Bài giảng Lắp đặt và sửa chữa mạch - Chương 9: Phục hồi bằng phun đắp

ên kết giữa các phần tử để tạo nên lớp phun. 
Qúa trình tạo thành lớp phủ khá phức tạp. Kết quả nghiên cứu cho thấy các 
phần tử kim loại trong thời trong thời điểm va đập lên bề mặt phun ở trạng thái 
lỏng và bị biến dạng rất lớn. Trong thời điểm va đập lớp ôxyt phải ở trạng thái lỏng 
nen sự biến dạng phụ thuộc vào dạng của các phần tử kim loại phun. Khả năng 
biến dạng chủ yếu phụ thuộc lớp vỏ bọc của các phần tử và các phần tử sau phụ 
thuộc vào sự biến dạng của các phần tử tr−ớc nó. Khi các phần tử sau va đập lên 
các phần tử tr−ớc thì các phần tử tr−ớc hãy còn ở trạng thái lỏng hoặc sệt nên giữa 
chúng dể dàng xảy ra sự liên kết kim loại với nhau. 
9.5 Phân loại các ph−ơng pháp phun : 
1. Phun đắp bằng ngọn lửa khí (oxy và các loại khí cháy (C2H2,...) 
2. Phun đắp bằng hồ quang điện 
3. Phun đắp bằng dòng điện cao tần (đạt 50.000 Hz) 
4. Phun đắp bằng hồ quang plassma 
5. Phun đắp bằng sóng nổ. 
6. Phun đắp bằng năng l−ợng của chùm tia laser 
Ph−ơng pháp phun đắp bằng hồ quang điện : 
Cho 2 dây hàn (một dây nối với điện cực âm và đầu kia nối với điện 
cực d−ơng tiến sát vào nhau cho đến khi xuất hiện hồ quang. Nguồn nhiệt hồ 
 104
quang sẽ làm nóng chảy dây hàn. Dòng khí có áp suất lớn sẽ thổi mạnh giọt 
kim loại lỏng này làm chúng bay đi. Lúc đó hồ quang tắt, nh−ng dây hàn 
tiếp tục tiến vào nhau cho đến khi ngắn mạch, c−ờng độ dòng điện tăng lên 
đột ngột, trong khoảnh khắc đó dây hàn nóng chảy, giọt kim loại lỏng lại bị 
thổi đi. Quá trình này cứ thế tiếp tục. Nh− vậy quá trình phun bằng hồ quang 
là quá trình hồ quang ngắn mạch liên tục. 
• Thời gian chập mạch là : 0,005 - 0,02 giây 
Thời gian tăng khi tốc độ dây hàn tăng. 
• Thời gian hồ quang cháy : 0,003 - 0,005 giây 
• Quá trình phun xảy ra không liên tục; Kích th−ớc hạt kim loại 
trong các thời điểm khác nhau sẽ khác nhau so với thời điểm chập 
mạch. 
• Khi phun phân tử ôxy bị phân huỷ thành nguyên tử ôxy, do vậy 
kim loại nóng chảy bị ôxy hoá rất mạnh. 
* Các bon có thể bị cháy mất 25 - 35 % 
* Silic 25 - 45 % 
* Mang gan 35 - 38 % 
9.6 Các yếu tố ảnh h−ởng đến phun đắp 
• Nâng cao tốc độ luồng khí nén cũng nh− kéo dài thời gian đốt cháy dây 
hàn sẽ tạo khả năng làm s−ơng hoá các hạt kim loại phun ra. 
• Kích th−ớc các hạt kim loại phun ra thay đổi trong phạm vi rộng từ 0,002 
- (0,2-0,4) mm. 
• Tốc độ, khối l−ợng và độ lớn của hạt kim loại của lớp phun ảnh h−ởng 
rất lớn đến kết cấu và tính chất. 
• Do nhiệt độ không đều neencos 2 trạng thái hạt kim loại : lỏng và hơi. 
• Tốc độ hạt kim loại lúc đầu khoảng 18 m/s sau đó tăng dần và có thể đạt 
200 m/s, (theo Nguyễn Đức Hùng V = 50 - 250 m/s)sau đó lại giảm dần. 
ở cự ly 250 mm vào khoảng 85 m/s 
• Thời gian chuyển động của hạt từ đầu phun đến bề mặt chi tiết khoảng 
0,003 giây. 
• Do thời gian ngắn tốc độ di chuyển lớn nên hạt kim loại ch−a kịp nguội 
nên khi va đập vào bề mặt nó làm biến dạng dẻo và bám chặt vào bề mặt 
gia công. 
• Nhiệt độ thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ đầu súng phun nh− sau : 
Khoảng cách L mm 50 100 200 
 Nhiệt độ của hạt kim loại oC 100 980 900 
• Cấu trúc bề mặt lớp phun đắp không đồng nhất. Thành phần hoá học của 
lớp kim loại phun đắp khác nhiều so với kim loại cơ bản vì một số 
nguyên tố bị cháy ( Si = 25-45%, Mn = 35-38%, S 25-26 %. 
• Mức độ ôxy hoá hạt kim loại và lớp phun ảnh h−ởng đến độ bền của lớp 
đắp. 
 105
• Lớp kim loại phun đắp có nhiều lỗ xốp nên mật độ lớp kim loại này nhỏ 
hơn kim loại cơ bản (lớp kim loại nền) trung bình 6,5 g/cm3 so với kim 
loại nền là 7,7-7,8 g/cm3. Mật độ t−ơng đối của lớp kim loại phun đắp là 
85 % và độ xốp 15 %. 
• Trị số dẫn điện của lớp kim loại phun đắp nhỏ hơn thép từ 13 - 20 lần. 
9.7 Tính chất cơ lý của lớp kim loại phun đắp [1], [14] 
9.7.1 Nhân tố ảnh h−ởng đến độ cứng lớp kim loại phun đắp 
Là ảnh h−ởng của cự ly phun và áp suất khí nén. Trong quá trình phun, các 
hạt kim loại bị không khí thổi nên nguội nhanh từ nhiệt độ trên nóng chảy xuống 
còn 100-150 oC vì thế một số hạt bị tôi, một số khác bị ôxy hoá nên độ cứng cao. 
Nếu thép có %C đến 0,4 % độ cứng đạt HB 150-258 
Nếu thép có %C đến 0,8 % độ cứng đạt HB 400 
 Bảng 9-1 
Phun bằng hồ quang điện Phun bằng khí cháy Phun bằng điện cao tần 
%C HB %C HB %C HB 
0,12-0,15 197-220 0,10 192 0,12-0,16 230 
0,4 258 0,35 208 0,35 330 
0,45 285-300 0,44 230 0,45 401-415 
0,8 320 0,62 267 0,64-0,66 440-460 
 Hình 9-6 ảnh h−ởng của cự ly phun đến độ cứng lớp kim loại phun 
 Vật liệu thép 0,45 %C [1](trang66) 
1- Độ cứng HB lớp kim loại bề mặt 
2- Độ cứng HB lớp kim loại cách bề mặt 1,5 mm 
9.7.2 Tính chất lớp phun phủ 
a. Độ bền cơ học : 
• Lớp kim loại phun đắp có độ bền chịu nén cao (80-120 KG/mm2) 
• Trị số độ bền kéo phụ thuộc ph−ơng pháp phun và hàm l−ợng các bon trong 
dây phun xem bảng [1]. 
Bảng 9-2 
Hàm l−ợng C Độ bền kéo (KG/mm2) ứng với ph−ơng pháp phun 
% bằng hồ quang điện Bằng ngọn lữa khí Điện cao tần 
0 25 50 75 100 125 150 mm
Độ cứng HB 
320 
280 
240 
200 
 106
0,15 -0,20 10-12 18-20 11-12 
0,25 - 24 14-19 
0,4-0,46 11-18 - 22-24 
0,6-0,8 14-19 19 18-19 
• Mặc dầu kim loại lớp phun có đồ bền kéo không cao nh−ng nó chỉ bị h− hỏng 
khi ứng suất đạt tới trị số biến dạng dẻo của kim loại gốc. 
• Tính năng cơ học của lớp kim loại phun kém hơn gang vì giữa các hạt kim loại 
phun đắp có nhiều màng ôxy hoá và có tạp chất. 
Phun bằng điện cao tần cho lớp phun có cơ tính cao : 
Dây hàn bằng thép 45 Độ bền đạt 22,5 KG/mm2. T−ơng đ−ơng độ bền của 
gang. Độ cứng đạt 400-415 HB 
 Độ bền mõi tăng thêm 9-13,5 % 
Phun bằng hồ quang điện 
Dây hàn bằng thép 45: Độ bền đạt 9,36 KG/mm2. T−ơng đ−ơng độ bền của 
gang Độ cứng đạt 250-260 HB 
b. Độ bám : Tính chất cơ học chủ yếu là độ bám, 
 Độ bám là thông số quan trọng quyết định chất l−ợng lớp phun đắp. Nó phụ 
thuộc ph−ơng pháp phun đắp, nhiệt độ, tốc độ hạt, cự ly phun và chiều dày lớp 
phun. Sau khi chuẩn bị bề mặt xong phải tiến hành phun ngay. Thời gian kéo dài 
càng lâu thì bề mặt sẽ bị ôxy hoá làm cho khả năng dính bám càng giảm, lớp kim 
loại phun để bong. Chất l−ợng của mối liên kết chảy hàn và bám cơ học của lớp 
phun (độ bám) phụ thuộc vào chất l−ợng chuẩn bị bề mặt (phụ thuộc độ sạch bề 
mặt sản phẩm), vật liệu phun, vật liệu nền và chất l−ợng của các b−ớc tiến hành 
phun. Chiều dày lớp phun phủ lớn hơn 3 mm cần bề mặt có độ nhám lớn (Nguyễn 
Đức Hùng, P.166). 
c. Độ chịu mài mòn 
 Trong điều kiện ma sát khô độ chịu mài mòn của kim loại phun rất kém do 
nó xốp, dòn,... Trong điều kiện bôi trơn đầy đủ thì khả năng chịu mài mòn tăng vi 
các lỗ rổ xốp chiếm 5-11 % tạo nên các hốc chứa dầu bôi trơn nên ma sát nhỏ (hệ 
số ma sát khoảng : f = 0,01-0,04 . Nhờ có lớp xốp này mà cho phép chi tiết máy 
làm việc bình th−ờng 100-190 giờ sau khi đ−ờng dầu bôi trơn hết. 
Tính chất bảo vệ chống ăn mòn của lớp phun phủ nhôm hoặc kẽm (Nguyễn Đức 
Hùng, P.171) phụ thuộc vào chiều dày, độ bám, độ xốp và bản chất kim loại lớp 
phủ. Lớp phủ kẽm có độ bám tốt hơn song lớp lớp nhôm có độ bền ăn mòn cao 
hơn nên ng−ời ta th−ờng tổ hợp kẽm với nhôm 
Để đảm bảo thời gian lớp bảo vệ là 15 năm thì chiều dày lớp phủ phải đạt giá 
trị nhất định theo bảng [5] 
Bảng 9-3 
 Chiều dày bảo vệ tối thiểu, àm 
Ph−ơng pháp Lớp phủ Nông thôn Thành 
phố 
Công 
nghiệp 
Biển 
 Zn 120 160 200+sơn 200 
 107
Al 
ZnAl 
120 
- 
160 
40/200 
200 
40/250 
16 
40/200 
 Al 
Zn 
ZnAl 
200 
120 
- 
300 
160 
40/200 
300 
200+sơn 
40/250 
250 
200 
40/200 
Khả năng bền ăn mòn của lớp phủ Zn và Al đ−ợc trình bày ở bảng 9.4 và thời hạn 
bảo vệ của các lớp phủ có chiều dày khác nhau đ−ợc trình bày ở bảng 9-5 [5] 
 Bảng 9-4 
 Các tác nhân ảnh h−ởng có trong khí quyển. 
Lớp 
phủ 
SO2 40 
mg/m2 
Cl- 
trong 
không 
khí 
PH Độ 
cứng 
Nhiệt 
độ 
Cl- 50 
mg/lít 
trong 
n−ớc 
Sunfat, 
500 
mg/lit 
trong 
n−ớc 
Kim loại 
nặng gây 
ăn mòn 
trong H2O
Amooni 
ắc, axit 
humic 
Zn ăn mòn 
mạnh 
ăn 
mòn 
6,5-
12 
Không 
bền 
<= 
50oC 
ăn 
mòn 
mạnh 
Bền Cu, Fe3+, 
kim loại 
quý 
ăn mòn 
mạnh 
Al Bền Bền 4-8,5 Bền Bền ăn 
mòn lỗ
Bền 
KL 
quý 
Cu, Fe3+, Bền 
 Bảng 9-5 [5] 
 Chiều dày Vùng khí hậu 
Lớp phủ àm g/m2. Nông 
nghiệp 
Biển Công 
nghệp 
Nhiễm 
độc nặng 
Zn 50 
100 
150 
315 
630 
945 
21 
42 
63 
12,6 
25,2 
37,8 
6 
12 
18 
3,15 
6,3 
9,45 
9.8 Thiết bị phun 
Nguốn điện, khí nén, đầu phun, các đồ gá kẹp chi tiết 
 Đầu phun : 
• Đầu phun bột kim loại; Đầu phun dây kim loại 
• Đầu phun bằng hồ quang, 
• Đầu phun bằng dòng cao tần 
• Đầu phun bằng hồ quang plasma; 
• Đầu phun dùng ngọn lửa khí 
 108
 Hình 9-7 Sơ đồ nguyên lý dây chuyền phun đắp bằng dây kim loại nóng chảy 
9-9 Công nghệ phun 
9.9.1 Chuẩn bị bề mặt 
Khi chiều dày lớp phun phủ <= 0,6 mm thì độ nhấp nhô trên bề mặt chỉ cần 
dùng ph−ơng pháp phun cát hoặc phun hạt kim loại. 
9.9.2Chọn vật liệu phun đắp 
9.10 Chế độ phun đắp đặc tr−ng : 
• Làm sạch bề mặt cần phun đắp. 
• Chọn ph−ơng pháp phun 
• Chọn áp lực phun 
• Chọn vận tốc dây (mm/s) , công suất phun ( kg/ph ) 
• Chọn góc phun ( 45 - 90 o) 
• Chọn vận tốc phun ( 6 - 20 m/ph ). 
• Chọn khoảng cách giữa đầu phun đến vật phun ( 50 - 300 mm) có thể đến 600, 
700mm. Khoang cách càng gần thì độ dính bám càng tốt hơn, tổn thất nhiệt 
càng ít . Tuy nhiên cũng phải chọn khoảng cách hợp lý để lớp đắp bám tốt . 
Các đại l−ợng đặc tr−ng cho chế độ phun : 
• Đ−ờng kinh dây phun D = 0,8 - 3 mm 
• áp suất khí nén P = 5 - 6 at 
• Tốc độ hạt KL V = 100-200 m/s có thể đạt V = 250m/s. 
 109
• Dòng điện nung chảy: Th−ờng 1 chiều, cũng có thể dùng xoay chiều. Dòng 
điện có c−ờng độ I cao (khoảng 500A ), 
• Có thể sử dụng nguồn nhiệt của ngọn lửa khí O2 - C2H2, 
• Phun bằng hồ quang plazma hạt kim loại phun Φ = 15 - 20àm. 
• Lớp phun yêu cầu th−ờng từ 1-2àm ữ 10àm. 
• Nguồn nhiệt có thể là ngọn lửa khí hay hồ quang điện,... 
Hình 9 - 8 Sơ đồ nguyên lý dây chuyền phun đắp bằng hồ quang plasma