i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai và TS. Phạm Hồng Tuấn. Các kết quả nghiên cứu
trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với
điều kiện của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu
nào khác.
Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh
1. PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Mai Đinh Thanh Bình
2. TS. Phạm Hồng Tuấn
ii
LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và
chia sẻ của mọi người. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới tập thể Thầy Cô hướng dẫn
PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai, TS. Phạm Hồng Tuấn, các Thầy cô đã hướng dẫn, chỉ
bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành được luận án.
Tôi cũng xin chân thành biết ơn sâu sắc tới Quý thầy cô Bộ môn Cơ khí Chính xác
và Quang học đã chỉ bảo và cho tôi những ý kiến bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được
học tập nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em công tác tại Bộ môn Cơ khí chính xác và
Quang học, tập thể NCS tại Bộ môn đã chia sẻ cũng như tạo điều kiện giúp tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Quang điện tử - Viện Ứng dụng công nghệ,
Công ty TNHH MTV Cơ khí 17 - Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, Trung tâm đo lường
- Viện Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, đã nhiệt tình hợp tác và giúp đỡ tôi
trong hỗ trợ vật tư, thiết bị thực nghiệm và thu thập số liệu nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng Công nghiệp quốc
phòng, Ban lãnh đạo Khoa Dạy nghề đã tạo điều kiện về chế độ, thời gian, công việc giúp
tôi hoàn thành nhiệm vụ.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã chia sẻ, động viên giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2018
Tác giả luận án
Đinh Thanh Bình
iii
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ
TẠO LỚP PHỦ CỨNG ......................................................................................................... 4
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 4
1.2. Đúc áp lực ............................................................................................................... 4
1.2.1. Chu trình đúc áp lực ........................................................................................ 4
1.2.2. Khuôn đúc áp lực ............................................................................................. 5
1.2.3. Chốt tạo lỗ sản phẩm trong khuôn đúc áp lực ................................................. 7
1.2.4. Các dạng hỏng bề mặt khuôn và chốt tạo lỗ .................................................. 11
1.2.5. Giải pháp nâng cao tuổi thọ khuôn và chốt tạo lỗ ......................................... 19
1.2.6. Nghiên cứu ứng dụng lớp phủ cứng nâng cao tuổi bền khuôn và chốt tạo lỗ 23
1.3. Phương pháp chế tạo lớp phủ cứng ....................................................................... 31
1.3.1. Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi .................................................. 31
1.3.2. Phương pháp lắng đọng vật lý từ pha hơi ...................................................... 32
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về tạo lớp phủ cứng bằng phương pháp
PVD .............................................................................................................................. 41
1.4.1. Nghiên cứu tạo lớp phủ cứng bằng phương pháp PVD trên thế giới ............ 41
1.4.2. Nghiên cứu tạo lớp phủ cứng bằng phương pháp PVD tại Việt Nam ........... 45
Kết luận chương 1 ........................................................................................................... 48
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LỚP PHỦ CrN VÀ
TiN TRÊN CHI TIẾT THÉP SKD61 .................................................................................. 49
2.1. Quy trình công nghệ tạo lớp phủ .......................................................................... 49
2.1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tạo lớp phủ bằng phương pháp PVD .................. 49
2.1.2. Nội dung các bước công nghệ ....................................................................... 49
2.2. Quá trình chế tạo lớp phủ CrN bằng phương pháp phún xạ ................................. 51
2.2.1. Thiết bị chế tạo lớp phủ cứng ........................................................................ 51
2.2.2. Tạo lớp phủ CrN ............................................................................................ 55
2.2.3. Kết thúc lắng đọng lớp phủ ........................................................................... 57
2.2.4. Nghiên cứu, xác định bộ thông số công nghệ chế tạo lớp phủ CrN bằng phương
pháp phún xạ xung một chiều magnetron .................................................................... 58
2.2.5. Tăng cường khả năng bám dính của lớp phủ CrN với nền thép SKD61 ....... 59
2.3. Công nghệ chế tạo lớp phủ TiN và CrN bằng phương pháp hồ quang chân không .
.............................................................................................................................. 60
iv
2.3.1. Sơ đồ nguyên lý và thiết bị chế tạo lớp phủ .................................................. 60
2.3.2. Quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ TiN ..................................................... 61
2.3.3. Áp dụng bộ thông số công nghệ tối ưu của lớp phủ TiN để chế tạo lớp phủ CrN
trên nền thép SKD61 ................................................................................................... 65
Kết luận chương 2 ........................................................................................................... 66
CHƯƠNG 3. TỐI ƯU THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LỚP PHỦ CrN VÀ TiN
TRÊN CHI TIẾT SKD61 .................................................................................................... 67
3.1. Khảo sát ảnh hưởng các thông số công nghệ chế tạo lớp phủ CrN bằng phương
pháp phún xạ một chiều trên thiết bị chân không B30-VTD .......................................... 67
3.1.1. Chế tạo mẫu thí nghiệm ................................................................................. 67
3.1.2. Xác định chiều dày và tốc độ lắng đọng lớp phủ CrN .................................. 67
3.1.3. Cấu trúc lớp phủ ............................................................................................ 71
3.1.4. Độ cứng lớp phủ ............................................................................................ 74
3.1.5. Ứng suất mặt tinh thể..................................................................................... 76
3.2. Tối ưu hóa các thông số công nghệ chế tạo lớp phủ CrN trên nền thép SKD61 bằng
thiết bị B30-VTD ............................................................................................................. 79
3.2.1. Quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao ..................................................... 79
3.2.2. Tối ưu hóa quá trình chế tạo lớp phủ ............................................................. 91
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ chế tạo ............................... 93
3.3. Khảo sát ảnh hưởng các thông số công nghệ chế tạo lớp phủ TiN và CrN bằng
phương pháp hồ quang chân không trên thiết bị chân không Dreva Arc 400-VTD ....... 95
3.3.1. Tính chất của lớp phủ TiN trên nền thép SKD61 .......................................... 95
3.3.2. Tính chất của lớp phủ CrN trên nền thép SKD61 ......................................... 99
Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 101
CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN VÀO THỰC TIỄN SẢN XUẤT
VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ...................................................................................... 102
4.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 102
4.2. Điều kiện thực nghiệm ........................................................................................ 102
4.2.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 102
4.2.2. Thiết bị đúc và điều kiện làm việc của khuôn ............................................. 104
4.2.3. Chế tạo lớp phủ ............................................................................................ 108
4.3. Thử nghiệm trong sản xuất ................................................................................. 111
4.3.1. Thử nghiệm sản xuất chốt có phủ trên khuôn đúc áp lực vòng ôm ............. 111
4.3.2. Thử nghiệm sản xuất chốt có phủ trên khuôn đúc áp lực chi tiết giá đỡ ..... 116
4.3.3. Đánh giá hiệu quả làm việc của các lớp phủ ............................................... 119
v
Kết luận chương 4 ......................................................................................................... 120
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................................. 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 122
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 127