Báo cáo Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mòn và bám dính cao phục hồi các chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt

bé c«ng nghiÖp

viÖn nghiªn cøu c¬ khÝ

b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp nhµ n−íc

m∙ sè kc 05.10

nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ phun phñ

nhiÖt khÝ ®Ó t¹o bÒ mÆt cã ®é chÞu mµi mßn

vµ b¸m dÝnh cao phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y

cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt

chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS u«ng sü ¸p

5848

31/5/2006

hµ néi – 2006

bµi tãm t¾t

Môc ®Ých cña ®Ò tµi lµ nghiªn cøu øng dông nh÷ng thµnh tùu tiªn tiÕn nhÊt trªn

thÕ giíi vÒ c«ng nghÖ phun nhiÖt, ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ t¹o líp bÒ mÆt cã ®é

b¸m dÝnh, ®é chÞu mµi mßn vµ chÞu nhiÖt ®é cao nh»m phôc håi c¸c chi tiÕt lµm viÖc

trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt, ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt tuabin khÝ.

Ph•¬ng ph¸p nghiªn cøu: kÕt hîp lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm. §èi t•îng nghiªn

cøu lµ c«ng nghÖ phun plasma ¸p dông vµo viÖc phôc håi c¸c chi tiÕt tuabin khÝ bÞ h•

háng d•íi d¹ng bong trãc líp phñ, ®iÓn h×nh lµ c¸nh tuabin, èng vßi voi .v.v...

B¶n b¸o c¸o gåm 6 ch•¬ng, 39 h×nh vÏ, 21 b¶ng biÓu vµ 4 phô lôc vµ mét phô

biÓu kÌm theo.

Trªn c¬ së nghiªn cøu tæng quan c¸c thµnh tùu khoa häc c«ng nghÖ phun trªn

thÕ giíi ( th«ng qua c¸c tµi liÖu s¸ch b¸o, t¹p chÝ, patents ) vµ kh¶o s¸t t×nh h×nh thùc tÕ

ë nhiÒu nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn phÝa Nam, nhãm ®Ò tµi ®· x¸c ®Þnh nhiÖm vô chÝnh cña

c«ng t¸c nghiªn cøu lµ x¸c ®Þnh chÕ ®é phun tèi •u trªn m¸y phun hå quang plasma ®Ó

phôc håi thÝ ®iÓm 2  5 chi tiÕt ( cïng lo¹i ) ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt cña líp phñ lµm

viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt cña tuabin khÝ.

Lý thuyÕt vÒ qu¸ tr×nh t¹o h¹t vµ h×nh thµnh líp phñ, ph•¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c

th«ng sè kü thuËt phun, c¸c tÝnh chÊt c¬, lý, ho¸ cña líp phun, sù chän vËt liÖu phun

cña c¸c líp ( trung gian, phñ ), c«ng nghÖ chuÈn bÞ bÒ mÆt, kü thuËt phun ... ®· ®•îc

nghiªn cøu lµm c¬ së cho c«ng t¸c thùc nghiÖm.

Ba ®ît thÝ nghiÖm ®· ®•îc tiÕn hµnh ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é phun tèi •u. Mçi ®ît

gåm 5  7 l«, mçi l« 6 mÉu tiªu chuÈn. C¸c chØ tiªu ®Ó ®¸nh gi¸ lµ ®é b¸m dÝnh, ®é

cøng vµ ®é xèp líp trung gian.

Trªn c¬ së c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thÝ nghiÖm, c«ng nghÖ phôc håi

èng vßi voi ®· ®ù¬c x¸c lËp, vµ 02 èng vßi voi ®· ®•îc phôc håi thÝ ®iÓm cã kÕt qu¶

kh¶ quan.

KÕt luËn:

1. §Ò tµi ®· ®i ®óng h•íng, chän ®•îc ph•¬ng ph¸p phun hîp lý vµ ®èi t•îng

nghiªn cøu - c¸c chi tiÕt cÇn phôc håi, võa mang tÝnh bøc xóc, yªu cÇu kü thuËt cao võa

phï hîp víi xu thÕ nghiªn cøu ph¸t triÓn hiÖn nay cña c¸c n•íc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi.

2. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®· kÕt hîp chÆt chÏ víi c¸c c¬ së s¶n xuÊt, tham quan

c¸c c«ng nghÖ vµ thµnh tùu khoa häc míi cña n•íc ngoµi, thu thËp ®•îc nhiÒu tµi liÖu

khoa häc kü thuËt quý gi¸ liªn quan ®Õn ®Ò tµi, kÓ c¶ nh÷ng vËt liÖu cÇn thiÕt cho c«ng

3

t¸c thÝ nghiÖm. Sù tæng hîp ®Çy ®ñ c¸c tµi liÖu, c¸c patents, lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh

phun gióp ®•a ra ®•îc kÕ ho¹ch thÝ nghiÖm bµi b¶n, do ®ã c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm lµ tin

cËy.

3. Tuy cã chËm so víi tiÕn ®é ®Ò ra, nh•ng ®Ò tµi ®· thùc hiÖn ®Çy ®ñ vµ kÕt

qu¶ c¸c nhiÖm vô quy ®Þnh. C¸c s¶n phÈm thu ®•îc cña ®Ò tµi bao gåm hai quy tr×nh

c«ng nghÖ, c¸c thiÕt bÞ ®å g¸ vµ hai s¶n phÈm phôc håi ®· ®•îc nghiÖm thu vµ ®¸nh gi¸

®¹t yªu cÇu. C¸c chØ tiªu c¬ b¶n cña líp phun trªn bÒ mÆt chi tiÕt phôc håi ( èng vßi voi

) nh• sau:

- §é b¸m dÝnh víi kim lo¹i nÒn 378 kG/ cm²

- §é xèp Líp trung gian2%

- §é cøng líp phñ RC15N 75

S¶n phÈm sÏ ®•îc l¾p ®Æt thö nghiÖm trong thêi gian tíi.

4. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ phun phôc håi èng vßi voi ®•îc tiÕn hµnh theo ba c«ng

®o¹n: ChuÈn bÞ, phun phñ vµ kiÓm tra.

C«ng ®o¹n chuÈn bÞ bao gåm viÖc lµm s¹ch chi tiÕt b»ng ph•¬ng ph¸p c¬ häc,

kiÓm tra vµ xö lý nÒn, tÈy röa ho¸ häc, t¹o nh¸m bÒ mÆt b»ng ph•¬ng ph¸p phun bét

oxit nh«m cì h¹t G24.

C«ng ®o¹n phun phñ ®•îc thùc hiÖn trªn m¸y phun plasma SG 100 vµ c¸c ®å

g¸ tÜnh vµ ®éng, chÕ ®é phun nh• sau:

a. Phun líp trung gian ( líp liªn kÕt ) víi bét Ni-164-2:

+ §iÖn ¸p phun, U_p………….. …………....40 V

+ C•êng ®é dßng ®iÖn, I_p……………...800A

+ VËn tèc di chuyÓn sóng phun, V_p…..10mm/ gi©y

+ Kho¶ng c¸ch phun, l_p........................76 ÷ 102 mm

+ N¨ng suÊt cÊp bét, m_b........................23 ÷ 30 g/ ph

+ ¸p suÊt khÝ argon, P_ar...........................50 Psi

+ ¸p suÊt khÝ heli, P_He………………...110 Psi

+ ¸p suÊt khÝ argon ( khÝ t¶i bét ), P_Ar…..30 ÷ 35 Psi

+ Gãc phun, ®é

…………………....75 ÷ 90⁰

+ NhiÖt ®é ®èt nãng s¬ bé, ⁰C……….…120 ÷ 160⁰C

b. Phun líp phñ víi bét ZRO -182:

+ §iÖn ¸p phun, U_P..................................40V

4

+ C•êng ®é dßng ®iÖn, I_P………………450A

+ VËn tèc di chuyÓn sóng phun, V_P…….10 mm/ gi©y

+ Kho¶ng c¸ch phun, l_P………………...76 ÷ 102 mm

+ N¨ng suÊt cÊp bét, m_b………………..38 ÷ 53 g/ phót

+ ¸p suÊt khÝ argon, P_Ar………………..40 Psi

+ ¸p suÊt khÝ hydro, P_H2……………....10/ 15 Psi

+ ¸p suÊt khÝ argon( khÝ t¶i bét ), P_Ar…..30/ 35 Psi

+ Gãc phun, ®é…………………………75 ÷ 90

+ NhiÖt ®é ®èt nãng s¬ bé, ⁰C……….…120 ÷ 160⁰C

C«ng ®o¹n kiÓm tra ®•îc tiÕn hµnh trong c¶ qu¸ tr×nh phôc håi bao gåm kiÓm

tra chÊt l•îng bÒ mÆt tr•íc, trong vµ sau khi phun, kiÓm tra chiÒu dµy líp phun.

5. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tuy míi dõng l¹i trong ph¹m vi phßng thÝ nghiÖm

nh•ng qua kiÓm tra chÊt l•îng cña c¸c c¬ quan khoa häc ( ViÖn C«ng NghÖ Bé C«ng

nghiÖp, Trung t©m kü thuËt 1- Tæng côc Tiªu chuÈn §o l•êng ChÊt l•îng, Tr•êng §¹i

häc B¸ch Khoa Hµ néi), líp phun chÞu nhiÖt cã thÓ ®¸p øng ®•îc c¸c yªu cÇu lµm viÖc

cña c¸c chi tiÕt tuabin khÝ ( èng vßi voi, ®Õ c¸nh vµ c¸nh tÜnh vv….).

Sù phôc håi c¸c chi tiÕt nãi trªn sÏ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ to lín vµ chñ ®éng

trong s¶n xuÊt cña c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn hiÖn ®ang sö dông c¸c lo¹i m¸y nµy.

6. LÇn ®Çu tiªn ë ViÖt Nam mét c«ng nghÖ míi, hiÖn ®¹i ®· ®•îc tiÕn hµnh

nghiªn cøu, ®ã lµ c«ng nghÖ phun phñ nhiÖt hå quang plasma víi thiÕt bÞ hiÖn ®¹i vµ

vËt liÖu míi. Nã ®· gióp n©ng cao tr×nh ®é hiÓu biÕt khoa häc kü thuËt vµ ph•¬ng ph¸p

nghiªn cøu khoa häc kü thuËt cho nhiÒu c¸n bé, ®Æc biÖt c¸n bé trÎ.

7. Trong qóa tr×nh héi nhËp khu vùc vµ thÕ giíi, xu thÕ ®•a khoa häc c«ng nghÖ

vµo ®êi sèng x· héi ®ang ®•îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ, nhiÒu ®¬n vÞ nghiªn cøu, s¶n xuÊt

trong lÜnh vùc c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y vµ tù ®éng ho¸ ®Æc biÖt lµ mét sè trung t©m söa ch÷a

cña tæng C«ng ty §iÖn lùc ViÖt Nam, Tæng côc hµng kh«ng - Bé Quèc phßng v.v…

®ang ®Èy m¹nh viÖc t¨ng c•êng trang thiÕt bÞ phun phñ hiÖn ®¹i tiÕp cËn vµ nhËp khÈu

c«ng nghÖ tiªn tiÕn, th× kÕt qu¶ nghiªn cøu ®Ò tµi vµ 2 quy tr×nh c«ng nghÖ ®· x¸c lËp

sÏ gãp phÇn tÝch cùc víi tÝnh thùc tiÔn cao ®Èy nhanh lé tr×nh øng dông c«ng nghÖ

phun phñ nhiÖt phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt t¹o nªn b•íc

ph¸t triÓn míi trong lÜnh vùc øng dông c«ng nghÖ tiªn tiÕn nãi riªng vµ trong ngµnh c¬

khÝ chÕ t¹o m¸y nãi chung.

5

Môc lôc

Trang

3

Bµi tãm t¾t

B¶ng chó gi¶i

Lêi më ®Çu

7

8

Ch•¬ng 1 Tæng quan

9

1.1. T×nh tr¹ng h• háng cña tuabin nhiÖt qua kh¶o s¸t

1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi n•íc

1.3. C¸c ®éc quyÒn s¸ng chÕ ( patents)

1.4. T×nh h×nh nghiªn cøu trong n•íc

1.5. VÒ c¸c líp phun chÞu nhiÖt ®é cao

9

12

17

21

23

Ch•¬ng 2 Chän ph•¬ng ph¸p vµ ®èi t•îng nghiªn cøu

28

2.1. Chän ph•¬ng ph¸p phun ®Ó nghiªn cøu

2.2. NhiÖm vô nghiªn cøu cña ®Ò tµi

28

32

Ch•¬ng 3 lý thuyÕt vÒ c¸c qu¸ tr×nh phun phñ nhiÖt

3.1. Kh¸i niÖm chung

33

35

38

48

3.2. C¬ chÕ h×nh thµnh líp phun

3.3. C¸c tÝnh chÊt cña líp phñ

3.4. Ph•¬ng ph¸p thö c¸c tÝnh chÊt líp phun

Ch•¬ng 4 thÝ nghiÖm phun phñ nhiÖt

4.1. Quy ho¹ch thÝ nghiÖm

52

4.2. Nh÷ng hiÓu biÕt vÒ èng vßi voi

4.3. C¸c líp phñ chÞu nhiÖt trªn èng vßi voi

4.4. LËp quy tr×nh thÝ nghiÖm

52

53

55

58

61

78

87

4.5. M« t¶ thÝ nghiÖm

4.6. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm

4.7. Phôc håi thö nghiÖm èng vßi voi

4.8. Ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm

Ch•¬ng 5 x¸c lËp Quy tr×nh c«ng nghÖ phôc håi c¸c chi tiÕt

M¸y cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt b»ng

C«ng nghÖ phun phñ nhiÖt

5.1. Ph©n tÝch lùa chän kÕt qu¶ thÝ nghiÖm

91

5.2. Quy tr×nh c«ng nghÖ phun phñ phôc håi c¸c chi tiÕt m¸ycã chÕ

lµm viÖc kh¾c nghiÖt

91

94

5.3. Quy tr×nh c«ng nghÖ phun plasma phôc håi èng vßi voi

Ch•¬ng 6 tæng qu¸t ho¸ vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thu ®•îc

101

106

109

110

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Lêi c¶m ¬n

Tµi liÖu tham kh¶o

6

B¶ng chó gi¶i

TBK - Tuabin khÝ

PPN - Phun phñ nhiÖt

m

v

- Khèi l•îng cña phÇn tö phun (4-1)

- Tèc ®é cña phÇn tö khi va ®Ëp ( 4-2 )

- Tû nhiÖt ( 4-2 )

C

t₁

t₂

S

- NhiÖt ®é cña phÇn tö khi va ®Ëp ( 4-2 )

- NhiÖt ®é ch¶y cña phÇn tö ( 4-2 )

- Èn nhiÖt ( 4-2 )

- HÖ sè d·n në nhiÖt cña kim lo¹i phñ ( 4-13 )

_t

E

- Modun ®µn håi ( 4-13 )

- §iÖn ¸p phun

U_p

I_P

- C•êng ®é dßng ®iÖn phun

- Tèc ®é di chuyÓn sóng phun

- Kho¶ng c¸ch phun

V_P

l_P

m_b

P_Ar

- N¨ng suÊt cÊp bét

- ¸p suÊt khÝ argon

- ¸p suÊt khÝ heli

- ¸p suÊt khÝ hydro

P_He

P_H2

P_Arb

_bd

- ¸p suÊt khÝ argon t¶i bét

- §é b¸m dÝnh líp phñ

7

Lêi më ®Çu

Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ phun phñ b»ng hå quang vµ khÝ ®èt trong mÊy

thËp niªn cuèi cña thÕ kû tr•íc, mét vµi c¬ së nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt ( nh• ViÖn Khoa

häc C«ng nghÖ GTVT, ViÖn nghiªn cøu C¬ khÝ, Nhµ m¸y C¬ khÝ CÈm Ph¶ ...) chØ ®•îc

øng dông ®Ó phôc håi mét sè chi tiÕt m¸y mµi mßn lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn ®•îc b«i

tr¬n vµ va ®Ëp nh• trôc cam, trôc khuûu, trôc b¬m thuû lîi.... Nh÷ng kÕt qu¶ nµy còng

®•îc øng dông ®Ó b¶o vÖ c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong m«i tr•êng x©m thùc cña n•íc

mÆn ( nh• giµn khoan ) vµ n•íc lî ( nh• c¸nh cöa ®Ëp n•íc ).v.v... .

Nh÷ng chi tiÕt lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt ph¶i cã bÒ mÆt ®•îc b¶o vÖ

bëi mét líp phun phñ cã ®é b¸m cao, ®é bÒn mßn cao. Nh÷ng ph•¬ng ph¸p phun

truyÒn thèng ( phun hå quang 2 d©y, phun trong ngän löa oxy - acetylen ) kh«ng thÓ

t¹o ®•îc líp phun cã c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt nh• vËy. Ph¶i cã mét ph•¬ng ph¸p phun

phñ “ ®Æc biÖt ” ®Ó t¹o ®•îc líp phun cã c¸c tÝnh chÊt “ ®Æc biÖt ”. §Ò tµi KC.05.10

®•îc tiÕn hµnh nghiªn cøu nh»m môc ®Ých nµy.

§Ó ®¹t ®•îc môc ®Ých nªu trªn nhiÖm vô cña §Ò tµi ®•îc kh¸i qu¸t nh• sau:

1. Nghiªn cøu tæng quan ®Ó n¾m ®•îc nhu cÇu thùc tÕ cña ViÖt Nam, chän ®èi t•îng

nghiªn cøu vµ ph•¬ng ph¸p nghiªn cøu ( ph•¬ng ph¸p phun phñ ).

2. Nghiªn cøu lý thuyÕt qu¸ tr×nh phun phñ ®•îc lùa chän nh»m x¸c lËp s¬ bé quy

tr×nh c«ng nghÖ phun phñ.

3. ThÝ nghiÖm chän chÕ ®é phun phñ vµ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña líp

phun trªn, ®ã lµ c¬ së chuÈn x¸c c«ng nghÖ phun phñ phôc håi chi tiÕt lµm viÖc

trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt.

4. Phun phôc håi thö nghiÖm 1- 2 chi tiÕt nh»m øng dông c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu.

8

Ch•¬ng 1 Tæng quan

1.1. T×nh tr¹ng h• háng cña tuabin nhiÖt qua kh¶o s¸t

1.1.1. C«ng viÖc kh¶o s¸t thùc tÕ ®· ®•îc tiÕn hµnh t¹i 4 nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn

(phô lôc 1). KÕt qu¶ kh¶o s¸t tuabin GT13E2 cho thÊy:

C¸nh ®éng tÇng 1 ( H×nh 1-1)

- Toµn bé c¸c c¸nh ®éng tÇng 1 bÞ nøt, r¹n t¹i phÇn th©n vµ ®u«i c¸nh, n¬i ¸p

lùc dßng m«i chÊt t¸c dông vµo lín nhÊt.

- T¹i c¸c lç dÉn khÝ lµm m¸t, trªn toµn bé c¸nh ®éng tÇng 1 bÞ nøt r¹n.

- HÇu hÕt c¸c c¸nh ®éng tÇng 1 cã hiÖn t•îng bÞ qu¸ nhiÖt ( biÕn mÇu ).

- Toµn bé c¸c c¸nh ®éng tÇng 1 bÞ bong trãc líp phñ chÞu nhiÖt ( 60% 80%).

C¸nh tÜnh tÇng 1 ( h×nh 1-2 )

- Toµn bé 63 c¸nh ®Òu cã hiÖn t•îng bÞ qu¸ nhiÖt trªn vïng th©n c¸nh víi kÝch

th•íc 35 x 100 mm.

- Cã 58 c¸nh bÞ bong trãc líp phñ víi kÝch th•íc tõ 5 x ( 30  50 ) mm.

C¸nh ®éng tÇng 2

- Cã hiÖn t•îng qu¸ nhiÖt t¹i vïng ®u«i c¸nh víi kÝch th•íc 20 x 40 mm, t¹i

vïng ch©n c¸nh kho¶ng 30 x 50 mm.

- Bong trãc líp phñ t¹i th©n c¸nh.

C¸nh tÜnh tÇng 2

- HiÖn t•îng bÞ ¨n mßn hãa häc vµ qu¸ nhiÖt t¹i ®Ønh c¸nh ( 1015 mm ).

- C¸nh sè 16 bÞ trãc líp phñ ( 50 mm ) t¹i th©n c¸nh.

- C¸nh sè 27 bÞ bong trãc líp phñ t¹i th©n c¸nh ( kho¶ng 4 mm ).

- C¸nh sè 25 bÞ qu¸ nhiÖt t¹i vïng ®Ønh c¸nh.

- C¸nh sè 24 bÞ qu¸ nhiÖt t¹i ®u«i c¸nh.

C¸nh ®éng tÇng 3

- BÞ qóa nhiÖt t¹i vïng ®Ønh c¸nh.

- Bong trãc líp phñ t¹i vïng th©n c¸nh ( kho¶ng 50% ).

C¸nh tÜnh tÇng 3

- Toµn bé 63 c¸nh tÜnh tÇng 3 bÞ qu¸ nhiÖt vµ t¹i ®u«i c¸nh bÞ bong trãc líp

phñ.

- Toµn bé phÇn ®Ønh c¸nh còng bÞ bong trãc líp phñ vµ qu¸ nhiÖt.

9

- T¹i phÇn th©n c¸nh bÞ nøt tÕ vi vµ bong trãc líp phñ ( kho¶ng 40% ®Õn 60%)

trªn bÒ mÆt.

C¸nh ®éng tÇng 4

- T¹i bÒ mÆt chÞu t¸c ®éng trùc tiÕp cña ¸p lùc dßng m«i chÊt bÞ qu¸ nhiÖt.

- Toµn bé c¸c bÒ mÆt bÞ bong trãc líp phñ ( kho¶ng 50% ).

- Cã hiÖn t•îng bÞ ¨n mßn hãa häc t¹i ®u«i c¸nh.

C¸nh tÜnh tÇng 4

- Toµn bé 63 c¸nh bÞ bong trãc líp phñ t¹i bÒ mÆt chÞu t¸c ®éng trùc tiÕp cña

¸p lùc dßng m«i chÊt víi kÝch th•íc 200 x 20 mm.

- T¹i ®Ønh c¸nh bÞ bong trãc líp phñ vµ ¨n mßn hãa häc ( kho¶ng 40 ®Õn 60

mm ).

- T¹i phÇn ®u«i c¸nh, n¬i chÞu t¸c ®éng cña ¸p lùc dßng m«i chÊt bÞ mßn líp

phñ ( kho¶ng 50 mm²).

C¸nh ®éng tÇng 5

- T¹i vïng th©n c¸nh vµ ®u«i c¸nh bÞ bong trãc líp phñ.

- T¹i vïng ®Ønh c¸nh bÞ ¨n mßn hãa häc trªn suèt chiÒu réng phÇn ®Ønh.

C¸nh tÜnh tÇng 5

- C¸c c¸nh sè 43, 60, 61 bÞ ¨n mßn hãa häc ( kho¶ng 8 x 4 mm ).

- Toµn bé 63 c¸nh bÞ bong trãc líp phñ t¹i vïng th©n c¸nh vµ nöa trªn phÇn

®u«i c¸nh.

- Toµn bé c¸nh bÞ b¸m bÈn.

C¸c èng vßi voi ( transition pieces )

C¸c èng vßi voi cã nhiÖm vô dÉn luång khÝ nãng vµo trong buång tuabin, chÞu

t¸c dông rÊt lín cña nguån nhiÖt khÝ ®èt. Sau mét thêi gian lµm viÖc cã hiÖn t•îng

bong trãc líp phñ chÞu nhiÖt vµ nøt thµnh èng.

10

H×nh 1.1: C¸nh ®éng tuabin khÝ bÞ h• háng

H×nh 1-2: C¸nh tÜnh tuabin khÝ bÞ bong trãc líp phñ

11

1.1.2. C«ng viÖc kh¶o s¸t còng ®· tiÕn hµnh ®èi víi c¸c tæ m¸y tuabin khÝ F5, F6,

GT3, GT4, GT21, GT22 t¹i c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Phó Mü, CÇn Th¬, Thñ §øc, Bµ

RÞa. T×nh tr¹ng h• háng cña c¸c chi tiÕt m¸y nÐn vµ tuabin khÝ còng t•¬ng tù nh• tæ

m¸y GT13E2 ( Phó Mü ).

1.1.3. HÇu hÕt c¸c tæ m¸y tuabin khÝ sau 24000h c«ng t¸c ph¶i söa ch÷a ®¹i tu, nh»m

®¶m b¶o sù ho¹t ®éng cña c¸c tÇng c¸nh ( ®éng vµ tÜnh ) ®¹t 48000h.

Trong c¸c kú söa ch÷a nh÷ng c¸nh tuabin vµ c¸c chi tiÕt kh¸c bÞ h• háng ®•îc

thay míi hoÆc phôc håi. C¸c chi tiÕt phôc håi ®•îc thùc hiÖn ë n•íc ngoµi ( Thuþ Sü,

Singapo....). Thêi gian phôc håi ( phun phñ ) tõ khi th¸o ®Õn khi l¾p ®Æt sau phôc håi

mÊt Ýt nhÊt 15 tuÇn. Ngoµi ra, nhµ chÕ t¹o cã toµn quyÒn quyÕt ®Þnh viÖc phôc håi c¸c

chi tiÕt sau khi nhËn ®•îc.

Chi phÝ cho mçi kú ®¹i tu m¸y lµ rÊt lín. Vµi vÝ dô:

- Tæng chi phÝ ®¹i tu m¸y GT21 lµ trªn 72.629.000.000 ®ång.

- Tæng chi phÝ ®¹i tu m¸y GT22 lµ trªn 47.996.000.000 ®ång.

Trong ®ã chi phÝ cho viÖc thuª phôc håi ë n•íc ngoµi chiÕm tØ lÖ ®¸ng kÓ.

1.1.4. Qua c«ng t¸c kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ t×nh tr¹ng thiÕt bÞ tuabin khÝ t¹i c¸c

nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn phÝa Nam, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· rót ra mét sè nhËn xÐt chung

nh• sau:

- HÇu hÕt c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn sö dông thiÕt bÞ tuabin khÝ, sau mét chu kú

vËn hµnh, nhu cÇu vÒ c«ng t¸c ®¹i tu, phôc håi c¸c chi tiÕt tuabin lµ rÊt lín.

®iÓn h×nh lµ c¸c chi tiÕt nh•: èng löa, c¸nh tuabin ( ®éng vµ tÜnh ), èng vßi

voi .v.v... C¸c chi tiÕt nµy hiÖn nay ®Òu ph¶i thuª c¸c c«ng ty vµ tËp ®oµn

lín, chuyªn s¶n xuÊt cung cÊp thiÕt bÞ tuabin khÝ víi gi¸ thµnh rÊt cao, v× ®©y

lµ c¸c tËp ®oµn ®éc quyÒn do ®ã kh«ng tr¸nh khái t×nh tr¹ng bÞ Ðp gi¸ vµ

chÞu nhiÒu thiÖt thßi do nh÷ng yªu s¸ch tõ phÝa ®èi t¸c ®Æt ra.

- §èi víi c¸c chi tiÕt phôc håi l¹i líp phñ chÞu nhiÖt nh•: èng dÉn löa, èng vßi

voi, c¸nh tuabin cã thÓ nghiªn cøu, øng dông quy tr×nh c«ng nghÖ phun phñ

nhiÖt khÝ ®Ó phôc håi l¹i líp phñ chÞu nhiÖt t¹i ViÖt Nam mµ kh«ng cÇn ph¶i

thuª c¸c ®èi t¸c ®éc quyÒn n•íc ngoµi, võa tèn kÐm ngo¹i tÖ, võa khã chñ

®éng trong s¶n xuÊt.

1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi n•íc

Phun phñ kim lo¹i lµ lÜnh vùc c«ng nghÖ cßn míi mÎ so víi c¸c ph•¬ng ph¸p

c«ng nghÖ kh¸c nh• m¹, hµn ,v.v… MÆc dï nã ®•îc ph¸t minh ra tõ n¨m 1919 do mét

12

kü s• ng•êi Thôy SÜ ( M.Shoop ) nh•ng m·i ®Õn n¨m 1923 ph•¬ng ph¸p c«ng nghÖ

nµy míi ®•îc øng dông vµo s¶n xuÊt vµ còng chØ dõng l¹i ë møc ®é trang trÝ. §Õn

chiÕn tranh thÕ giíi thø II, phun kim lo¹i b¾t ®Çu ®•îc sö dông víi quy m« réng r·i

h¬n, cã tÝnh v¹n n¨ng h¬n, ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc phôc håi chi tiÕt m¸y, chèng gØ

v.v….

HiÖn nay, c«ng nghÖ phun phñ kim lo¹i ®· cã tèc ®é ph¸t triÓn vµ øng dông

m¹nh mÏ trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ trong c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y, giao

th«ng vËn t¶i, dÇu khÝ .v.v…. Nã dÇn dÇn trë thµnh mét lÜnh vùc chuyªn m«n riªng

biÖt, biÓu hiÖn mét mÆt nh• ph•¬ng ph¸p xö lý bÒ mÆt, mÆt kh¸c nh• mét ph•¬ng ph¸p

c«ng nghÖ trong s¶n xuÊt.

Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh phun phñ kim lo¹i lµ phñ lªn bÒ mÆt chi tiÕt mét líp

kim lo¹i, hîp kim hoÆc gèm kim lo¹i nh»m n©ng cao tÝnh n¨ng lµm viÖc cña chi tiÕt vµ

thiÕt bÞ trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau.

Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ phun phñ gåm ba giai ®o¹n chñ yÕu lµ:

- ChuÈn bÞ bÒ mÆt tr•íc khi phun;

- Phun phñ;

- Xö lý nhiÖt líp phun phñ sau khi phun.

Ba qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nµy cã quan hÖ mËt thiÕt, hç trî lÉn nhau t¹o nªn chÊt

l•îng cña líp phñ víi c¸c chØ tiªu chñ yÕu lµ:

- §é b¸m cña líp phñ víi kim lo¹i nÒn;

- C¬, lý tÝnh cña líp phun ( ®é cøng, ®é dai va ®Ëp, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt, chÞu

mßn .v.v…).

§Ó ®¸nh gi¸ qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ phun kim lo¹i ph¶i dùa trªn c¬

së cña sù ph¸t triÓn vÒ thiÕt bÞ, c¸c ph•¬ng ph¸p c«ng nghÖ, vËt liÖu phun vµ ph¹m vi

øng dông. Víi sù ph¸t triÓn vÒ c«ng nghÖ phun, ng•êi ta ®· chÕ t¹o ra c¸c lo¹i ®Çu

phun kh¸c nhau nh•: ®Çu phun bét kim lo¹i, ®Çu phun dïng nhiªn liÖu khÝ ch¸y, ®Çu

phun hå quang ®iÖn, ®Çu phun b»ng dßng cao tÇn, ®Çu phun plasma víi d©y chuyÒn

phun tù ®éng. §Çu phun plasma ®Æc chñng cã thÓ phun ®•îc c¸c bÒ mÆt chi tiÕt cã biªn

d¹ng phøc t¹p, kh«ng gian thao t¸c vµ dÞch chuyÓn ®Çu phun bÞ h¹n chÕ ( vÝ dô ®Çu

phun SG100-2086A cña h·ng Praxair- Tafa- Mü, sóng phun plasma A9 cña h·ng

Flame-Corporation-USA, sóng phun plasma PLA500 cña h·ng Metalisation-Anh

.v.v…). Song song víi c¸c thiÕt bÞ vµ d©y chuyÒn phun tù ®éng ®ã, ng•êi ta ®· nghiªn

13

cøu thªm c«ng nghÖ phun nh÷ng vËt liÖu cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao ( vËt liÖu gèm-

ceramic, c¸c lo¹i cacbit, c¸c lo¹i oxit kim lo¹i kh¸c .v.v..).

§Çu phun plasma lµ thiÕt bÞ tiªn tiÕn vµ ®•îc dïng réng r·i trªn thÕ giíi hiÖn

nay. NhiÒu n•íc tiÕn tiÕn ®· s¶n xuÊt thiÕt bÞ nµy vµ øng dông rÊt cã hiÖu qu¶ trong

c«ng nghiÖp nh• Anh, Ph¸p, §øc, Mü, NhËt, Nga, Thuþ Sü, v.v....

¦u ®iÓm næi bËt cña ®Çu phun plasma lµ: cã thÓ phun ®•îc c¸c lo¹i vËt liÖu khã

nãng ch¶y nhê dßng nhiÖt cao cña dßng plasma, cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é vµ tèc

®é cña dßng plasma b»ng c¸ch lùa chän h×nh d¹ng vµ ®•êng kÝnh cña vßi phun vµ chÕ

®é phun, do ®ã ph¹m vi cña vËt liÖu phun ®•îc më réng vµ rÊt ®a d¹ng ( kim lo¹i, gèm,

vËt liÖu h÷u c¬ .v.v... ). ViÖc sö dông khÝ tr¬ lµm khÝ c«ng t¸c më ra kh¶ n¨ng phun

trong buång cã m«i tr•êng khÝ tr¬, líp phun plasma cã ®é b¸m tèt víi kim lo¹i nÒn.

Nh•îc ®iÓm cña ph•¬ng ph¸p phun plasma lµ n¨ng suÊt phun t•¬ng ®èi thÊp, cã

tiÕng ån khi phun vµ qu¸ tr×nh phun cã ph¸t ra tia cùc tÝm. Ngoµi ra, thiÕt bÞ phun

plasma cã gi¸ thµnh cao, chi phÝ vËn hµnh lín.

TÝnh n¨ng kü thuËt cña mét sè thiÕt bÞ phun plasma ®•îc sö dông trªn thÕ giíi

hiÖn nay ®•îc thèng kª theo b¶ng 1.1.

B¶ng 1.1. TÝnh n¨ng kü thuËt cña thiÕt bÞ phun plasma

Tuæi

thä

N¨ng suÊt

tèi ®a, kg/h

Dßng

®iÖn

I_max,

A

KhÝ t¹o plasma

C«ng

suÊt,

kW

Ký hiÖu, h·ng, n•íc

s¶n xu©t

®iÖn

cùc, h

L•u

Thµnh

phÇn

Bét

kim

gèm

lo¹i

l•îng,

m³/h

PAL-160-2 TiÖp kh¾c

cò

35

mm/p

160

40

460 H₂O

Ar, H₂,

He

-

56

3,2

-

METCO 3MB- Mü

400

1,7

100

1,7

METCO 9MB- Mü

METCO 10MB Mü

80

1000 Ar, N₂

1100 Ar, He

1,7

-

4

-

12

PLASMAGAN

SYSTEM 12-92B Mü

NOBEL-BOREL Ph¸p

60

35

11

80

30

700 N₂

5

3

100

75

200

-

5,6

1,3

2

4,2

-

900 Ar, H₂

600 Ar

PLA-9AED Anh

FPV-105 Nga

1,6

-

1

-

khÝ ®èt

-

19V-B (VISP) Nga

600 Ar, H₂

10

3,5

2

UPU-3

Plasma

Ar, H₂,

850

N₂,He

45

3,5

150

4

3

Technique Thuþ Sü

14

Song song víi qu¸ tr×nh nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ øng dông c¸c lo¹i ®Çu phun, c¸c

lo¹i vËt liÖu phun còng ®ång thêi ®•îc ph¸t triÓn cµng ngµy cµng m¹nh víi nh÷ng tÝnh

n¨ng kü thuËt, yªu cÇu cao. C¸c lo¹i vËt liÖu phun phæ biÕn hiÖn nay trªn thÕ giíi cã 3

d¹ng chñ yÕu sau: d¹ng d©y, d¹ng thanh vµ d¹ng bét. VËt liÖu d¹ng thanh vµ d¹ng d©y

®•îc dïng trong phun khÝ ch¸y, phun hå quang vµ xung ®iÖn, vËt liÖu bét chñ yÕu dïng

trong c«ng nghÖ phun plasma, phun næ vµ phun khÝ ch¸y.

VËt liÖu phun d¹ng bét ®•îc sö dông kh¸ phæ biÕn vµ réng r·i trong nh÷ng n¨m

gÇn ®©y v× c«ng nghÖ chÕ t¹o chóng kh«ng ®ßi hái ®é phøc t¹p cao vµ cã thÓ chÕ t¹o tõ

bÊt k× mét lo¹i vËt liÖu nµo víi gi¸ thµnh t•¬ng ®èi thÊp. H¬n n÷a, c«ng nghÖ phun

plasma, phun næ vµ phun khÝ ch¸y ®èi víi mét sè vËt liÖu chØ cã thÓ ®•îc thùc hiÖn khi

vËt liÖu phun ë d¹ng bét. HiÖn nay, vËt liÖu phun d¹ng bét rÊt phong phó vµ ®a d¹ng.

D•íi ®©y lµ mét sè kim lo¹i vµ hîp kim ®•îc øng dông réng r·i trªn thÕ giíi:

- Bét Al: cã t¸c dông chèng gØ vµ t¹o líp phun cho d©y ®iÖn.

- Bét Zn: dïng ®Ó t¹o líp phun chèng gØ.

- Bét hîp kim Zn-Al: Dïng ®Ó t¹o líp phun chèng ¨n mßn ho¸ häc vµ chÞu

®•îc oxy ho¸ ë nhiÖt ®é cao.

- Bét Cu vµ hîp kim Cu: dïng ®Ó t¹o líp phun dÉn ®iÖn.

- Bét Mo: th•êng dïng ®Ó phun t¹o líp vËt liÖu lãt tr•íc khi phun líp vËt liÖu

mong muèn lªn bÒ mÆt chi tiÕt. Ngoµi ra, ®èi víi c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong

m«i tr•êng axit HCl líp phun Mo cßn cã t¸c dông chèng mµi mßn vµ ¨n

mßn ho¸ häc.

- Bét vonfram ( W ): lµ lo¹i vËt liÖu bét cã nhiÖt ®é nãng ch¶y rÊt cao. Bét W

th•êng ®•îc chÕ t¹o ë d¹ng tinh khiÕt chøa rÊt Ýt t¹p chÊt, ®Æc biÖt lµ Fe. Líp

phun bét W cã ®é b¸m dÝnh tèt víi bÒ mÆt gèm ( ceramic ). Lo¹i bét nµy

th•êng ®•îc øng dông ®Ó phun t¹o líp vËt liÖu chÞu nhiÖt ®é cao, ma s¸t lín

trong c¸c chi tiÕt m¸y cã ®iÒu kiÖn lµm viÖc t•¬ng tù.

- Bét thÐp chÞu ¨n mßn vµ nicrom: Líp phun b»ng vËt liÖu nµy cã tÝnh chÊt

chèng gØ vµ chÞu nhiÖt, th•êng ®•îc dïng lµm líp trung gian cho líp phñ

gèm.

- C¸c lo¹i bét hîp kim kh¸c nh• thiÕc ch× ( babit) vµ ®ång thau ch× chÞu ma s¸t

tèt, th•êng ®•îc dïng cho æ tr•ît.

VËt liÖu phun d¹ng gèm ( ceramic ) ®•îc chÕ t¹o d•íi d¹ng hîp chÊt cña oxit

kim lo¹i, borua nitrit, silicat vµ cacbit. §©y lµ lo¹i vËt liÖu cã nhiÖt ®é nãng ch¶y rÊt

15

cao ( 3000⁰C ) nªn chØ dïng trong c«ng nghÖ phun plasma hoÆc phun kÝch næ. VËt liÖu

phun d¹ng gèm ®•îc sö dông réng r·i hiÖn nay lµ c¸c oxit vµ cacbit.

- Gèm oxit cã tÝnh dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn thÊp vµ cã ®é bÒn nhiÖt rÊt cao. Cã hai

lo¹i gèm oxit: gèm oxit ®¬n gi¶n vµ gèm oxit phøc t¹p. Gèm oxit ®¬n gi¶n

lµ hîp chÊt cña mét kim lo¹i víi oxy, gèm oxit phøc t¹p lµ hîp chÊt cña c¸c

oxit cña hai hoÆc nhiÒu h¬n hai kim lo¹i.

- Gèm cacbit kim lo¹i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n nhiÒu so víi chÝnh kim

lo¹i ®ã ( nhiÖt ®é lµm mÒm cacbit lµ h¬n 3000⁰C ). VËt liÖu gèm ®Ó phun

th•êng dïng lµ cacbit vonfram, cacbit cr«m, cacbit titan, cacbit ziriconi

.v.v... . C¸c lo¹i gèm nµy th•êng ®•îc dïng trong c«ng nghÖ phun ®Ó t¹o líp

bÒ mÆt chÞu nhiÖt ®é cao ( vÝ dô nh• c¸c chi tiÕt tuabin khÝ ).

Bªn c¹nh c¸c lo¹i vËt liÖu phun trªn, ngµy nay trªn thÕ giíi cã c¸c lo¹i vËt liÖu

phun d¹ng tæng hîp vµ d¹ng hîp kim tù nãng ch¶y. VËt liÖu phun d¹ng tæng hîp lµ

hçn hîp c¬ häc cña mét sè thµnh phÇn nh• Ni, Cr, Al, Mo, v.v...®Ó t¹o ra líp phun cã

tÝnh chÊt tèt h¬n so víi líp phun ®•îc phun tõ mçi thµnh phÇn riªng biÖt. Nh×n chung

c¸c líp phun d¹ng vËt liÖu tæng hîp cã ®é bÒn mßn cao. Líp phun d¹ng hîp kim tù

nãng ch¶y cã ®Æc ®iÓm lµ kh«ng cã rç vµ cã mËt ®é cao khi phun lªn kim lo¹i nÒn. C¸c

hîp kim tù nãng ch¶y th•êng lµ c¸c hîp kim nÒn Ni, hîp kim Cr-Ni hoÆc hîp kim Cr-

Co. Líp phun tõ hîp kim tù nãng ch¶y cã ®é chÞu mµi mßn vµ ¨n mßn cao, chèng oxy

ho¸ trong m«i tr•êng kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao.

Trªn thùc tÕ, c«ng nghÖ phun nhiÖt khÝ ®· ®ãng mét vai trß quan träng trong

nhiÒu lÜnh vùc c«ng nghiÖp hµng ®Çu nh•: dÇu khÝ, n¨ng l•îng, c¬ khÝ v.v... vµ gãp

phÇn t¹o ra nhiÒu lo¹i s¶n phÈm cã chÊt l•îng cao, ®¸p øng ®•îc nhu cÇu hiÖn ®¹i ho¸

vµ n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ, x· héi. Mét trong nh÷ng øng dông rÊt quan träng cña

c«ng nghÖ phun phñ nhiÖt khÝ lµ viÖc chÕ t¹o, söa ch÷a, phôc håi c¸c lo¹i c¸nh tuabin

khÝ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt, chÞu mµi mßn lín, nhiÖt ®é cao ( 850 

1150⁰C ).

Trong thêi gian gÇn ®©y, mét sè tËp ®oµn c«ng nghiÖp hµng ®Çu thÕ giíi vÒ lÜnh

vùc thiÕt bÞ ®iÖn khÝ nh•: SULZER ( Thuþ Sü ), MITSHUBISHI ( NhËt B¶n ),

DONALDSON .v.v... ®· nghiªn cøu thµnh c«ng viÖc n©ng cao tÝnh n¨ng cña líp phun,

trªn c¬ së ®ã chÕ t¹o nh÷ng lo¹i tuabin míi cã kh¶ n¨ng lµm viÖc tíi nhiÖt ®é 1300⁰C

gãp phÇn n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ, kü thuËt cu¶ c¶ hÖ thèng.

Tuy nhiªn, do tÝnh chÊt ®éc quyÒn vµ th•¬ng m¹i ho¸ cao ®é cña mét sè tËp

®oµn c«ng nghiÖp vµ c¸c n•íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn nªn c«ng nghÖ phun chÊt l•îng

16

cao cßn bÞ b¶o mËt ch•a ®•îc øng dông trong c¸c n•íc ®ang ph¸t triÓn vµ chËm ph¸t

triÓn.

1.3. C¸c ®éc quyÒn s¸ng chÕ ( patents )

Cã tÊt c¶ 12 patents ®· ®•îc s•u tÇm [21], trong ®ã cã 3 patents cña NhËt B¶n

vµ 9 patents cña Mü. C¸c patents giíi thiÖu néi dung c¸c s¸ng chÕ vÒ c«ng nghÖ, thiÕt

bÞ vµ vËt liÖu phun nhiÖt. D•íi ®©y tr×nh bµy tãm t¾t néi dung cña mét sè patents cã

liªn quan nhÊt ®Õn §Ò tµi.

1.3.1. Patent No JP2003034856 ( cña NhËt B¶n )- Ph•¬ng ph¸p phun nhiÖt (

Thermal Spraying Method )

* VÊn ®Ò ®Æt ra: Phun nhiÖt ®Ó t¹o mét líp phun ®ång ®Òu vÒ ®é dµy vµ cã ®é

b¸m dÝnh cao trªn bÒ mÆt trong cña vËt h×nh trô.

Gi¶i ph¸p: §Æt chi tiÕt h×nh trô ®øng yªn, g¸ thiÕt bÞ bªn trong chi tiÕt trô.

ThiÕt bÞ nµy ®¶m nhËn vai trß phun hå quang plasma lµm nãng ch¶y vËt liÖu phun vµ

b¾n c¸c tia vËt liÖu nãng ch¶y lªn mÆt trong cña chi tiÕt trô theo h•íng b¸n kÝnh. §Ó

t¹o ®•îc líp phun ®ång ®Òu cÇn di chuyÓn thiÕt bÞ däc theo trôc cña chi tiÕt trô.

1.3.2. Patent No US2002164430 ( cña Mü )- Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt líp gèm chÞu nhiÖt

cho c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ ( Process for producing a ceramic thermal barrier

layer for gas turbine engine component )

* C¬ së cña s¸ng chÕ

S¸ng chÕ ®Ò cËp tíi líp phun b¶o vÖ c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong m«i tr•êng x©m

thùc khi nãng, ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ.

C¸c chÊt khÝ di chuyÓn qua m¸y tuabin víi vËn tèc vµ nhiÖt ®é cùc cao, cã thÓ

v•ît qu¸ 1000⁰C. C¸c yªu cÇu ®èi víi c¸c c¸nh tuabin lµ ®Æc biÖt nghiªm ngÆt bëi

chóng ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÊt khÝ nhiÖt ®é cao vµ quay víi tèc ®é lín ( tíi

hµng ngµn vßng/phót).

C¸nh tuabin ®Æc tr•ng bëi kÕt cÊu l¸ máng ®iÓn h×nh, ®•îc lµm tõ hîp kim

“ siªu cao ” cã phñ mét líp bÒn nhiÖt. C¸c hîp kim siªu cao nµy lµ nh÷ng vËt liÖu nÒn

coban hoÆc niken. C¸c líp phun cã nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng

thµnh phÇn cña líp phun lµ hîp kim MCrAl, trong ®ã: Cr- crom, Al- nh«m, - ytri

hoÆc nguyªn tè ®Êt hiÕm víi chÊt b¶o tr× M ®•îc chän tõ nhãm s¾t, coban, niken hoÆc

hîp chÊt cña chóng; líp phun ®ã t¹o nªn mµng oxit gèm liªn kÕt bÒn nhiÖt ( chÞu ®•îc

nhiÖt ®é cao ).

17

Hîp kim MCrAl ®•îc øng dông ®Ó t¹o c¸c líp phun b¶o vÖ, vµ patent giíi

thiÖu c¸c líp nh• vËy víi 5  40 % crom, 8  35% nh«m, 0,1  2% nguyªn tè ho¹t tÝnh

oxy tõ nhãm III b cña b¶ng tuÇn hoµn, gåm lantan vµ actinid hoÆc hçn hîp cña chóng,

0,1  7% silic, 0,1  3% coban, chÊt b¶o tr× lµ niken hoÆc coban. C¸c hîp kim MCrAl

®•îc phun phñ b»ng ph•¬ng ph¸p plasma.

Líp hîp kim MCrAl ®Æc biÖt chøa 18% crom, 23% coban, 12,5% nh«m vµ

0,3% ytri víi chÊt b¶o tr× lµ niken ®•îc øng dông ®Ó lµm vËt liÖu nÒn. Líp hîp kim nµy

cã bÒ mÆt nh½n bãng vµ ®•îc phun mét líp oxit nh«m vµ tiÕp ®Õn lµ líp gèm c¸ch

nhiÖt. Trong cÊu tróc vi m« h×nh trô cña líp phun chÞu nhiÖt, c¸c tinh thÓ h×nh trô ®•îc

s¾p xÕp vu«ng gãc víi mÆt cña kim lo¹i c¬ b¶n. Oxit ziriconi æn ®Þnh ®•îc lµm vËt liÖu

gèm.

* Tãm t¾t patent

Môc ®Ých cña patent lµ kh¾c phôc nh÷ng nh•îc ®iÓm vµ tån t¹i vÒ cÊu tróc cña

c¸c líp phun tr•íc ®ã b»ng c¸ch cung cÊp cho c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ nh• c¸nh

tuabin, mét líp nh• gèm chÞu nhiÖt b¶o vÖ. Môc ®Ých kh¸c n÷a lµ t¹o ®•îc mét s¶n

phÈm cã nÒn kim lo¹i víi líp phun bÒn nhiÖt trªn bÒ mÆt hÖ oxit kim lo¹i hçn hîp ®•îc

chän tõ nhãm lantan, aluminat vµ canxi ziriconat, trong ®ã canxi cã thÓ ®•îc thay thÕ

tõng phÇn bëi Ýt nhÊt mét nguyªn tè thay thÕ canxi.

Nguyªn tè thay thÕ canxi ®•îc nªu trong patent lµ stroti ( Sr ) hoÆc bari ( Ba ).

Lantan trong lantan aluminat cã thÓ ®•îc thay thÕ tõng phÇn bëi Ýt nhÊt mét nguyªn tè

trong thÓ lantan thuéc nhãm lantanit, ®Æc biÖt lµ gadoli ( Gd).

C¸c qu¸ tr×nh t¹o líp phun nªu trªn ®•îc thùc hiÖn b»ng ph•¬ng ph¸p phun

plasma hoÆc phun bay h¬i.

Patent ®•îc ¸p dông thÝch hîp nhÊt cho c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ, nh• c¸nh

tuabin, van chñ hoÆc c¸c phÇn tö b¶o vÖ nhiÖt lµm tõ hîp kim “ siªu cao” nÒn niken,

coban hoÆc crom.

1.3.3. Patent No US2003157363 ( cña Mü ) - HÖ thèng c¸c líp phun plasma bÒn

nhiÖt ( Plasma Spraying Thermal Bond Coat System )

* C¬ së cña Patent

Ng•êi ta lu«n t×m c¸ch t¨ng nhiÖt ®é c«ng t¸c cña c¸c m¸y tuabin khÝ ®Ó n©ng

cao hiÖu suÊt cña chóng. Tuy nhiªn, khi nhiÖt ®é c«ng t¸c t¨ng th× ®é bÒn nhiÖt cña c¸c

chi tiÕt còng ph¶i t¨ng t•¬ng øng. ViÖc øng dông c¸c hîp kim “ siªu cao ” nÒn niken vµ

coban ®· mang l¹i nh÷ng thµnh qu¶ ®¸ng kÓ vÒ kh¶ n¨ng lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao cña

18

c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ, tuy nhiªn b¶n th©n c¸c hîp kim nh• vËy th«ng th•êng

kh«ng thÝch øng víi viÖc t¹o c¸c phÇn tö n»m trong mét sè kÕt cÊu cña m¸y tuabin khÝ,

nh• tuabin, buång ®èt vµ t¨ng ¸p. Gi¶i ph¸p chung lµ lµm c¸ch nhiÖt c¸c phÇn tö nh•

vËy khái c¸c khÝ nãng nh»m gi¶m thiÓu nhiÖt ®é c«ng t¸c cña chóng vµ ng¨n ngõa t¸c

dông ph¸ ho¹i cña c¸c khÝ oxy ho¸ ho¹t tÝnh nãng vµ ¨n mßn. Nh»m môc ®Ých nµy c¸c

hÖ thèng phñ bÒn nhiÖt ( thermal barrier coating - TBC systems ) trªn bÒ mÆt c¸c chi

tiÕt lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao cã øng dông réng r·i.

§Ó cã hiÖu qu¶, c¸c hÖ thèng tuabin khÝ ph¶i ®•îc phñ líp cã ®é dÉn nhiÖt thÊp,

®é b¸m dÝnh tèt víi chi tiÕt vµ duy tr× ®•îc ®é b¸m nµy qua c¸c chu kú ®èt nãng vµ lµm

l¹nh. Chóng còng ph¶i b¶o vÖ ®•îc kim lo¹i nÒn ë bªn d•íi khái sù ph¸ huû cña m«i

tr•êng. §é b¸m dÝnh víi chi tiÕt lµ mét yªu cÇu kü thuËt ®èi víi c¸c hÖ sè d·n në nhiÖt

kh¸c nhau gi÷a c¸c vËt liÖu cã ®é dÉn nhiÖt thÊp nh• vËt liÖu gèm th•êng dïng ®Ó t¹o

ra c¸c líp phñ bÒn nhiÖt, vµ c¸c “ siªu ” hîp kim dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y

tuabin. §Ó ®¸p øng yªu cÇu trªn c¸c hÖ thèng TBC cÇn cã mét líp trung gian kim lo¹i

lµm líp trung gian víi hÖ sè d·n në nhiÖt n»m gi÷a vËt liÖu c¬ b¶n vµ vËt liÖu gèm

dïng cho c¸c líp phñ bÒn nhiÖt. ChÝnh líp trung gian nµy t¹o nªn oxit bÒn nhiÖt (

thermally grown oxide - TGO ) nh»m n©ng cao ®é b¸m cña TBC phñ lªn nã.

Cã nhiÒu vËt liÖu gèm ®•îc øng dông lµm líp gèm nh• oxit ziriconi (ZrO₂) æn

®Þnh bëi oxit ytri ( ₂O₃), oxit mage (MgO ), oxit xeri (CeO₂), oxit scandi (Sc₂O₃)

.v.v... Chóng ®•îc dïng réng r·i bëi thÝch hîp víi c«ng nghÖ phun plasma, phun ngän

löa vµ kü thuËt phñ bèc h¬i vËt lý.

Líp trung gian ®•îc t¹o bëi hîp kim chøa nh«m chèng oxy ho¸ nh»m t¨ng ®é

b¸m dÝnh cña líp gèm ®èi víi vËt liÖu nÒn. Nã cßn cã t¸c dông n©ng cao tÝnh chèng

ph©n huû cña TBC. C¸c vÝ dô vÒ líp trung gian: MCrAl ( ë ®©y M lµ s¾t, cacbon,

hoÆc niken ), c¸c líp phñ khuÕch t¸n nh• niken aluminit, platin aluminit vµ pha beta

NiAl lµ nh÷ng kim lo¹i trung gian nÒn nh«m chèng oxy ho¸. Khi ®•îc dïng lµm líp

phun b¶o vÖ hoÆc líp trung gian cho TBC, nh«m bÞ hao hôt bëi sù khuÕch t¸n trung

gian vµo vËt liÖu “siªu ” hîp kim. Cã thÓ l•îng nh«m trong líp trung gian ®•îc dïng

hÕt ®Ó ng¨n chÆn sù ph¸t triÓn tiÕp cña líp mµng oxyt nh«m b¶o vÖ, øng suÊt trong

TGO t¨ng ®¸ng kÓ, ®ång thêi cã thÓ x¶y ra sù ph¸ huû t¹i mÆt trung gian gi÷a líp trung

gian vµ líp phun gèm.

19

Sù t¨ng hµm l•îng c¸c nguyªn tè nh• niken, crom, titan, tantan vµ molipden

trong ®ã TGO cã thÓ lµm t¨ng tèc ®é ph¸t triÓn cña c¸c mµng oxit vµ t¹o nªn c¸c líp

kh«ng b¸m dÝnh trªn mÆt líp trung gian lµm mÊt kh¶ n¨ng dÝnh b¸m cña líp gèm.

C¸c ph•¬ng ph¸p ®•îc chän ®Ó thùc hiÖn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh phun t¹o mét líp

trung gian máng h¬n, gi¸ thµnh thÊp h¬n lµ ph•¬ng ph¸p phun plasma kh«ng khÝ ( Air

Plasma Spray- APS ) vµ ph•¬ng ph¸p phun plasma ¸p suÊt thÊp ( Low Pressure plasma

Spray- LPPS). Qu¸ tr×nh nh• vËy ch¾c h¼n sÏ c¶i thiÖn ®•îc ®é bÒn vµ tuæi thä cña líp

phun bÒn nhiÖt.

* Tãm t¾t patent

Patent tr×nh bµy mét ph•¬ng ph¸p t¹o hÖ thèng phun chÞu nhiÖt trªn c¸c chi tiÕt

lµm viÖc trong m«i tr•êng nhiÖt ®é cao cña m¸y tuabin khÝ. HÖ thèng phun gåm mét

líp gèm vµ mét líp trung gian kim lo¹i trung gian niken- nh«m pha beta ( -NiAl) lµm

t¨ng ®é b¸m dÝnh cña líp gèm ®èi víi kim lo¹i nÒn. Mµng máng oxit nh«m h×nh thµnh

trªn bÒ mÆt pha -NiAl trong qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt.

Mét líp bæ sung cña oxit nh«m cã thÓ ®•îc h×nh thµnh trªn mÆt chi tiÕt tr•íc

khi phun líp trung gian -NiAl hoÆc h×nh thµnh ngay sau khi phun líp nµy, trong c¶

hai tr•êng hîp nãi trªn oxit nh«m khuÕch t¸n lµm dÝnh kÕt líp gèm víi bÒ mÆt chi tiÕt.

Cã nhiÒu ph•¬ng ph¸p phun phñ cã thÓ thùc hiÖn líp phun -NiAl trªn mÆt chi tiÕt,

ch¼ng h¹n phun khÝ ®èt oxy tèc ®é cao ( High Velocity Oxyfuel - HVOF ), phun

plasma kh«ng khÝ ( APS- Air Plasma Spraying ).v.v... Ph•¬ng ph¸p HVOF cho líp

phun ( líp trung gian ) mÞn vµ chÆt bëi nã lµm nãng ch¶y bét mÞn vµ kh«ng oxy ho¸

chóng. Ph•¬ng ph¸p APS sö dông bét th« h¬n nªn cho líp phun cã mÆt ngoµi r¸p h¬n,

cã lîi cho viÖc n©ng cao ®é b¸m dÝnh cña TBC.

Theo patent, -NiAl cã thÓ chøa c¸c c¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ ®én vµo niken

vµ nh«m ®Ó t¨ng ®é bÒn trong m«i tr•êng cña -NiAl. C¸c nguyªn tè hîp kim ho¸ ®ã

lµ crom vµ ziriconi.Cã thÓ dïng coban ®Ó thay thÕ mét phÇn niken. Hµm l•îng crom vµ

ziriconi trong -NiAl cã thÓ thay ®æi t•¬ng øng 0  20% vµ 0,1  2,4% träng l•îng.

Hµm l•îng hafini trong -NiAl cã thÓ chøa kho¶ng 0,1  1,7% träng l•îng. Ziriconi

vµ hafini c¶i thiÖn ®é b¸m cña líp oxit trung gian.

ViÖc sö dông ph•¬ng ph¸p phun plasma kh«ng khÝ ( APS ) ®Ó t¹o líp trung gian

-NiAl cã tÝnh •u viÖt cao h¬n so víi ph•¬ng ph¸p phun plasma ¸p suÊt thÊp ( LPPS )

bëi thiÕt bÞ APS rÎ h¬n vµ c«ng nghÖ ®¬n gi¶n h¬n rÊt nhiÒu so víi LPPS.

20

Líp bét -NiAl dïng cho APS cã chiÒu dµy tõ 20  80 micron. Sau khi phun,

líp trung gian cã thÓ ®•îc xö lý nhiÖt ë nhiÖt ®é 1800 - 2100⁰F trong 14h ®Ó t¹o sù

liªn kÕt hîp kim ch¾c h¬n gi÷a vËt liÖu nÒn- hîp kim “ siªu cao ” nÒn niken vµ líp phñ

-NiAl. NÕu oxit nh«m khuÕch t¸n ®•îc øng dông th× sù xö lý nhiÖt còng ®•îc tiÕn

hµnh ®ång thêi víi sù xö lý nhiÖt ®èi víi -NiAl.

1.4. T×nh h×nh nghiªn cøu trong n•íc

Tõ gi÷a nh÷ng n¨m 1970 c«ng nghÖ phun kim lo¹i lµ mét trong ba ®Ò tµi träng

®iÓm Nhµ n•íc ( Hµn, Phun, M¹ ) do ViÖn kü thuËt Giao th«ng chñ tr×. C«ng nghÖ

phun ®•îc tiÕn hµnh trªn m¸y phun hå quang hai d©y cña TiÖp Kh¾c vµ cña Liªn X«.

VËt liÖu phun lµ d©y thÐp lß xo cÊp II ( 0,6% C ), d©y ®ång, d©y nh«m vµ d©y thÐp hîp

kim crom- niken. KÕt qu¶ nghiªn cøu ®· ®•îc øng dông ®Ó phôc håi c¸c chi tiÕt mµi

mßn nh• trôc khuûu b»ng gang, thÐp, c¸c lo¹i trôc th¼ng, c¸c qu¶ l«, trôc m¸y b¬m

thuû lîi. Cho ®Õn nay c«ng nghÖ nµy vÉn ®•îc øng dông cã kÕt qu¶ æn ®Þnh trong viÖc

phôc håi c¸c chi tiÕt nãi trªn vµ c¸c chi tiÕt kh¸c.

C«ng nghÖ phun hå quang hai d©y ®ång, kÏm, nh«m còng ®•îc tiÕn hµnh

nghiªn cøu t¹i ViÖn kü thuËt Giao th«ng ( nay lµ ViÖn khoa häc c«ng nghÖ GTVT ) vµ

®•îc øng dông ®Ó phun b¶o vÖ c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong m«i tr•êng x©m thùc.

Sau khi ®Êt n•íc thèng nhÊt ( 1975 ) ng•êi ta còng nh×n thÊy mét sè ®Çu phun

khÝ cña h·ng METCO t¹i mét sè nhµ m¸y xÝ nghiÖp MiÒn Nam ( nhµ m¸y Carip, xÝ

nghiÖp Toa Xe Sµi Gßn .v.v... ), nh•ng kh«ng thÊy cã c¸c dÊu hiÖu phun ë ®©y.

Sau n¨m 1975 ®•îc sù gióp ®ì cña céng hoµ liªn bang Nga, Binh chñng Phßng

kh«ng - Kh«ng qu©n ®· tiÕn hµnh mét sè ho¹t ®éng trong lÜnh vùc phun phñ nhiÖt khÝ

®Ó phôc håi c¸c chi tiÕt cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt mµ môc tiªu chñ yÕu lµ mét sè

chi tiÕt thuéc ®éng c¬ m¸y bay.

C«ng x•ëng A42 ( thuéc Binh chñng Phßng kh«ng Kh«ng qu©n ) ®•îc trang bÞ

3 hÖ thèng thiÕt bÞ phun phñ nhiÖt:

- Phun phñ nhiÖt khÝ dïng bét

- Phun phñ nhiÖt khÝ dïng d©y

- Phun phñ plasma (do Mü s¶n xuÊt) víi:

o ThiÕt bÞ xö lý bÒ mÆt tr•íc khi phun;

o ThiÕt bÞ xö lý bét phun ;

o ThiÕt bÞ phun phñ.

21

C«ng x•ëng A42 ®•îc Nga hç trî kü thuËt, trang thiÕt bÞ. V× vËy, qu¸ tr×nh

nghiªn cøu øng dông tõ kh©u kiÓm tra ®¸nh gi¸ ph©n lo¹i s¶n phÈm sau mét sè chu kú

lµm viÖc, ®Õn viÖc x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ phun phñ phôc håi ®Òu do chuyªn gia

Nga chØ ®¹o, gi¸m s¸t thùc hiÖn. C«ng x•ëng A42 chñ yÕu tËp trung khai th¸c hÖ thèng

phun phñ plasma ®Ó tõng b•íc phôc håi mét sè c¸nh tuabin ®éng c¬ m¸y bay sau mét

sè chu kú lµm viÖc bÞ bong trãc líp phñ do lµm viÖc trong c¸c ®iÒu kiÖn ¸p suÊt lín vµ

nhiÖt ®é cao ( tíi 800⁰C ®èi víi c¸nh tuabin tÇng 1 vµ 1200  1300⁰C ®èi víi c¸nh tÇng

2 vµ 3 ).

Song song víi viÖc nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ phun phñ nhiÖt phôc håi c¸c

chi tiÕt cã chÕ ®é lµm viÖc kh¾c nghiÖt, viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu phun phñ nh•

bét, d©y còng ®•îc chó träng.

ë mét sè ®¬n vÞ nh• Trung t©m kü thuËt - Tæng côc c«ng nghiÖp Quèc phßng,

ViÖn ViÖn nghiªn cøu c¬ khÝ - Bé c«ng nghiÖp ®· chÕ t¹o mét sè lo¹i bét phun nh• sau

: NiCrAl, NiCr, NiCrBSo, Al₂O₃, ZRO2. Tuy nhiªn chØ míi dõng ë giai ®o¹n thö

nghiÖm.

Song song víi viÖc nghiªn cøu c«ng nghÖ phun tiÕn hµnh trªn c¸c m¸y phun

nhËp ngo¹i, trong nh÷ng n¨m 80 cña thÕ kû tr•íc mét vµi c¬ së nghiªn cøu ( ViÖn

nghiªn cøu m¸y - Bé C«ng nghiÖp, ViÖn c«ng nghÖ - Bé Quèc phßng ) còng ®· tiÕn

hµnh nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o ®Çu phun plasma nh•ng kÕt qu¶ h¹n chÕ vµ kh«ng cã

øng dông thùc tÕ.

Trong kho¶ng thêi gian 10 n¨m gÇn ®©y, khi c«ng nghÖ phun nhiÖt phôc håi chi

tiÕt m¸y vÉn gi÷ ®•îc ë møc ®é s¶n xuÊt ®¬n chiÕc, lÎ tÎ ë mét vµi c¬ së nghiªn cøu th×

c«ng nghÖ phun b¶o vÖ ph¸t triÓn kh¸ m¹nh mÏ. Hµng v¹n mÐt vu«ng giµn khoan dÇu

khÝ ®•îc phun b¶o vÖ b»ng m¸y phun cÇm tay ÝM-14 cña Nga; ViÖn Nghiªn cøu C¬

khÝ ®· thùc hiÖn c«ng viÖc nµy.

Tãm l¹i, c¸c c«ng nghÖ phôc håi chi tiÕt m¸y nãi chung vµ c«ng nghÖ phun

phôc håi nãi riªng, tuy ®· h×nh thµnh gÇn nöa thÕ kû nay, nh•ng ch•a ph¸t triÓn ®¸ng

kÓ. H¬n thÕ n÷a, c«ng nghÖ phun ®· ®•îc nghiªn cøu trong mÊy chôc n¨m qua lµ c«ng

nghÖ truyÒn thèng, chØ phôc håi ®•îc mét sè chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn cã

b«i tr¬n. C¸c chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt ë nhiÖt ®é cao trong

m«i tr•êng x©m thùc vµ ¨n mßn ch•a ®•îc nghiªn cøu phôc håi b»ng ph•¬ng ph¸p

nµy.

22

Tuy vËy, tiÒn ®Ò cho viÖc nghiªn cøu phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y nãi trªn ®· ®•îc

x¸c lËp. §ã lµ c¸c m¸y phun hiÖn ®¹i ®Ó tiÕn hµnh nghiªn cøu c«ng nghÖ phun ®· ®•îc

x©y l¾p t¹i Phßng thÝ nghiÖm Hµn - ViÖn nghiªn cøu C¬ khÝ ( Bé C«ng nghiÖp ).

1.5. C¸c líp phun chÞu nhiÖt ®é cao

C¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t thùc tÕ ( môc 1.1 vµ phô lôc 1 ) còng nh• c¸c tµi liÖu ®É

dÉn ( môc 1.2 ) cho thÊy tÇm quan träng cña c¸c líp phun trªn bÒ mÆt c¸c chi tiÕt lµm

viÖc trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt ( nhiÖt ®é cao, ¨n mßn vµ mµi mßn ). NhiÒu tµi

liÖu n•íc ngoµi ®· giíi thiÖu vÒ t¸c dông cña c¸c líp phun chÞu nhiÖt ( Thermal Barrier

Coatings - TBC ) vµ ph•¬ng ph¸p h×nh thµnh chóng [9], [10], [12]...

ChØ cÇn lÊy mét lo¹i m¸y tuabin khÝ t¶i träng n¨ng MS6001 lµm vÝ dô so s¸nh

còng dÔ thÊy xu thÕ ngµy cµng ph¸t triÓn m¹nh cña c¸c m¸y tuabin khÝ lµm viÖc ë nhiÖt

®é cao ( h×nh 1-4 vµ b¶ng 1- 2 ). NhiÖt ®é ch¸y cµng cao th× c«ng suÊt ra cña m¸y cµng

lín vµ hiÖu suÊt cña nã cµng cao. HiÖn nay hiÖu suÊt c«ng t¸c cña c¸c m¸y tuabin ®·

®¹t tíi 60% vµ dù b¸o trong t•¬ng lai gÇn sÏ tiÕp tôc xuÊt hiÖn nh÷ng m¸y tuabin khÝ

víi nhiÖt ®é ch¸y cao h¬n, ¸p suÊt c«ng t¸c lín h¬n vµ do ®ã c«ng suÊt ra cao h¬n [3].

§Ó ®¸p øng ®•îc c¸c yªu cÇu ngµy cµng cao cña c¸c m¸y tuabin khÝ lµm viÖc ë

nhiÖt ®é cao vµ t¶i träng nÆng ng•êi ta ®· nghiªn cøu s¶n xuÊt c¸c vËt liÖu míi - vËt

liÖu “siªu hîp kim” hay hîp kim “siªu cao” víi nh÷ng ®Æc tÝnh næi tréi: ®é bÒn chèng

gØ, chèng ¨n mßn, chèng nhiÖt. Tuy nhiªn, kh«ng thÓ cã ®•îc mét thø vËt liÖu “lý

t•ëng” nµo l¹i cã thÓ ®¸p øng ®•îc ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu cña c¸c m¸y tuabin khÝ hiÖn ®¹i

víi c«ng suÊt lín nh• hiÖn nay, vµ c¶ trong t•¬ng lai gÇn. H×nh 1- 4 chØ khuynh h•íng

t¨ng nhiÖt ®é cña m¸y tuabin khÝ vµ kh¶ n¨ng ®¸p øng cña hîp kim. Thµnh phÇn cña

c¸c hîp kim “siªu cao” ®•îc giíi thiÖu trong b¶ng 1-3. Kh¶ n¨ng chÞu ®•îc nhiÖt ®é

cao nhÊt cña vËt liÖu còng chØ ®¹t 1600^oF/870^oC cho dï ®•îc lµm m¸t b»ng mäi c¸ch.

V× vËy kh«ng thÓ thiÕu ®•îc c¸c líp phun phñ ®Ó b¶o vÖ chóng.

23

NhiÖt ®é, ⁰C

H×nh 1-4 : Khuynh h•íng nhiÖt ®é cao vµ kh¶ n¨ng ®¸p øng cña vËt liÖu: AC - lµm

l¹nh b»ng kh«ng khÝ b×nh th•êng; DS - lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ gia t¨ng; SC- lµm

l¹nh b»ng h¬i n•íc [14].

B¶ng 1-2: Xu h•íng ph¸t triÓn cña tuabin khÝ t¶i träng nÆng [2]

C«ng suÊt

dßng ra

10³lb/h

KiÓu

tuabin

N¨m

SX

NhiÖt ®é

ch¸y ^oF/^oC

C«ng suÊt Tèc ®é nhiÖt

ra KW

NhiÖt ®é

ra, ^oF/^oC

BTU/kwh

MS6431A

MS6441A

MS6521B

PG6531B

PG6541B

PG6551B

PG6561B

PG6571B

PG6581B

1978

1979

1981

1983

1987

1995

1997

2000

1850/1010

2020/1104

2077/1136

2084/1140

31,050

11,220

11,250

11,120

10,870

10,900

10,740

10,600

10,724

1,077

1,112

891/477

901/483

31,800

36,730

37,300

38,140

39,120

39,620

40,590

41,460

1,117 1017/547

1,115 1005/541

1,117

1,137 1003/539

1,145 989/532

999/537

1,160 1005/541

1,166 1016/546

B¶ng 1- 3 : Thµnh phÇn ho¸ häc (%) cña c¸c hîp kim nhiÖt ®é cao dïng cho ®Õ

c¸nh tuabin [12]

M¸c

Cr

Ni

Co

Fe

W

Mo

Ti

Al

Cb

C

B

Ta

U500

18,5 NÒn 18,5

-

4

3

-

0,07 0,006

0,07 0,02

-

U700

15

16

14

NÒn

17

5,3 3,35 4,2

IN738

GID111

NÒn 8,3

NÒn 9,5

0,2

-

2,6 1,75 3,4

3,8 1,5 4,9

3,4

3,0

0,9 0,10 0,001 1,75

0,10 0,01 2,8

-

24

Môc ®Ých ®Çu tiªn cña c¸c líp phun lµ b¶o vÖ c¸c chi tiÕt vµ kÕt cÊu trong m¸y

tuabin khÝ t¶i träng nÆng khái gØ, oxy ho¸ vµ sù gi¶m c¸c tÝnh chÊt c¬ häc. RÊt khã cã

thÓ ®¸p øng ®•îc c¶ hai yªu cÇu vÒ chèng gØ, chèng oxy ho¸ vµ duy tr× ®•îc ®é bÒn cao

nÕu chØ sö dông siªu hîp kim mµ kh«ng sö dông c¸c líp phñ.

V× vËy xu h•íng t¨ng nhiÖt ®é ch¸y ®ßi hái sù øng dông c¸c líp phñ b¶o vÖ. Vai

trß cña tÊt c¶ c¸c líp phun lµ cung cÊp cho bÒ mÆt vËt liÖu dù tr÷ c¸c nguyªn tè t¹o nªn

c¸c líp phun oxit dÝnh b¸m tèt ®Ó b¶o vÖ vËt liÖu nÒn khái bÞ oxy ho¸, gØ vµ sù gi¶m ®é

bÒn. C¸c líp phun ®Çu tiªn ¸p dông trong tuabin khÝ m¸y bay ®•îc sö dông tõ oxit

nh«m khuÕch t¸n (®Çu nh÷ng n¨m 1960). Nã ®•îc øng dông trong tuabin khÝ t¶i träng

m¸y, lµm t¨ng tèc hiÖn t•îng gØ nãng. L•îng chÊt t¹p cña dÇu vµ kh«ng khÝ cµng lín

th× thêi gian c«ng t¸c cña vËt liÖu tuabin cµng gi¶m [3] (h×nh 1 - 5). Ngoµi gØ nãng, khi

nhiÖt ®é ch¸y cña tuabin khÝ cµng cao, th× sù oxi ho¸ ë nhiÖt ®é cao cµng m¹nh.

GØ nãng lµ d¹ng tÊn

c«ng nhanh cã liªn quan tíi

c¸c chÊt t¹p kiÒm nh• natri

vµ kali ph¶n øng víi l•u

huúnh trong dÇu t¹o thµnh

c¸c sunfit láng. Sù cã mÆt

chØ vµi phÇn triÖu c¸c chÊt

t¹p nh• vËy trong dÇu hoÆc

% t¹p chÊt

trong kh«ng khÝ lµ ®ñ ®Ó

H×nh 1.5. ¶nh h•ëng cña chÊt t¹p

dÇu - kh«ng khÝ - n•íc ®èi víi ®é bÒn

chèng gØ cña chi tiÕt [2]

kim lo¹i kiÒm nh• Na vµ K

Cã hai d¹ng gØ c«ng nghiÖp: d¹ng I - gØ nãng nhiÖt ®é cao vµ d¹ng II - gØ nãng

nhiÖt ®é thÊp. GØ nãng nhiÖt ®é cao lµ d¹ng oxy ho¸ m·nh liÖt x¶y ra ë nhiÖt ®é 816

®Õn 927^oC khi cã mÆt cña sunphat natri (Na₂SO₄). Sunphat natri ph¸t sinh trong qu¸

tr×nh ch¸y bëi ph¶n øng gi÷a natri, l•u huúnh vµ oxy. L•u huúnh lµ chÊt t¹p tù nhiªn

trong dÇu.

GØ nãng nhiÖt ®é thÊp lµ mét c¬ chÕ riªng biÖt cña tÊn c«ng gØ. Sù tÊn c«ng ®ã

cã thÓ gia t¨ng khi cã ®iÒu kiÖn. Nã x¶y ra ë kho¶ng nhiÖt ®é 593  760^oC d•íi ¸p suÊt

25

sunphat natri vµ mét sè thµnh phÇn hîp kim nh• niken vµ coban.

Sù oxy ho¸ kim lo¹i xuÊt hiÖn khi c¸c nguyªn tö oxy kÕt hîp víi c¸c nguyªn tö

kim lo¹i t¹o thµnh c¸c mµng oxit. NhiÖt ®é cµng cao th× qu¸ tr×nh ®ã x¶y ra cµng nhanh

t¹o nªn tiÒm lùc ph¸ huû kÕt cÊu nÕu vËt liÖu nÒn bÞ tiªu hao qu¸ nhiÒu bëi c¸c oxit ®ã.

ë nh÷ng nhiÖt ®é cao h¬n 899^oC cã thÓ x¶y ra sù oxy ho¸ t•¬ng ®èi m¹nh trõ

khi cã vËt c¶n sù khuÕch t¸n cña oxy trªn mÆt kim lo¹i. Oxit nh«m sÏ h×nh thµnh trªn

bÒ mÆt siªu hîp kim ë nhiÖt ®é cao nÕu l•îng nh«m cña siªu hîp kim ®ã ®ñ lín. Tuy

nhiªn, nhiÒu siªu hîp kim ®é bÒn cao ®•îc sö dông hiÖn nay kh«ng thÓ t¹o ®•îc ®ñ c¸c

mµng b¶o vÖ bëi v× c¸c yªu cÇu vÒ thµnh phÇn ®Ó nhËn ®•îc c¸c tÝnh chÊt kh¸c, nh• ®é

bÒn cao vµ tÝnh æn ®Þnh vÒ luyÖn kim, kh«ng cho phÐp tèi •u ho¸ ®é bÒn chèng gØ vµ

oxy ho¸ cña c¸c siªu hîp kim.

Tãm l¹i, c¶ hai hiÖn t•îng gØ vµ oxy ho¸ ®Òu x¶y ra ë nhiÖt ®é cao vµ ®Æc biÖt

nghiªm träng khi m«i tr•êng c«ng t¸c cña chi tiÕt m¸y bÞ nhiÔm bÈn nh• tuabin khÝ.

§iÒu ®ã, mét lÇn n÷a, nãi lªn vai trß cùc kú quan träng cña c¸c líp phun nhiÖt ®é cao

(hay c¸c líp phñ bÒn nhiÖt - Thermal Barier Coatings - TBCs).

C¸c líp phun bÒn nhiÖt TBCs ®•îc ¸p dông cho c¸c chi tiÕt vµ kÕt cÊu ®Ó cung

bè kh«ng ®ång ®Òu cña nhiÖt ®é khÝ nãng. TBCs ®•îc cÊu thµnh tõ hai líp - líp trung

gian(líp d•íi) vµ líp phñ (líp trªn). Tuú thuéc vµo yªu cÇu vÒ chiÒu dµy b¶o vÖ cña

c¸c chi tiÕt m¸y c¸c líp phñ ®•îc chia thµnh hai lo¹i: lo¹i A víi chiÒu dµy líp trung

gian 0,3556mm + chiÒu dµy líp phñ 0,1016mm vµ lo¹i B - líp trung gian 0,508mm +

líp phñ 0,0508mm.

TBCs cã nh÷ng ®Æc tÝnh sau:

- ChiÒu dµy líp phun 0,379  0,633 mm

- C¸ch ly - xèp

- Phun Plasma trong kh«ng khÝ

- Hai líp: líp trung gianbét NiCrAlY vµ líp phñ ziriconi æn ®Þnh ho¸

b»ng ytri.

TÝnh •u viÖt cña TBCs:

26

- Gi¶m nhiÖt ®é kim lo¹i cña c¸c phÇn tö lµm l¹nh. Mçi 0,025 mm

chiÒu dµy líp phñ gi¶m ®•îc 4,3  7,0⁰C.

- Chèng oxy ho¸ cña m«i tr•êng vµ chèng nhiÖt ®é cao.

Tõ c¸c kh¶o s¸t trªn cã thÓ kÕt luËn:

* C¸c chi tiÕt vµ kÕt cÊu m¸y tuabin khÝ t¶i träng nÆng cÇn ®•îc phun phñ mét

líp b¶o vÖ chèng gØ, chèng oxy ho¸ vµ b¶o vÖ c¸c tÝnh chÊt c¬ häc.

* Líp b¶o vÖ chÞu nhiÖt ®é cao t¹o bëi Líp trung gianNiCrAl vµ líp phñ

ziricon æn ®Þnh ho¸ bëi ytri, hoÆc c¸c chÊt kh¸c cã ®Æc tÝnh chÞu nhiÖt cao.

27

Ch•¬ng 2 chän ph•¬ng ph¸p vµ ®èi t•îng nghiªn cøu

2.1. Chän ph•¬ng ph¸p phun ®Ó nghiªn cøu

Sù chän ph•¬ng ph¸p phun nhiÖt ®Ó nghiªn cøu ph¶i dùa trªn ba yÕu tè c¬ b¶n:

1- Nhu cÇu vµ tÝnh chÊt c«ng t¸c cña s¶n phÈm ( phôc håi ).

2- Kh¶ n¨ng cung øng thiÕt bÞ vµ vËt liÖu ®¶m b¶o cho c«ng viÖc nghiªn cøu vµ

øng dông cã kÕt qu¶.

3- Tr×nh ®é sö dông m¸y mãc vµ kh¶ n¨ng nghiªn cøu cña c¸c ®¬n vÞ thùc hiÖn

®Ò tµi.

2.1.1. Nhu cÇu vÒ tÝnh chÊt c«ng t¸c cña s¶n phÈm

Kh«ng ph¶i bÊt kú chi tiÕt m¸y nµo h• háng vµ mµi mßn còng cã thÓ phôc håi

®•îc, h¬n thÕ n÷a l¹i phôc håi b»ng ph•¬ng ph¸p phun. Do ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña

m×nh ( sÏ ®•îc tr×nh bµy ë ch•¬ng 3 ), ph•¬ng ph¸p phun nhiÖt cho phÐp nhËn ®•îc

líp kim lo¹i ®¾p ( líp phun ) cã c¸c tÝnh chÊt c¬ lý thÊp. Nh•ng bï vµo ®ã, líp phun-

tuú thuéc vµo vËt liÖu phun- cã nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt mµ c¸c líp ®¾p thùc hiÖn b»ng

c¸c ph•¬ng ph¸p kh¸c ( nh• m¹, hµn.v.v... ) kh«ng cã ®•îc do tÝnh phøc t¹p cña qu¸

tr×nh c«ng nghÖ.

C¸c chi tiÕt m¸y cã thÓ ®•îc phôc håi b»ng phun nhiÖt bao gåm:

a. C¸c chi tiÕt d¹ng trôc lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn béi tr¬n ( nh• trôc khuûu,

trôc cam.v.v... ) vµ kh«ng b«i tr¬n ( trôc m¸y b¬m thuû lîi, cæ trôc l¾p bi

.v.v... ).

b. C¸c chi tiÕt d¹ng lç lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu ¸p lùc nÐn ( lç l¾p bi ) vµ

c. C¸c chi tiÕt lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt ë nhiÖt ®é cao ( c¸nh tuabin

khÝ, èng vßi voi .v.v... ) vµ m«i tr•êng ¨n mßn ( c¸nh tuabin n•íc, ®Õ giµn

khoan .v.v... ).

Tµi liÖu ®· dÉn [1.4] cho thÊy hÇu hÕt c¸c chi tiÕt nhãm a vµ nhãm b ®· ®•îc

nghiªn cøu phôc håi cã kÕt qu¶, c¸c chi tiÕt nhãm c ch•a ®•îc ®Ò cËp ®Õn nhiÒu, ®Æc

biÖt lµ c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt ë nhiÖt ®é cao ( c¸nh tuabin

chi tiÕt nµy.

28

HiÖn nay, tæng c«ng suÊt tuabin khÝ ( TBK ) vµ chu tr×nh hçn hîp trong c¸c nhµ

m¸y nhiÖt ®iÖn t¹i ViÖt Nam lµ 1826 MW, bao gåm c¸c TBK lo¹i 701F2 ( MHI NhËt

B¶n ), GT13E2 ( Alsstoms- ABB- Thuþ Sü ), V94.2 ( Siemens, §øc), F5,F6 ( GE- Mü

). ¦íc tÝnh trong vßng mét vµi n¨m tíi, c«ng suÊt c¸c nhµ m¸y TBK vµ chu tr×nh hçn

hîp sÏ t¨ng gÊp hai lÇn. Trung b×nh mçi tæ m¸y TBK cã 300  585 c¸nh tuabin.

TÝnh ®Æc thï cña hÖ thèng TBK ( Gas- Tuabin ) lµ c¸c bé phËn chi tiÕt bªn trong

lµm viÖc trùc tiÕp víi khÝ nãng ë nhiÖt ®é cao vµ ¸p lùc lín. NhiÖt ®é ®Çu vµo cña TBK

( t¹i ViÖt Nam hiÖn nay ) cao nhÊt lµ hÖ thèng TBK701F2 ( 1373⁰), c¸c TBK kh¸c tõ

1100⁰ 1200⁰C. NhiÖt ®é ra khái tÇng c¸nh cuèi cïng cña c¸c TBK tõ 450⁰ 550⁰C.

Do ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt nh• vËy ( nhiÖt ®é m«i chÊt vµ ¸p lùc lµm

viÖc rÊt cao ) nªn bÒ mÆt c¸c chi tiÕt nh• buång ®èt, c¸c èng dÉn löa, c¸c lo¹i chÌn

nhiÖt vµ ®Æc biÖt lµ c¸c tÇng c¸nh TBK ®•îc phun mét líp vËt liÖu b¶o vÖ nhiÖt ( gèm

hoÆc c¸c kim lo¹i hîp kim chÞu nhiÖt ). C¸c líp phun nµy ph¶i ®¶m b¶o kh¶ n¨ng bÒn

nhiÖt rÊt cao ( hµng ngh×n ®é C ), kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn vµ b¸m dÝnh cao trong chu

kú vËn hµnh cña tæ m¸y.

MÆc dï ®•îc thiÕt kÕ b¶o vÖ nhiÖt cao nh•ng c¸c chi tiÕt phÇn nãng cña TBK

vÉn bÞ h• háng nÆng nÒ sau mét chu kú lµm viÖc ( tõ 24.000h  33.000h vËn hµnh

t•¬ng ®•¬ng EOH ). Sau kho¶ng thêi gian ®ã, c¸c chi tiÕt m¸y ®•îc th¸o ra, tiÕn hµnh

söa ch÷a phôc håi ®Ó tiÕp tôc sö dông cho mét chu kú vËn hµnh míi. C¸c c«ng ®o¹n

söa ch÷a phôc håi th•êng bao gåm c¸c b•íc sau:

®•îc ( ®èi víi chi tiÕt tuabin khÝ hiÖn nay vÉn ph¶i thuª n•íc ngoµi kiÓm tra ®¸nh

 Nhãm n»m trong diÖn phôc håi tiÕp tôc lÊy mÉu kiÓm tra kim t•¬ng b»ng m¸y c¾t

®iÖn cùc hoÆc lade, kÝnh hiÓn bi ®iÖn tö, b»ng thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ huû.

 Lµm s¹ch bÒ mÆt b»ng c«ng nghÖ phun c¾t kim lo¹i b¶o vÖ chèng han gØ vµ c«ng

nghÖ bèc h¬i dÇu mì.

 Hµn c¸c vÕt nøt tÕ vi b»ng c«ng nghÖ hµn ®Æc biÖt trong m«i tr•êng b¶o vÖ, hµn ¸p

lùc hoÆc hµn ®ång.

nghiÖm kh«ng ph¸ huû.

29

 Phun líp vËt liÖu chÞu nhiÖt b»ng c«ng nghÖ phun plasma ®èi víi c¸c chi tiÕt chÞu

nhiÖt ®é cao.

 KiÓm tra chÊt l•îng, bao gãi xuÊt x•ëng.

HiÖn nay, c¸c TBK cña c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ch¹y b»ng nhiªn liÖu dÇu DO,

khÝ gas vµ khi kh«ng ®ñ khÝ, mét sè TBK ( F6, V94.2 ) ®•îc vËn hµnh hçn hîp nhiªn

liÖu khÝ- DO. Trong thêi gian tíi, c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn dïng TBK sÏ ®•îc cÊp khÝ

thiªn nhiªn khai th¸c tõ c¸c vïng biÓn cña ViÖt Nam.

ViÖc sö dông dÇu DO lµm nhiªn liÖu ®èt th•êng cã nhiÖt ®é khÝ nãng cao h¬n

khÝ ®èt. Ngoµi ra, trong thµnh phÇn dÇu DO vÉn tån t¹i thµnh phÇn kim lo¹i vanadi vµ

l•u huúnh cao h¬n nhiÒu so víi khÝ ®èt, do ®ã t¸c ®éng ¨n mßn kim lo¹i ë nhiÖt ®é cao

nhanh h¬n. ChÝnh v× vËy, hiÖn nay c¸c chi tiÕt trong tæ hîp TBK rÊt nhanh bÞ bong trãc

®Æc biÖt lµ chi tiÕt c¸nh TBK.

thuËt ®èt cã ngän löa ng¾n, nhanh chãng chuyÓn tiÕp tõ buång ®èt tíi tÇng c¸nh sinh

c«ng thø nhÊt cña tuabin vµ t¨ng nhiÖt ®é khÝ ch¸y ®Çu vµo tuabin. C«ng nghÖ nµy

cµng ®ßi hái vËt liÖu c¸nh, c«ng nghÖ lµm m¸t vµ c«ng nghÖ vËt liÖu phun cao h¬n, nÕu

kh«ng tuæi thä chi tiÕt sÏ gi¶m vµ chi phÝ b¶o d•ìng, söa ch÷a cao h¬n.

VÊn ®Ò næi cém nhÊt ®èi víi TBK trong ngµnh ®iÖn hiÖn nay lµ chi phÝ b¶o

d•ìng rÊt cao. ViÖc cung cÊp phô tïng thay thÕ vµ viÖc phôc håi söa ch÷a c¸c chi tiÕt

quyÒn cña hä. Ng•êi sö dông hÇu nh• kh«ng thÓ kiÓm so¸t ®•îc gi¸ c¶ vµ chÊt l•îng

cña c¸c dÞch vô ®ã. HËu qu¶ lµ, cø mçi kú söa ch÷a cÊp ®¹i tu ph¶i chi phÝ hµng chôc tû

®ång cho mét cç m¸y tuabin khÝ ( ch•¬ng 1).

Trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t thùc tiÔn t¹i c¸c nhµ m¸y ®iÖn ®ang sö dông tæ hîp

thiÕt bÞ TBK, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· x¸c ®Þnh vµ thèng kª ®•îc c¸c d¹ng háng chñ

yÕu cña chi tiÕt c¸nh tuabin ( phô lôc 1).

Nh• vËy, nhu cÇu phôc håi c¸c chi tiÕt TBK lµ hÕt søc to lín vµ bøc xóc. ViÖc

phôc håi thµnh c«ng c¸c chi tiÕt nãi trªn cã ý nghÜa to lín vÒ khoa häc vµ kinh tÕ kü

thuËt, ®ång thêi gióp ng•êi tiªu dïng chñ ®éng trong viÖc khai th¸c m¸y mãc kh«ng

phô thuéc vµo c¸c nhµ m¸y cung cÊp thiÕt bÞ nh• hiÖn nay.

2.1.2. Kh¶ n¨ng cung øng thiÕt bÞ vµ vËt liÖu phun

C¸c sè liÖu ®· dÉn [1-4] cho thÊy trong kho¶ng 35 n¨m qua Nhµ n•íc ta ch•a

30

nhËp ®•îc mét thiÕt bÞ phun nµo cã ®ñ c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt cho viÖc nghiªn cøu øng

dông c«ng nghÖ phun phôc håi c¸c chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt

nh• ®· tr×nh bµy. Cã thÓ nãi, ®ã lµ mét ®iÒu ®¸ng tiÕc dÉn ®Õn t×nh tr¹ng bÞ ®éng nh•

hiÖn nay.

§iÒu kiÖn lµm viÖc cùc kú kh¾c nghiÖt cña TBK ®ßi hái c¸c chi tiÕt ph¶i cã ®Çy

®ñ c¸c tÝnh chÊt vÒ c¬- lý- ho¸ ( ®é bÒn, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt ®é cao, ®é bÒn chèng ¨n

mßn .v.v... ). C¸c nhµ khoa häc vµ s¶n xuÊt lu«n bøc xóc nghiªn cøu t×m tßi c¸c vËt liÖu

®¸p øng c¸c yªu cÇu ®ã. C¸c vËt liÖu “ siªu hîp kim ” ®· ®•îc ®•a vµo øng dông ®Ó s¶n

xuÊt c¸c chi tiÕt m¸y tuabin khÝ nh• c¸nh, ®Õ c¸nh, khíp nèi, hÖ thèng èng x¶ ( èng

chuyÓn tiÕp ) .v.v... Tuy nhiªn, kh«ng thÓ cã ®•îc mét vËt liÖu “ lý t•ëng ” nµo ®¸p øng

hiÖu suÊt c«ng t¸c cña TBK kh«ng cao.

§Ó c¶i thiÖn t×nh h×nh ®ã c¸c nhµ khoa häc ®· nghiªn cøu nh÷ng c«ng nghÖ míi

nh»m b¶o vÖ c¸c chi tiÕt TBK. Mét trong nh÷ng c«ng nghÖ ®ã lµ phun phñ mét líp hîp

kim ®Æc biÖt. Líp phun nµy kh«ng nh÷ng ph¶i cã ®é b¸m cao víi kim lo¹i nÒn, ®é chÆt

( ®é liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t ) lín, mµ cßn c¶ ®é bÒn nhiÖt cao ( lªn tíi 1000⁰C vµ cao h¬n

líp d•íi ) vµ vËt liÖu chÞu nhiÖt ( líp trªn ) ®•îc h×nh thµnh nhê c«ng nghÖ phun

plasma ( 1-5 ).

TÊt c¶ c¸c yªu cÇu nãi trªn vÒ thiÕt bÞ vµ vËt liÖu phun ®Òu ®•îc ®¸p øng bëi

®Çy ®ñ c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i vÒ hµn vµ phun, cïng c¸c vËt liÖu ®Æc biÖt míi ®•îc cung

øng ®¶m b¶o phôc håi hoµn chØnh c¸c chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh¾c

nghiÖt nh• c¸nh tuabin khÝ.

2.1.3. Tr×nh ®é c¸n bé nghiªn cøu

Trªn thùc tÕ, c¸n bé chuyªn ngµnh phun kh«ng cã nhiÒu. Mét sè c¸n bé cã tr×nh

®Ò cho sù hîp t¸c nghiªn cøu cã hiÖu qu¶ cña ®Ò tµi. Tuy nhiªn, lùc l•îng c¸n bé

nghiªn cøu chÝnh vÉn lµ ViÖn nghiªn cøu C¬ khÝ- Phßng gia c«ng ¸p lùc vµ phßng thÝ

cã tíi vµi chôc ng•êi tr×nh ®é TS vµ KS, ®· tõng tham gia nghiªn cøu nhiÒu n¨m.

nay vÒ c¸c chñng lo¹i thiÕt bÞ vµ vËt liÖu, cã thÓ chän ph•¬ng ph¸p phun nhiÖt hå

31