Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép nhôm và hợp kim Ni-20Cr trên nền thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

Lý Quốc Cường

NGHI£N CøU ¶NH H¦ëNG CñA CHÕ §é Xö Lý NHIÖT §ÕN CÊU TRóC, TÝNH
CHÊT CñA HÖ LíP PHñ KÐP NH¤M Vµ HîP KIM Ni-20Cr
TR£N NÒN THÐP

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62440119

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2016

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Lê Thu Quý
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Phùng Thị Tố Hằng

Phản biện 1: ..........................................................................................
......................................................................................
Phản biện 2: ..........................................................................................
.......................................................................................
Phản biện 3: ......................................................................................
.........................................................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại
Học viện Khoa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Vào hồi

giờ ngày

tháng

Có thể tìm luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam

năm

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Trong các ngành công nghiệp nặng, các chi tiết máy thường phải làm
việc trong các điều kiện hết sức khắc nghiệt (độ ẩm cao, nhiệt độ cao, môi
trường bụi, hóa chất…) dẫn đến các hiện tượng mài mòn, ăn mòn và cuối
cùng là phá hủy. Mỗi khi các chi tiết bị mài mòn hoặc ăn mòn thì chi phí
để thay thế là rất lớn, ngoài chi phí về vật liệu vốn đã rất cao thì còn kèm
theo chi phí cho công tháo, lắp, sửa chữa và các thiệt hại khác do dây
chuyền sản xuất phải ngừng hoạt động.
Những năm gần đây, song song với việc phát triển khoa học công nghệ
và các ngành kỹ thuật công nghiệp thì việc đòi hỏi nâng cao chất lượng sản
phẩm và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy luôn được quan tâm. Đặc biệt
đối với các chi tiết máy làm việc trong môi trường khắc nghiệt như chịu ăn
mòn, mài mòn thì tính chất vật liệu bề mặt chi tiết máy đó được đặt lên
hàng đầu. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý bề mặt được ứng dụng
nhằm đáp ứng các yêu cầu của chi tiết trong các điều kiện làm việc khác
nhau. Công nghệ phun phủ và xử lý nhiệt là một trong những phương pháp
có thể đáp ứng được yêu cầu làm việc của chi tiết trong điều kiện nói trên.
Trong các công nghệ xử lý bề mặt được sử dụng, công nghệ phun phủ
nhiệt ngày càng được phát triển mở rộng về quy mô, cải thiện về chất
lượng, thể hiện được những tính ưu việt so với các phương pháp xử lý bề
mặt khác cả về kỹ thuật và kinh tế. Như chúng ta đã biết, các kim loại Cr,
Ni, Al có khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn, chịu mài mòn và có độ bền
khá cao trong nhiều môi trường hóa chất. Lớp phủ Al thường được biết
đến là lớp phủ chống ăn mòn khí quyển tốt, khả năng chịu nhiệt khá tốt,
ngoài ra, khi được xử lý ủ nhiệt Al còn có khả năng khuếch tán vào nền
thép tạo thành các pha liên kim giữa Al và Fe như: Fe3Al, FeAl2, Fe2Al5,
Fe3Al, FeAl, các pha liên kim này có độ cứng cao, bền ăn mòn, chịu nhiệt
tốt. Ngoài khả năng khuếch tán vào thép, Al còn có thể tương tác với các
nguyên tố Ni và Cr tạo thành các liên kim giữa Al – Ni như: AlNi3, Al3Ni5,
AlNi, Al3Ni2, Al3Ni; giữa Al – Cr như: AlCr2, Al8Cr5, Al9Cr4, Al11Cr2,
Al7Cr là các pha có độ cứng khá cao.
Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo ra một hệ lớp phủ mới có khả năng
làm việc trong các môi trường khắc nghiệt như vừa chống được mài mòn,
ăn mòn và chịu nhiệt, đã lựa chọn hệ lớp phủ kép Al kết hợp với lớp phủ
Ni-20Cr, lớp phủ Al ở giữa tiếp giáp nền thép, lớp phủ Ni-20Cr ở trên, kết
hợp xử lý ủ nhiệt.
1

Với những lý do nêu trên, đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép
nhôm và hợp kim Ni-20Cr trên nền thép” đã được thực hiện.
2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án
* Nội dung nghiên cứu:
- Tối ưu chế độ xử lý bề mặt nền thép trước khi phun phủ kim loại bằng
phương pháp phun hạt mài corindon.
- Tối ưu chế độ phun phủ kim loại Al, Ni-20Cr theo tiêu chí độ xốp thấp
nhất bằng công nghệ phun phủ hồ quang điện.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, thời gian ủ đến cấu trúc, tổ chức tế vi của hệ
lớp phủ kép Al/Ni-20Cr.
- Tìm ra được các pha mới hình thành do khuếch tán của các lớp phủ, lớp
phủ và thép nền.
- Đánh giá các tính chất của hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr trước và sau khi
xử lý ủ nhiệt.
* Mục đích nghiên cứu:
- Chế tạo hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr có chất lượng cao, có độ xốp thấp,
có khả năng bám dính tốt trên nền thép.
- Chọn được chế độ xử lý ủ nhiệt phù hợp cho hệ lớp phủ kép Al/Ni-20Cr.
- Xác định các tính chất cơ lý của lớp phủ kép Al/Ni-20Cr trước và sau
khi xử lý ủ nhiệt: độ cứng, khả năng chống mài mòn, khả năng chống ăn
mòn.
3. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án
- Chọn được chế độ tạo nhám có giá trị Rz cao nhất: dùng công nghệ phun
hạt mài (corindon) cỡ hạt #18, khoảng cách phun 100mm, áp lực khí nén
8atm, đạt được độ nhấp nhô bề mặt (độ nhám) trên nền thép C45 là Rz
=58,39 µm; trên nền CT3 là Rz= 62,25 µm.
- Tối ưu chế độ phun phủ Al và hợp kim Ni-20Cr theo tiêu chí độ xốp nhỏ
nhất, bằng công nghệ phun phủ hồ quang điện trên thiết bị OSU –
Hessler 300A (Đức): chế độ phun Al là P = 4,7 atm, U = 27,5 V, khoảng
cách phun L = 200 mm, độ xốp lớp phủ là 13,56%; chế độ phun hợp kim
Ni-20Cr: P = 3,5 atm, U = 26 V, khoảng cách phun L = 300 mm, độ xốp
lớp phủ là 10,96%.
2

- Khả năng bám dính của lớp phủ Al trên nền thép ứng với chế độ phun
hạt mài tốt nhất (đối với các mẫu chưa xử lý nhiệt): trên nền thép C45 là
14,9 MPa, trên nền thép CT3 là 16,29 MPa. Chế độ xử lý nhiệt phù hợp
cho lớp phủ kép Al/Ni-20Cr là 550 – 600oC giữ nhiệt khoảng 4 – 8 giờ.
- Lớp phủ kép Al/Ni-20Cr sau khi xử lý ủ nhiệt ở nhiệt độ 550 – 600oC
thời gian giữ nhiệt 4 – 8 giờ, tại biên giới giữa lớp phủ, giữa lớp phủ và
nền thép hình thành các pha liên kim mới có độ cứng cao (đạt 600 – 800
HV), chiều dày tới 35 – 45 μm. Lớp phủ sau khi xử lý ủ nhiệt có hệ số
ma sát nhỏ và khả năng chống mài mòn tốt hơn các mẫu chưa xử lý ủ
nhiệt, khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit (cụ thể là H 2SO4 có
pH = 2) tốt hơn mẫu không xử lý ủ nhiệt.
- Phân tích EDS cho thấy Al đã khuếch tán sang lớp phủ Ni-20Cr và
khuếch tán vào nền thép tạo thành các dung dịch rắn.
- Giản đồ nhiễu xạ XRD cho thấy các pha xuất hiện trên biên giới giữa
lớp phủ Ni-20Cr và Al là AlNi, Al4Cr, (AlNi + Al3Ni), Al3Ni, Al3Ni2,
AlNi3 và Al4CrNi15. Các pha liên kim tại vùng biên giới lớp phủ Al và
nền thép là FeAl3, AlFe3 và AlFe.
4. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 114 trang. Phần mở đầu 2 trang. Chương 1. Tổng quan:
30 trang; Chương 2. Thực nghiệm: 20 trang; Chương 3. Kết quả và thảo
luận: 63 trang, trong đó có 24 bảng, 78 hình; Phần kết luận: 1 trang;
Những đóng góp mới của luận án: 1 trang; Danh mục các công trình công
bố của tác giả: 1 trang, với 6 công trình công bố, trong đó có 1 bài báo
quốc tế, 5 bài trong nước, trong đó có 1 bài bằng tiếng Anh; Tài liệu tham
khảo: 11 trang với 109 tài liệu.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày tổng quan những vấn đề sau:
1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng phun phủ nhiệt trên thế giới
2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt ở Việt Nam
3. Cơ sở lý thuyết của phun phủ nhiệt: nguyên lý công nghệ phun phủ
nhiệt, mục đích và phân loại công nghệ phun phủ nhiệt, phương pháp
phun phủ bằng hồ quang điện áp dụng cho luận án. Cấu trúc và tính
chất của lớp phủ kim loại.
4. Vật liệu nhôm và lớp phủ nhôm
5. Vật liệu crôm, niken và lớp phủ hợp kim Ni-20Cr
3