứt, gãy của lớp phủ tăng lên. Min-su Han và đồng nghiệp [22] nghiên cứu về đặc điểm điện hóa của lớp phủ WC- 27NiCr và WC-10Co4Cr theo phương pháp phun HVOF cho hợp kim đồng, kết quả cho 6
thấy cả 2 lớp phủ đều rất ổn định trong môi trường nước biển. Lớp phủ WC-27NiCr thụ động và có mật độ dòng điện thấp hơn lớp phủ WC-10Co4Cr. Lima và đồng nghiệp đã nghiên cứu lớp phủ khi phun bằng phương pháp phun HVOF giữa kim loại và gốm, đã tiến hành đo các thông số về cấu trúc tế vi, độ cứng, độ nhám thì kết quả cho thấy với bề mặt là gốm thấp còn với bề mặt nền là kim loại cao hơn [23]. Jie Chen [24] và đồng nghiệp nghiên cứu lớp phủ thép không gỉ 316L bằng phương pháp phun HVOF áp suất cao với áp suất buồng đốt lên đến 3,0 MPa sử dụng ngọn lửa thấp và tốc độ cao, kết quả cho thấy áp suất buồng đốt cao hơn khi vận tốc cho phép của hạt cao hơn. Tỷ lệ ôxy - nhiên liệu và Khoảng cách phun có ảnh hưởng nhiều tới trạng thái nóng chảy của hạt. Shukla và đồng nghiệp nghiên cứu tuổi thọ của lớp phủ Cr3C2-25%NiCr khi tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cao, sự thay đổi chất nền và bề mặt phủ được xem xét trong các khoảng thời gian 10, 30, 50 giờ, kết quả cho thấy tuổi thọ của lớp phủ tuân theo quy luật parabol [25]. 1.2.2. Lớp phủ SiC để bảo vệ chống mòn cho thép trong môi trường ăn mòn Cacbit silic (SiC) là một vật liệu gốm với sự kết hợp tuyệt vời của các yếu tố cơ học, hóa học: SiC có độ cứng rất cao, không tác dụng với các axit và ba zơ mạnh. SiC có khả năng chống mòn rất tốt trong các môi trường ăn mòn (bảng 1.1) [112]. Vậy nên lớp phủ SiC là mục tiêu nghiên cứu của rất nhiều công trình trên thế giới nhằm tạo ra lớp phủ bảo vệ. Bảng 1.1. Khả năng chống ăn mòn của các loại vật liệu gốm trong môi trường hóa chất khi khuấy liên tục . Môi trường thử Khối lượng bị ăn mòn (mg/cm2.năm) Si / SiC Cacbit Oxit Cacbit Nhiệt độ Hóa chất compozit vonfram nhôm Silic (°C) (12% Si) (6% Co) (99%) (0% Si) 98% H2SO4 100 55,0 > 1000 65,0 1,8 50% NaOH 100 > 1000 5.0 75,0 2.5 53% HF 25 7,9 8,0 20,0 100 1000 7,0 1000 3,0 60,0 1000 16,0 1000 mg/cm2.năm: Phá hủy hoàn toàn trong vài ngày - 100 đến 999 mg/cm2.năm: Không nên sử dụng sản phẩm quá 1 tháng - 50 đến 100 mg/cm2.năm: Không nên sử dụng sản phẩm quá 1 năm - 10 đến 49 mg/cm2.năm: Được sử dụng theo hướng dẫn trong thời gian dài - 0,3 đến 9,9 mg/cm2.năm: Được khuyến cáo sử dụng trong thời gian dài 7