bé c«ng nghiÖp
viÖn nghiªn cøu c¬ khÝ
b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp nhµ n−íc
m∙ sè kc 05.10
nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ phun phñ
nhiÖt khÝ ®Ó t¹o bÒ mÆt cã ®é chÞu mµi mßn
vµ b¸m dÝnh cao phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y
cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt
chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS u«ng sü ¸p
5848
31/5/2006
hµ néi – 2006
3
bµi tãm t¾t
Môc ®Ých cña ®Ò tµi lµ nghiªn cøu øng dông nh÷ng thµnh tùu tiªn tiÕn nhÊt trªn
thÕ giíi vÒ c«ng nghÖ phun nhiÖt, ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ t¹o líp bÒ mÆt cã ®é
b¸m dÝnh, ®é chÞu mµi mßn vµ chÞu nhiÖt ®é cao nh»m phôc håi c¸c chi tiÕt lµm viÖc
trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt, ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt tuabin khÝ.
Ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu: kÕt hîp lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm. §èi t-îng nghiªn
cøu lµ c«ng nghÖ phun plasma ¸p dông vµo viÖc phôc håi c¸c chi tiÕt tuabin khÝ bÞ h-
háng d-íi d¹ng bong trãc líp phñ, ®iÓn h×nh lµ c¸nh tuabin, èng vßi voi .v.v...
B¶n b¸o c¸o gåm 6 ch-¬ng, 39 h×nh vÏ, 21 b¶ng biÓu vµ 4 phô lôc vµ mét phô
biÓu kÌm theo.
Trªn c¬ së nghiªn cøu tæng quan c¸c thµnh tùu khoa häc c«ng nghÖ phun trªn
thÕ giíi ( th«ng qua c¸c tµi liÖu s¸ch b¸o, t¹p chÝ, patents ) vµ kh¶o s¸t t×nh h×nh thùc tÕ
ë nhiÒu nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn phÝa Nam, nhãm ®Ò tµi ®· x¸c ®Þnh nhiÖm vô chÝnh cña
c«ng t¸c nghiªn cøu lµ x¸c ®Þnh chÕ ®é phun tèi -u trªn m¸y phun hå quang plasma ®Ó
phôc håi thÝ ®iÓm 2 5 chi tiÕt ( cïng lo¹i ) ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt cña líp phñ lµm
viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt cña tuabin khÝ.
Lý thuyÕt vÒ qu¸ tr×nh t¹o h¹t vµ h×nh thµnh líp phñ, ph-¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c
th«ng sè kü thuËt phun, c¸c tÝnh chÊt c¬, lý, ho¸ cña líp phun, sù chän vËt liÖu phun
cña c¸c líp ( trung gian, phñ ), c«ng nghÖ chuÈn bÞ bÒ mÆt, kü thuËt phun ... ®· ®-îc
nghiªn cøu lµm c¬ së cho c«ng t¸c thùc nghiÖm.
Ba ®ît thÝ nghiÖm ®· ®-îc tiÕn hµnh ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é phun tèi -u. Mçi ®ît
gåm 5 7 l«, mçi l« 6 mÉu tiªu chuÈn. C¸c chØ tiªu ®Ó ®¸nh gi¸ lµ ®é b¸m dÝnh, ®é
cøng vµ ®é xèp líp trung gian.
Trªn c¬ së c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thÝ nghiÖm, c«ng nghÖ phôc håi
èng vßi voi ®· ®ù¬c x¸c lËp, vµ 02 èng vßi voi ®· ®-îc phôc håi thÝ ®iÓm cã kÕt qu¶
kh¶ quan.
KÕt luËn:
1. §Ò tµi ®· ®i ®óng h-íng, chän ®-îc ph-¬ng ph¸p phun hîp lý vµ ®èi t-îng
nghiªn cøu - c¸c chi tiÕt cÇn phôc håi, võa mang tÝnh bøc xóc, yªu cÇu kü thuËt cao võa
phï hîp víi xu thÕ nghiªn cøu ph¸t triÓn hiÖn nay cña c¸c n-íc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi.
2. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®· kÕt hîp chÆt chÏ víi c¸c c¬ së s¶n xuÊt, tham quan
c¸c c«ng nghÖ vµ thµnh tùu khoa häc míi cña n-íc ngoµi, thu thËp ®-îc nhiÒu tµi liÖu
khoa häc kü thuËt quý gi¸ liªn quan ®Õn ®Ò tµi, kÓ c¶ nh÷ng vËt liÖu cÇn thiÕt cho c«ng
4
t¸c thÝ nghiÖm. Sù tæng hîp ®Çy ®ñ c¸c tµi liÖu, c¸c patents, lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh
phun gióp ®-a ra ®-îc kÕ ho¹ch thÝ nghiÖm bµi b¶n, do ®ã c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm lµ tin
cËy.
3. Tuy cã chËm so víi tiÕn ®é ®Ò ra, nh-ng ®Ò tµi ®· thùc hiÖn ®Çy ®ñ vµ kÕt
qu¶ c¸c nhiÖm vô quy ®Þnh. C¸c s¶n phÈm thu ®-îc cña ®Ò tµi bao gåm hai quy tr×nh
c«ng nghÖ, c¸c thiÕt bÞ ®å g¸ vµ hai s¶n phÈm phôc håi ®· ®-îc nghiÖm thu vµ ®¸nh gi¸
®¹t yªu cÇu. C¸c chØ tiªu c¬ b¶n cña líp phun trªn bÒ mÆt chi tiÕt phôc håi ( èng vßi voi
) nh- sau:
- §é b¸m dÝnh víi kim lo¹i nÒn 378 kG/ cm2
- §é xèp Líp trung gian2%
- §é cøng líp phñ RC15N 75
S¶n phÈm sÏ ®-îc l¾p ®Æt thö nghiÖm trong thêi gian tíi.
4. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ phun phôc håi èng vßi voi ®-îc tiÕn hµnh theo ba c«ng
®o¹n: ChuÈn bÞ, phun phñ vµ kiÓm tra.
C«ng ®o¹n chuÈn bÞ bao gåm viÖc lµm s¹ch chi tiÕt b»ng ph-¬ng ph¸p c¬ häc,
kiÓm tra vµ xö lý nÒn, tÈy röa ho¸ häc, t¹o nh¸m bÒ mÆt b»ng ph-¬ng ph¸p phun bét
oxit nh«m cì h¹t G24.
C«ng ®o¹n phun phñ ®-îc thùc hiÖn trªn m¸y phun plasma SG 100 vµ c¸c ®å
g¸ tÜnh vµ ®éng, chÕ ®é phun nh- sau:
a. Phun líp trung gian ( líp liªn kÕt ) víi bét Ni-164-2:
+ §iÖn ¸p phun, Up ………….. …………....40 V
+ C-êng ®é dßng ®iÖn, Ip ……………...800A
+ VËn tèc di chuyÓn sóng phun, Vp …..10mm/ gi©y
+ Kho¶ng c¸ch phun, lp........................76 ÷ 102 mm
+ N¨ng suÊt cÊp bét, mb........................23 ÷ 30 g/ ph
+ ¸p suÊt khÝ argon, Par...........................50 Psi
+ ¸p suÊt khÝ heli, PHe………………...110 Psi
+ ¸p suÊt khÝ argon ( khÝ t¶i bét ), PAr…..30 ÷ 35 Psi
+ Gãc phun, ®é …………………....75 ÷ 900
+ NhiÖt ®é ®èt nãng s¬ bé, 0C……….…120 ÷ 1600C
b. Phun líp phñ víi bét ZRO -182:
+ §iÖn ¸p phun, UP..................................40V
5
+ C-êng ®é dßng ®iÖn, IP ………………450A
+ VËn tèc di chuyÓn sóng phun, VP…….10 mm/ gi©y
+ Kho¶ng c¸ch phun, lP………………...76 ÷ 102 mm
+ N¨ng suÊt cÊp bét, mb………………..38 ÷ 53 g/ phót
+ ¸p suÊt khÝ argon, PAr………………..40 Psi
+ ¸p suÊt khÝ hydro, PH2……………....10/ 15 Psi
+ ¸p suÊt khÝ argon( khÝ t¶i bét ), PAr…..30/ 35 Psi
+ Gãc phun, ®é…………………………75 ÷ 90
+ NhiÖt ®é ®èt nãng s¬ bé, 0C……….…120 ÷ 1600C
C«ng ®o¹n kiÓm tra ®-îc tiÕn hµnh trong c¶ qu¸ tr×nh phôc håi bao gåm kiÓm
tra chÊt l-îng bÒ mÆt tr-íc, trong vµ sau khi phun, kiÓm tra chiÒu dµy líp phun.
5. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tuy míi dõng l¹i trong ph¹m vi phßng thÝ nghiÖm
nh-ng qua kiÓm tra chÊt l-îng cña c¸c c¬ quan khoa häc ( ViÖn C«ng NghÖ Bé C«ng
nghiÖp, Trung t©m kü thuËt 1- Tæng côc Tiªu chuÈn §o l-êng ChÊt l-îng, Tr-êng §¹i
häc B¸ch Khoa Hµ néi), líp phun chÞu nhiÖt cã thÓ ®¸p øng ®-îc c¸c yªu cÇu lµm viÖc
cña c¸c chi tiÕt tuabin khÝ ( èng vßi voi, ®Õ c¸nh vµ c¸nh tÜnh vv….).
Sù phôc håi c¸c chi tiÕt nãi trªn sÏ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ to lín vµ chñ ®éng
trong s¶n xuÊt cña c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn hiÖn ®ang sö dông c¸c lo¹i m¸y nµy.
6. LÇn ®Çu tiªn ë ViÖt Nam mét c«ng nghÖ míi, hiÖn ®¹i ®· ®-îc tiÕn hµnh
nghiªn cøu, ®ã lµ c«ng nghÖ phun phñ nhiÖt hå quang plasma víi thiÕt bÞ hiÖn ®¹i vµ
vËt liÖu míi. Nã ®· gióp n©ng cao tr×nh ®é hiÓu biÕt khoa häc kü thuËt vµ ph-¬ng ph¸p
nghiªn cøu khoa häc kü thuËt cho nhiÒu c¸n bé, ®Æc biÖt c¸n bé trÎ.
7. Trong qóa tr×nh héi nhËp khu vùc vµ thÕ giíi, xu thÕ ®-a khoa häc c«ng nghÖ
vµo ®êi sèng x· héi ®ang ®-îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ, nhiÒu ®¬n vÞ nghiªn cøu, s¶n xuÊt
trong lÜnh vùc c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y vµ tù ®éng ho¸ ®Æc biÖt lµ mét sè trung t©m söa ch÷a
cña tæng C«ng ty §iÖn lùc ViÖt Nam, Tæng côc hµng kh«ng - Bé Quèc phßng v.v…
®ang ®Èy m¹nh viÖc t¨ng c-êng trang thiÕt bÞ phun phñ hiÖn ®¹i tiÕp cËn vµ nhËp khÈu
c«ng nghÖ tiªn tiÕn, th× kÕt qu¶ nghiªn cøu ®Ò tµi vµ 2 quy tr×nh c«ng nghÖ ®· x¸c lËp
sÏ gãp phÇn tÝch cùc víi tÝnh thùc tiÔn cao ®Èy nhanh lé tr×nh øng dông c«ng nghÖ
phun phñ nhiÖt phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt t¹o nªn b-íc
ph¸t triÓn míi trong lÜnh vùc øng dông c«ng nghÖ tiªn tiÕn nãi riªng vµ trong ngµnh c¬
khÝ chÕ t¹o m¸y nãi chung.
6
Môc lôc
Trang
Bµi tãm t¾t 3
B¶ng chó gi¶i 7
Lêi më ®Çu 8
Ch-¬ng 1 Tæng quan 9
1.1. T×nh tr¹ng h- háng cña tuabin nhiÖt qua kh¶o s¸t 9
1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi n-íc 12
1.3. C¸c ®éc quyÒn s¸ng chÕ ( patents) 17
1.4. T×nh h×nh nghiªn cøu trong n-íc 21
1.5. VÒ c¸c líp phun chÞu nhiÖt ®é cao 23
Ch-¬ng 2 Chän ph-¬ng ph¸p vµ ®èi t-îng nghiªn cøu 28
2.1. Chän ph-¬ng ph¸p phun ®Ó nghiªn cøu 28
2.2. NhiÖm vô nghiªn cøu cña ®Ò tµi 32
Ch-¬ng 3 lý thuyÕt vÒ c¸c qu¸ tr×nh phun phñ nhiÖt 33
3.1. Kh¸i niÖm chung 33
3.2. C¬ chÕ h×nh thµnh líp phun 35
3.3. C¸c tÝnh chÊt cña líp phñ 38
3.4. Ph-¬ng ph¸p thö c¸c tÝnh chÊt líp phun 48
Ch-¬ng 4 thÝ nghiÖm phun phñ nhiÖt 52
4.1. Quy ho¹ch thÝ nghiÖm 52
4.2. Nh÷ng hiÓu biÕt vÒ èng vßi voi 52
4.3. C¸c líp phñ chÞu nhiÖt trªn èng vßi voi 53
4.4. LËp quy tr×nh thÝ nghiÖm 55
4.5. M« t¶ thÝ nghiÖm 58
4.6. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm 61
4.7. Phôc håi thö nghiÖm èng vßi voi 78
4.8. Ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm 87
Ch-¬ng 5 x¸c lËp Quy tr×nh c«ng nghÖ phôc håi c¸c chi tiÕt
M¸y cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt b»ng
C«ng nghÖ phun phñ nhiÖt 91
5.1. Ph©n tÝch lùa chän kÕt qu¶ thÝ nghiÖm 91
5.2. Quy tr×nh c«ng nghÖ phun phñ phôc håi c¸c chi tiÕt m¸ycã chÕ
lµm viÖc kh¾c nghiÖt 91
5.3. Quy tr×nh c«ng nghÖ phun plasma phôc håi èng vßi voi 94
Ch-¬ng 6 tæng qu¸t ho¸ vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thu ®-îc 101
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 106
Lêi c¶m ¬n 109
Tµi liÖu tham kh¶o 110