i
LỜ I NÓI ĐẦ U
Để thự c hiệ n thành công sự nghiệ p công nghiệ p hóa và hiệ n đạ i hóa đấ t nư ớ c , ngành
Công nghệ Hàn ở Việ t Nam có nhữ ng bư ớ c phát triể n mạ nh mẽ đặ t ra yêu cầ u về đào tạ o
nguồ n nhân lự c nghề Hàn có kỹ thuậ t cao.
Trư ờ ng Đạ i họ c Sư phạ m Kỹ thuậ t Nam đị nh là mộ t trong nhữ ng nơ i đào tạ o ra độ i
ngũ Kỹ sư và Công nhân kỹ thuậ t lành nghề đặ c biệ t là độ i ngũ Kỹ sư , công nhân ngành
công nghệ hàn phụ c vụ cho các lĩnh vự c cơ khí, xây dự ng…trong cả nư ớ c.
Để đáp ứ ng nhu cầ u trong thờ i đạ i mớ i, trư ờ ng Đạ i họ c Sư phạ m Kỹ thuậ t Nam
Đị nh luôn chú ý tớ i chư ơ ng trình đào tạ o, đổ i mớ i phư ơ ng pháp dạ y và họ c. Trong đó công
tác biên soạ n tậ p bài giả ng, tài liệ u để sử dụ ng cho dạ y và họ c là mộ t mụ c tiêu quan trọ ng
hàng đầ u.
Tập bài giả ng “Hàn đắ p và phun phủ” đư ợc biên soạn dựa theo chư ơ ng trình môn
học “Hàn đắ p và phun phủ” dùng cho đào tạo bậc kỹsư , cao đẳng công nghệhàn thuộc bộ
môn Hàn - Khoa Cơ khí -Trư ờng Đạ i học Sư phạm Kỹthuậ t Nam đị nh. Tập bài giảng
dùng để làm tài liệu tham khả o, giảng dạy cho giáo viên, tài liệu học tập cho sinh viên
ngành công nghệhàn.
Để tậ p bài giả ng đư ợ c hoàn thiệ n hơ n, chúng tôi rấ t mong đư ợ c sự đóng góp ý kiế n
và xây dự ng củ a các đồ ng nghiệ p và các độ c giả .
Xin trân trọ ng cả m ơ n!
Nhóm tác giả
ii
MỤ C LỤ C
LỜ I NÓI ĐẦ U.................................................................................................................i
MỤ C LỤ C ..................................................................................................................... ii
CHƯ Ơ NG 1 TỔ NG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ & HÀN ĐẮ P ............1
1.1 Thự c chấ t, đặ c điể m củ a phun phủ và hàn đắ p ....................................................1
1.1.1 Thự c chấ t, đặ c điể m củ a phun phủ ................................................................1
1.1.1.1 Thự c chấ t ....................................................................................................1
1.1.1.2 Đặ c điể m .....................................................................................................3
1.1.2 Thự c chấ t, đặ c điể m củ a hàn đắ p ...................................................................4
1.1.2.1 Thấ t chấ t .....................................................................................................4
1.1.2.2 Đặ c điể m .....................................................................................................4
1.2. Trang thiế t bị dùng trong hàn đắ p và phun phủ..................................................5
1.2.1. Trang thiế t bị dùng trong hàn đắ p .................................................................5
1.2.1.1 Thiế t bị hàn điệ n hồ quang tay ...................................................................5
1.2.1.2 Thiế t bị hàn hồ quang điệ n cự c nóng chả y trong môi trư ờ ng khí bả o vệ ...7
1.2.2 Trang thiế t bị dùng trong phun phủ...............................................................8
1.2.2.1 Máy nén khí ................................................................................................8
1.2.2.2 Bình chứ a khí............................................................................................10
1.2.2.3 Nguồ n điệ n để phun phủ ...........................................................................10
1.2.2.4 Hệ thố ng điệ n và tủ điệ n điề u khiể n .........................................................11
1.2.2.5 Đầ u phun...................................................................................................12
1.2.2.6 Các thiế t bị phụ .........................................................................................19
1.3 Sự hình thành lớ p phủ và cấ u trúc kim loạ i lớ p phủ ..........................................24
1.3.1 Các quan điể m về sự hình thành lớ p phủ .....................................................24
1.3.1.1 Lý thuyế t củ a Pospisil-Sehyl ....................................................................24
1.3.1.2 Lý thuyế t củ a Schoop ...............................................................................25
1.3.1.3 Lý thuyế t củ a Karg, Katsch và Reininger.................................................25
1.3.1.4 Lý thuyế t củ a Schenk................................................................................25
1.3.2 Cơ cấ u hình thành lớ p phủ ...........................................................................25
1.3.2.1 Quá trình chả y, phân tán kim loạ i phun....................................................25
1.3.2.2 Quá trình bay củ a các hạ t..........................................................................26
1.3.2.3 Sự hình thành lớ p phủ bằ ng kim loạ i ........................................................27
1.3.2.4 Cấ u trúc củ a lớ p phủ kim loạ i ...................................................................28
1.4 Độ bám dính củ a lớ p phủ kim loạ i .....................................................................29
1.4.1. Lự c bám dính củ a các hạ t kim loạ i .............................................................29
1.4.1.1 Lự c dính bám củ a hạ t kim loạ i lỏ ng lên bề mặ t các chấ t rắ n ...................29
1.4.1.2 Lự c Vandervan .........................................................................................31
1.4.1.3 Lự c liên kế t do ả nh hư ở ng củ a lớ p điệ n tích kép .....................................31
1.4.1.4 Liên kế t kim loạ i .......................................................................................32
1.4.2 Nhữ ng nhân tố ả nh hư ở ng đế n độ bám dính ...............................................33
1.4.2.1 Ả nh hư ở ng củ a lự c co rút kim loạ i. ..........................................................33
1.4.2.2 Ả nh hư ở ng củ a trạ ng thái bề mặ t cơ sở (nề n)...........................................34
iii
1.4.2.3 Ả nh hư ở ng củ a chuẩ n bị bề mặ t ...............................................................36
1.5. Công nghệ phun phủ và hàn đắ p .......................................................................40
1.5.1 Công nghệ phun phủ ....................................................................................40
1.5.1.1 Kiể m tra vậ t liệ u .......................................................................................40
1.5.1.2 Công nghệ chuẩ n bị bề mặ t chi tiế t trư ớ c khi phun phủ ...........................45
1.6. Gia công cơ khí sau khi phun phủ , hàn đắ p ......................................................75
1.6.1. Tiệ n .............................................................................................................75
1.6.2. Bào ..............................................................................................................76
1.6.3. Phay ............................................................................................................77
1.6.4 Mài ...............................................................................................................77
1.7. Tính chấ t và phư ơ ng pháp kiể m tra lớ p phủ .....................................................78
1.7.1. Tính chấ t củ a lớ p phủ .................................................................................78
1.7.1.1 Tính chấ t cơ họ c củ a lớ p phun kim loạ i ...................................................78
1.7.1.2 Tính chấ t chố ng mài mòn củ a lớ p phun ...................................................79
1.7.1.3 Khả năng chố ng gỉ ....................................................................................80
1.7.1.4 Khả năng chị u nhiệ t ..................................................................................81
1.7.2 Phư ơ ng pháp kiể m tra lớ p phủ .....................................................................82
1.7.2.2 Kiể m tra độ bám lớ p phủ ..........................................................................82
1.7.2.3 Xác đị nh độ xố p củ a lớ p phun ..................................................................85
1.7.2.4 Đo ứ ng suấ t dư củ a lớ p phun ....................................................................87
1.7.2.5 Xác đị nh độ chị u mài mòn củ a lớ p phun. .................................................87
1.8 Câu hỏ i ôn tậ p ....................................................................................................88
CHƯ Ơ NG 2 PHỤ C HỒ I VÀ BẢ O VỆ BỀ MẶ T KIM LOẠ I BẰ NG PHUN PHỦ
VÀ HÀN ĐẮ P ..............................................................................................................89
2.1 Khoa họ c về bề mặ t và phư ơ ng pháp xử lý chung .............................................89
2.1.1 Khái niệ m và sự phát triể n củ a xử lý bề mặ t kim loạ i .................................89
2.1.2. Đị nh nghĩa về phân loạ i bề mặ t ..................................................................90
2.1.3 Sự mòn bề mặ t và đặ c trư ng cử a chúng .......................................................92
2.1.4 Mụ c đích và phư ơ ng pháp xử lý bề mặ t ......................................................94
2.2 Sự gỉ củ a kim loạ i...............................................................................................97
2.2.1 Gỉ hóa họ c ....................................................................................................97
2.2.2 Gỉ điệ n hóa ...................................................................................................98
2.2.3 Gỉ trong môi trư ờ ng khí quyể n ..................................................................104
2.2.6 Gỉ do dòng điệ n rò.....................................................................................106
2.2.7 Gỉ cấ u trúc ..................................................................................................107
2.3 Bả o vệ chố ng gỉ ................................................................................................107
2.4 Bả o vệ bằ ng lớ p phun kim loạ i ........................................................................112
2.4.1 Lớ p phủ từ vậ t liệ u vô cơ ...........................................................................112
2.4.2 Phun phủ kim loạ i và hàn đắ p ....................................................................123
2.5 Câu hỏ i ôn tậ p ..................................................................................................128
TÀI LIỆ U THAM KHẢ O.........................................................................................130
i
DANH MỤ C CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phun dây bằng ngọn lửa khí cháy …………………………………..1
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý làm việ c củ a đầ u phun bằ ng hồ quang điệ n………..2
Hình 1.3. Ố ng nố i bị đứ t………………………………………………………..4
Hình 1.4. Bạ c lót trong máy ép trụ c khuỷ u cầ n sử a chữ a phụ c hồ i…………….4
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý củ a máy biế n áp hàn xoay chiề u……………………6
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy hàn mộ t chiề u…………………………………6
Hình 1.7 Sơ đồ khố i máy hàn trong môi trư ờ ng khí bả o vệ điệ n cự c nóng chả y7
Hình 1.8 Sơ đồ khố i máy hàn TIG……………………………………………..8
Hình 1.9. Bình chứ a khí …………………………………………………….…10
Hình 1.10. Các đặ c tính ngoài máy hàn ……………………………………….11
Hình 1.11. Quá trình phát triể n phun kim loạ i………………………………...12
Hình 1.12. Phân loạ i các đầ u phun…………………………………………….12
Hình 1.13. Đầ u phun điệ n trở ………………………………………………….13
Hình 1.14. Đầ u phun hồ quang điệ n…………………………………………...13
Hình 1.15. Thiế t bị phun hồ quang điệ n……………………………………….14
Hình 1.17. Thiế t bị phun khí cháy……………………………………………..15
Hình 1.18. Sơ đồ súng phun khí-bộ t kim loạ i ROTOTEC-80 (Thuỵ Sỹ )………15
Hình 1.19. Nguyên lý phun phủ plasma………………………………………17
Hình 1.20. Kế t cấ u mộ t số đầ u phun plasma…………………………………..17
Hình 1.21. Nguyên lý công nghệ phun nổ ……………………………………..18
Hình 1.22. Thiế t bị phun nổ ……………………………………………………19
Hình 1.24. Nguyên lý thùng lọ c thô không khí………………………………..20
Hình 1.25. Bình chuyể n cát (hạ t phun)………………………………………..21
Hình 1.26. Súng phun cát cầ m tay……………………………………………22
Hình 1.27. Sơ đồ nguyên lý máy nắ n dây phun……………………………….22
Hình 1.28. Cấ u trúc củ a lớ p phủ kim loạ i……………………………………..28
Hình 1. 29. Sự bám dính củ a giọ t lỏ ng trên vậ t rắ n……………………………29
Hình 1.30. Hình dáng giọ t lỏ ng………………………………………………..31
Hình 1.31. Ứ ng suấ t trong lớ p phủ …………………………………………….33
Hình 1.32 Mô hình phầ n tử phun……………………………………………..34
Hình 1.33 Sự bố trí nguyên tử trong mạ ng…………………………………...35
Hình 1.34. Quan hệ giữ a độ bám và độ nhấ p nhô bề mặ t……………………..37
Hình 1.35. Ảnh hư ở ng củ a khoả ng cách phun hạ t kim loạ i đế n độ dính bám và độ nhấ p
nhô……………………………………………………………………………..38
Hình 1.36. Sơ đồ chùm tia phun……………………………………………….39
ii
Hình 1.37. Sự hình thành cấ u trúc lớ p………………………………………..…39
Hình 1.38. Sơ đồ công nghệ phun phủ kim loạ i…………………………………40
Hình 1.39. Các dạ ng tia phun phụ thuộ c thành phầ n cacbon……………………42
Hình 1.40. Công nghệ chuẩ n bị bề mặ t………………………………………….45
Hình 1.41. Yêu cầ u về hình dáng bề mặ t vớ i lớ p phun phủ ……………………..47
Hình 1.42. Nguyên lý phun cát………………………………………………….48
Hình 1.43. Độ nhấ p nhô phụ thuộ c áp suấ t khí nén……………………………..49
Hình 1.44. Độ nhấ p nhô phụ thuộ c khoả ng cách phun cát,kích thư ớ c hạ t cát…50
Hình1.45. Bề mặ t mẫ u trướ c và sau khi phun tạ o nhám…………………………52
Hình 1.46. Nguyên lý phun bi……………………………………………………53
Hình 1.47. Dạ ng trăng tròn………………………………………………………53
Hình 1.48. Độ cứ ng phụ thuộ c khoả ng cách phun………………………………56
Hình 1.49. Độ bám dính phụ thuộ c vào khoả ng cách phun ……………………..56
Hình 1.50. Độ chị u mài mòn phụ thuộ c vào khoả ng cách phun …………………57
Hình 1.51. Độ chị u mòn phụ t huộ c theo điệ n áp hồ quang củ a thép 0,8%C……58
Hình 1.52. Các loạ i ngọ n lử a khí cháy…………………………………………...59
Hình 1.53. Hư ớ ng và góc phun………………………………………………….62
Hình 1.54. Phư ơ ng pháp làm tăng độ bám lớ p phủ phầ n đầ u tiên………………63
Hình 1.55. Vát cạ nh lớ p phun trướ c khi bào…………………………………….77
Hình 1.56. Phay lớ p phun phủ …………………………………………………...77
Hình 1.57. Đo độ cứ ng tế vi lớ p phủ …………………………………………….79
Hình 1.58. Mẫ u thử độ bề n dính bám củ a lớ p phủ ………………………………83
Hình 1.59. Chiề u dày lớ p phun phủ ả nh hư ở ng đế n lự c dính bám………………83
Hình 1.60. Mẫ u thử kéo xác đị nh chiề u dài lớ p phun ……………………………84
Hình1.61. Sơ đồ đo tỷ trọ ng lớ p phủ …………………………………………….86
Hình 1.62. Sơ đồ nguyên lý máy đo mòn AMSLER ……………………………88
Hình 2.1. Sựmài mòn theo thời gian củ a bề mặ t………………………………...93
Hình 2.2. Các dạ ng gỉ bề mặ t…………………………………………………….96
Hình 2.3. Sự gỉ theo thờ i gian……………………………………………………98
Hình 2.4. Tố c độ gỉ củ a Zn trong H2SO4………………………………………..98
Hình 2.5. Lớ p điệ n tích kép………………………………………………………98
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý làm việ c củ a pin……………………………………..100
Hình 2.7. Quá trình gỉ pin sắ t – đồ ng……………………………………………101
Hình 2.8. Pin gỉ điệ n hóa………………………………………………………...101
Hình 2.9. Đư ờ ng cong phân cự c………………………………………………...103