Luận văn thạc sĩ thiết kế tối Ưu hệ thống Đầu phun nhiệt khí dây oxy khí cháy Ứng dụng trong công nghệ xử lý bề mặt chi tiết máy

thành bản luận văn này ác giả trần trọng cảm ơn tới tập thể lãnh dạo và các anh chị déng nghiệp thuộc Phỏng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bể mặt — Viện Nghiên cứu Cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO TRƯỜNG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

Kiểu Dang Trường

THIET KE TỎI ƯU HỆ THỐNG ĐẦU PHUN NHIỆT KHÍ DÂY

OXY-KHÍ CHÁY NG DỰNG TRONG CÔNG NGHỆ

XU LY BE MAT CHI TIET MAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUAT

là Nội 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỘI

Kiều Đăng Trường

THIET KE TOI UU Hi THONG DAU PHUN NHIET KHi DAY

OXY-KHi CHAY UNG DUNG TRONG CÔNG NGHỆ

XU LY BE MAT CHI TIET MAY

LUẬN VĂN THIẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Lé Đức Bảo

Hà Nội — 2018

1.1 Khái niệm chung và phân loại các phương pháp phun phủ nhiệt khi 12

1.1.2 Phân loại các phương pháp phưa phủ nhiệt khí 4 dS

1.3 Vật liệu phun phủ ¬— ¬— ¬— een BB

1.4 Tổng quan tỉnh hình nghiền cứu trong vả ngoài nước sexy ¬-

CHƯƠNG 2 NGIIÊN CỬU PHẦN TÍCH CÔNG NGIIỆ CỦA THIẾT HỊ, 33

2.1 Cơ sở lý thuyết về công nghệ phún nhiệt khí đây oxy — khi cháy 33 2.1.1 Dặc điểm công nghệ phun đầy ngọn lửa khí ——

2.1.7 Các thông số công nghệ pham và ảnh hướng của chúng tới cl

„nụ

2 Hệ théng thiết bị nhiệt khí hi day 6 ôxy khí chảy

2.3.1 Sơ đồ tổng thể, nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị 40

Wo 3.2 Chúc răng và yêu cầu kỹ thuật các bộ phận cấu thành thiết bị 43 2.2.3 Phuong hướng thiết kế tối ưu hệ thông đầu phun phun nhiệt ôxy khí cháy

CHƯƠNG 3: THU#I KẾ TÔI ƯU CỤM DẦU SỦNG PIIUN cee A

3.1.1 So dé cau tac và nguyên lý hoại đông của đầu phun nhiệt khí oxy - khí

3.1.3 Cáo yêu cầu thiết kế tỗi ưu cho cụm đầu bép 57 3.2 Thiết kế tối ưu các chỉ tiết của dẫu súng phun 59 3.2.1, Cum đầu bép phun chỉnh sexy sexy se 39 3.2.2 Buéng phân phối khi sexy sexy sexy ¬-

3.3.1 Sơ đỗ cầu tạo và nguyên lý thiết kế tống thế 67

3.4 Quy trình công nghé lap rap và vận hành thiết bị 71

4.2.1, Chuẩn bị trước khí phụm: sexy sexy ¬-

2 Thực nghiệm quá trình phun - sec re 7 4.3 Danh gia kat quá thứ nghiệm thiết bị và các mẫu thứ nghiệm „ sen eevee BO 4.3.1 Dánh giá chất lượng thiết bị của Dễ tài ¬— even BO 4.3.2 Dánh giá chất lượng sản phẩm phun thử nghiệm 80

LOI CAM BOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện

dang sử dụng và các công trình được công bố (ngoại trừ các bằng biểu số liệu tham khão và những kiến thức cơ bản trong các tải liệu học tập va nghiên cứu được phép

sử đụng) Những kết quả thử nghiệm được lưu giữ, giới thiệu trong bản thuyết minh

và ghỉ lại bằng hình ảnh là hoàn toàn trung thực

Tôi chịu hoàn toàn trách nhiệm và những lới cam doan của minh:

Hà Nội, tháng 3 năm 2018

Tae gid

Kiều Dăng Trường

LOT CAM ON

Quá trình thực hiện luận văn tác giã xin bảy tô lòng câm on chân thành của mình tới T8, Lê Đức Hảo, người đã hướng dẫn trực tiếp và tậu tình giúp đỡ trong việc như: định hướng nghiên cứu đề tài, hướng dẫn thực biện cũng như quả trình viết thành bản luận văn hoàn chữnÌL

‘Tao gia bay tỏ lòng biết ơn đổi với ban lãnh đạo Viện Cơ khi và Viện đào tạo

Sau đại học — Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn

thành bản luận văn này

ác giả trần trọng cảm ơn tới tập thể lãnh dạo và các anh chị déng nghiệp

thuộc Phỏng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bể mặt — Viện Nghiên

cứu Cơ khí dã giúp đỡ, đồng hành và tạo điều kiên trong quá trình làm việo công lắc, nghiên cứu, làm thực nghiệm và hoàn thánh để tài luận văn thạc sĩ “Thiết kể tối ưa tiệ thống đầu phun nhiệt khi đây oxy — khí cháy ứng dụng trong công nghệ xử lý bê mặt chỉ tiết máy”,

De năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khó trảnh khối sai sót,

†áo giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thây/cồ, các nha khoa học và

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Phan loai cac phuong pháp phưn phủ nhiệt khí ¬— Bang 1.2 Thanh phan hóa học (%4) và cơ tính

Bảng 1.3 Thành phẩn hóa học và cơ tính cửa đồng phôt-pho (JISH 3751)

Bang 1.4 Thánh phần hỏa hợc của đồng thau (1134/3203), %

Tăng 1.5, Thành phân hóa học (%) của Monel ¬— Rang 1.6 Thanh phan hoa ho cửa đây thép cacbon (%)

Bang 2.1 Tinh chất hỏa lý của các loại khi cháy sexy

Tiảng 2.2 Nhiệt độ nóng chảy của các hỗn hợp khí khí nhau

thuật của hệ thông thiết bị FWS-20

Bang 3.1 Bang thông số

Bang 4.1 Các thông số chế độ phưn sexy sexy

Bảng 4.2 Kết quả đo đó bám đỉnh lớp phủ

DANH MỤC HÌNH ANH, BO THT

Hinh 1.1, So dé nguyén lý công nghệ phan phủ nhiệt khí |3] —¬-

Hình 1.2 So dé thiét bi phun day bang ngọn lửa khí 19

Hinh 1.3 C4u tae thiét br phun bột bằng mượn lửa khí 21

Hình 1.4 Sơ đỗ thiết bị phưn nỏ à co sentgrreieree 2 Tlinh 1.5 Cau tạo thiết bị phun hê quang điện ¬— ¬— —-

Hình 1.7 Sơ đỗ cấu tạo đầu phun nhiệt khiôxy khí chảy see DT

thực hiện cấp day phun bang tude bin khi 27

Hình 1.4 Đâu phun khí cháy của M U Sehoop ¬— -e.30 Llinh 1.5, Sing phun Wire [lame Jet 5KM ¬— ¬— +31

Hình 3.1 Nguyên lý phương pháp phun dây ngọn lửa khí 33

THỉnh 2.2 Sự thay đổi tốc độ ngọn lửa khí theo chiều đải khoảng cách phụn 36

Tỉnh 2.4 Sơ đề kết cầu tổng thế hệ thống thiệt bị phun nhiệt khi đây öxy — khí cháy

Hình 3.7 Hệ thông phun MK61-S sexy TH ¬

Ilinh 3.8 Dẫu sứng phưn dong MTU cia hing TAKEN 55 Hình 3.9 Nguyên lý cơ bản của cụm bép phun [1-r30] 38

Linh 3.10 So 43 cấu tạo cựm đầu bép phưn sexy sexy —-

~

Hình 3.13 Câu tạo buồng phân phối khi

Hình 3.14 Câu tạo thân dẫu phụn ¬— _.

Hình 3.15 Câu tạo của đâu súng phưm nhiệt khí đây ôxy — khí cháy

Hình 3.16 Sơ đỗ cấu lạo cơ cấu cấp đây phun

Hình 3.17 Bãn vẽ câu tạo bộ phản cấp dây phun sexy

Tlinh 3.18 Sơ đỗ quy trình lắp ráp đầu súng phưn nhiệt khí

Hình 4.1 Tắp ráp các chỉ tiết cụm đầu bép phun chính với buồng phân phối khí Hình 4,3 Đầu nói hệ thông đường ống dẫn khí với đầu súng phun

Tình 4.3 Vận hành thử đâu súng trước khi lắp vào hệ thông cấp dân

Hình 4.4 Đầu plran sau khi đã lắp ráp hoàn chẳnh TH

1Hình 4.5 Liệ thống phun nhiệt khi sau khi được lắp ráp hoàn chỉnh

Hình 46 Phim thử nghiệm kẽm, đồng, thạch cao và sảnh

thiết bí trước khi phưn mẫu

Tlinh 4.7, Chuẩn bị bề mặt nên chỉ tiết trước khi phun TH

Hình 4.8 Hình ảnh quá trình phun thực nghiệm

Hình 4.9 Quá trình điểu chỉnh tốc độ cấp dây phun

TTinh 4.10 Lớp phủ kếm sau khi phưn

Hình 4.11 Các lớp phú đồng trên nên thép sau khi phím:

Hình 4.12 8ø sánh tương quan độ mịm giữa 2 lớp phủ ¬—

LIinh 4.13 Thứ nghiệm độ bám dinh lớp phú sau khi phun

MOG DAU

1 Lido chon dé tai

Khoa học kỹ thuật phát triển đã góp phân tao ra những vật liệu mới có tính

tiắng vượt trội so với vật liệu truyền thông sử dụng trong công nghiệp Chẳng hạn như những bê mặt kết câu làm việc trong mỗi trường hoá chết, dc biệt khi có áp suất cao sẽ chịu ăn món lớn; các bê mặt tiếp xúc kiểu ma sát làm việc trong điều kiện khắc

nghiệt cũng chồng bị môn eo học; những thiết bị hàng không, vũ trụ làm việc ở nhiệt

độ cao thậm chỉ còn bạ bốc chảy, tiêu hủy nếu không có lớp giáp bảo vệ đặc biệt

Tế giải quyết những văn đẻ nêu trên, người ta đã nghiên cứu, img đựng và cho

dến nay dã hình thành một nhánh công nghệ mới trong chế tạo máy, đỏ là công nghệ phưn phủ lản chất quả trinh là tạo ra một luỗng kim loại (kể cả hợp kim) nóng chay

nhờ các nguồn nhiệt khác nhau, đưới áp suất khi phun (va đập) vào lớp nên, đo ảnh Tưởng của cáo biến cứng lý hoá lương lác, mà hình thành nên lớp phủ bám chắc vào

lớp nên

Phun phat kim loại là công nghệ không thể thiêu trong các lĩnh vực kim loại, luyện kim, điện — diện lử, cơ khủ Mục dích sử dụng cũa công nghệ này là bảo vệ

chống ăn mòn trang cáo mỗi trường khí quyền, môi trường nước, tạo các lớp phủ có

khả năng làm việc trong các điều kiện kỹ thuật đặc biệt như nhiệt độ cao, chịu ma sát,

Hàn và Xứ lý bê mặt - Viện Nghiên Cứu Cơ khi và một số cơ đơn vị nghiền cứu, cơ

sở sản xuất đã được trang bị những thiết bị hiện đại nhập từ rurớc ngoài

Tgoài ra Lại đơn vị này đã có nghiều

vực phun phú nhiệt và trong số đỏ có công nghệ phun phú nhiệt khi dây ôxy khi chảy

Đã có những công trình nghiên cứu, ứng đụng công nghệ phun phú nhiệt áp đụng vào

ông trình khoa học được công bổ về lĩnh

sân suất nửue Phum phục hồi cỗ trục, Nghiên cứu ứng đụng công nghệ xử lý bê mật năng cao chất lượng chỉ tiết cơ khi bằng phương pháp phun phủ Plasma, Nghiên cửu

triển khai công nghệ phun phủ đông và hợp kim đồng bào vệ chẳng ần màn và tạo

lớp phô trang trí cho các sân phẩm rmmỹ thuật: phù điều, tượng đải bằng thạch cao hoặc

bê tông

Ở nước ta, chưa có đơn vị nào trực tiếp sản xuất loại thiết bị này và chủ yếu

là nhập khẩu từ nước ngoài Chính vì vậy, nhiệm vụ của dễ lài này đặt ra là làm chủ

việc thiết kế và chế tạo thiết bị thay để thể nhập ngoại, đóng góp một phần vào nên kinh tế của đất nước

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghién cứu

tt Mục đích nghiên cứu:

- Làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo thiết bị phạm nhiệt khí đây oxi — khí

cháy ứng dụng trong ngành cơ khí chế tạo và phục hồi chú tiết máy

- Thiết

ễ tôi tu thiết bị phun phủ nhiệt khi đây — ôxy khí cháy với việc cấp dây

tự động

- Đảănh giá thữ nghiệm thiết bị trên một số mẫu vật liệu khác nhau

sè Dỗi tượng nghiên cứu:

Hệ thống thiết bị phúm nhiệt khí dây 6 xy khí cháy cảm tay sử dụng việc cấp dây bằng động cơ điện:

Hệ thống thiết bị phun nhiệt khi ôey khí chảy bao gồm các bộ phận chỉnh

như Dâu phun ôxy — khí cháy, bộ phận cập khi (ôxy, khí cháy và khí nén áp lực cao),

chay va cap day bong sudl qua trinh phum Viée thiét ké (i uu thiét bi phan pha nbidt khi đây — ôxy khi cháy với việc cấp dây tự đông, dòng thời đánh giá thử nghiệm thiết

bị trên một số mẫu vật liệu khác nhau là cản thiết

phim, da dang hoá về chủng loại tăng tính linh động trong sản xuất đáp ứng với yếu

cau của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá dất made

Dé dap ứng nhu cầu trong nước và từng bước chủ động trong việc ché tao,

thay thê sửa chữa những hư hông trong quá trinh sử đựng, Đề tài: “7hiế! ká tôi ra hệ

thông đầu phưm nhiệt khi dâu oxy — khi chảy ứng đụng trong công nghệ xử lý bê mặt chỉ tiết máy” mong muốn làm rõ các vấn dé cơ sở khoa học về thiết bị trong công

nghệ phưn phủ xử lý bẻ mặt, công nghệ phưn phủ nhiệt khí đây öxy - khi cháy:

Nội dung Dé tai bao gam 4 chương:

Chương | Nghiên cứu tổng quan

Chương 2 Nghiên cứu phân tích công nghệ của thiết bị phím phố nhiệt khí

củng chúng loại và lựa chọn đổi tượng thiết kẻ

Chương 3 Thiết kế tối wa cựm đâu phưn nhiệt khi dày oxy khi chảy

Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Dựa trên thiết bị hiện có trong Phòng thí nghiệm trọng điêm công nghệ Hàn

và Xử lý bẻ mặt — Viện Nghién củu Cơ khi, tiên hành nghiên cứu thiết kế dẫu phần

nhiệt khí dây - ôxy khi cháy

- Tiên hành phun thực nghiệm, kiểm tra đánh giá chất lượng thiết bị và các sản

phẩm mẫu thử

CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỎNG QUAN

1.1 Khái niệm chưng và phân loại các phương pháp phưn phú nhiệt khí

1.1.1 Khái niệm chung

Các chỉ tiết máy và kết cầu làm việu trong nhiều môi trường khác nhau với những chế độ công tác rất khác nhau Chủng bị phá hủy vả hư héng dưới nhiều dạng,

Có nhiều nguyên nhân, những nguyên nhân chính là: gĩ (do làm việc trong môi trường

không khí — các kết cầu xây dựng, và nước — các phương liện (hủy; các méi trường,

tính và động _ thiết bị hóa học ), ăn món (chẳng hạn dưới tác dụng của chất lòng,

và khí cháy), mài môn co học và các Int héng khac (chẳng hạn tại các mặt tiếp xúc

của các chỉ tiết làm việc dưới áp suất và nhiệt dỗ cao)

Dé nang cao độ bên và tuổi thọ của chỉ tiết và kết cảu, nhiều giải pháp đã được

đưa ra: gia công nhiệt đề cài thiện tỉnh chất của vật liệu; sản xuất vật liện mái và hop

kim Trong nhiều trường hợp, bê mặt vật liên được phủ một lớp bão vệ chống an mon

va mai mén

€ó nhiều phương pháp phú trên bê mặt chỉ tiết và kết câu tùy theo mục dich

số dụng và điều kiện làm việc của chúng Có những lớp phủ bao vệ hoặc trang trí, có những lớp phủ đặc biệt với những tính chất đặc biệt như: chồng cháy, chịt mài môn, chịu nhiệt và cách nhiệt

Phun phú nhiệt khí lả một nhóm các quá trình ong, dỏ vặt liệu phun dưới dạng,

dây, thanh hoặc bột được đốt nóng chảy vá dưới táo dụng của luồng khí nén tạo thánh các hạt nhỏ chuyển động với tốc độ cao Lới bề mặt chỉ hết phun (vật liệu cơ bản hay vật liệu nên ) Nguồn nhiệt dốt nóng, vật liệa plran có thể là ngọn lửa oxy - khi chảy,

hỗ quang điện, hồ quang plasma hoặc năng lượng nể của hỗn hợp khí cháy Dưới

day là sơ dỗ nguyên lý công nghệ phun phủ nhiệt khí được trình bảy trong hình 4

Vitlitu phun Ntugluengphan Ponsa mons ao nhậm

Cäc hạt và đp lên Xinthúe qui

bẻ mật chỉ tiết trình phun

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ phun phủ nhiệt khí [3]

Phun kim loại có thẻ phủ được các kim loại nguyên chất, các hợp kim của chúng,

lên bê mặt kim loại hoặc lên các bê mặt cứng khác như gồm sứ, thạch cao, bê tông,

go

Thông thường vật phun ( vật liệu cơ bản ) được làm nhám trước khi phun bằng

phương pháp phun cát hoặc phun hạt cửng Việc chọn vật liệu và phương pháp phủ

nói chung phụ thuộc vảo điều kiện làm việc của các chỉ tiết và kết câu Ngoài ra sự cải thiện chất lượng bẻ mặt của vật liệu cũng chø phép thiết kế và chẻ tạo máy móc

và thiết bị năng suất hơn

Khi các phân tử kim loại nóng chảy đập vào vật phun, chúng biển thành các

phiến mỏng có dạng hình học khác nhau Các phiến mỏng nhanh chóng nguội va đông cứng Các lớp phiền mỏng liên tục được tạo thành tới độ dày yêu cầu và chuyên thành cầu trúc lá mồng

Sự liên kết giữa vật liệu cơ bản vả vật liêu phun có thê là liên kết cơ hoc, hoa học hoặc sự kết hợp của chúng, Sự xử lý nhiệt sau khi phun cho phép tăng độ bên của

lớp phưn nhờ sự khuếch tán hoặc nhờ phản ứng hoá học giữa lớp phưn và vật liêu cơ ban

Độ chặt ( mật độ ) của lop phun phu thuée vao vật liệu phun, phương pháp phun

điều kiện phun vả sự xử lý nhiệt sau khi phun Nói chung độ chặt của lớp phun bằng

khoảng 85 + 90% độ chặt của vật liệu phun Các tính chất của lớp phun phụ thuộc

vào các yêu tổ như độ xóp, độ dinh giữa các hạt ( phản tử ) phun, độ bám của lớp

phun với vật liệu co ban và thành phần hoá học của vật liệu phun.

> Un diém ctia céng nghé phun phit

Công nghệ phun phủ có những ưu điểm nỗi trội so với các công nghệ khác, Đó

hạn, có thê phú kim loại trên kinh, vai, 24, giấy

- Có thể phưm trên các bé mặt có điện tích lớn hoặc các vừng nhỏ của chỉ tiết Ton, trong khi d6, bing các phương pháp khác như: rhúng, mạ khuếch tám không thể thực hiện được mục dich nay do không cỏ các thiết bị phụ trợ thích hợp (như bể

chứa hoặc thiết bị nung nóng) Phun phủ là phương pháp tiện lợi nhất và kinh tế nhất

dỗi với các chủ tiết có yêu cầu mặt phủ lớn

- Cũng như han đắp, phun phú cho phép tạo lớp đắp với chiều dày tương đối lớn

(để phục hỏi các chỉ tiết bị mài ruòn)

~ Thiết bì phun phủ khả đơn giãn và gọn nhẹ, có thể di chuyển dễ đàng và nhanh: chóng Chẳng hạn, khi phan bằng ngợn lúa khí chỉ cân máy nén khí, mỏ đốt và bình khí Khi có nguồn điện cẻ thế ứng dụng phương pháp phụn điện với những súng phun cằm lay rất tiện lợi

- Có thể sử dụng các kim loại và hợp kim khác nhan, hoặc hỗn hợp của chúng

Có thể phưn nhiều lớn với những vật liệu khác nhau để tạo các lớp phủ có các tính

xấu dược táo ra dễ lại lớp vô tạo thành từ lớp phun

- Quả trình công nghệ phun phú đảm bảo năng suất cao và khôi lượng công việc

không lớn

> Nhược điểm của công nghệ phán pi

- Khi chỉ tiết phun nhỏ, phưn phú it hiệu quả do tên hao vật liệu phun lớn Trong,

trường hạp này, kinh tế hơn là sử dụng phương pháp khác

- Quả trình chuẩn bì bể mặt trước khi phun gây ö nhiễm môi trường làm việc do phải sử dụng các thiết bị tây rửa và làm sạch như máy phun cát, phun bị, phan bột

kim loại vả các dưng địch tây rửa khác

- Troir quá trình phun, cáo hạt phim: có thể bắn Hư toẻ, đồng thời có thể tạo các hợp chất có hại cho sức khoẻ của người công nhàn

1.12 Phân loại các phương pháp phun phú nhiệt khí

Dựa theo nguồn nẵng lượng nhiệt được cũng cấp để làm nóng chày vật liệu phú:

có thể phân các phương pháp phun thành hai nhỏm: phun ngọn lửa khí vá plun điện

Bảng 1.1 Phân loại các phương pháp phun phú nhiệt khí

1 Phương pháp phun ngọn lửa khí 1 Tổ quang điện

2 Phương pháp phun nd 2 Hé quang plasma

1.1.2.1 Phương pháp phun ngọn lửa khí

Khi phun ngọn lửa khí, nguấn năng lượng nhiệt được tạo bởi sự đốt chay hỗn

hop oxi với khí chây Tùy thuộc vào trạng thái vật liệu phun, sự phun có thể cô ba

dạng: phun dây, phưn thanh vả plwm bột Ngoài ra, sự phun nỗ dựa trên nguyên lý sử

dụng năng lượng nỗ của hỗn hợp oxi — khi cháy cũng thuộc phương pháp phun ngọn lứa khi

> Phương pháp phun dây ngọn lứa khi:

Nguyên lý của phương pháp phím đây ngọn lủa khí: vật liệu được cấp qua lễ tâm của dầu súng phun và nóng chảy trong ngọn lửa Luông không khi nén làm phân tản vật liệu phưn nóng chảy thành các hạt nhỏ phủ trên bẻ mặt vật phun Dây được

cập với tôo độ không đổi nhờ cáo con lăn đấn động của tua bin không khí hoặc động,

cơ diện

Khi sử dung tua bin khi, việc điều chính chỉnh xác tắc độ cấp dây sẽ khó khăn,

tuy nhiên súng phun sẽ gọn nhẹ hơn Vì vậy tua bin khi được dùng trong các súng

phím cằm tay Simg phím dùng động cơ điện cho phép điểu chỉnh tốc độ cấp dây

chỉnh xác hơn và duy ri én định tốc độ đó Tuy nhiên vì nặng hơn nên các súng nhụn như vậy dược lắp trên thiết bị cơ khí hóa dùng cho phun phủ,

Đường kinh đây phun thường không quá 3mm Khi phun các kim loại có nhiệt

độ nóng chảy thấp (như nhôm, kẽm ) có thể

ữ đụng dây phun đường kính 5 + 7n

> Phương pháp phun bột bằng ngọn lửa khí:

Nguyên lý phun ngọn lửa khí với vật liệu bột: Bột phun chảy từ phếu xuống

bị kéo theo bởi dòng khí lai điển hợp oxi — khí chảy) và rơi vào ngọn lửa Các phẩn

tử bột bị đốt nóng và bắn vào bê mặt vật phun 'Irong các đầu súng phun bột vá phun

đây, việc cấp vật liệu phun có thể được thực hiện nhờ luồng không khí nén Trong,

nhiều trường hợp khi axctylen dược ding làm khí cháy, Khi phun chất do thường

dùng khí propan

Ung dụng: Phun khi chảy được đùng để tạo lớp phủ có chức năng khác nhau,

bằng cách phun các vật liệu bột và đây Khác với phưn plasma, phương pháp này không đảm bảo khả năng phủ được những vật liệu khó nóng chảy

Ưu điểm: Thiết bị phun không phức tạp và rẻ, phun đây có hệ số sử dung vat

phun

Nguyên lý phương pháp phun nỗ như sau: oxi và axếtylen được trộn theo tỷ lẻ

xác định chặt chẽ, san đó dẫn vào buông đốt có phan néng được làm lạnh bằng nước,

trưởng nòng pham về phía chỉ tiết phun Sau đó qua một lỗ nhỏ trên buồng đốt, dùng khi mi người ta đây bột phun vào khoang Dùng tia lửa điện để mỗi chảy hễn hợp

khí và bột phụn ở trạng thái lơ lũng Hến hợp khi phát nổ, sinh ra nhiệt và sóng va

dập, dốt nóng và phóng các phản tử bột trên bê mặt chủ tiết phun

Khi phưn nó các phần tử bột phun được tích lũy động năng rất lớn Ở cự ly 75

1mm tính từ miệng buồng nổ, tốc độ lạt có thể đạt Lới 820 mí§ và nhiệt đô của bội phun trên bễ mặt chỉ tiết có thể dạt tới 4000%C Sau khi nỏ, buồng nỗ dược làm sạch: sản phẩm cháy bằng nitơ và quá trình lại lặp lại Tân số nẻ được điều chỉnh trong phạm vị 3 + 4 lằugiây,

Phưn nễ được ứng dụng để plưm các lớp cứng vả bên món từ bột cacbit có

chứa một lượng nhỏ bột oxit kim loại liên kết Mỗi chu kỳ phun đạt độ dày khoảng

6yun Quá trình phun tiếp tục kéo dài tới khi lớp phưn dạt dược chiếu dày cân thiết

(6,

nhiệt độ chỉ tiết phun không vượt quá 200°C (Khi phun ngọn lửa khi nhiệt độ chỉ tiết

vào khoảng 260+320°C) Vi vay cl tiết hầu rửrz không bị biển đang và không thuy đổi tính chất cơ lý khác

hược điểm của phương pháp phun nỗ

0,3 mm) Các lớp phưna nổ có độ chặt cao vá độ bám đính cao Khi phưa nỗ

- Tiếng ổn tới 140 đB, vỉ vậy phải đặt thiết bị phưm lại một vị trí đặc biệt

- Thiết bị phun né oó giá thành cao

1.1.2.2 Phương pháp phưm hồ quang điện

Phun hỗ quang diện bản chất là một quả trình phun phủ nhiệt khi, trong dé hé

quang được tạo ra giữa hai điện cực nóng chảy của vật liệu phú Khi nẻn được sử

dụng để làm lơi nhỏ và đây vật liệu tới bể mặt chí tiết phủ

Nguyễn lý phương pháp phun hỗ quang điện: Các dây phun dược cấp qua hai éng din va déng thoi là hai điện cực Khi hai đầu dây tiếp xúc nhau thi hỗ quang xuất trên Ông din không khi mến dược dặt giữa hai ông dẫn đây Luông không khí nén thôi tách các giọt kim loại khỏi các điện cực tạo thành các phần tứ kim loại nóng chay

‘bam vao bé mit chi tiét phun

Thiết bị phụ hồ quang điện có thể làm việc với dòng một chiến hoặc dòng

xoay chiêu Khi sử dụng dòng xoay chiều, hỗ quang chảy không ổn định và tạo tiếng

né lớn Quá trình phin với dòng điện một chiêu én định, lớp phím cỏ cầu trúc hạt

inin, năng suất cao Vì vậy hiện nay các nguồn điện một chiêu được dùng để pham hồ

quang Dây phun có đường kinh 0,8 — 3mm

Ưu điểm chính của phương pháp này là năng suất cao, đạt tới 5O kg⁄h

Phương pháp này cũng đâm bảo hiệu suất nhiệt cao Nhờ có nhiệt lượng cao của

hạt phun, ma lớp phun dạt chất lượng cao, có dé bám dinh lớn (tết hơn dộ bám của lớp phun ngọn lửa khí), độ bên lớp phun cao và độ xốp thấp Khi sử dung hai day

kim loại khác nhau có thể nhận được lớp phủ hợp kim

Nhược điểm của phương pháp phun hỗ quang điện là sự quá nhiệt vá oxi hỏa

vật liên phun khí tốc độ cắp dây bé Ngoài ra, hrợng nhiệt lớn phát ra từ hỗ quang

làm cháy đáng kế các nguyên tổ hợp kim tham gia vào lớp phủ

1.1.2.3 Phuong phap phun plasma

Khi một chat khí với các phân tử tao bởi nhiễu nguyên tử được đốt nóng tới

nhiệt độ rên 1000K thi x4y 12 qua trình phá hỗy các liên kết phân tử và chất khí chuyển sang trạng thái ion Nhiệt độ của quá trình đó — gọi là quá trình phân ly được

xác định bởi chất khi và áp suất của nó Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, các điện tử tách khối nguyên tử và xây ra sự tơn hỏa nguyên lử đó Dưới áp suất khí quyển và nhiệt

độ 1000%K, các khí như oxi và nitơ là những khí ion hóa Chat Ichi ma trong đó phần

lớn các nguyên tử hoặc phân tử bị ion hoa va néng độ các điện tử và ion âm bằng

nông dộ các ion dương gọi là plasmna Plasma cỏ dộ dẫn diện rắt cao

Các dang phỏng điện trong chất khí, trong đó có cả phỏng điện hé quang được ứng dụng réng 1% dé tao plasma

Phuong pháp phun plasma có những dặc điểm dưới day

- Nhiệt độ cao của tia plasraa cho phép phun các vật liệu khó chày Nhiệt độ tia

plasma cé thé diéu chinh trong pham vì rộng bằng cách thay đổi dường kính miệng, phun (đầu bép) vả chế độ công tác của súng phun Điều đỏ cho phép phưn các vật liệu

khác nhau (kim loại, gồm và vật liệu hữu cơ) Do sử đựng khí trư làm khí công tác

tiên lượng: oxiL tạo thành trong lớp phố rất nhô Khi cầu thiết có thể tiển hành sự phun

trong buông chứa khi trơ,

~ Các lớp phun plasma cỏ độ chặt cao và độ bám tốt với vật liệu nền Tuy nhiên

năng suất phun plasma tương đối thập, khi phun có tiếng ôn và tia cực tím Giá thành

và chí phi vận hảnh cao là nhược điểm của phương phap phun plasma

1.2 Thiết bị phun phủ nhiệt khí

1.2.1 Thiết bị phun ngọn lửa khí cháy

Thiết bị đồng bộ dé phun ngọn lửa khí bao gồm các bộ phận sau

~ Đầu phun;

~ Binh chứa khí oxi và khí chảy;

~ Thiết bị điều áp và lưu lượng khi,

~ Bình nẻn không khi và bình lọc khí;

~ Đồ gá chỉ tiết phun hoặc súng phun

Đầu phun được thiết kế tủy thuộc vảo vật liệu phun vả dạng vật lý của nỏ (dây,

Sơ đồ bồ trí thiết bị phun day ngọn lửa khí (hình 1.3) gồm hai cơ cầu chủ yếu

cơ câu cấp dây và cơ cau cấp khí với chức năng kiểm tra và trộn các dòng khí đốt,

oxi va không khí Nguyên lý hoạt động của tất oà các kiểu đầu phun day ngọn la khí

đểu giống nhau

+ Co cau cap dây gồm dòng cơ và các cơn lăn Chúng có thẻ dược truyền dộng, bằng không khi (tua bin khi) hoặc bằng động cơ điện Tốc độ cấp đây được kiểm tra bằng cơ, điện cơ, diện tử hoặc bằng khí

+ Thiết bị điều áp và lưu lượng khi (oxi và khi chảy) dùng đề kiểm tra tỉ lệ khí

và cường độ của ngọn lửa khí Chúng cho phép tăng tốc độ ph cao hơn so với khí

diễu chỉnh bằng van khi Do các hạt phun nóng chảy tiếp xúc với oxi nên các mảng, oxit hình thành trên bê mặt, kể cá sử dụng hỗn hợp khí khứ oxi Chiểu dày máng oxit

không thay đổi lớn khi thay đối tỉ lệ oxi- khí cháy

+ Không khi nén được đùng để nguyễn tử hóa và đây vật liệu phun nóng chây tới vật liệu nên Việc lọc va say khô không khí trước khi phun nhằm để nhận được lop phim chất lượng Dâu và nước trong không khí nén lâm thay đổi cường độ ngọn

lứa, ônh hưởng xấu đến quá trình nguyên tử hóa của vật liệu phun, làm giãm dé ban

và các tính chất khác của lớp phun Thiết bị lọc và sây không khí phải dat ở giữa

Trgnỗn cấp khí và đầu phun Sụ điều chữnh chính xác áp suất khí nén đâm bảo cho quá trình nguyễn tử hẻa déng đều của vật liêu phun

> Thiết bị phun bột bằng ngọn lửa khi

Thiết bí này tương tự như đối với phím day nhưng có điểm khác biệt đó là vật liệu phun dạng bột và do dò về nguyên lý vả câu tạo dẫu súng phưn dặc biệt hơn so với đầu súng phun bằng vật liệu dây Thiết bị được thiết kẻ nhẹ nhàng để sách tay Trong nhiều trường hợp đặc biệt, thiết bị phún bột có kết cấu giống mỗ hàn oxi — axetylen Bột phun được cáp vào tia khí trước khi rời khỏi đầu bép

Phéu cap bot phun

Kim loại nên

Súng phun nỗ có kết cầu khác so với thiết bị phun khí chảy Nó dùng năng

lượng nỗ của hồn hợp khí oxi- axetylen đề thỏi các phần tử bột lên bê mặt chỉ tiết

phun Lớp phủ nhận được rất cửng, chặt và liên két chắc

Câu tạo súng phun nỗ gồm nòng dải trong đó hôn hợp khi oxi — axetylen vả

vật liệu phun bột lơ lửng trong khí mito được đưa vào Hôn hợp khí oxi — axetylen

được kích nỗ nhiều lân trong một giây bằng tia lửa điện, tao nên hảng loạt sóng nỗ

làm gia tốc và màng nóng các phản tử bột khi chúng chuyên động trong nóng, Tốc độ

di chuyên của các hạt đạt tới 760m/s Sau mỗi lần phun, dùng khí mito thối sạch cơ

cầu trước khi n tiếp Nhiệt độ súng nỗ đạt 3315°C trong đỏ nhiệt độ vật phun giữ ở

mức dưới 150°C nhờ hệ thông làm mát bằng dioxit cacbon

1.22 Thiết bị phun điện

Thiết bị phun hỗ quang điện đồng bộ bao gồm đầu phun, nguồn điện tạo hồ

quang, máy nén khí với bình chứa khí và thiết bị lọc khi

Nguồn điện thưởng dùng đề phun là nguồn một chiều, một dây là catot- dây

kia lả anot, Đầu dây catot bị đốt nóng tới nhiệt độ cao hơn đầu dây anot và nóng chảy: với tốc độ nhanh hơn Nguồn điện một chiều với điện thẻ 18 -40 V cho phép phun

nhiều đây kim loại và hợp kim khác nhau Sơ đỗ bề trí thiết bị phun hỗ quang điện

được trình bảy trên (hình 1.5)

Bộ phản

cấp đấy

Diu sing phun

Ngiễn và

thiết bị điền

Giá $3 dix

phun Day din

Hinh 1.5 Cau tao thiét bj phun hồ quang điện Khe hé ctia hé quang va kích thước hạt tăng khi tăng điện thể Điện áp phun phải được giữ ở mức thấp nhất cỏ thể và đảm bảo tính ôn định của hỗ quang đẻ nhận

được các lớp phun hạt mịn nhất và có độ chất tôi đa

1.2.3 Thiét bi phun plasma

Tell

Nguồn tạo Hồ Nước làm mát Bộ trao đổi nhiệt Bộ cấp bột quang plasma

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thông phun plasma

Thiết bị phun plasma đồng bộ (hình 1.6) bao gồm súng phun plasma, nguồn

điện, nguồn bột, hệ thông cáp bột, tủ điều khiên, đồ gá và thiết bị di chuyên

1.3 Vật liệu phun phủ

Trong các phương pháp công nghệ phun phủ nhiệt khi, người ta hay dùng vật

liệu phun lả dạng dây (kim loại hay hợp kim) Dùng dây phun cho phép cấp liệu

liên tục và đều đặn vào dau phun, giúp ôn định quá trình phun và đảm bảo chất

lượng lớp phun Chúng ta sẽ lần lượt xem xét một số loại dây phun kim loại và hợp kim

> Dây kẽm

Để phun cỏ thể dùng các mac kém tiéu chuan JIS 2107 khác nhau mả độ sạch

trên 99,6% hoặc kẽm điện phân có độ sạch trên 99,979 Độ sạch cảng cao thì kích

thước hạt phun tạo thành cảng nhỏ, mật độ lớp phun càng cao và cảng đễ gia công,

sau phun Dây kẽm thường phun chủ yếu đẻ bảo vệ kim loại đen chồng rỉ

> Dây nhôm Thường hay dùng nhôm tiêu chuẩn JIS 2101, loại 1 (độ sạch rtên 99,859),

hay nhôm tỉnh luyện tiêu chuan JIS 2111, loại 3 (độ sạch trên 99,95%) vả nhỏm

loại 4 (độ sạch trên 99,929) Nếu trong nhôm cỏ lẫn những tạp chất khác như

đồng vả sắt thi sẽ giảm các tính chất chồng rỉ đáng ke Chỉnh vi thế khi phun tạo lớp nhôm chồng rỉ thi yêu cầu đặt ra về độ sạch của vật liệu và hàm lượng tap chat

sắt, đồng, cân được không chế Sở dụng nhụn nhôm đề chống rĩ, lăng độ chịu nhiệt

và độ dẫn điện

> Day médlipden Dây métipden ding dé phun co dé sach (rén 99,95% Molipden bam dink tél

trên bể mặt các kim loại máu, vị thể thường dược dùng lam lớp löt trung gian dễ tiếp tục phủ những vật liệu khác Các lớp phủ môlipđen có độ chịu mòn cao

bao vé kél cau

Mélipden 14 val liu duy nhất dược dùng trong công nghiệp để

chống tác động của axit nitoric nòng

> Dav dng va hop kim dng

Thường sử dụng day déng có độ sạch trên 99,9% dễ phun phú Các lớp phủ

bằng đồng được đúng vào mục dich din điện vả trang trí

Dây đẳng thau chứa 5 -]2% nhôm và một số ít hàm hưọng các nguyên tổ kháo

tửnữ gắt miken và mangan có linh: chống gi tốt, đặc biệt trong môi trường nước biển Dồng thời, chúng cũng có độ chịu mòn và ăn mỏn cao

Bảng 1.2 Thành phân hóa bọc (36) và cơ tỉnh

một số mắc đồng than-nhằm đặc

Đông thau có khả năng chống gỉ tương đối cao Trong môi đường nước biển

các loại đồng này chỉ bị ăn mỏn ở nhiệt độ khá cao

Bảng 1.4.Thành phần hóa bọc của dông thau (1164/3203), %

Việc đưa thêm phôt-pho (0,03-0,35%) vào đồng thau có tác dụng khử oxi của

nó Các lắp phủ của loại đồng này có độ chịu môn cao và thường được phun lên

những bạc trượt của tảu thủy Cũng có thể ding lam vật liệu lản đắp lên những bộ

phận chịu ma sát khác Lớp phủ dùng đồng phôt-pho oó màu nâu sáng đẹp và cũng,

Mội vật liệu rất thông dụng là: NiCr - hop kim 80% Ni + 20% Ơi, hầu shir không

bị ðxy hóa ở nhiệt độ cao và chịu axit, kiểm Lớp phú ti nierém là vật liệu chịu nhiệt và

chống gỉ điển hình Tuy rhiên, merôm lại đễ bị hòa tan trong axil nitoric, sunfuric va nhanh chóng bị phá hủy ở nhiệt độ cao trong môi trường khi quyễn có chứa hợp chất

sunfua hyéré, khí lưu huỳnh

Bảng 1.5 Thanh phan hoa hoc (%) ctia Monel

Monel - hợp kim đồng niken là vật liệu có tỉnh chịu axit và chẳng gỉ cao,

chịu được nước muỗi, không bị gỉ rong các đụng địch kiểm Với cáo axil yếu thì

inénel c6 tinh chat chiu gi kha 16 Nhuge diém ela hgp kim nay là khi tiếp xúc

với sắt thì khả năng chống gỉ giảm

1.4 Tổng quan tình hình nghiÊn cứu trong và ngoài nước

LAL Tink hình nghiên cứa trong nước:

Ở Việt Nam khoa học công nghệ phun phủ kim loại còn đang trong giai đoạn

nghiên cứu ứng dụng các thành quả của thể giới Đã có một số đẻ tài cấp Bộ, cấp Nhà

nước nghiên cửu ứng dụng công nghệ phun phủ của một số cơ quan, Viện, Trường,

Dai hoc (Dễ tài B91-01-01A của Trường Dại hoe Bach khoa Hà nội, Để tải KC -

04-02 của Viện Công nghệ - Bộ quốc phòng, Đê tài 987/KT của Bộ Giao thông vận

ái )

Cũng có một sẻ cơ sở sản xuất đầu tư thiết bị và te dựng một vài phương,

pháp công nghệ plum phủ: Tiên doanh dầu khi Vũng Tàu, Công Iy cơ khí MAR 60 — Thủy Lợi, Phỏng thí nghiệm TP Công nghệ Hàn và Xử lý bẻ mặt Viện Nghiên cứu

Cơ khí, Viện năng lượng Mã, Viện công nghệ - Bộ Quốc phòng đã ứng đụng công

1rghệ phun phô hỗ quang điện thực hiện trên các đâu phun EM, RM9, EM13 để

tạo lớp chống gí AI, ⁄n Các eơ sở như Công ty Cơ khi sửa chữa Thủy Lợi, Viện kỹ

thuật Giao thông, Cơ khi Quang Trung, Nhà máy cơ khí Đạm Hà Bắc đã phun tạo

lớp chống mải mòn tử các dây thép các bon, dây thép Mangan, thép Cr -Ni được

phun trên các sửng phun EM9, EMP-2-57

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo đầu phun nhiệt khí ôxy — khí cháy

thực hiện cấp dây phun bằng tuốc bin khí

Năm 2002 Phong Thi Nghiệm trọng điểm công nghệ Hàn và Xử lý bẻ mặt - Viện Nghiên Cứu Cơ khi là đơn vị đã được nhà nước đầu tư những thiết bị phun phủ

hiện đại phục vụ trong quả trình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực

xử lý bè mặt như: thiết bị phun hỗ quang, thiết bị phun nhiệt khi ôxy — khi chảy, thiết

bi phun HVOF, thiết bị phun phủ Plasma Đã có những công trình nghiên cứu, ứng

dụng công nghệ phun phủ nhiệt áp dụng vảo sản suất như:

+ Đề tải nghiên cứu khoa học: “Nghiên cửu ứng dụng công nghệ xử lý bề mặt

nâng cao chất lượng chỉ tiết cơ khí bằng phương pháp phun phit Plasma” — ThS Lue

Vân Thương — Phòng thí nghiệm trọng diém Cong nghệ Hản và Xử lý bẻ mat — Viện nghiên cứu Cơ khi;

+ Đề tải “Nghiên cửu triển khai công nghệ phun phủ đồng và hợp kim đồng

bảo vệ chồng ăn mỏn vả tạo lớp phủ trang trí cho các sản phẩm mỹ thuật: phủ điều,

tượng đải bằng thạch cao hoặc bê tông,- Ngô Văn Dũng - Phòng thí nghiệm trọng

điểm Công nghệ Hàn vả Xử lý bẻ mặt — Viện nghiên cửu Cơ khi;

| Bé wai KHCN cấp Nhà nước mã số KC05.10: “Nghiên cứu ứng dụng công, nghệ phưn phủ nhiệt khi đễ tạo bê mặt có độ chu mài mon và bảm đỉnh cao phục hoi

các chỉ tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt - Ưông Sỹ Áp, Viện nghiên cứu Cơ

khử;

+ Đề tài luận án tiến sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phú

đã nâng cao chất lượng bê mặt chỉ tiết máy” — Trần Văn Dững, Viện Nghiên cứu Cơ

khi,

Đặc biệt gần đây nhất, năm 2014 Đề tải KHCN cấp Bộ 2014" Nghiên cửa thiết

kế, chế tạo thiết bị phun nhiệt khi cầm tay sử dụng động cơ điện thay thé tudc bin khi

ứng dụng trong công nghệ xử bì bê mặt chỉ tiết máy" của kỳ sự Ngô Văn Dũng và nhỏm tác giả thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Lián và Xứ lý bề mặt

Viện Nghiên cứu Cơ khi Nhóm tác giả đã tiền hành thiết kế chả tạo thiết bị phưn sử

dụng động cơ điện để cấp đây phun thay thế bằng việc cấp dây bằng tuốc bin khi truyền thống Với những wu điểm vượt trội đó là tốc độ cấp đây dn định trong suốt quá trình phun và việc điều chính tốc độ cấp dây một cách chính xác được thực hiện thông qua bộ điểu khiển võ cấp dòng cơ đưa day, cde thao tác vận hành và kết câu

bếp phun thường xuyên bị hông do phải chịa nhiệt độ cao và ma sát lớn, nhủ cầu thay

thể cáo linh kiện dau bép phun là rất cắp thiết Dễ tài “Tết kế tôi ưu hệ thông đầu

1.4.2, Tink hình nghiên củu ở nước ngoài

Phun phủ kim loại cũng là một lĩnh vực khoa học công nghệ tuy rất trẻ so với các phương pháp công nghệ khác Năm 1910 ý tưởng phun phủ kim loại mới được một kỹ sư người Thụy Điển Schoop thực hiện và seu đó đã được ứng dụng ngay vào

mục địch trang tri, Đến chiến tranh thế giới thứ 3, phun phủ kim loại dã dược ứng, dụng trong một quy mô rộng ở hầu hết các nước Châu âu Phương pháp nảy đã trở thành một phương pháp công nghệ rất vạn năng, có nhiều tính ưu viết trong các lình vực chồng gí, phục hồi, trang trí và tiết kiệm kim loại quý

Tên nhũng năm 70, 80 phun phủ kim loại đã trở thành một lĩnh vực khoa học

công nghệ riêng dược biểu hiện giống như một khoa học công nghệ xử lý bẻ mặt, mặt khác nó cũng giống như rnột phương pháp công nghệ chế tạo mới trong sản xuất

Những năm 90, khoa học công nghệ phưa phủ cũng đạt tới định cao của khoa học ứng dụng

C6 thể nói, với sự phát triển của công nghệ phun phủ nhiệt, các nhà khoa học đã Ighiên cứu chế tạo và đưa vào sử dụng nhiều loại đầu phun khác nhau đâu phun

dùng ôxy- khí chảy (đây, bội), dầu phun hỗ quang diện, đầu phun plasma, dau phun

tốc độ cao (TVOF), đầu phun nỗ v.v Dặc biệt đã có những cãi tiền đáng kế trong,

yêu phụm tự động với độ ôn định

nang suất phụn như phát triển các thiết lị và dây cÌ

và chất lượng ngày càng cao Sự phát triển của phun phủ lên bể mắt ngày nay dã mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác nhau áp dung: khi động học, hạt nhân, trong cơ khi để

tạo lớp phũ chịu mải môn, chẳng ăn môn, tạo các lớp phủ trong ngành điện, lớp cách

nhiệt

TIiện nay trên thế giới, nhiều mrước tiền tiễn, các mước có truyền thống về công

nghệ phun phd kin loại (Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Nhat, Nga, Thuy $9) déu có các hãng

nghiên cửu thiết kế sản xuất và ứng dụng các thiết bị phưn pin: Hang plasma

Technique, Castolin (Thyy 5ÿ), Métco Plasmaday, Dressez, Avko (Mỹ), Nobel — Brocl (Pháp), Feta (Nha), Arcosse (RD, Flame Spray Technology (Bric),

Metallisation (Anh) cưng cấp và đáp ủng như cầu rất lớn phục vụ cho các ngành

công nghiệp trên khắp thê giới.

Thiết bị phun phủ nhiệt ôxy — khi chảy ra đời vào những năm 1900 cũng do

MU Schoop cùng với các nhả nghiên cứu người Thuy Sÿ Đây là loại thiết bị đầu

tiên được nghiên cứu, chế tạo nhằm phục vụ cho việc phun phủ các kim loại dạng

dây Phun phủ bằng nhiệt khi có nguồn nhiệt là ngọn lửa khí cháy là phương pháp rất phổ biến do khả năng ứng dụng rộng rãi, vận hảnh đơn giản, vớn đầu tư thấp Một trong những thiết bị đó là thiết bị phun bằng khí cháy ôxy — axetylen dùng vật liệu dây

Hình 1.4 Đầu phun khí cháy của M U Sehoop

Với tỉnh năng cơ động của loại thiết bị phun nhiệt khi ôxy - khi cháy dùng vật

liệu dây được ứng dụng rất nhiều trong việc xử lý bẻ mặt chỉ tiết máy Việc cấp dây phun được thực hiện bao gồm 2 phương pháp chỉnh lả: Sử dụng động co tua bin khi

và cấp dây trực tiếp thông qua động cơ điện Ưu điểm nỏi bật của việc cấp dây phun bang tua bin khi là có kết cầu nhỏ gọn và vận hành tương đổi đơn giản thông qua việc điều chỉnh lưu lượng và áp lực khi Tuy nhiên, trong quá trình phun yêu cầu lượng

cấp dây, tốc độ cấp cần phải được thực hiện một cách ôn định và điều chỉnh tốc độ

phủ hợp với từng loại vật liêu cụ thẻ Đề khắc phục những nhược điểm trên, các nhà

khoa học tại nhiều nước trên thể giới đã tiên hành nghiên cứu và đẻ xuất nhiều phương

án công nghệ trong kết câu thiết bị phun

30

Một trong các phát minh sáng chế đỏ chính là việc thay thế bộ cấp dây nhờ bộ phan tuéc bin khi bang co cau cap dây sử dụng đông cơ điện điều chỉnh võ cập Trên đây là một số thiết bị phun sử dụng động cơ cấp dây của một số nhà sản xuất thiết bị

trên thể giới (hình 1.5 -hình 1.7)

Hình 1.6 Thiết bị phun nhiệt khí (Castolin)

1.5 Kết luận chương 1

Qua phân tích tổng quan công nghệ phun phủ nhiệt từ đỏ tác giả có một cơ sở,

lý thuyết để nghiên cứu tỉnh toán, hiển rõ bản chất từ đỏ làm bản lẻ, kim chỉ nam cho

đã công bỗ có thê thấy đây là một hướng đi đúng dan trong việc nắm bắt, vận đựng,

những công nghệ tiền tiến dễ nâng cao tính năng hoạt đông của thiết bị phun đã dược đưa ra và vận dụng rất thành công trong sản xuất

- Riêng về tỉnh hình nghiên cứu và sản xuất thiết bị phun ở trong nước van con

rat han cl án để chế tạo sữa chữa thiết bị vẫn còn để ngỏ, chưa được quan lâm,

định hướng của đẻ tài nhằm mục đích chế tạo các phụ kiện của thiết bị, tiến tới chế

tạo hoàn chỉnh thiết bị

Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phím nhiệt khí oxy - khí cháy sở dựng

động cơ điện thay thể tuốc bìn khí trong việc cần dây phun mà Dẻ tài tiên hành triển

khai không những cải thiện và nông cao tính răng sử dụng, tối ưu hóa thiết bị mà còn

gop phân nội dịa hóa thiết bị, có ý nghĩa thực tiễn cao

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHAN TÍCH CÔNG NGHỆ CỦA THIET BI

PHUN NHIỆT KHi DAY OXY - KHi CHAY

2.1 Cơ sở lý

thuyết về công nghệ phun nhiệt khí dây oxy — khí cháy

2.1.1 Đặc điểm công nghệ phun dây ngọn lửa khí

2.1.1.1 Nguyên lý phương pháp phun đây ngọn lửa khí

Khi phun bằng ngọn lửa khi, nguồn năng lượng nhiệt được tạo ra bởi sự đốt cháy: hỗn hợp khi chảy với ôxy Nguyên lý phương pháp phun dây bằng ngọn lửa khi được trình bảy trên hình 2.1 Dây phun được cập qua lỗ tâm của đâu phun và nóng chảy dưới tác dụng của ngọn lửa phản ứng từ hôn hợp khí cháy — ôxy tại đầu mỏ đốt, Đồng

thời không khí nén đi qua đâu phun làm phân tán vật liệu phun nóng chảy thảnh các hạt nhỏ bay tới bẻ mặt vật phun với tốc độ rất nhanh (khoảng 100-200 m/s) tạo thành lớp phủ

Hình 2.1 Nguyên lý phương pháp phun dây ngọn lửa khí

Dây được cấp với tốc độ không đổi nhờ cơ câu con lăn dân động bang tua bin khi nén hoặc động cơ điện Khi sử dụng tua bin khi, việc điều hình tốc đô cấp dây sẽ khó khăn Dây phun thường có đường kinh khoảng từ 1,2 + 3mm Các ông dẫn khí

ôxy, khi chảy và không khí nén có áp suất khoảng 5 ~ 6 atm Phản ứng hỗn hợp ôxy

và khí chảy cho ta ngọn lửa khi lâm nóng chảy vật liệu phun

2.1.1.2 Đặc điểm công nghệ phun đây ngọn lửa khí

*⁄_ Ngọn lửa khí như là nguồn nhiệt và sự phun vật liệu

gọn lửa khí được tạo ra bằng cách đốt cháy nhiing khi chay trong dxy bode

không khi Hỗn hợp cháy được đưa vào vùng ngoại vi của bép phun trong những dầu

phưn chuyên đụng Khu vực trưng tâm đủng để tải vật liêu phưn vào luồng khí cháy

tại mặt cắt của bép phun, thì ngọn lửa khi có hình nón với ruặt cắt vành khăn Xa dần

khỏi mặt cắt dó thị ngọn lửa tạo thành 1 dòng khi nhiệt dộ cao và dày đặc Người ta

phân biệt 2 loại dòng khí: Dòng phan tang và động rồi Chuyển chế độ cháy và thoát

đồng khi từ đồng phân tang sang động rồi phụ thuộc vào loại khí cháy,

Luéng khi chảy là một nguồn nhiệt để đốt nong, phun và tăng tốc khi phun

phủ Những hạt phun tương tác với pha khí có thành phần phức tạp, bao gồm những,

khi cháy, sản phẩm chảy của chúng, sản phẩm phân tach, oxy, nito Mie dé ôxy hóa

khử trên đoạn đầu của luồng khi có thể điều chính dễ dàng khi thay đổi tỷ lệ giữa khi

cháy và âxy Người ta quy ước chia thành 3 chẻ độ tạo ngọn lửa: trung tính, ôxy hóa,

khử Khi plum để lắng Lắc các lưạt phưm thường cấp nguồn khí nén vào ngọn lửa Vì

vậy, thành phản khí rong ngọn lủa ở những vùng khác nhau sẽ thay đôi

hứng khi được đùng làm khí chảy, là axétylen (CzH;), mềtan (CHI), prôpan

(CzH), bmlan (O4Hne), hyđ (H2) Đôi khi có thể dùng hỗn hợp, chẳng hạn prépan -

Luéng nhiét của ngọn lửa, KĨ (em`s)| 44,8 - 10,8 - 14,0

[Tác độ phân tá hon hợp với éxy, mựs de độ phân lớn ngọn lửa khí wong|_ lửa khí tr + „ 33 37 - 39

34

Phun khi chay được Liền hành rong môi trường hở Không khí lẫn vào luồng lửa vị thể lượng ôxy sẽ lớn hơn mức cản thiết để ôxy hóa hoàn toàn các thành phan

khi cháy theo các phản ứng trên Để cân bằng các thành phần, người ta giảm lượng,

ôxy trong hỗn hợp khí cháy - ôxy

⁄ Sự phân bê nhiệt dộ trong ngọn lửa khí Khi phun vật liệu được đốt nóng và đi chuyển tới mát vật phun đưới trạng thái

nông chây hoặc gần nóng chảy Múc độ nông chây và cường độ tương tác của vật liệu phun với môi trường bao bọc nói chung phụ thuộc vào sự phân bổ nhiệt trong, luồng khí thoát ra từ miệng súng phun

Khi phun ngọn lửa khi thông thường sử đụng ngọn lửa oxy — axctylen hoặc

oxy _ propan làm nguôn nhiệt Nhiệt độ lớn nhất có thể nhận được trong trường hợp

do bang nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp khi Trong bảng 2.2 trình bày nhiệt độ nóng,

chây của các loại hỗn hợp khí cháy:

Bang 2.2 Nhiệt độ nông chây của các hỗn hợp khi li nhau

khi phím các kưn loại màu

Sự phân bế nhiệt độ dọc theo trục tâm cửa ngọn lửa phụ thuộc vào khoảng cách phun và cấu tạo của từng loại đâu phưn khác nhau

vˆ_ Sự phân bồ tắc độ trang ngọn lữa khí:

Tinh dắt phân bồ tốc độ trong ngợn lửa khí có ảnh hưởng đến tóc độ chuyển

dông của các phân tử phun 8ự phản bế tốc độ trong ngọn lửa khí dược xác dịnh tại

vùng tâm của chứng Treng bình 22 trình bày sự thay đối tốc độ ngọn lửa khí theo

Hình 2.2 Sự thay đôi tốc độ ngọn lửa khi theo chiêu dài khoảng cách phun

Áp guất không khí nén 3,5 kg /cm? Lượng khi công tác tiêu thụ, ph [2-trl 07]:

1) 16,5 02 va 10,0 CoE 3) 25,0 Oo va 12,0 CaF

2}12,5 Oa va 12,5 CoH A) 18,5 O2 và 18,5 CzH;

Trên hình 2.2 giới thiệu sự thay đổi tốc độ khí theo chiều đài cửa ngọn lửa

phụ thuộc khoáng cách tỉnh từ miệng bép khi phun bột và phun dây:

| Khi phun bat, 6 khoang cách 50, 100, 150mm, tốc độ khí tương ứng là 80,

S0 và 30 mưa Để phun bội dùng dầu phun kiéu P- Metico

+ Khi phun dây, cũng ở khoáng cách tốc độ đó, tốc độ dòng khí tương ứng là

370, 160 và 95 m/s Dé phun day dimg dau phun kiểu K- Mettco

2.1.2 Các thông số công nghệ phan và ảnh hưỡng cũa chúng tới chất beợng lớp

phit

2.1.2.1 Ap suat khi chay, ap sudt khi oxy va ti 18 hon hợp khí

Những thông số đáng kể nhất là loại khí chảy, ấp suất của nó tại đầu vào súng, phưn và lưu lượng; áp suất khí öxy hóa và lưu lượng của nó, tỷ lệ giữa khí ðxy hóa

và khí cháy, v.v

36

Quá trình đạt hiệu suất cao nhâi, khi sử dung axétylen hay hin hap propan -

butan làm khí cháy

I Ấp suất khi chảy xác định hm lượng của nó và độ dn định cấp khi Thông,

thường nên chọn trong khoảng 0,03 + 0,05 MPa Với áp suất này thì lưu lượng khí chảy trong khoảng 1 - 2 mẺ/h

+ Dễ phưn lửa khí, người ta sử dụng ôxy với áp suất 0,35 ~ 0,15MPa Lưu

lượng từ 1 m3⁄h trở lên Muốn niên ngợn lửa thủ tăng áp suất khi lên 0.3 + 0,4 MPa và

tiết Hơn thê nữa, áp lực nảy còn cung cấp cho các hạt kim loại năng lượng cần thiết

dễ biển dạng mạnh kh va đập trên bẻ mặt chỉ tiếc dé bam dinh tai do

Áp lực không khí nén còn ảnh hưởng tới độ chịu mãi mòn của lớp phủ, tới mất mat kim loại phun Khi phun bằng đâu phun hồ quang điện, áp suật tốt nhất của không

khí nén để phun lá 0,6 Mpa và lượng giao động của nó không được phép lớn hơn 0,1

Mpa Vi néu lớn quả sẽ ảnh hưởng đền cá trình phun, độ bám, khi giảm áp lực của

Khí nén dưới 0,45 MP4 thì thường gây giá đoạn công việc phụn và không bảo đâm dạt được lớp phủ có độ hạt nhỏ mịn

2.1.2.2 Các thông số vật hậu phun và cấp liệu vào ngọn lửa khí

lon Voi vật liệu pum day đồng và hợp kim đồng thì đường kinh đây phím tôi ru đối

với phương pháp phụa ngọn lũa khí là 3mm

Trong trường hợp dây được đưa vào nhờ bộ cấp đây hoạt động bằng tua bin

khí nên Dùng các loại khí tro sẽ giãm được mức độ ôxy hóa của ngọn lửa Áp suất khi tái lựa chọn trong khoáng, 0,1+ 0,3 MPa, cón lưu lượng 0,3 + 0,6 m3⁄h Với từng,

chế độ phưn đã lựa chọn, người ta chợn tốc độ cấp đây tối đa Tốc độ cấp day phụ thuộc vào dưỡng kinh dây phun và cơ tính của vật hiện Tốc dộ cấp dây ảnh hưởng đến độ hạt của kim loại nóng chảy trong quả trình phun Tốc độ cấp đây nằm trong,

Chiều đản phần luỗng Khí có nhiệt dộ cao phụ thuộc vào loại khí cháy, tiêu hao

của nó và ñ Dối với axetylen và hỗn hợp pröpan-butan thì chiều đãi quy ước vào

khoảng 150-250 mm Giới lạn trên ứng với tiêu lao khí cháy lớn và trị số B tối ưu

Các biên nhiệt và biên tốc đỏ của luỗng khí là giống nhau và vào khoảng 17-25 °C

Nhiệt độ các hạt phun trong những phương pháp phưn bột, không vượt quá

2000°%C khi phun đây thì có thể đạt tới 3.000 °Ơ Tốc độ hạt lại vùng gân bẻ mặt phun

vào khoảng 15-50 nưs Mặt độ đóng phun trong khoáng 1037105 hạt / (cmÈ.s)

2.1.2.4 Các thông số phun đặc trung trong quá trình phun

3 Khoảng cách phạm:

Khoáng cách từ súng phụn tới bê mặt chứ tiết có ánh hưởng lớn tới việc truyền

năng lượng cho các hạt phun trong quá trình bay tới bê mặt chỉ tiết Do đó độ cứng,

của lớp phun và độ bám của nó phụ thuộc vào khoảng cách phụn

38