Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phun phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF) ứng dụng trong linh vực dầu khí (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phun phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF) ứng dụng trong linh vực dầu khí (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU VẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ÐỘ VẬT LIỆU NỀN ÐẾN ÐỘ CỨNG VÀ ÐỘ BÁM DÍNH CỦA LỚP PHUN PHỦ TRONG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ TỐC ÐỘ CAO (HVOF) ỨNG DỤNG TRONG LINH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S KC 0 0 4 8 8 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN HỮU VẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VẬT LIỆU NỀN ĐẾN ĐỘ CỨNG VÀ ĐỘ BÁM DÍNH CỦA LỚP PHUN PHỦ TRONG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ TỐC ĐỘ CAO (HVOF) ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60 520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN HỮU VẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VẬT LIỆU NỀN ĐẾN ĐỘ CỨNG VÀ ĐỘ BÁM DÍNH CỦA LỚP PHUN PHỦ TRONG CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ TỐC ĐỘ CAO (HVOF) ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Hữu Vấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/07/1983 Nơi sinh: Quảng Nam Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 456/14/2 Bình Giã, Phường Nguyễn An Ninh, Tp. Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0989613950 Fax: E-mail: vannh.me@vietsov.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 04/2007 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí Động lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo ghế thông minh trên ô tô Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: năm 2007, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS – TS Đỗ Văn Dũng i
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Đại học Sư phạm Kỹ 2007 – 2008 Giáo viên Thuật Tp. Hồ Chí Minh Xí nghiệp Cơ Điện – Liên doanh 2009 - nay Kỹ sư Động lực Việt Nga Vietsovpetro ii
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2016 Nguyễn Hữu Vấn iii
7. LỜI CẢM TẠ Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, hỗ trợ của rất nhiều thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, Ban lãnh đạo XNCĐ, Ban lãnh đạo công ty Posco VST, bạn bè và đồng nghiệp cũng như sự hỗ trợ của vợ con và và các thành viên gia đình. Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Phó Giáo sư – Tiến sỹ Nguyễn Trường Thịnh, người đã hỗ trợ, định hướng và tư vấn cho đề tài của tôi đi đúng hướng nghiên cứu, đạt được mục tiêu trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và bạn bè lớp đào tạo sau đại học ngành Kỹ thuật Cơ khí khoá 2014B đã hỗ trợ và cộng tác với tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Xí nghiệp Cơ Điện – Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro, Ban lãnh đạo các xưởng, phân xưởng và các đồng nghiệp tại XNCĐ đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài tại XNCĐ. Xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo, nhân viên công ty Posco VST Khu Công nghiệp Nhơn Trạch tỉnh Đồng Nai đã cho phép và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực nghiệm, đo đạt lực kéo tại công ty. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu cho đến khi làm luận văn tốt nghiệp, với nhiều khó khăn và thách thức, vợ tôi, hai con trai và các thành viên trong gia đình là những người luôn ủng hộ, qua khó khăn giúp tôi tự tin vượt qua thách thức. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn và kính chúc Quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và các thành viên trong gia đình luôn mạnh khoẻ và hạnh phúc! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2016 Nguyễn Hữu Vấn iv
8. TÓM TẮT ĐỀ TÀI Sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực phun phủ kim loại hiện nay là một trong những thành tựu khoa học quan trọng trên thế giới. Qua đó, các chi tiết quan trọng của thiết bị được phục hồi bề mặt một cách hiệu quả mà không cần thay mới. Tuy nhiên, tại Việt Nam, đây là một lĩnh vực mới được đưa vào ứng dụng nên c n nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Trên cơ sở những kiến thức đã được học trong chương trình Đào tạo Sau đại học và nhu cầu thực tế tại Xí Nghiệp Cơ Điện – Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro về việc ứng dụng công nghệ phun phủ trong sản xuất, tôi được chấp thuận của nhà trường nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF) ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí. Đề tài gồm có 3 phần chính: - Tổng quan. - Cơ sở lý thuyết của công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao HVOF. - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF) đang được áp dụng tại Xí Nghiệp Cơ Điện – Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro. Bằng sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của PGS. TS Nguyễn Trường Thịnh trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tôi đã hoàn thành đề tài. Do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế, đề tài không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, bạn bè. Vũng Tàu, ngày 05 tháng 9 năm 2016 Nguyễn Hữu Vấn v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT ĐỀ TÀI v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1 1.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc: 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài. 4 1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài 5 1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. 5 1.5. Mục đích của đề tài 5 1.6. Đối tƣợng nghiên cứu: 6 1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 6 1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu 6 1.9. Kế hoạch thực hiện 7 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ PHUN PHỦ NHIỆT KHÍ TỐC ĐỘ CAO HVOF 8 2.1. Khái quát chung về công nghệ phun phủ kim loại. 8 2.2. Công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF). 11 2.2.1. Ƣu điểm 12 vi
10. 2.2.2. Nhƣợc điểm 12 2.3. Những quan điểm về sự hình thành lớp phun 13 2.3.1. Lý thuyết về sự hình thành lớp phun [7] 13 2.3.2. Quá trình chảy và sự phân tán kim loại phun 14 2.3.3. Quá trình bay của các hạt 14 2.3.4. Sự hình thành lớp phun 15 2.3.5. Các tính chất của lớp phun 16 2.3.6. Cấu trúc của lớp phun 16 2.3.7. Độ bám của lớp phun 17 2.4. Phƣơng pháp thử các tính chất lớp phun 21 QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM TẠI XÍ NGHIỆP CƠ ĐIỆN LIÊN DOANH VIỆT NGA VIETSOVPETRO 24 3.1. Công nghệ phun phủ HVOF tại XNCĐ 24 3.2. Xây dựng quy trình thực nghiệm 26 3.3. Chế tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM C633-79: 28 3.4. Lựa chọn bột phun phủ: 30 3.5. Lực chọn keo dán Araldite® Standard: 31 3.6. Chọn thông số cho chƣơng trình phun 31 3.7. Tiến hành phun phủ theo chƣơng trình trên hệ thống HVOF 33 3.8. Kiểm tra độ bám dính của lớp phun phủ 39 3.9. Đo độ cứng lớp phủ 41 Hình 4.7. Thiết bị đo độ cứng Indentec 4051 LK 41 3.10. Kết quả thực nghiệm. 42 3.11. Phân tích kết quả thực nghiệm 44 vii
11. 3.11.2. Khảo sát mối quan hệ giữa độ cứng lớp phun và nhiệt độ vật liệu nền: 45 3.11.3. Khảo sát mối quan hệ giữa lực bám dính của lớp phun phủ và nhiệt độ vật liệu nền: 47 XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG PHUN PHỦ HVOF TẠI XNCĐ 51 4. 1. Đánh giá chung: 51 4. 2. Hoàn thiện quy trình phun phủ tại XNCĐ: 52 4.2.1. Quy trình phun phủ 52 4.2.1.1. Công tác chuẩn bị 52 4.2.1.2. Chuẩn bị bề mặt chi tiết trƣớc khi phun 53 4.2.1.3. Lập trình Robot ABB và máy tiện 55 4.2.1.4. Chọn bột và chế độ phun 56 4.2.2. Quy trình kiểm tra chất lƣợng phun 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 Kết luận 60 Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 viii
12. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - σq: Ứng suất do nhiệt (Pa) - σc: Ứng suất làm nguội (Pa) - Ec: Module đàn hồi trên lớp phủ (Pa) - Es: Module đàn hồi của vật liệu nền (Pa) o - αc: Hệ số giản nở nhiệt của lớp phủ (/ C) o - αs: Hệ số giản nở nhiệt của vật liệu nền (/ C) - tc: Chiều dày lớp phủ (m) - ts: Chiều dày vật liệu nền (m) o - TR: Nhiệt độ phòng ( C) o - Tf: Nhiệt độ đông đặt của vật liệt bột ( C) o - Tm: Nhiệt độ nóng chảy của các lớp phủ ( C) o - Ts: Nhiệt độ bề mặt ( C) - HVOF Công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao - SS316 Bột 316 Stainless Steel - XNCĐ Xí nghiệp Cơ Điện – Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro - Vietsovpetro Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro ix
13. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1. Bảng đặt tính của lớp phủ HVOF 13 Bảng 3.1. Thành phần của các chất trong bột phun theo tỉ lệ % 26 Bảng 4.1. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm I – nhiệt độ 34 bắt đầu phun 150 oC Bảng 4.2. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm II – nhiệt độ 35 bắt đầu phun 125 oC Bảng 4.3. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm III – nhiệt độ 36 bắt đầu phun 100 oC Bảng 4.4. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm IV – nhiệt độ 36 bắt đầu phun 75 oC Bảng 4.5. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm V – nhiệt độ 37 bắt đầu phun 50 oC Bảng 4.6. Giá trị nhiệt độ tại các mẫu của Nhóm VI – nhiệt độ 37 bắt đầu phun 34,3 oC Bảng 4.7. Kết quả của quá trình thực nghiệm 41 x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Piston điều khiển của bơm sau khi được phun phủ 4 và gia công bằng phương pháp mài tinh, xuất hiện bong tróc lớp phủ. Hình 2.1. Quá trình bay của hạt phun 16 Hình 2.2. Cấu trúc lớp phun 17 Hình 2.3. Ứng suất dư khi gia nhiêt 19 Hình 2.4. Ứng suất dư khi làm nguội 21 Hình 2.5. Mô tả phương pháp thử độ bám theo tiêu chuẩn 24 ASTM C633-79 Hình 3.1. Lưu đồ phun phủ theo quy trình P9-GC-CT-107 27 Hình 3.2. Các mẫu thử được bố trí trong một nhóm trước khi 28 gia công Hình 3.3. Sơ đồ mã hoá các mẫu trên cùng một nhóm 29 Hình 3.4. Bệ phun 30 Hình 3.5. Sơ đồ dịch chuyển của súng phun 32 Hình 4.1. Kiểm tra độ nhám bề mặt phun sau khi xử lý bề mặt 33 Hình 4.2. Robot ABB đang điều khiển súng phun bột SS316 35 lên bề mặt các mẫu Hình 4.3. Các nhóm mẫu đã được phun phủ theo chương 38 trình. Hình 4.4. Các mẫu đã được dán keo với các đầu kiểm tra 38 Hình 4.5. Các mẫu thử được cắt ra khỏi nhóm 39 Hình 4.6. Các mẫu được kéo đúng tâm để đo lực kéo bằng 40 thiết bị chuyên dụng xi
15. Hình 4.7. Thiết bị đo độ cứng Indentec 4051 LK 41 Hình 4.8. Kết quả sau khi đo lực bám dính 42 Hình 4.9. Mẫu VI.4 - Lớp phủ vỡ thành 2 phần gần bằng nhau 42 Hình 4.10. Quan hệ giữa giữa độ nhám bề mặt và lực bám dính 43 bằng thực nghiệm Hình 4.11. Quan hệ giữa độ bám và độ nhấp nhô bề mặt theo 44 tài liệu tham khảo Hình 4.12. Quan hệ giữa độ cứng lớp phun và nhiệt độ vật liệu 44 nền Quan hệ giữa lực bám dính và nhiệt độ vật liệu nền 46 xii
16. Chƣơng 1 TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc: Công nghệ phun phủ kim loại là một công nghệ mới so với nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác như mạ, hàn và được các kỹ sư của Thụy Sĩ phát minh vào năm 1919 và sau một thời gian nghiên cứu ứng dụng, công nghệ chỉ dừng lại ở mức độ phun phủ các chi tiết để trang trí. Đến chiến tranh thế giới thứ 2, công nghệ mới bắt đầu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với quan trọng như vận tải, chế tạo, dầu khí. Hiện nay, công nghệ phun phủ tại Việt Nam đang được ứng dụng với nhiều công nghệ khác nhau như: Phun chảy, Plasma, phun kích nổ, Hồ quang điện, Hồ quang Plasma, phun phủ khí tốc độ cao (HVOF). Trong đó, công nghệ phun phủ khí tốc độ cao (HVOF) có nhiều ưu điểm hơn cả vì công nghệ phun phủ ứng dụng động năng của hạt kim loại va đập vào bề mặt chi tiết để tạo lớp phủ, trong khi các chi tiết có nhiệt độ bề mặt rất thấp nên cơ tính bề mặt và hình dáng của chi tiết không bị ảnh hưởng. Một số nghiên cứu trong nước: - Uông Sỹ Áp, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mòn và bám dính trong phục hồi các chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt, Đề tài NCKH cấp nhà nước có mã số KC 05.10, tháng 5/2006: xác định chế độ phun tối ưu trên máy phun hồ quang plasma và xác định các tính chất cơ lý của lớp phun và Phun phục hồi thử nghiệm trên một số chi tiết của tuabin khí - bao gồm việc tiến hành công nghệ phun plasma phục hồi một vài chi tiết (thuộc một loại chi tiết), tiến hành lắp đặt chạy thử và báo cáo kết quả thí nghiệm của đề tài. 1
17. - Trần Văn Dũng, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật – Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2012: Nghiên cứu xây dựng bộ thông số chế độ công nghệ phù hợp thông qua thực nghiệm để nâng cao chất lượng lớp phủ. Nghiên cứu công nghệ kết hợp lớp phủ lót Ni5Al với lớp phủ hợp kim 67Ni18Cr5Si4B để nâng cao độ bền bám dính của lớp phủ chịu mòn. - Lục Vân Thương, Hoàng Văn Châu, Ứng dụng công nghệ phun phủ plasma vật liệu hợp kim-gốm tăng độ bền mòn, chịu mài mòn của trục chính máy khoan, doa CNC và một số chi tiết máy: giới thiệu chủ yếu là phương pháp phun phủ plasma, ứng dụng vào phục hồi và làm mới các chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, trầy xước - Phạm Văn Liệu, Đinh Văn Chiến, Nghiên cứu độ bám dính lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B lên bề mặt chi tiết trục thép C45 bị mòn bằng phương pháp phun phủ nhiệt khí, Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV, 2015: giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm phun phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B trên nền trục thép C45 bằng công nghệ phun HVOF. Đồng thời phân tích ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ bám dính của lớp phủ. Từ đó lựa chọn được bộ thông số công nghệ phun HVOF hợp lý để phục hồi các chi tiết dạng trục bị mòn. Một số đề tài nước ngoài: - Tahar Sahraoui, Nour-Eddine Fenineche, Ghislain Montavon, Christian Coddet, Cấu trúc của lớp phủ Cr3C2-NiCr và lớp phủ WC-Co trong công nghệ HVOF (Structure and wear behaviour of HVOF sprayed Cr3C2– NiCr and WC–Co coatings), 2003: Kiểm tra và so sánh bằng thực nghiệm các thuộc tính khác nhau của các lớp phủ Cr3C2-NiCr và lớp phủ WC-Co khi ứng dụng công nghệ phun phủ HVOF trong công nghệ phục hồi trục của turbine. 2
18. - S. H. Leigh and C. C. Berndt, Phương pháp kiềm tra độ bám dính lớp phủ trên mặt phẳng (A Test for Coating Adhesion on Flat - Substrates-A Technical Note), 1994: xây dựng mô hình kiềm tra độ bám dính của mặt phẳng theo tiêu chuẩn ASTM C633: so sánh kết quả của hai phương pháp thử nghiệm SB (Single-bar - tiêu chuẩn ASTM C633) và phương pháp DB (Double-bar), sự khác biệt của hai phương pháp là do thay đổi ứng suất giữa lớp phủ và vật liệu nền. - Mingheng Li and Panagiotis D. Christofides, Mô hình hoá và kiểm soát công nghệ phun phủ HVOF (Modeling and Control of High-Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) Thermal Spray: A Tutorial Review), 2009: Mô hình hóa và kiểm soát đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và vận hành của quá trình nhiệt phun HVOF. Mối quan hệ giữa các điều kiện xử lý, đặc điểm hạt và các thuộc tính lớp phủ có kết quả phi tuyến tính rất cao và có thể không được tìm hiểu một cách kỹ lưỡng bằng các nghiên cứu thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu là tối ưu hóa phun nhiệt HVOF dựa trên các thiết kế thông thường của các thí nghiệm, loại bỏ các hạn chế, đặc biệt là hệ thống công nghệ HVOF được cải tiến đáng kể. - Bekir Sami Yilbas, Iyad Al-Zaharnah, Ahmet Sahin, Thử nghiệm tính chịu uốn của các mối hàn và lớp phun phủ HVOF (Flexural Testing of Weld Site and HVOF Coating Characteristics), 2014: nghiên cứu so sánh đặc tính chịu uốn của mối hàn và lớp phun phủ HVOF, những thay đổi trong đặc điểm vật liệu kim loại, cơ tính và các hình thái của lớp phủ được mô tả với nhiều kết quả khác nhau. Cho đến nay, các nghiên cứu trong nước về công nghệ HVOF vẫn còn rất khiêm tốn, nguyên nhân một phần do đây là công nghệ mới, có chi phí đầu tư lớn, nghiên cứu lớn nên ít được sử dụng tại Việt Nam. Trong khi đó, với các ưu điểm của công nghệ này, việc ứng dụng và nghiên cứu các vấn đề liên quan là rất cần thiết. 3
19. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài. Năm 2014, Xí nghiệp Cơ Điện (XNCĐ) – Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro đã trang bị hệ thống phun phủ khí tốc độ cao (HVOF) hiện đại với sự hỗ trợ cả Robot công nghiệp ABB. Trong quá trình chuyển giao, chạy thử và vận hành hệ thống, đội ngũ kỹ sư, công nhân đã nỗ lực làm chủ công nghệ và thực hiện được nhiều dự án góp phần quan trọng trong chính sách tăng cường nội địa hoá sử dụng vật tư trong nước cũng như đã tiết kiệm cho Vietsovpetro hàng trăm nghìn đô la khi ứng dụng công nghệ phun phủ để phục hồi chi tiết quan trọng trong các thiết bị dầu khí. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành hệ thống, quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm sau phun phủ vẫn chưa được hoàn thiện. Chất lượng các sản phẩm sau phun chỉ được đánh giá thông qua quá trình gia công cơ khí, nếu xuất hiện bong tróc và nứt vỡ thì phải phun phủ lại như hình 1.1. Hình 1.1. Piston điều khiển của bơm sau khi được phun phủ và gia công bằng phương pháp mài tinh, xuất hiện bong tróc lớp phủ. Trong khi đó, hầu hết các chi tiết được phun phủ tại XNCĐ là các chi tiết trục, có điều kiện làm việc khắc nghiệt và tháo lắp phức tạp. Quá trình đại tu thiết bị, chạy thử sau đại tu đa số được thực hiện trên các công trình biển. Nên chi phí phát sinh do chất lượng phun phủ kém là rất lớn, đó là các chi phí: Nhân công, vật tư, thiết bị, vận chuyển thiết bị ra công trình biển, máy bay cho CBCNV ra các công trình biển để xử lý sự cố, thời gian dừng thiết bị tăng lên ảnh hưởng đến sản lượng khai thác dầu khí Do đó, việc nghiên cứu Công nghệ phun phủ, thiết bị để đề xuất các giải pháp 4
20. tối ưu nhằm nâng cao chất lượng các lớp phun phủ đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu làm việc của các chi tiết máy là nhiệm vụ cấp thiết nhất hiện nay. 1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài Tìm ra quy luật ảnh hưởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF) sẽ góp phần bổ sung và nâng cao các kiến thức lý thuyết nghiên cứu công nghệ phun phủ HVOF tại Việt Nam. 1.4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa thiết thực trong việc nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ phun phủ HVOF tại XN Cơ điện – Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro, đề tài sẽ là tài liệu tham khảo quan trọng góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đề xuất các biện pháp hoàn thiện quy trình công nghệ, quy trình kiểm soát chất lượng khi phục hồi các chi tiết máy trong công nghệ khai thác Dầu khí giải quyết một số vấn đề cấp thiết tại XNCĐ cũng như công nghệ phun phủ nhiệt tốc độ cao (HVOF) tại Việt Nam. 1.5. Mục đích của đề tài. Phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt độ vật liệu nền đến độ cứng và độ bám dính của lớp phủ trong công nghệ phun phủ nhiệt khí tốc độ cao (HVOF). Hoàn thiện quy trình phun phủ và xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng của lớp phun trong quá trình phun phủ bằng công nghệ phun phủ khí tốc độ cao (HVOF) tại XNCĐ. Để hoàn thành mục đích trên, đề tài cần giải quyết một số vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hình thành lớp phủ bằng công nghệ HVOF, từ đó, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phun phủ. 5
21. - Khảo sát, nghiên cứu hệ thống, quy trình và các thiết bị phun phủ tại XNCĐ. - Đề xuất các giải pháp, quy trình để nâng cao chất lượng của các lớp phủ. 1.6. Đối tƣợng nghiên cứu: - Cấu trúc và cơ chế hình thành lớp phủ và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của lớp phun phủ trong công nghệ phun phủ khí tốc độ cao (HVOF) 1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài Xây dựng mô hình thực nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C633- 79 để khảo sát độ bám dính của lớp phun phủ, tạo cơ sở hoàn thiện quy trình và công nghệ phun phủ tại XNCĐ phù hợp với thực tế. Từ kết quả nghiên cứu của Thạc sỹ Phạm Văn Liệu và PGS. TS. Đinh Văn Chiến được công bố trên Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV về Nghiên cứu độ bám dính lớp phủ bột hợp kim 67Ni18Cr5Si4B lên bề mặt chi tiết trục thép C45 bị mòn bằng phương pháp phun phủ nhiệt khí, cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố về khoảng cách phun (L), vận tốc súng (V) và lượng bột phun (m) đến độ bám dính của lớp phủ trên nền trục thép C45 bằng công nghệ phun phủ HVOF. Khi các yếu tố trên thay đổi theo chiều tăng dần giá trị thì độ bám dính cũng tăng tương ứng [1] Do đó, với điều kiện thiết bị kiểm tra đánh giá c n hạn chế, đề tài tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt vật liệu nền trước khi phun đến sự thay đổi độ bám dính và độ cứng của lớp phun phủ bằng công nghệ phun phủ HVOF tại XNCĐ. 1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về công nghệ phun phủ HVOF, dựa theo tiêu chuẩn ASTM C633- 79 (Standard Test Method for Cohesive Strength of Flame 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4