Câu 12Phun kim loại

Phun kim loại được sử dụng để phục hồi các kích thước của chi tiết bị mòn và nâng cao khả năng làm việc của chúng. Thực chất của phương pháp này là phun kim loại nóng chảy (thép, đồng thau, đồng thanh, nhôm) lên chi tiết. Các giọt kim loại bay ra từ các thiết bị phun (súng phun) với tốc độ 100 ¸300 m/giây sẽ được bẹp (dát mỏng) khi va đập vào chi tiết, làm đầy những chỗ không bằng phẳng của bề mặt và bảo đảm sự liên kết cơ học của lớp kim loại phun với kim loại gốc. Chiều dày lớp kim loại phun có thể đạt từ 5 ¸10mm. Theo phương pháp làm nóng chảy kim loại người ta phân chia ra các phương pháp phun kim loại bằng hồ quang điện, bằng dòng điện cao tần và bằng khí (ngọn lửa axêtylen).

Quá trình công nghệ phun kim loại gồm có: chuẩn bị chi tiết, làm nóng chảy dây kim loại, tạo lớp phun, gia công chi tiết sau khi phun và kiểm tra chất lượng.

Chuẩn bị bề mặt để bảo đảm sự liên kết của lớp phun với kim loại gốc, bảo đảm có độ dính bám tốt. Muốn vậy bề mặt chi tiết phải tạo có độ nhám, điều này thực hiện được bằng cách xử lý phun cát, bằng hạt vụn kim loại, bằng cách cắt thô, lăn chéo, tạo sự phóng tia lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết (điện áp khoảng 20V, cường độ dòng 100 ¸150A). Đặc biệt, sự liên kết của lớp phun với kim loại gốc sẽ tốt hơn, nếu phủ một lớp mô líp đen, lúc này mối liên kết trở thành liên kết phân tử do ở trạng thái nóng chảy môlípđen làm khuyếch tán tốt tất cả kim loại.

Quá trình phun được thực hiện bằng thiết bị điện hoặc khí (hơi). Phun kim loại bằng điện hồ quang được phổ biến hơn cả.

Hình 1-37: Sơ đồ đầu phun của máy phun kim loại điện hồ quang

1- Dây kim loại ; 2- Cơ cấu chuyển dây (con lăn); 3- Dây cáp điện;
4- Cơ cấu dẫn hướng; 5- Tia kim loại phun vào chi tiết

Các đầu của dây kim loại (là dây dẫn) xuất hiện cung hồ quang điện làm dây kim loại nóng chảy. Dưới tác dụng của không khí nén (áp lực 5 ¸6KG/cm2) các phần tử kim loại nóng chảy được bắn vào bề mặt chi tiết cần phun.

Trên hình 1-38 thể hiện sơ đồ đầu phun của máy phun kim loại cao tần. Nhờ cơ cấu chuyển, dây kim loại được đưa tới máy phát tự cảm 1. Dây kim loại nóng chảy nhờ dòng điện cảm ứng cao tần (200 ¸500 Hz) được không khí nén phun vào bề mặt chi tiết.

Hình 1-38: Sơ đồ đầu phun của máy phun cao tần

1- Máy phát tự cảm; 2- Tia kim loại; 3- Dây kim loại;
4- Cơ cấu chuyển; 5- ống nước làm mát vào và ra

Trên hình 1-39 là sơ đồ đầu phun của máy phun dùng axêtylen và ôxi.

Dây kim loại được đưa vào phía trong ngọn lửa cháy axêtylen và ôxi theo đường tâm của thiết bị. áp lực không khí nén 3 ¸4 KG/cm2.

Khi phun kim loại bằng hồ quang điện, sự ion hóa mạnh của không khí làm kim loại nóng chảy bị ô xi hóa mạnh bởi các ô xi nguyên tử, các phần tử kim loại được bao phủ bởi màng mỏng ô xít, làm giảm độ bền mối liên kết. Mặt khác do sự ô xy hóa mạnh nên sự cháy các thành phần hợp kim cũng tương đối lớn (thí dụ các bon đến 40% mangan và silic đến 50%). Vì vậy khi phun kim loại bằng phương pháp điện hồ quang, người ta sử dụng dây có lượng chứa các thành phần hợp kim cao.

Hình 1-39: Sơ đồ đầu phun của máy phun dùng axytylen và ôxi

1- Dây kim loại; 2- Rãnh cấp axetilen; 3- Rãnh cấp oxi; 4- Cơ cấu chuyển

Các lớp phun kim loại bằng thép có tính chống nén cao (80 ¸100 KG/cm2) và có giới hạn độ bền kéo thấp do kim loại được phun bị phá hủy theo biên giới các hạt. Giới hạn bền kéo của thép được phun khi phun bằng điện hồ quang là 10KG/mm2, khi phun cao tần là 22KG/mm2, khi phun bằng axytylen và ô xi là 24 KG/mm2, khi phun kim loại bằng phương pháp cao tần và bằng khí các đặc tính lý - cơ học của lớp phun cao hơn.

Sự kết hợp tối ưu các tính chất lý - cơ học sẽ đạt được khi áp lực không khí từ
3 ¸4 KG/cm2 và khoảng cách phun kim loại L = 75 ¸100mm. ở các lớp phun bằng thép các bon trung bình (lượng các bon từ 0,45 ¸0,50%) thì sự kết hợp độ bền cơ học, mật độ và độ cứng là tốt nhất.

Do lớp phun có độ cứng cao nên khả năng chống mài mòn tốt, mặt khác trên bề mặt phun có các lỗ nhỏ vi mao nên có khả năng giữ dầu bôi trơn trên bề mặt. Song độ bền mỏi của các chi tiết được phục hồi bằng phương pháp phun kim loại giảm xuống một cách đáng kể, nguyên nhân do có một số lớn kết cấu vi mao dẫn là nguồn gốc hình thành các vết rạn nứt do mỏi, quá trình chuẩn bị chi tiết cũng có ảnh hưởng đến độ bền mỏi. Người ta xác lập được rằng khi chuẩn bị chi tiết tạo vết cắt làm giảm giới hạn bền mỏi của thép 50%; gia công bằng tia lửa điện giảm 70%, khi xử lý bằng phun cát, phun bi giới hạn bền mỏi của chi tiết không giảm.

Ưu điểm của phương pháp phun kim loại: Năng suất cao (12 kg/giờ), có khả năng phun bất kỳ kim loại nào, có thể thay đổi độ dày lớp phun trong giới hạn lớn, không tạo độ gợn sóng, gồ ghề của chi tiết.

Nhược điểm: Độ bền liên kết với kim loại gốc thấp hơn so với các phương pháp khác và một số lớn (%) các thành phần hợp kim bị cháy khi dùng phương pháp điện hồ quang.

Câu 10. Mạ thép: đó là kết quả của sự kết tủa sắt vào chi tiết trong quá trình điện phân các muối của sắt (muối clorat và muối sun phát của sắt). Ví dụ chất điện phân clorat, khi lượng clorua sắt (FeCL2. 4H2O) trong giới hạn 300 ¸400 g/l ở nhiệt độ 60 ¸700C. Lúc này thép các bon thấp được dùng làm dương cực (anốt).

Thời gian mạ phụ thuộc vào mật độ dòng điện (hình 1-40). Nếu tăng dòng điện sẽ làm cho độ cứng của lớp mạ tăng lên đáng kể, song làm xấu sự liên kết giữa lớp mạ và kim loại gốc.

Mật độ dòng điện giới hạn từ 10 ¸20 A/dm2 được coi là mật độ tối ưu (mật độ ban đầu của dòng điện trong thời gian 30 phút đầu tiên là 3A/dm2). Các bề mặt không cần mạ được phủ bằng các lớp cách điện chịu a xít.

Sau khi kết thúc quá trình mạ thép, tiến hành rửa chi tiết bằng nước, trung hòa dung dịch kiềm, lại tiếp tục rửa bằng nước và thổi khô bằng không khí nén.

Ưu điểm của phương pháp mạ thép là: tốc độ lắng đọng kim loại cao, có thể mạ lớp kim loại có chiều dày khác nhau, khả năng điều chỉnh các tính chất lý cơ của lớp mạ trong những giới hạn rộng, do biến đổi chế độ mạ thép. Không phá hỏng hình dạng, kết cấu của chi tiết do nhiệt độ mạ không cao. Giá thành mạ thấp.