Nghiên cứu độ bền xói mòn của lớp phủ phun plasma nền nhôm bằng phương pháp phun dòng hạt rắn

Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71<br /> <br /> Part D: Natural Sciences, Technology and Environment<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN XÓI MÒN CỦA LỚP PHỦ PHUN PLASMA NỀN NHÔM<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN DÒNG HẠT RẮN<br /> Phạm Thanh Vương<br /> Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh<br /> Thông tin chung:<br /> Ngày nhận bài: 25/12/2015<br /> Ngày nhận kết quả bình duyệt:<br /> 03/03/2016<br /> Ngày chấp nhận đăng: 12/2016<br /> Title:<br /> A study on erosion–wear<br /> resistance and mechanism of<br /> plasma-sprayed alumina-based<br /> coatings by a novel slurry<br /> injection method<br /> Keywords:<br /> Plasma spraying, Aluminabased coatings, Erosion wear,<br /> Slurry jet test<br /> Từ khóa:<br /> Phun plasma, lớp phủ nền<br /> nhôm, ăn mòn, mài mòn<br /> <br /> ABSTRACT<br /> The study investigated the combination coating of Al2O3-Cr2O3 manufactured by<br /> plasma spraying. Its mechanical performances were better than those of Al2O3.<br /> The erosion-wear resistance of the Al2O3-Cr2O3 coatings was evaluated by a<br /> new type of solid particle impact test (slurry jet). The slurry was mixed by the<br /> compressed air in the nozzles and then injected on the coating surface at a high<br /> velocity. The injected slurry on this surface resulted in a wear progression,<br /> corresponding to the erosion intensity of the coating materials. The Al2O3Cr2O3 coating possessed a better erosion-wear resistance compared to the pure<br /> Al2O3 coating.<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trong nghiên cứu này, lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 được chế tạo bằng cách<br /> phun plasma. Lớp phủ này có tính cơ học tốt hơn so với lớp phủ Al2O3. Tính<br /> kháng xói mòn, mài mòn của lớp phủ được đánh giá bởi một loại thử nghiệm<br /> mới, đó là tác động dòng hạt rắn (bùn phản lực). Bùn được trộn với khí nén<br /> trong các vòi phun và bắn vào bề mặt lớp phủ ở vận tốc cao. Bùn bắn trên bề<br /> mặt lớp phủ dẫn đến sự phát triển vết xói mòn tương ứng với cường độ xói mòn<br /> của lớp vật liệu phủ. Lớp phủ Al2O3-Cr2O3 sở hữu khả năng chống xói mòn, mài<br /> mòn tốt hơn so với lớp phủ Al2O3 tinh khiết.<br /> <br /> khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn do có<br /> độ cứng cao, tính trơ hoá học và nhiệt độ nóng<br /> chảy cao, cũng như tính chống mài mòn và xói<br /> mòn (Zois D và cs., 2010; Maiti K, 2010). Lớp<br /> phủ Al2O3 có thể giữ được đến 90% khả năng của<br /> nó tại nhiệt độ 11000C (Musil J và cs., 2010). Đối<br /> với gốm oxit, độ dai thấp hạn chế các ứng dụng<br /> thực tế của nó (Bertarelli E và cs., 2011). Thật<br /> khó để kết hợp các phương pháp tăng độ bền<br /> thông thường với công nghệ phun plasma. Những<br /> phương pháp cải thiện độ bền truyền thống: tăng<br /> độ cứng hạt, dùng sợi có độ bền cao, tôi và cấu<br /> trúc gradient (Hallmann L và cs., 2012). Tăng độ<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Gốm oxit có tính bền, độ cứng, hiệu năng chống<br /> mài mòn, khả năng chịu nhiệt độ cao và kháng<br /> oxy hóa tốt (Dong S và cs., 2012; Edlmayr V và<br /> cs., 2010). Các lớp phủ của chúng có tiềm năng<br /> rất lớn trong việc sử dụng bảo vệ bề mặt kim loại<br /> hoạt động ở điều kiện làm việc nặng (Singh VP và<br /> cs., 2011; Sarafoglou GhI và cs., 2007). Phun<br /> plasma trong khí quyển là kỹ thuật phun linh hoạt<br /> nhất, có thể kết hợp gốm sứ với nhiều loại vật liệu<br /> như nhôm, chromia, titanic, zirconia và các hỗn<br /> hợp có liên quan (Di Girolamo G và cs., 2014). Là<br /> đại diện đặc biệt trong số đó, lớp phủ nhôm có<br /> 58<br /> <br /> Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71<br /> <br /> Part D: Natural Sciences, Technology and Environment<br /> <br /> cứng và độ rắn từ tinh thể hạt hoặc dung dịch rắn<br /> có lợi cho việc tăng cường độ bền và độ dẻo dai<br /> của các lớp phủ gốm. Việc bổ sung các TiO2 (3,13<br /> và 40 wt.%) cho phép tăng độ dẻo dai, kháng mài<br /> mòn và xói mòn (Normand B và cs., 2014). Tuy<br /> nhiên, các lớp phủ tương ứng kéo theo sự sụt<br /> giảm của độ cứng và độ ổn định ở nhiệt độ cao (là<br /> điều cần thiết cho các ứng dụng chống mài mòn<br /> nhiệt và ma sát). Lớp phủ kết hợp Al2O3-ZrO2 có<br /> độ dẻo dai cao nhưng tính dẫn nhiệt kém (Pan ZY<br /> và cs., 2012).<br /> <br /> phương pháp phun bùn phản lực để thực hiện các<br /> bài kiểm tra ăn mòn, xói mòn. Đây là phương<br /> pháp mới về tác động dòng hạt rắn (bùn phản lực)<br /> nhằm ước tính mức hao mòn do xói mòn của các<br /> lớp phủ cứng.<br /> Với phun plasma khí quyển, các lớp phủ được tạo<br /> thành từ các hạt được làm phẳng, giống như các<br /> tấm. Các tấm tạo thành từng lớp trong lớp phủ và<br /> các lớp lần lượt tạo ra cấu trúc lớp xếp chồng lên<br /> nhau. Đồng thời, cấu trúc lớp phủ còn luôn chứa<br /> các hạt không nóng chảy, các điểm rỗ, các hạt bị<br /> ôxy hóa và vết nứt tế vi. Do đó, trạng thái mài<br /> mòn xói mòn của lớp phủ chưa thể đánh giá một<br /> cách hoàn toàn.<br /> <br /> Cr2O3 và α- Al2O3 có những cấu trúc tinh thể<br /> giống nhau. Cr3+ và Al3+ có bán kính ion gần<br /> giống nhau. Theo đó, giải pháp tạo rắn kết hợp<br /> Al2O3-Cr2O3 dễ dàng hình thành. Năm 2011,<br /> Yang K và cs. đã sử dụng phương pháp phun<br /> plasma để tạo ra lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3.<br /> Các cấu trúc pha, vi cấu trúc, tính chất cơ học và<br /> nhiệt của lớp phủ đã được nghiên cứu. Các thí<br /> nghiệm trượt mòn của lớp phủ cũng đã được đánh<br /> giá trong điều kiện khắc nghiệt. Các kết quả thu<br /> được cho thấy lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có<br /> tính chất cơ học, nhiệt và chống mài mòn tốt hơn<br /> lớp phủ Al2O3 nguyên chất.<br /> <br /> 2. QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM<br /> 2.1 Chuẩn bị lớp phủ<br /> Hệ thống phun plasma khí quyển trang bị một<br /> khẩu súng plasma F4-MB (Sulzer Metco AG,<br /> Thụy Sĩ) để tạo ra lớp phủ. Trộn và nghiền nát<br /> hỗn hợp bột nguyên liệu Al2O3 và Cr2O3. Kích<br /> thước hạt trung bình tương ứng là 17,5 μm và<br /> 16,7 μm. Theo một tỷ lệ khối lượng nhất định, bột<br /> Al2O3 và Cr2O3 được trộn trực tiếp bởi các con lăn<br /> với tốc độ quay 150 vg/ph trong 120 giờ. Trước<br /> khi phun, nền thép không gỉ được tẩy dầu mỡ<br /> bằng siêu âm trong acetone và phun hạt corundum<br /> đến độ nhám (Ra) 6 ÷ 8 μm. Thêm nữa, bột NiCr<br /> được phủ lót trước khi phun gốm.<br /> <br /> Tuy nhiên, chế độ ăn mòn do xói mòn khác với ăn<br /> mòn do trượt. Ăn mòn, xói mòn loại bỏ vật liệu<br /> tại khu vực bị tác động, do tác động lặp đi lặp lại<br /> của các hạt mài, làm biến dạng hoặc bẻ gãy cấu<br /> trúc tế vi. Cơ chế mòn bị kiểm soát phần lớn bởi<br /> các yếu tố: vật liệu hạt, kích thước hạt, vận tốc tác<br /> động, tần số tác động trên một đơn vị diện tích, và<br /> góc tác động (Ercenk E và cs., 2012). Các tính<br /> chất (vật liệu và kích thước) của hạt tác động<br /> được coi là thông số liên quan cho loại ăn mòn<br /> này. Góc tác động và tốc độ lớn của các hạt mang<br /> lại một tác động vô cùng mạnh mẽ trên bề mặt xói<br /> mòn. Lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 được coi là<br /> đặc biệt hữu ích trong việc ứng dụng chống lại ăn<br /> mòn và xói mòn, chẳng hạn cánh tuabin nước và<br /> con lăn cửa cống, nơi đòi hỏi hiệu năng chống xói<br /> mòn rất lớn.<br /> <br /> Theo kết quả nghiên cứu của Yang K và cs.,<br /> (2011), lớp phủ gốm composite AC70 sở hữu đặc<br /> tính cơ học toàn diện hơn. Việc bổ sung Cr2O3 có<br /> lợi cho sự ổn định của α- Al2O3. Với sự gia tăng<br /> hàm lượng Cr2O3 trong hỗn hợp bột ban đầu, lớp<br /> phủ có độ xốp thấp, độ cứng cao, độ bền uốn lớn<br /> hơn và hiệu năng dẫn nhiệt tốt hơn. Đồng thời,<br /> lớp phủ composit AC70 sở hữu tối đa độ bền uốn.<br /> Do đó, thành phần trọng lượng Cr2O3 trong hỗn<br /> hợp bột cơ học sử dụng trong nghiên cứu này là<br /> 70 wt.%. Các thông số phun plasma cho lớp phủ<br /> lót NiCr và lớp phủ gốm ngoài cùng được biểu thị<br /> trong Bảng 1. Để có được hiệu suất lớp phủ tối<br /> ưu, các thông số phun cần phải có sự kết hợp tốt.<br /> Do phương pháp trộn cơ học và kích thước<br /> <br /> Do vậy, việc nghiên cứu tính kháng xói mòn của<br /> lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 cần phải được thực<br /> hiện. Công ty Palmeso (Nhật Bản) đã sử dụng<br /> 59<br /> <br /> Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71<br /> <br /> Part D: Natural Sciences, Technology and Environment<br /> <br /> nguyên liệu hạt, trong các bề mặt tiếp xúc của<br /> Al2O3 nóng chảy và các hạt Cr2O3 tồn tại một<br /> dung dịch rắn. Điều này làm tăng độ bền tại vị trí<br /> tiếp xúc pha và giảm độ xốp trong lớp phủ. Ngoài<br /> ra, các hạt Al2O3 và Cr2O3 không thể trộn hoàn<br /> <br /> toàn trong quá trình phun plasma. Trộn cơ trong<br /> vòng 120 h nhằm đảm bảo tính đồng nhất của bột<br /> composite. Cấu trúc mầm không đồng nhất và<br /> dung dịch rắn từng phần thu được trong cấu trúc<br /> composit.<br /> <br /> Bảng 1. Các thông số phun plasma cho lớp phủ lót NiCr và lớp phủ gốm ngoài cùng<br /> <br /> Thông số<br /> <br /> Lớp phủ lót NiCr<br /> <br /> Lớp phủ gốm ngoài cùng<br /> <br /> Dòng hồ quang (A)<br /> <br /> 590-610<br /> <br /> 640-650<br /> <br /> Gas plasma đầu (H2) (slpm)<br /> <br /> 55-60<br /> <br /> 40-50<br /> <br /> Gas plasma thứ 2 (Ar) (slpm)<br /> <br /> 6-8<br /> <br /> 6-8<br /> <br /> Gas vận chuyển (Ar) (slpm)<br /> <br /> 3-4<br /> <br /> 3-4<br /> <br /> Tốc độ bột (g/ph)<br /> <br /> 15-20<br /> <br /> 30-40<br /> <br /> Khoảng cách phun (mm)<br /> <br /> 110-120<br /> <br /> 100-110<br /> <br /> phủ cứng. Phương pháp phun bùn phản lực (MSE<br /> TESTER S201, Công ty Palmeso, Nhật Bản) được<br /> sử dụng để thực hiện các bài kiểm tra ăn mòn, xói<br /> mòn, trong đó có bốn tính năng đáng chú ý (Hình<br /> 1):<br /> <br /> 2.2 Đặc tính lớp phủ<br /> Kết cấu pha của lớp phủ phun plasma được xác<br /> định bằng tia X (XRD) sử dụng nhiễu xạ kế<br /> Rigaku D/Max2550, nhiễu xạ với tia phóng xạ Cu<br /> Kα (λ = 0,15406nm). Các phép đo nhiễu xạ tia X<br /> được thực hiện trong khoảng 2θ phút từ 20° đến<br /> 80° ở tốc độ quét 4°/phút. Mặt cắt ngang của lớp<br /> phủ được quan sát bởi kính hiển vi điện tử Hitachi<br /> TM3000. Đo độ cứng Vickers được thực hiện trên<br /> các mặt cắt hình thái học của lớp phủ sử dụng<br /> Instron Wilson-Wolpert Tukon 2100B Hardness<br /> Tester với tải 200 gf, thời gian dừng 10 s. Lấy<br /> mẫu đo trung bình 10 vết lõm. Độ bền phá huỷ và<br /> bền uốn của lớp phủ được đo với máy phổ (Model<br /> Instron-5566, Canton, Hoa Kỳ) ở nhiệt độ phòng<br /> và lấy trung bình 05 mẫu. Việc chuẩn bị độ dày<br /> lớp phủ và phương pháp thử tính chất cơ học có<br /> thể tham khảo trong kết quả nghiên cứu của Yang<br /> K và cs., (2011).<br /> <br /> 1. Đường kính hạt rắn 1 μm và giữ 10 đến 50 nm<br /> độ mòn sâu trên mỗi hạt rắn.<br /> 2. Điều khiển chính xác áp lực phun bùn và tốc<br /> độ dòng chảy.<br /> 3. Tốc độ dòng khí nén lên đến 100 m/s.<br /> 4. Hàng trăm triệu tác động hạt rắn mỗi giây.<br /> So với các hệ thống khác, tính ưu việt của nghiên<br /> cứu là:<br /> a) Các hạt nano được sử dụng để tăng hiệu quả<br /> tần số tác động và mức độ tập trung năng<br /> lượng đưa vào.<br /> b) Vận tốc tác động cao hơn.<br /> c) Áp lực phun và tần suất hạt có thể được kiểm<br /> soát một cách chính xác.<br /> <br /> 2.3 Kiểm tra xói mòn<br /> Hiệu quả chống xói mòn của lớp phủ được đánh<br /> giá bởi phương pháp phun bùn phản lực. Đây là<br /> phương pháp mới về tác động dòng hạt rắn (bùn<br /> phản lực) để ước tính mức hao mòn của các lớp<br /> <br /> d) Kích thước vết mòn khoảng 1 mm x 1 mm,<br /> cho thấy khả năng kiểm soát khu vực ăn mòn<br /> tốt hơn so với các hệ thống khác.<br /> <br /> 60<br /> <br /> Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71<br /> <br /> Part D: Natural Sciences, Technology and Environment<br /> <br /> Bảng 2. Thông số kiểm tra<br /> <br /> Điều kiện kiểm tra<br /> <br /> Thông số kiểm tra<br /> <br /> Loại hạt/kích thước hạt mài (µm)<br /> <br /> Corundum (Al2O3)/1-2<br /> <br /> Áp suất tại ống phun (Mpa)<br /> <br /> 0,36<br /> <br /> Lưu lượng (L/ph)<br /> <br /> 11<br /> <br /> Áp suất bùn (Mpa)<br /> <br /> 0,3<br /> <br /> Lưu lượng bùn (mL/ph)<br /> <br /> 125<br /> <br /> Góc tác động (độ)<br /> <br /> 90<br /> <br /> Nhiệt độ kiểm tra (độ C)<br /> <br /> 25<br /> <br /> Thời gian phun (ph)<br /> <br /> 60<br /> <br /> Kích thước bề mặt (mm x mm)<br /> <br /> 1x 1<br /> ÷ 250 μm. So với lớp phủ Al2O3 (biểu thị trong<br /> Hình 7a), các lỗ trong cấu trúc lớp phủ kết hợp<br /> Al2O3-Cr2O3 (thể hiện trong Hình 7b) ít hơn và<br /> kích thước của chúng cũng nhỏ hơn. Mặt cắt<br /> ngang của lớp phủ Al2O3 mượt hơn so với các lớp<br /> phủ nền Al2O3-Cr2O3. Trong Hình 7b, vùng xám<br /> chỉ ra các pha Cr2O3 và vùng màu xám đen biểu<br /> thị các pha Al2O3. Phương pháp phân tích hình<br /> ảnh được sử dụng để đánh giá độ xốp lớp phủ. Độ<br /> xốp của lớp phủ Al2O3 và Al2O3-Cr2O3 tương ứng<br /> là 3,15% ± 0,46% và 1,86% ± 0,28%. Do đó, việc<br /> bổ sung các Cr2O3 có lợi cho việc tăng mật độ lớp<br /> phủ, chủ yếu tăng cường độ cứng do dung dịch<br /> rắn từng phần. Sự giống nhau về cấu trúc tinh thể<br /> và bán kính ion sẽ đóng góp vào sự tạo mầm<br /> không đồng nhất và sự hình thành dung dịch rắn<br /> Al2O3-Cr2O3. Các mầm không đồng nhất tạo ra tỷ<br /> lệ mầm lớn hơn và bán kính mầm nhỏ hơn, có lợi<br /> cho việc giảm kích thước hạt lớp phủ. Trong quá<br /> trình phun plasma, các hạt Al2O3 và Cr2O3 liên kết<br /> với nhau và khuyếch tán từng phần. Điều này có<br /> lợi cho liên kết các cấu trúc pha trong lớp phủ kết<br /> hợp. Sự sụt giảm kích thước hạt trong lớp phủ và<br /> tăng cường liên kết bởi dung dịch rắn một phần có<br /> thể góp phần làm tăng mật độ phủ (cụ thể là giảm<br /> độ xốp).<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1 Cấu trúc pha<br /> Các mẫu XRD được trình bày trong Hình 6. Bằng<br /> cách tính toán cường độ của các đỉnh nhiễu xạ lớn<br /> nhất (cụ thể là, γ-Al2O3(440) và α-Al2O3(113)),<br /> hàm lượng γ-Al2O3 là 90,16wt.% trong lớp phủ<br /> Al2O3 (thể hiện trong Hình 6a). Kết quả cho thấy,<br /> sự hình thành ưu tiên của γ-Al2O3 là do tốc độ làm<br /> nguội cao và năng lượng mầm thấp hơn. Đối với<br /> các lớp phủ Al2O3 tinh khiết, tỷ lệ cường độ nhiễu<br /> xạ lớn nhất của α-Al2O3 để trở thành γ-Al2O3<br /> (I(113) (α-Al2O3)/I(440) (γ-Al2O3)) bằng 0,11. Trong<br /> Hình 6b, các pha Cr2O3, γ-Al2O3 và α-Al2O3 xuất<br /> hiện trong mẫu XRD của lớp phủ composite<br /> Al2O3-Cr2O3. Giá trị của I(113) (α-Al2O3)/I(440) (γAl2O3) tăng lên đến 0,85, có thể chỉ ra những ảnh<br /> hưởng tích cực của Cr2O3 vào sự ổn định của αAl2O3 trong lớp phủ composite. Cr2O3 và α-Al2O3<br /> có cấu trúc tinh thể giống nhau. Cr3+ và Al3+ có<br /> bán kính ion xấp xỉ nên dung dịch rắn Al2O3Cr2O3 có thể dễ dàng hình thành. Theo đó, việc bổ<br /> sung các Cr2O3 có lợi để duy trì pha α-Al2O3 trong<br /> lớp phủ. Do các mầm không đồng nhất và dung<br /> dịch rắn từng phần, ảnh hưởng của Cr2O3 trên αAl2O3 ổn định.<br /> 3.2 Cấu trúc tế vi và hiệu quả cơ học<br /> <br /> Hơn nữa, Al2O3-Cr2O3 thể hiện mịn hơn và phân<br /> phối lỗ đồng đều hơn so với Al2O3 (biểu thị trong<br /> Hình 8a và 8b). Dễ dàng nhận thấy, các liên kết ở<br /> <br /> Mặt cắt ngang hình thái học của lớp phủ được<br /> biểu thị trong Hình 7. Độ dày lớp phủ khoảng 220<br /> 61<br /> <br /> Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71<br /> <br /> Part D: Natural Sciences, Technology and Environment<br /> <br /> lớp phủ lót NiCr/chất nền thép và lớp phủ ngoài<br /> cùng gốm/lớp phủ lót NiCr liên kết tốt. Không có<br /> khuyết tật nào, chẳng hạn như vết nứt, thậm chí<br /> vết rỗ được tìm thấy trong các liên kết trên bề<br /> mặt. Sự so sánh tính chất cơ bản giữa Al2O3 và<br /> chất phủ Al2O3-Cr2O3 được thể hiện trong Bảng 3.<br /> Độ cứng Vickers (HV0,2, 200gf) trung bình<br /> tương ứng của Al2O3 và chất phủ Al2O3-Cr2O3 là<br /> 9,67 GPa và 12,17 GPa. Vì vậy, lớp phủ có độ<br /> cứng tăng 26%, có thể do giảm độ xốp và ranh<br /> giới các lớp chặt chẽ hơn trong lớp phủ<br /> composite.<br /> <br /> thế tạo sự gắn kết bền chặt bên trong các lớp<br /> nhiều hơn lớp phủ Al2O3. Do đó, lớp phủ Al2O3Cr2O3 có hiệu năng chống xói mòn lớn hơn.<br /> Đo hình dáng vết mài mòn được tiến hành dọc<br /> theo tâm của vết mài trên đường AA' Hình 2. Đo<br /> profin mặt cắt theo chiều dài vết mài mòn của lớp<br /> phủ phun plasma nền nhôm được biểu diễn trong<br /> Hình 11. Với sự gia tăng số lượng hạt, chiều sâu<br /> ăn mòn lớp phủ cũng tăng lên. So với lớp phủ<br /> Al2O3, lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có chiều sâu<br /> xói mòn thấp hơn và tính chống mài mòn tốt hơn<br /> với cùng số lượng hạt tác động. Khi lượng hạt tác<br /> động bằng 0 g, kết quả profin được xem là giá trị<br /> chuẩn. Có thể quan sát từ Hình 11a, các biến dạng<br /> lồi xuất hiện trên bề mặt lớp phủ Al2O3 gần khu<br /> vực xói mòn. Tuy nhiên, không có hiện tượng<br /> tương tự khi quan sát Hình 11b. Điều này cho<br /> thấy, gần vùng xói mòn, hạt phun ra ít tác động<br /> đến lớp phủ bề mặt Al2O3-Cr2O3.<br /> <br /> 3.3 Kiểm tra tính kháng xói mòn<br /> Kiểm tra bằng phun bùn phản lực được tiến hành<br /> để đánh giá hiệu quả kháng xói mòn của phương<br /> pháp phun plasma nền nhôm. Với nồng độ bùn 3<br /> wt%, thời gian thử nghiệm xói mòn 1 h, những<br /> vết mòn do mài mòn của lớp phủ Al2O3 và Al2O3Cr2O3 với lượng hạt tác động khác nhau được thể<br /> hiện trong Hình 9 và Hình 10. Các ô vuông màu<br /> đỏ thể hiện bề mặt mài mòn và kích thước tương<br /> ứng khoảng 1 mm x 1 mm. Đối với lớp phủ Al2O3<br /> tinh khiết, các hình thái ăn mòn không đồng nhất<br /> và các khu vực phá huỷ mòn rất rõ ràng (thể hiện<br /> trong Hình 9f, 9g và 9h). Ngược lại, lớp phủ kết<br /> hợp Al2O3-Cr2O3 thể hiện những vết sẹo giống<br /> nhau và không có điểm phá huỷ mòn rõ rệt (thể<br /> hiện trong Hình 10f, 10g và 10h).<br /> <br /> Hình 12 cho thấy mối quan hệ giữa số lượng hạt<br /> tác động và chiều sâu ăn mòn tối đa với lớp phủ<br /> phun plasma nền nhôm. Mặc dù độ sâu ăn mòn có<br /> xu hướng biến động cùng với sự gia tăng số lượng<br /> hạt phun, tốc độ mài mòn có sự khác nhau cho các<br /> lớp phủ nền nhôm. Tốc độ ăn mòn được tính theo<br /> tỷ số độ sâu ăn mòn với số lượng hạt tác động.<br /> Kết quả theo tuyến tính là y = 0,67x + 10,67 và y<br /> = 0,33x + 3,12, tương ứng. Góc tạo thành từ các<br /> đường tuyến tính này được định nghĩa là tỷ lệ hao.<br /> Các nghiên cứu tương tự để đo tỷ lệ hao có thể<br /> tham khảo trong nghiên cứu của Goretta KC và<br /> cs., (2007). Do đó, tốc độ mài mòn tương ứng của<br /> lớp phủ Al2O3 và Al2O3-Cr2O3 là 0,67 μm/g và<br /> 0,33 μm/g. Điều này cho thấy lớp phủ kết hợp<br /> Al2O3-Cr2O3 có tính chống mài mòn hiệu quả hơn<br /> so với lớp phủ Al2O3 tinh khiết.<br /> <br /> Như thể hiện trong Bảng 3, lớp phủ kết hợp<br /> Al2O3-Cr2O3 có tính chất cơ học tốt hơn so với lớp<br /> phủ Al2O3 tinh khiết. Do sự tăng bền tiếp xúc pha<br /> và ranh giới hạt trong lớp phủ kết hợp Al2O3Cr2O3, sự hình thành các vết nứt giữa ranh giới hạt<br /> sẽ được hạn chế một cách hiệu quả. Bùn phun liên<br /> tục dẫn đến sự gia tăng vết nứt tế vi trong lớp phủ.<br /> Sự tích tụ và lan truyền của vết nứt dẫn tới việc<br /> tách các lớp. Lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có ưu<br /> Bảng 3. Đặc tính cơ học của các lớp phủ<br /> <br /> Lớp phủ<br /> <br /> HV0,2 (GPa)<br /> <br /> σ (MPa)<br /> <br /> KIC (MPa.m1/2)<br /> <br /> Al2O3<br /> <br /> 9,67±0,15<br /> <br /> 169±10<br /> <br /> 3,08±0,16<br /> <br /> Al2O3- Cr2O3<br /> <br /> 12,17±0,12<br /> <br /> 183±7<br /> <br /> 3,26±0,11<br /> <br /> 62<br /> <br />