4. KẾT LUẬN
Phương pháp bùn phản lực có thể được sử dụng
để nghiên cứu trạng thái xói mòn của lớp phủ
phun plasma nền nhôm. Việc thêm Cr2O3 góp
phần vào việc tăng mật độ lớp phủ, trong đó chủ
yếu do tăng cường sự gắn kết pha bởi dung dịch
rắn từng phần. Các lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3
sở hữu đặc tính chống mài mòn cơ học và chống
ăn mòn toàn diện tốt hơn so với lớp phủ Al2O3
tinh khiết. So sánh với lớp phủ Al2O3, lớp phủ kết
hợp Al2O3-Cr2O3 có chiều sâu xói mòn và tốc độ
ăn mòn thấp hơn với số lượng hạt tác động khác
nhau
14 trang |
Chia sẻ: thucuc2301 | Lượt xem: 520 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu độ bền xói mòn của lớp phủ phun plasma nền nhôm bằng phương pháp phun dòng hạt rắn - Phạm Thanh Vương, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
58
NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN XÓI MÒN CỦA LỚP PHỦ PHUN PLASMA NỀN NHÔM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN DÒNG HẠT RẮN
Phạm Thanh Vương
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh
Thông tin chung:
Ngày nhận bài: 25/12/2015
Ngày nhận kết quả bình duyệt:
03/03/2016
Ngày chấp nhận đăng: 12/2016
Title:
A study on erosion–wear
resistance and mechanism of
plasma-sprayed alumina-based
coatings by a novel slurry
injection method
Keywords:
Plasma spraying, Alumina-
based coatings, Erosion wear,
Slurry jet test
Từ khóa:
Phun plasma, lớp phủ nền
nhôm, ăn mòn, mài mòn
ABSTRACT
The study investigated the combination coating of Al2O3-Cr2O3 manufactured by
plasma spraying. Its mechanical performances were better than those of Al2O3.
The erosion-wear resistance of the Al2O3-Cr2O3 coatings was evaluated by a
new type of solid particle impact test (slurry jet). The slurry was mixed by the
compressed air in the nozzles and then injected on the coating surface at a high
velocity. The injected slurry on this surface resulted in a wear progression,
corresponding to the erosion intensity of the coating materials. The Al2O3-
Cr2O3 coating possessed a better erosion-wear resistance compared to the pure
Al2O3 coating.
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 được chế tạo bằng cách
phun plasma. Lớp phủ này có tính cơ học tốt hơn so với lớp phủ Al2O3. Tính
kháng xói mòn, mài mòn của lớp phủ được đánh giá bởi một loại thử nghiệm
mới, đó là tác động dòng hạt rắn (bùn phản lực). Bùn được trộn với khí nén
trong các vòi phun và bắn vào bề mặt lớp phủ ở vận tốc cao. Bùn bắn trên bề
mặt lớp phủ dẫn đến sự phát triển vết xói mòn tương ứng với cường độ xói mòn
của lớp vật liệu phủ. Lớp phủ Al2O3-Cr2O3 sở hữu khả năng chống xói mòn, mài
mòn tốt hơn so với lớp phủ Al2O3 tinh khiết.
1. GIỚI THIỆU
Gốm oxit có tính bền, độ cứng, hiệu năng chống
mài mòn, khả năng chịu nhiệt độ cao và kháng
oxy hóa tốt (Dong S và cs., 2012; Edlmayr V và
cs., 2010). Các lớp phủ của chúng có tiềm năng
rất lớn trong việc sử dụng bảo vệ bề mặt kim loại
hoạt động ở điều kiện làm việc nặng (Singh VP và
cs., 2011; Sarafoglou GhI và cs., 2007). Phun
plasma trong khí quyển là kỹ thuật phun linh hoạt
nhất, có thể kết hợp gốm sứ với nhiều loại vật liệu
như nhôm, chromia, titanic, zirconia và các hỗn
hợp có liên quan (Di Girolamo G và cs., 2014). Là
đại diện đặc biệt trong số đó, lớp phủ nhôm có
khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn do có
độ cứng cao, tính trơ hoá học và nhiệt độ nóng
chảy cao, cũng như tính chống mài mòn và xói
mòn (Zois D và cs., 2010; Maiti K, 2010). Lớp
phủ Al2O3 có thể giữ được đến 90% khả năng của
nó tại nhiệt độ 11000C (Musil J và cs., 2010). Đối
với gốm oxit, độ dai thấp hạn chế các ứng dụng
thực tế của nó (Bertarelli E và cs., 2011). Thật
khó để kết hợp các phương pháp tăng độ bền
thông thường với công nghệ phun plasma. Những
phương pháp cải thiện độ bền truyền thống: tăng
độ cứng hạt, dùng sợi có độ bền cao, tôi và cấu
trúc gradient (Hallmann L và cs., 2012). Tăng độ
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
59
cứng và độ rắn từ tinh thể hạt hoặc dung dịch rắn
có lợi cho việc tăng cường độ bền và độ dẻo dai
của các lớp phủ gốm. Việc bổ sung các TiO2 (3,13
và 40 wt.%) cho phép tăng độ dẻo dai, kháng mài
mòn và xói mòn (Normand B và cs., 2014). Tuy
nhiên, các lớp phủ tương ứng kéo theo sự sụt
giảm của độ cứng và độ ổn định ở nhiệt độ cao (là
điều cần thiết cho các ứng dụng chống mài mòn
nhiệt và ma sát). Lớp phủ kết hợp Al2O3-ZrO2 có
độ dẻo dai cao nhưng tính dẫn nhiệt kém (Pan ZY
và cs., 2012).
Cr2O3 và α- Al2O3 có những cấu trúc tinh thể
giống nhau. Cr3+ và Al3+ có bán kính ion gần
giống nhau. Theo đó, giải pháp tạo rắn kết hợp
Al2O3-Cr2O3 dễ dàng hình thành. Năm 2011,
Yang K và cs. đã sử dụng phương pháp phun
plasma để tạo ra lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3.
Các cấu trúc pha, vi cấu trúc, tính chất cơ học và
nhiệt của lớp phủ đã được nghiên cứu. Các thí
nghiệm trượt mòn của lớp phủ cũng đã được đánh
giá trong điều kiện khắc nghiệt. Các kết quả thu
được cho thấy lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có
tính chất cơ học, nhiệt và chống mài mòn tốt hơn
lớp phủ Al2O3 nguyên chất.
Tuy nhiên, chế độ ăn mòn do xói mòn khác với ăn
mòn do trượt. Ăn mòn, xói mòn loại bỏ vật liệu
tại khu vực bị tác động, do tác động lặp đi lặp lại
của các hạt mài, làm biến dạng hoặc bẻ gãy cấu
trúc tế vi. Cơ chế mòn bị kiểm soát phần lớn bởi
các yếu tố: vật liệu hạt, kích thước hạt, vận tốc tác
động, tần số tác động trên một đơn vị diện tích, và
góc tác động (Ercenk E và cs., 2012). Các tính
chất (vật liệu và kích thước) của hạt tác động
được coi là thông số liên quan cho loại ăn mòn
này. Góc tác động và tốc độ lớn của các hạt mang
lại một tác động vô cùng mạnh mẽ trên bề mặt xói
mòn. Lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 được coi là
đặc biệt hữu ích trong việc ứng dụng chống lại ăn
mòn và xói mòn, chẳng hạn cánh tuabin nước và
con lăn cửa cống, nơi đòi hỏi hiệu năng chống xói
mòn rất lớn.
Do vậy, việc nghiên cứu tính kháng xói mòn của
lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 cần phải được thực
hiện. Công ty Palmeso (Nhật Bản) đã sử dụng
phương pháp phun bùn phản lực để thực hiện các
bài kiểm tra ăn mòn, xói mòn. Đây là phương
pháp mới về tác động dòng hạt rắn (bùn phản lực)
nhằm ước tính mức hao mòn do xói mòn của các
lớp phủ cứng.
Với phun plasma khí quyển, các lớp phủ được tạo
thành từ các hạt được làm phẳng, giống như các
tấm. Các tấm tạo thành từng lớp trong lớp phủ và
các lớp lần lượt tạo ra cấu trúc lớp xếp chồng lên
nhau. Đồng thời, cấu trúc lớp phủ còn luôn chứa
các hạt không nóng chảy, các điểm rỗ, các hạt bị
ôxy hóa và vết nứt tế vi. Do đó, trạng thái mài
mòn xói mòn của lớp phủ chưa thể đánh giá một
cách hoàn toàn.
2. QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM
2.1 Chuẩn bị lớp phủ
Hệ thống phun plasma khí quyển trang bị một
khẩu súng plasma F4-MB (Sulzer Metco AG,
Thụy Sĩ) để tạo ra lớp phủ. Trộn và nghiền nát
hỗn hợp bột nguyên liệu Al2O3 và Cr2O3. Kích
thước hạt trung bình tương ứng là 17,5 μm và
16,7 μm. Theo một tỷ lệ khối lượng nhất định, bột
Al2O3 và Cr2O3 được trộn trực tiếp bởi các con lăn
với tốc độ quay 150 vg/ph trong 120 giờ. Trước
khi phun, nền thép không gỉ được tẩy dầu mỡ
bằng siêu âm trong acetone và phun hạt corundum
đến độ nhám (Ra) 6 ÷ 8 μm. Thêm nữa, bột NiCr
được phủ lót trước khi phun gốm.
Theo kết quả nghiên cứu của Yang K và cs.,
(2011), lớp phủ gốm composite AC70 sở hữu đặc
tính cơ học toàn diện hơn. Việc bổ sung Cr2O3 có
lợi cho sự ổn định của α- Al2O3. Với sự gia tăng
hàm lượng Cr2O3 trong hỗn hợp bột ban đầu, lớp
phủ có độ xốp thấp, độ cứng cao, độ bền uốn lớn
hơn và hiệu năng dẫn nhiệt tốt hơn. Đồng thời,
lớp phủ composit AC70 sở hữu tối đa độ bền uốn.
Do đó, thành phần trọng lượng Cr2O3 trong hỗn
hợp bột cơ học sử dụng trong nghiên cứu này là
70 wt.%. Các thông số phun plasma cho lớp phủ
lót NiCr và lớp phủ gốm ngoài cùng được biểu thị
trong Bảng 1. Để có được hiệu suất lớp phủ tối
ưu, các thông số phun cần phải có sự kết hợp tốt.
Do phương pháp trộn cơ học và kích thước
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
60
nguyên liệu hạt, trong các bề mặt tiếp xúc của
Al2O3 nóng chảy và các hạt Cr2O3 tồn tại một
dung dịch rắn. Điều này làm tăng độ bền tại vị trí
tiếp xúc pha và giảm độ xốp trong lớp phủ. Ngoài
ra, các hạt Al2O3 và Cr2O3 không thể trộn hoàn
toàn trong quá trình phun plasma. Trộn cơ trong
vòng 120 h nhằm đảm bảo tính đồng nhất của bột
composite. Cấu trúc mầm không đồng nhất và
dung dịch rắn từng phần thu được trong cấu trúc
composit.
Bảng 1. Các thông số phun plasma cho lớp phủ lót NiCr và lớp phủ gốm ngoài cùng
Thông số Lớp phủ lót NiCr Lớp phủ gốm ngoài cùng
Dòng hồ quang (A) 590-610 640-650
Gas plasma đầu (H2) (slpm) 55-60 40-50
Gas plasma thứ 2 (Ar) (slpm) 6-8 6-8
Gas vận chuyển (Ar) (slpm) 3-4 3-4
Tốc độ bột (g/ph) 15-20 30-40
Khoảng cách phun (mm) 110-120 100-110
2.2 Đặc tính lớp phủ
Kết cấu pha của lớp phủ phun plasma được xác
định bằng tia X (XRD) sử dụng nhiễu xạ kế
Rigaku D/Max2550, nhiễu xạ với tia phóng xạ Cu
Kα (λ = 0,15406nm). Các phép đo nhiễu xạ tia X
được thực hiện trong khoảng 2θ phút từ 20° đến
80° ở tốc độ quét 4°/phút. Mặt cắt ngang của lớp
phủ được quan sát bởi kính hiển vi điện tử Hitachi
TM3000. Đo độ cứng Vickers được thực hiện trên
các mặt cắt hình thái học của lớp phủ sử dụng
Instron Wilson-Wolpert Tukon 2100B Hardness
Tester với tải 200 gf, thời gian dừng 10 s. Lấy
mẫu đo trung bình 10 vết lõm. Độ bền phá huỷ và
bền uốn của lớp phủ được đo với máy phổ (Model
Instron-5566, Canton, Hoa Kỳ) ở nhiệt độ phòng
và lấy trung bình 05 mẫu. Việc chuẩn bị độ dày
lớp phủ và phương pháp thử tính chất cơ học có
thể tham khảo trong kết quả nghiên cứu của Yang
K và cs., (2011).
2.3 Kiểm tra xói mòn
Hiệu quả chống xói mòn của lớp phủ được đánh
giá bởi phương pháp phun bùn phản lực. Đây là
phương pháp mới về tác động dòng hạt rắn (bùn
phản lực) để ước tính mức hao mòn của các lớp
phủ cứng. Phương pháp phun bùn phản lực (MSE
TESTER S201, Công ty Palmeso, Nhật Bản) được
sử dụng để thực hiện các bài kiểm tra ăn mòn, xói
mòn, trong đó có bốn tính năng đáng chú ý (Hình
1):
1. Đường kính hạt rắn 1 μm và giữ 10 đến 50 nm
độ mòn sâu trên mỗi hạt rắn.
2. Điều khiển chính xác áp lực phun bùn và tốc
độ dòng chảy.
3. Tốc độ dòng khí nén lên đến 100 m/s.
4. Hàng trăm triệu tác động hạt rắn mỗi giây.
So với các hệ thống khác, tính ưu việt của nghiên
cứu là:
a) Các hạt nano được sử dụng để tăng hiệu quả
tần số tác động và mức độ tập trung năng
lượng đưa vào.
b) Vận tốc tác động cao hơn.
c) Áp lực phun và tần suất hạt có thể được kiểm
soát một cách chính xác.
d) Kích thước vết mòn khoảng 1 mm x 1 mm,
cho thấy khả năng kiểm soát khu vực ăn mòn
tốt hơn so với các hệ thống khác.
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
61
Bảng 2. Thông số kiểm tra
Điều kiện kiểm tra Thông số kiểm tra
Loại hạt/kích thước hạt mài (µm) Corundum (Al2O3)/1-2
Áp suất tại ống phun (Mpa) 0,36
Lưu lượng (L/ph) 11
Áp suất bùn (Mpa) 0,3
Lưu lượng bùn (mL/ph) 125
Góc tác động (độ) 90
Nhiệt độ kiểm tra (độ C) 25
Thời gian phun (ph) 60
Kích thước bề mặt (mm x mm) 1 x 1
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Cấu trúc pha
Các mẫu XRD được trình bày trong Hình 6. Bằng
cách tính toán cường độ của các đỉnh nhiễu xạ lớn
nhất (cụ thể là, γ-Al2O3(440) và α-Al2O3(113)),
hàm lượng γ-Al2O3 là 90,16wt.% trong lớp phủ
Al2O3 (thể hiện trong Hình 6a). Kết quả cho thấy,
sự hình thành ưu tiên của γ-Al2O3 là do tốc độ làm
nguội cao và năng lượng mầm thấp hơn. Đối với
các lớp phủ Al2O3 tinh khiết, tỷ lệ cường độ nhiễu
xạ lớn nhất của α-Al2O3 để trở thành γ-Al2O3
(I(113) (α-Al2O3)/I(440) (γ-Al2O3)) bằng 0,11. Trong
Hình 6b, các pha Cr2O3, γ-Al2O3 và α-Al2O3 xuất
hiện trong mẫu XRD của lớp phủ composite
Al2O3-Cr2O3. Giá trị của I(113) (α-Al2O3)/I(440) (γ-
Al2O3) tăng lên đến 0,85, có thể chỉ ra những ảnh
hưởng tích cực của Cr2O3 vào sự ổn định của α-
Al2O3 trong lớp phủ composite. Cr2O3 và α-Al2O3
có cấu trúc tinh thể giống nhau. Cr3+ và Al3+ có
bán kính ion xấp xỉ nên dung dịch rắn Al2O3-
Cr2O3 có thể dễ dàng hình thành. Theo đó, việc bổ
sung các Cr2O3 có lợi để duy trì pha α-Al2O3 trong
lớp phủ. Do các mầm không đồng nhất và dung
dịch rắn từng phần, ảnh hưởng của Cr2O3 trên α-
Al2O3 ổn định.
3.2 Cấu trúc tế vi và hiệu quả cơ học
Mặt cắt ngang hình thái học của lớp phủ được
biểu thị trong Hình 7. Độ dày lớp phủ khoảng 220
÷ 250 μm. So với lớp phủ Al2O3 (biểu thị trong
Hình 7a), các lỗ trong cấu trúc lớp phủ kết hợp
Al2O3-Cr2O3 (thể hiện trong Hình 7b) ít hơn và
kích thước của chúng cũng nhỏ hơn. Mặt cắt
ngang của lớp phủ Al2O3 mượt hơn so với các lớp
phủ nền Al2O3-Cr2O3. Trong Hình 7b, vùng xám
chỉ ra các pha Cr2O3 và vùng màu xám đen biểu
thị các pha Al2O3. Phương pháp phân tích hình
ảnh được sử dụng để đánh giá độ xốp lớp phủ. Độ
xốp của lớp phủ Al2O3 và Al2O3-Cr2O3 tương ứng
là 3,15% ± 0,46% và 1,86% ± 0,28%. Do đó, việc
bổ sung các Cr2O3 có lợi cho việc tăng mật độ lớp
phủ, chủ yếu tăng cường độ cứng do dung dịch
rắn từng phần. Sự giống nhau về cấu trúc tinh thể
và bán kính ion sẽ đóng góp vào sự tạo mầm
không đồng nhất và sự hình thành dung dịch rắn
Al2O3-Cr2O3. Các mầm không đồng nhất tạo ra tỷ
lệ mầm lớn hơn và bán kính mầm nhỏ hơn, có lợi
cho việc giảm kích thước hạt lớp phủ. Trong quá
trình phun plasma, các hạt Al2O3 và Cr2O3 liên kết
với nhau và khuyếch tán từng phần. Điều này có
lợi cho liên kết các cấu trúc pha trong lớp phủ kết
hợp. Sự sụt giảm kích thước hạt trong lớp phủ và
tăng cường liên kết bởi dung dịch rắn một phần có
thể góp phần làm tăng mật độ phủ (cụ thể là giảm
độ xốp).
Hơn nữa, Al2O3-Cr2O3 thể hiện mịn hơn và phân
phối lỗ đồng đều hơn so với Al2O3 (biểu thị trong
Hình 8a và 8b). Dễ dàng nhận thấy, các liên kết ở
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
62
lớp phủ lót NiCr/chất nền thép và lớp phủ ngoài
cùng gốm/lớp phủ lót NiCr liên kết tốt. Không có
khuyết tật nào, chẳng hạn như vết nứt, thậm chí
vết rỗ được tìm thấy trong các liên kết trên bề
mặt. Sự so sánh tính chất cơ bản giữa Al2O3 và
chất phủ Al2O3-Cr2O3 được thể hiện trong Bảng 3.
Độ cứng Vickers (HV0,2, 200gf) trung bình
tương ứng của Al2O3 và chất phủ Al2O3-Cr2O3 là
9,67 GPa và 12,17 GPa. Vì vậy, lớp phủ có độ
cứng tăng 26%, có thể do giảm độ xốp và ranh
giới các lớp chặt chẽ hơn trong lớp phủ
composite.
3.3 Kiểm tra tính kháng xói mòn
Kiểm tra bằng phun bùn phản lực được tiến hành
để đánh giá hiệu quả kháng xói mòn của phương
pháp phun plasma nền nhôm. Với nồng độ bùn 3
wt%, thời gian thử nghiệm xói mòn 1 h, những
vết mòn do mài mòn của lớp phủ Al2O3 và Al2O3-
Cr2O3 với lượng hạt tác động khác nhau được thể
hiện trong Hình 9 và Hình 10. Các ô vuông màu
đỏ thể hiện bề mặt mài mòn và kích thước tương
ứng khoảng 1 mm x 1 mm. Đối với lớp phủ Al2O3
tinh khiết, các hình thái ăn mòn không đồng nhất
và các khu vực phá huỷ mòn rất rõ ràng (thể hiện
trong Hình 9f, 9g và 9h). Ngược lại, lớp phủ kết
hợp Al2O3-Cr2O3 thể hiện những vết sẹo giống
nhau và không có điểm phá huỷ mòn rõ rệt (thể
hiện trong Hình 10f, 10g và 10h).
Như thể hiện trong Bảng 3, lớp phủ kết hợp
Al2O3-Cr2O3 có tính chất cơ học tốt hơn so với lớp
phủ Al2O3 tinh khiết. Do sự tăng bền tiếp xúc pha
và ranh giới hạt trong lớp phủ kết hợp Al2O3-
Cr2O3, sự hình thành các vết nứt giữa ranh giới hạt
sẽ được hạn chế một cách hiệu quả. Bùn phun liên
tục dẫn đến sự gia tăng vết nứt tế vi trong lớp phủ.
Sự tích tụ và lan truyền của vết nứt dẫn tới việc
tách các lớp. Lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có ưu
thế tạo sự gắn kết bền chặt bên trong các lớp
nhiều hơn lớp phủ Al2O3. Do đó, lớp phủ Al2O3-
Cr2O3 có hiệu năng chống xói mòn lớn hơn.
Đo hình dáng vết mài mòn được tiến hành dọc
theo tâm của vết mài trên đường AA' Hình 2. Đo
profin mặt cắt theo chiều dài vết mài mòn của lớp
phủ phun plasma nền nhôm được biểu diễn trong
Hình 11. Với sự gia tăng số lượng hạt, chiều sâu
ăn mòn lớp phủ cũng tăng lên. So với lớp phủ
Al2O3, lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3 có chiều sâu
xói mòn thấp hơn và tính chống mài mòn tốt hơn
với cùng số lượng hạt tác động. Khi lượng hạt tác
động bằng 0 g, kết quả profin được xem là giá trị
chuẩn. Có thể quan sát từ Hình 11a, các biến dạng
lồi xuất hiện trên bề mặt lớp phủ Al2O3 gần khu
vực xói mòn. Tuy nhiên, không có hiện tượng
tương tự khi quan sát Hình 11b. Điều này cho
thấy, gần vùng xói mòn, hạt phun ra ít tác động
đến lớp phủ bề mặt Al2O3-Cr2O3.
Hình 12 cho thấy mối quan hệ giữa số lượng hạt
tác động và chiều sâu ăn mòn tối đa với lớp phủ
phun plasma nền nhôm. Mặc dù độ sâu ăn mòn có
xu hướng biến động cùng với sự gia tăng số lượng
hạt phun, tốc độ mài mòn có sự khác nhau cho các
lớp phủ nền nhôm. Tốc độ ăn mòn được tính theo
tỷ số độ sâu ăn mòn với số lượng hạt tác động.
Kết quả theo tuyến tính là y = 0,67x + 10,67 và y
= 0,33x + 3,12, tương ứng. Góc tạo thành từ các
đường tuyến tính này được định nghĩa là tỷ lệ hao.
Các nghiên cứu tương tự để đo tỷ lệ hao có thể
tham khảo trong nghiên cứu của Goretta KC và
cs., (2007). Do đó, tốc độ mài mòn tương ứng của
lớp phủ Al2O3 và Al2O3-Cr2O3 là 0,67 μm/g và
0,33 μm/g. Điều này cho thấy lớp phủ kết hợp
Al2O3-Cr2O3 có tính chống mài mòn hiệu quả hơn
so với lớp phủ Al2O3 tinh khiết.
Bảng 3. Đặc tính cơ học của các lớp phủ
Lớp phủ HV0,2 (GPa) σ (MPa) KIC (MPa.m1/2)
Al2O3 9,67±0,15 169±10 3,08±0,16
Al2O3- Cr2O3 12,17±0,12 183±7 3,26±0,11
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
63
4. KẾT LUẬN
Phương pháp bùn phản lực có thể được sử dụng
để nghiên cứu trạng thái xói mòn của lớp phủ
phun plasma nền nhôm. Việc thêm Cr2O3 góp
phần vào việc tăng mật độ lớp phủ, trong đó chủ
yếu do tăng cường sự gắn kết pha bởi dung dịch
rắn từng phần. Các lớp phủ kết hợp Al2O3-Cr2O3
sở hữu đặc tính chống mài mòn cơ học và chống
ăn mòn toàn diện tốt hơn so với lớp phủ Al2O3
tinh khiết. So sánh với lớp phủ Al2O3, lớp phủ kết
hợp Al2O3-Cr2O3 có chiều sâu xói mòn và tốc độ
ăn mòn thấp hơn với số lượng hạt tác động khác
nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Antonov M, Hussainova I. (2010). Cermets
surface transformation under erosive and
abrasive wear. Tribol Lett. 43. 70-75.
Bertarelli E, Carnelli D, Gastaldi D, Tonini D, Di
Fonzo F, Beghi M, Contro R, Vena P. (2011).
Nanomechanical testing of Alumina–Titanium
functionally graded thin coatings for
orthopaedic applications. Surf Coat Technol.
205, 43-45.
Dong S, Song B, Hansz B, Liao H, Coddet C.
(2012). Improvement of adhesion of plasma-
sprayed Al2O3 coatings by using dry-ice
blasting. Mater Lett. 66, 82-91.
Di Girolamo G, Brentari A, Blasi C, Serra E.
(2014) . Microstructure and mechanical
properties of plasma sprayed alumina-based
coatings. Ceram Int. 40, 70-77.
Edlmayr V, Moser M, Walter C, Mitterer C.
(2010). Thermal stability of sputtered Al2O3
coatings. Surf Coat Technol. 204, 71-81.
Ercenk E, Sen U, Yilmaz S. (2012). The erosive
wear behavior of basalt based glass and glass–
ceramic coatings. Tribol Lett. 52, 94-100.
Goretta KC, Cunningham AJ, Chen N, Singh D,
Routbort JL, Rateick Jr RG. (2007). Solid-
particle erosion of an anodized Mg alloy.
Wear. 262, 51-60.
Hallmann L, Ulmer P, Reusser E, Christoph C,
Hämmerle HF. (2012). Effect of blasting
pressure, abrasive particle size and grade on
phase transformation and morphological
change of dental zirconia surface. Surf Coat
Technol. 206, 298-302.
Kai Yang, Jian Rong, Chenguang Liu, Huayu
Zhao, Shunyan Tao, Chuanxian Ding. (2015).
Study on erosion–wear behavior and
mechanism of plasma-sprayed alumina-based
coatings. Tribology International. 93, 29-35.
Maiti K, Sil A. (2010). Relationship between
fracture toughness characteristics and
morphology of sintered Al2O3 ceramics.
Ceram Int. 36, 2337-2344.
Musil J, Blazek J, Zeman P, Proksova S, Sasek M,
Cerstvy R. (2010). Thermal stability of
alumina thin films containing gamma-Al2O3
phase prepared by reactive magnetron
sputtering. Appl Surf Sci. 257, 1058-1062.
Normand B, Fervel V, Coddet C, Nikitine V.
(2000). Tribological properties of plasma
sprayed alumina–titania coatings: role and
control of the microstructure. Surf Coat
Technol. 123, 278-287.
Pan ZY, Wang Y, Wang CH, Sun XG, Wang L.
(2012). The effect of SiC particles on
thermal shock behavior of Al2O3 coatings
fabricated by atmospheric plasma spraying.
Surf Coat Technol. 206, 2484-2498.
Sarafoglou GhI, Pantelis DI, Beauvais S, Jeandin
M. (2007). Study of Al2O3 coatings on AISI
316 stainless steel obtained by controlled
atmosphere plasma spraying (CAPS). Surf
Coat Technol. 202, 155-161.
Singh VP, Sil A, Jayaganthan R. (2011). A study
on sliding and erosive wear behaviour of
atmospheric plasma sprayed conventional and
nanostructured alumina coatings. Mater Desi.
32, 584-591.
Venkataraman R, Krishnamurthy R. (2006).
Evaluation of fracture toughness of as plasma
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
64
sprayed alumina 13 wt.% titania coatings by
micro-indentation techniques. J Eur Ceram
Soc. 26, 3075-3081.
Yang K, Zhou XM, Zhao HY, Tao SY. (2011).
Microstructure and mechanical properties of
Al2O3–Cr2O3 composite coatings produced
by atmospheric plasma spraying. Surf Coat
Technol. 206, 1362-1371.
Zois D, Lekatou A, Vardavoulias M,
Vazdirvanidis A. (2010). Nanostructured
alumina coatings manufactured by air plasma
spraying: Correlation of properties with the
raw powder microstructure. J Alloy Compd.
495, 611-616.
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
65
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm mài mòn bằng phương pháp phun bùn phản lực
Hình 2. Hình minh hoạ vết mài
Hình 3. Lắp ráp mẫu Hình 4. Quan sát vết mài
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
66
Hình 5. Đo biên dạng vết mài
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
67
Hình 6. Các mẫu XRD của các lớp phủ phun nền nhôm: (a) Al2O3; (b) Al2O3- Cr2O3
Hình 7. Mặt cắt ngang hình thái học của lớp phủ: (a) Al2O3; (b) Al2O3- Cr2O3
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
68
Hình 8. Hình SEM độ nét cao của (a) Al2O3; (b) Al2O3- Cr2O3
Hình 9. Vết mài mòn của lớp phủ Al2O3 ở các giá trị hạt khác nhau
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
69
(a) 0 g; (b) 10 g; (c) 30 g; (d) 50 g; (e) 70 g; (f) 90 g; (g) 110 g; (h) 130 g.
Hình 10. Vết mài mòn của lớp phủ Al2O3- Cr2O3 ở các giá trị hạt khác nhau
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
70
(a) 0 g; (b) 10 g; (c) 30 g; (d) 50 g; (e) 70 g; (f) 90 g; (g) 110 g; (h) 130 g.
Hình 11. Profin mặt cắt theo chiều dài vết mài mòn của lớp phủ phun plasma nền nhôm:
(a) Al2O3; (b) Al2O3- Cr2O3
Journal of Science – 2016, Vol. 12 (4), 58 – 71 Part D: Natural Sciences, Technology and Environment
71
Hình 12. Đồ thị biểu diễn ăn mòn của lớp phủ
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 07_pham_thanh_vuong_0_8497_2024255.pdf