Các vấn đề và giải pháp phun phủ nhiệt

Các vấn đề thường gặp trong công nghiệp bao gồm
- Mài mòn
- Ăn mòn
- Xâm thực
- Mòn tiếp xúc giữa hai mặt trượt
- Nhiệt độ cao
- Ô xi hóa
- Mòn do tương tác cơ học

1. Mài mòn

Tiếp xúc ma sát giữa 2 bề mặt hay giữa bề mặt và các hạt tạo ra hiện tượng mòn, làm mòn lớp vật liệu trên bề mặt. Mài mòn gây ra việc ngưng máy để bảo trì sửa chữa.
Các yếu tố tác động lên mức độ mòn bao gồm:
      - Tải, lực ma sát giữa các bề mặt
      - Vận tốc, tốc độ của bề mặt chuyển động liên quan đến mặt khác
      - Tần số và thời gian tiếp xúc giữa các bề mặt
      - Độ nhám bề mặt tiếp xúc, hay là kích thước hạt của môi trường có tác nhân mài mòn


Praxair  sản xuất lớp phủ chống mài mòn cho các ứng dụng của bạn. Chúng tôi cung cấp hơn 100 lớp phủ để giảm mài mòn và kéo dài tuổi thọ của cácchi tiết quan trọng của khách hàng. Phun phủ nhiệt, mạ điện, và lớp phủ bồi tích bay hơi được áp dụng cho:
       - Các chi tiết quan trọng để cung cấp cho bề mặt đặc tính tối ưu chịu được cơ chế mài mòn khác nhau, nâng cao hiệu suất và kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Kỹ thuật hoàn thiện khác trên bề mặt được phủ có thể được sử dụng, nếu cần thiết, để cung cấp một bề mặt sự mịn màng và giảm ma sát bề mặt.


Ví dụ về các lớp phủ chống mài mòn và các ứng dụng bao gồm:
      - Tungsten carbide / coban, sử dụng quá trình phun phủ Super D-Gun ™  (D-Gun), được dùng cho cánh quạt tạo độ cứng giảm mài mòn và giảm rung.
      - Crom cacbua / nickel-chromium, sử dụng quá trình phun phủ D-Gun hoặc phu cao tốc oxy -nhiên liệu (HVOF), lên cánh tuabin hơi nước và cánh để cải thiện sức đề kháng nhiệt độ cao, xói mòn, và sự ăn mòn
      - Tungsten-crom cacbua / nickel-chromium, sử dụng quá trình phun phủSuper D-Gun ™, D-Gun, hoặc HVOF, vào trục quay để ngăn chặn mài mòn, ăn mòn, và / hoặc quá trình oxy hóa.


Nhiều lớp phủ của Praxai đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp, chẳng hạn như:
      - LW-1N40, sử dụng quá trình phun phủ D-Gun, là tiêu chuẩn của thường được dùng cho lớp phủ chống mài mòn trong môi trường nhiệt độ phòng, nơi ăn mòn không phải là một yếu tố quan trọng.
     - SDG 2040GA, sử dụng quá trình phun phủ Super D-Gun ™, là loại phủ chống mòn cao cấp. SDG 2040GA tạo ra một lớp phủ dày hơn, cứng hơn, chịu mài mòn do độ bền kéo đứt cao hơn, cho phép nó được sử dụng trong các ứng dụng nhạy cảm như nhạy cảm với độ mỏi như khung máy bay.
     - LC-1C, hợp kim crôm / niken-crom sử dụng quá trình phun phủ D-Gun, được sử dụng trong các ứng dụng khi cần sự kết hợp giữa chống mòn và chịu nhiệt, chẳng hạn như vòi phun nhiên liệu trong động cơ máy bay, tua-bin phát điện và động cơ diesel hạng nặng.


Chúng tôi hợp tác với các khách hàng của chúng tôi để tối ưu hóa chất phủ cho các nhu cầu của họ
Chúng tôi sẽ làm việc với bạn để lựa chọn một lớp phủ với các kích thước hạt cacbua thích. hạt cacbua mịn cốc tốt hơn cho chịu mài mòn, nhưng hạt lớn hơn có thể là cần thiết để chống lại va đập và mỏi. Thông thường, chúng tôi chọn một phân bố của các kích cỡ hạt cacbua để giải quyết vấn đề mòn cụ thể của bạn.

Bảng: Đặc tính chống mài mòn mong muốn với giải pháp phun phủ và quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Đặc tính mong muốn	Loại  lớp phủ	Các quá trình ứng dụng
Chống mài mòn, ăn mòn và ô xi hóa kết hợp	Tungsten carbide (WC)	Super D-Gun™ D-Gun High Velocity Oxy Fuel (HVOF)
Chống mòn tuyệt vời, nhưng chống ăn mòn giới hạn (cần có chất seal kín)	Tungsten carbide/cobalt (WC/Co)	Super D-Gun™ D-Gun HVOF
Lớp phủ kinh tế chống mài mòn và ăn mòn (chi phí thấp nhưng tuổi thọ ngắn)	Chrome carbide/nickel-chromium (CrC/Ni-Cr) and oxide	Super D-Gun™ D-Gun

2. Xâm thực

Sự xâm thực là sự gia tăng việc mất vật liệu trên bề mặt cứng do tương tác cơ học giữa bề mặt và các hạt dạng lỏng hay rắn. Xâm thực gây ra bởi va chạm của các hạt rắn hay các giọt lỏng.

Xâm thực làm ảnh hưởng lớn đến vấn đề vận hành:
Trong cánh tua bin khí: Trong máy nén khí, xâm thực do cát có thể làm giảm tỉ lệ nén
Tua bin hơi: Xâm thực do giọt lỏng có thể dẫn đến mất vật liệu cánh và giảm hiệu suất tua bin
Tổ máy turbo: Nhiệt độ cao, xâm thực do các hạt rắn gay ra các vần đề tương tự lên tua bin hơi, làm mất vật liệu cánh tua bin và giàm hiệu suất tua bin.
Vật liệu phủ chống xâm thực làm tăng tuổi thọ của chi tiết
Praxair dùng công nghệ phun phủ nhiệt và bồi tích hồ quang bay hơi catot (Cathodic Arc Physical Vapor Deposition (CAPVD) để bồi vật liệu siêu cứng, bảo vệ chống xâm thực trên các chi tiết chính xác.
Rất nhiều các loại lớp phủ của chúng tối đã trở thành tiêu chuẩn của nền công nghiệp. Vd: WT-1 là lớp phủ chỉ định cho cánh quạt máy nén khí, SDG 2002 và LC-1H đã được chỉ định cho ứng dụng này.

Praxair Surface Technologies là nhà phát triển tiên phong cho lớp phù TiN chống xâm thực ((24k Type II™) cho cánh quạt máy nén khí, tăng tuổi thọ của nó lên gấp 3 lần trong môi trường có cát.

Praxair sẽ tạo ra các lớp phủ chống xâm thực cho ứng dụng cụ thể của bạn
Khi lựa chọn 1 lớp phủ, chúng tôi sẽ xem xét đến kích cỡ hạt gây xâm thực trong môi trường, tính chất của vật liệu được phủ như khả năng chịu nhiệt. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu cần phủ là yếu tố quan trọng khi xác định quá trình phủ vì phun phủ nhiệt được áp dụng ở nhiệt đồ vật liệu nền thấp hơn lớp phủ TiN với CAPVD
Khi chúng tôi lựa chọn lớp phủ tối ưu chống xâm thực, chúng tôi sẽ xem xét các yếu tố:
      - Độ dày phủ yêu cầu và sự phân bố

      - Nhu cầu phải che các bề mặt khi phủ
      - Chi phí

Cuối cùng, trước khi đưa ra giải pháp chúng tôi sẽ kiểm tra thử nghiệm:
      - Tính chịu xâm thực với hạt rắn, theo  ASTM G32
      - Chịu xâm thực, theo tiêu chuẩn ASTM G32
      - Phân bố độ dày và sự đồng nhất, thông qua đánh giá luyện kim
      - Mật độ phủ và hư hỏng bề mặt, thông qua đánh giá luyện kim
     - Độ cứng lớp phủ, thông qua kiểm tra nhận dạng
Lực kết dinh của lớp phủ thông quá kiểm tra kéo cho lớp phun phủ, hay kiểm tra vết xước cho lớp phủ titanium nitride.
Bảng đặc tính chống xâm thực mong muốn và các giải pháp phủ & quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Đặc tính mong muốn	Các loại lớp phủ	Quá trình ứng dụng
Bảo vệ chống xâm thực mạnh trên các bề mặt vật liệu, với giá trị giới hạn mỏi thấp	Tungsten carbide (WC)	D-Gun High-velocity oxy fuel (HVOF)
Bảo vệ chống xâm thực góc thấp trên các linh kiện máy bay, nơi mà khối lượng và chiều dày phủ là 1 vấn đề lớn	Titanium nitride (TiN)	Cathodic arc physical vapor deposition (CAPVD)

3. Mòn do ma sát trượt

Mòn do ma sát theo định nghĩa của tiêu chuẩn ASTM G40, là một dạng hư hỏng bề mặt do các vật thề cứng trượt lên nhau, phát hiện nhờ kính hiển vi, làm bề mặt xù xì thô nhám, tạo ra các khối gồ ghề trên bề mặt nguyên thủy
Mòn ma sát gây ra do 2 mặt trượt lên nhau trong điều kiện có tải. Sự di chuyền và biến dạng dẻo dẫn đến tương tác giữa 2 vật liệu, thỉnh thoảng còn làm chuyển vật liệu từ mặt trượt này đến mặt trượt kia.
Mòn ma sát thường thấy trong:
Công nghiệp dầu khí: Mòn ma sát ở van cổng (cổng và đế đỡ) gây nên hiện tượng phải dừng máy, chảy xì dầu, tăng chi phí bảo trì và sửa chữa.
Công nghiệp ô tô: Mòn ma sát trên bạc piston là tăng xác suất hư động cơ
Công nghiệp động cơ tua bin khí: Mòn trên các cánh tua bin và van làm tăng đáng kể chi phí bảo trì và sửa chữa.

Bảng. Đặc tính chống mòn do ma sát trượt, các giải pháp phủ và quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Đặc tính mong muốn	Các loại lớp phủ	Quá trình ứng dụng
Mật độ cao, độ cứng cao, chịu mòn cao	Tungsten carbide (WC)	D-Gun High-velocity oxy fuel (HVOF)
Đặc tính trượt tuyệt vời và chịu được microwelding	Molybdenum (Mo)	Flame spray
Bôi trơn tốt	Copper-Nickel-Indium (Cu-Ni-In)	Plasma spray

4. Mòn do nhiệt độ cao

Cấu trúc vật liệu của chi tiết vận hành trong môi trường nhiệt độ cao như hàng không, nhà máy điện, sản xuất thép và lọc dầu phải đối mặt với hư hỏng do:
      - Mỏi
      - Dão do nhiệt
      - Ô xi hóa
      - Ăn mòn
      - Xâm thực
Các ngành công nghiệp chịu ảnh hưởng:
      - Công nghiệp hàng không: Cánh tua bin phải hoạt động trong moi trường nhiệt độ tới 1650 độ C, trên giới hạn chảy của vật liệu (ví dụ 1300 độ C cho superalloy)
      - Công nghiệp phát điện: Nếu không có lớp phủ bảo vệ nhiệt, nhiệt cao gây hiện tượng ôxi hóa và ăn mòn nóng cho buồng đốt và các linh kiện bên trong. Cánh và van không được bảo vệ sẽ mất khả năng chịu tải và làm giảm tính chất cơ học của vật liệu
      - Công nghiệp cán kim loại: Trục cán không được bảo vệ sẽ hỏng nhanh trong vòng một vài tuần. Nếu được phủ lớp bảo vệ, thời gian sử dụng có thể kéo dài từ 4 đến 12 tuần.


Praxair có gần 100 loại lớp phủ bảo vệ nhiệt. Nhiều loại đã được trờ thành tiêu chuẩn của ngành công nghiệp và chứng mình khả năng tuyệt vời của nó:
      - Lớp phủ Zircoat™ là tiêu chuẩn của ngành công nghiệp tua bin khí
      - Lớp phủ LCO-22: phủ plasma, là lớp phủ với thành phần chống ô xi hóa làm nền tang cho nhiếu thế hệ lớp phử khác sau đó.

Chúng tôi sẽ thiết kế các lớp phủ bảo vệ nhiệt và quá trình phủ tốt nhất cho các ứng dụng của bạn

Khi chúng tôi làm việc với bạn để phát triển một giải pháp chống nhiệt trước tiên chúng tôi sẽ chọn quá trình tối ưu phù hợp với hành dạng hình học của chi tiết và thành phần vật liệu của bạn. Sau đó chúng tôi sẽ chọn vật liệu phủ phù hợp với yêu cầu

Nếu chúng tôi không có sẵn công nghệ phủ phù hợp cho các ứng dụng của bạn, chúng tôi sẽ phát triển các quy trình mới, công nghệ, và kiểm soát chất lượng cho bạn. Chúng tôi sẽ thiết kế các mẫu thích hợp và thực hiện các thử nghiệm để đáp ứng yêu cầu của bạn.

Quá trình phủ tự động (ví dụ, sử dụng robot) là tiêu chuẩn của chúng tôi để đảm bảo an toàn và chất lượng. Tối ưu hóa quy trình và kiểm soát chất lượng chi tiết được ghi nhậ để làm tài liệu hướng dẫn cho việc sản xuất hàng loạt. Bằng cách này, chúng tôi sẽ đảm bảo rằng yêu cầu cụ thể của bạn được đáp ứng một cách chính xác phù hợp.

Chúng tôi cung cấp thử nghiệm hoàn chỉnh

Praxair Surface Technologies có các cơ sở thử nghiệm bao gồm:
      - Phòng thí nghiệm luyện kim
      - Quét hiển vi điện tử (SEM)
      - Phòng thí nghiệm Kiểm tra cơ học
      - Phòng thí nghiệm thử nghiệm nhiệt

Bảng: Đặc tính chịu nhiệt mong muốn, các giải pháp phủ và quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Đặc tính	Các loại lớp phủ	Quá trình ứng dụng
Tăng cường khả năng chống ô xi hóa và ăn mòn	MCrAlY	Super D-Gun™ D-Gun High-velocity oxy fuel (HVOF)
Tăng cường khả năng chống ô xi hóa và ăn mòn	Aluminide	Super D-Gun™ D-Gun HVOF
Lớp cách nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao.	High-temperature abradable coatings	Super D-Gun™ D-Gun Plasma spray
Lớp cách nhiệt	Low-density TBCs	Air plasma
Lớp cách nhiệt, có khả năng chịu kéo tốt, chịu xâm thực tốt	Zircoat™	Shroud plasma*
Bảo vệ nhiệt cho cánh turbin và van	Electron beam physical vapor deposition** (EBPVD) TBCs	EBPVD**

5. Ô xi hóa

Quá trình oxy hóa là phản ứng hóa học trong đó một chất  thay đổi để tạo thành một chất khác khi kết hợp với oxy. Một ví dụ phổ biến của quá trình oxy hóa là kim loại rỉ sét, hình thành bởi phản ứng của sắt và oxy với hiện diện của nước hoặc độ ẩm.


Để chống oxy hóa, hầu như tất cả các hợp kim với sắt, cobalt, nickel- phải dựa vào sự hình thành lớp ô xít crom hay ôxít nhôm trên bề mặt ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao có thể dẫn đến sự suy giảm của crom hoặc nhôm trong hợp kim nền. Tình trạng này thúc đẩy quá trình oxy hóa nhanh hơn và gây ra mất vật liệu do sự hình thành của các oxit phức hợp, ít bám dính.

Nếu không có lớp phủ bảo vệ, bề mặt oxy hóa ảnh hưởng xấu đến hiệu suất và độ bền của vật liệu của chi tiết. Ví dụ, trong nhà máy điện và công nghiệp hàng không, nhiệt độ cao gây ra quá trình oxy hóa và chống ăn mòn nóng nghiêm trọng của buồng đốt, tua-bin cánh quạt, cánh quạt, và các bộ đệm khí


Praxair có hơn 30 loại lớp phủ bảo vệ chống ô xi hóa cho chi tiết của bạn

Praxair Surface Technologies supplies more than 30 oxidation-resistant coatings.

Một số các lớp phủ của Praxair đã trờ thành tiêu chuẩn của nền công nghiệp, đó là :
      - LCO-22 : lớp phủ plasma
      - LN-72 lớp phủ D-Gun


Praxair có lớp phủ chống oxy hóa thích hợp cho ứng dụng của bạn
Praxair sẽ làm việc với bạn để xác định các lớp phủ chống oxy hóa tối ưu cho các ứng dụng của bạn. Chúng tôi đánh giá lớp phủ của chúng tôi để bảo vệ quá trình oxy hóa bằng cách sử dụng cả hai kiểm tra đẳng nhiệt và kiểm tra chu kỳ nhiệt. Và chúng tôi đặc biệt thử nghiệm lớp phủ của chúng tôi đối với môi trường của bạn bằng cách mô phỏng nhiệt độ của bạn hoạt động, không khí, và được thiết kế đúng chu kỳ nhiệt.


Bảng. Đặc tính chống ô xi hóa mong muốn, các giải pháp phủ và quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Đặc tính	Loại lớp phủ	Quá trình ứng dụng
Tăng cường khả năng chống ô xi hóa và ăn mòn	MCrAlY	Shroud plasma* Low-pressure plasma spray (LPPS) D-Gun High-velocity oxy fuel (HVOF) Tribomet™ electrodeposition
Tăng cường khả năng chống ô xi hóa và ăn mòn	Aluminide	Pack aluminide Slurry aluminide

6. Mòn do tác động cơ học

Mòn là sự mất vật liệu do tương tác cơ học của chi tiết với các vật thể khác. Có nhiều loại chất rắn, chất lỏng hay khí ở tốc độ cao có thể làm mất vật liệu và thay đổi kích thước vật lý và/hoặc chức năng của chi tiết. Các nhân tố trong môi trường làm việc có thể gây mòn bao gồm:
      - Trượt, quay, tác động va đập
      - Tốc độ
      - Nhiệt độ
      - Các pha của vật liệu (khí, lỏng, rắn)
      - Mảnh vụn



Bảng: Đặc tính chống mòn, giải pháp lớp phủ và quá trình ứng dụng của Praxair Surface Technologies

Tính năng mong muốn	Loại lớp phủ	Quá trình ứng dụng
Chống mòn cực tốt với độ cứng bổ sung	Tungsten carbide/cobalt (WC/Co)	Super D-Gun™ D-Gun
Chống mài mòn, xâm thực và chống ăn mòn	Tungsten carbide/cobalt chromium (WC/CoCr)	Super D-Gun™ D-Gun HVOF
Chống mài mòn ở nhiệt độ gia tăng có bổ sung vài đặc tính chống ô xi hóa	Chromium carbide/nickel-chromium (CrC/NiCr)	D-Gun HVOF