intTypePromotion=3

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

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

0
12
lượt xem
0
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 được chế tạo bằng cách phun plasma. Lớp phủ này có tính cơ học tốt hơn so với lớp phủ Al2O3. Tính kháng xói mòn, mài mòn của lớp phủ được đánh giá bởi một loại thử nghiệm mới, đó là tác động dòng hạt rắn (bùn phản lực). Bùn được trộn với khí nén trong các vòi phun và bắn vào bề mặt lớp phủ ở vận tốc cao

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: 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 />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản