- 1 -
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Kể từ khi đất nước chuyển sang kinh tế thị trường, sản xuất công
nghiệp cũng như các công trình xây dựng khác của chúng ta đã ghi
nhận có một tốc độ phát triển nhanh. Trên quan điểm vì sự phát triển
bền vững kinh tế của đất nước, chúng ta cần phải sử dụng những
nguyên vật liệu nhập khẩu và nguyên vật liệu trong nước sản xuất cho
phù hợp và thích ứng với các yêu cầu riêng của mình. Bên cạnh đó cần
tìm các giải pháp công nghệ xử lý bề mặt để nâng cao tính năng sử
dụng của vật liệu. Có rất nhiều biện pháp công nghệ. Một trong những
biện pháp hữu hiệu đó là sử dụng công nghệ phun phủ kim loại nhằm
để các chi tiết chịu nhiệt cao và chống ăn mòn, mài mòn, phục hồi các
chi tiết máy bị mòn. Trong ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ số ma
sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó làm
chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt. Còn trong các ứng dụng có ma sát
trượt, lớp phủ có xu hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép
quá trình di chuyển tương đối ít bị hạn chế hơn.
Khởi đầu từ năm 1985, nghiên cứu về lớp phủ cứng trong phòng thí
nghiệm bắt đầu được các hãng sản xuất dụng cụ cắt chú ý. Vào đầu
những năm 90 các kết quả được triển khai sang các hãng sản xuất thiết
bị tạo lớp phủ trong chân không là môi trường lý tưởng để thực hiện
các phản ứng và liên kết của lớp phủ mà không bị lẫn tạp chất.
- 2 -
Các nước công nghiệp như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển, Nga, cho
rằng công nghệ tạo lớp phủ cứng là một trong những công nghệ ưu tiên
và hiệu quả kinh tế cao cho nên đầu tư lớn vào công nghệ này.
Châu á các nước như Úc, Đài loan, Trung Quốc triển khai công nghệ
phủ cứng rất mạnh mẽ.
Trong thời gian gần đây, lớp phủ cứng đã được quan tâm nghiên cứu ở
một số cơ sở nghiên cứu trong nước như: Đại học Bách khoa Hà Nội,

- Vật liệu gia công: Thép CT45
- Công nghệ phun phủ PVD – TiN tại Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội.
- Máy: máy phay 525, 528 tại Công ty thiết bị công nghiệp Tùng Linh
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm.
- 4 -
- Phân tích và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế
phát triển trong nước và ngoài nước khi dụng cụ cắt dùng phương pháp
hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt.
- Ý nghĩa thực tiễn: Ngày nay các dụng cụ cắt sau khi được hóa
nhiệt luyện, phun phủ bề mặt đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới. Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa trong thực tiễn trong các nhà
máy có các dụng cụ cắt như mũi khoan, dao doa, dao phay
- Nâng cao chất lượng các loại bánh răng côn xoắn sử dụng
trong ô tô, máy kéo, máy công cụ
- 5 -
Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG
DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI
1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour
Deposition) - Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour
Deposition)
Sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới cho khả năng cắt với vận tốc cắt
tới vài trăm m/phút cũng không làm mất đi vị trí quan trọng của thép
gió trong cắt kim loại vì thép gió có tính ưu việt: Khả năng dễ gia công,
tạo hình được các dụng cụ có hình dáng phức tạp, độ dai va đập cao
(Khoảng 2,5 lần so với hợp kim cứng), độ cứng nóng đáp ứng được các
chế độ công nghệ trung bình và thấp, giá thành thấp.

0
C ÷ 500
0
C. Với nhiệt độ
của quá trình như thế phủ PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió. Do
nhiệt độ thấp các nguyên tử khí và kim loại khi bay hơi phải được ion
hoá và kéo về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế âm đặt vào đó. Quá
trình bắn phá bề mặt phủ bằng các ion của khí trơ được thực hiện trước
khi phủ để làm tăng độ dính kết của vật liệu phủ với nền.
Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN, TiCN, TiAlN và
CrN. Ứng suất dư trong lớp phủ là ứng suất dư nén. Chiều dày lớp phủ
thường bị hạn chế dưới 5µm để tránh sự tạo nên ứng suất dư có cường
độ cao trong lớp phủ.
1.1.2. Khái niệm phủ CVD
Phủ bay hơi hoá học CVD dùng để phủ lên bề mặt làm việc của dụng
cụ các lớp mỏng ceramics như: TiC, TiN, TiCN, Al2O3 và kim cương
nhân tạo với chiều dày 5 µm ÷ 10 µm. Chi tiết phủ được đặt và nung
- 7 -
nóng trong buồng kín chứa khí H2 (dưới áp suất khí quyển hoặc nhỏ
hơn). Các hợp chất bay hơi được đưa vào buồng này để tạo ra các thành
phần của lớp phủ thông qua các phản ứng hoá học. Nhiệt độ của quá
trình từ 800
o
C ÷ 1050
o
C và chu kỳ nung nóng diễn ra vài giờ.
1.1.3. Tại sao phải sử dụng phủ PVD hoặc CVD
Chưa quan tâm tới các ứng dụng cụ thể, lý do chính để sử dụng PVD
hoặc CVD hết sức đơn giản, đó là bài toán kinh tế: Làm giảm chi phí
trên mỗi sản phẩm.

lần so với khi không phủ. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dụng
cụ thể còn cho thấy tuổi thọ có thế tăng gấp 10 lần.
1.1.6. Phương pháp phủ nào tốt hơn, PVD hay CVD
Có nhiều vấn đề khác nhau cần phải tính toán khi trả lời câu hỏi này
như ứng dụng, vật liệu nền và dung sai dụng cụ. Đơn giản là khi dung
sai và vật liệu cho phép, CVD sẽ có ưu thế hơn trong nhiều ứng dụng,
đặc biệt là trong các ứng dụng tạo hình biến dạng kim loại có ứng suất
cao. Các quá trình phủ CVD tạo ra các liên kết kiểu khuếch tán giữa
lớp phủ và nền, liên kết này lớn hơn nhiều so với liên kết được tạo ra
trong PVD. Quá trình phủ CVD được thực hiện ở nhiệt độ cao, khoảng
800
o
C đến 1050
o
C.
Đặc điểm này có thể làm hạn chế cho việc phủ CVD trong một số
trường hợp.
Quá trình phủ PVD thực hiện được trên một diện rộng hơn, với nhiều
nền và ứng dụng khác nhau. Đó là vì được thực hiện ở nhiệt độ thấp
hơn (400
o
C ÷ 500
o
C) với độ dày trung bình 2 ÷ 5 µm.
Với đặc tính này thì rất lý tưởng cho việc phủ PVD cho các dụng cụ cắt
thép gió (HSS), hợp kim cứng cũng như các chi tiết đòi hỏi dung sai
chặt chẽ như các chi tiết khuôn mẫu Hơn nữa, nhiệt độ quá trình thấp
- 9 -
nghĩa là sai lệch về điểm “0” sẽ được tiến hành trên hầu hết các vật
liệu, miễn là nhiệt độ rút ra chính xác vẫn được duy trì.

0
C ÷ 500
0
C.
Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới 5µm.
Phương pháp phủ hóa học CVD thực hiện ở nhiệt độ 800
0
C ÷
1050
0
C.Với chiều dày từ 5 µm ÷ 10µm.
So sánh phủ lý hoc PVD và phủ lý học CVD.
Giới thiệu một số vật liệu phủ và tính chất của các vật liệu phủ.
- 11 -
Chương 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN
PHỦ BỀ MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CÔN
XOẮN
2.1. Mòn dụng cụ cắt
2.1.1. Khái niệm chung về mòn
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt và sự tách vật liệu từ một hoặc cả
hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với
nhau. Eyre và Davis định nghĩa mòn liên quan đến sự hao hụt về khối
lượng hoặc thể tích, dẫn đến sự thay đổi vượt quá giới hạn cho phép về
hình dạng hoặc topography của bề mặt. Nói chung mòn xảy ra do sự
tương tác của các nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tương
đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng
suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất
nhỏ hoặc không một chút vật liệu nào tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra
từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài
rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác,

2.1.2.1. Mòn do dính
2.1.2.2. Mòn do hạt mài
2.1.2.3. Mòn do khuếch tán
- 13 -
2.1.2.4. Mòn do ôxy hoá
2.1.3. Mòn dụng cụ và cách xác định
- Mòn theo mặt sau
- Mòn theo mặt trước
- Mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau
- Mòn tù lưỡi cắt
2.1.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề
mặt gia công
Khi bị mòn, dạng và thông số hình học phần cắt của dụng cụ bị thay đổi
dẫn đến các hiện tượng vật lý sinh ra trong quá trình cắt thay đổi (như
nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt gia công.
2.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt
2.2.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt
Tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm việc liên tục của dụng cụ giữa
hai lần mài sắc, hay nói cách khác tuổi bền của dụng cụ là thời gian làm
việc liên tục của dụng cụ cho đến khi bị mòn đến độ mòn giới hạn. Tuổi
bền là nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến năng suất và tính kinh tế
trong gia công cắt. Tuổi bền của dụng cụ phụ thuộc vào chính yêu cầu
kỹ thuật của chi tiết gia công.
2.3. Cải thiện dụng cụ cắt bánh răng côn xoắn bằng lớp phủ bề mặt
Bằng cách tạo lớp phủ cứng lên bề mặt dụng cụ làm cho dụng cụ cắt ít
mòn hơn, ma sát thấp hơn và kéo dài tuổi thọ. Các ưu điểm này của
dụng cụ có phủ là do nhiệt cắt và lực cắt thấp nên ma sát giảm đi đồng
thời giảm khả năng dính vào phôi cho nên vật liệu từ bề mặt dụng cụ
chuyển lên ít hơn, đồng thời độ cứng bề mặt tăng làm giảm mòn cào
xước. Khuếch tán giảm do tạo nên rào chắn và ổn định tính chất hóa

- Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn.
- Tăng độ bền mỏi.
- Tăng khả năng chống ăn mòn trong các môi trường không khí, hơi,
nước
- Trang trí nghệ thuật cho sản phẩm.
Độ cứng của lớp thấm Nitơ thường cao hơn độ cứng của lớp thấm
cacbon và có thể giữ đến nhiệt độ 400
0
C ÷ 500
0
C, trong khi ấy độ cứng
cao của lớp thấm cacbon chỉ giữ được đến 200
0
C ÷ 225
0
C .
Thấm nitơ dùng cho các bánh răng, xilanh của động cơ lớn, khuôn dập
và dụng cụ cắt gọt.
3.1.2. Lý thuyết về Nitơ hoá, tổ chức và tính chất của lớp thấm Nitơ
3.1.3. Thép dùng để thấm nitơ
3.1.4. Công nghệ thấm nitơ
Khi thấm Nitơ, thời gian thấm thường rất dài và chiều dày lớp thấm
lại rất mỏng do quá trình thấm được tiến hành ở nhiệt độ thấp (500
0
C÷
650
0
C), hệ số khuếch tán nhỏ. Tốc độ thấm Nitơ chậm hơn thấm
cacbon tới 10 lần. Ví dụ muốn được lớp thấm dày 0,25 – 0,3 mm cần
24 giờ; lớp thấm dày 0,4 mm cần 48 giờ khi thấm ở nhiệt độ 500

Hình 3.8. Hình ảnh lò thấm Nitơ thể khí
Hình 3.9. Hình ảnh lò thấm Nitơ thể lỏng
- 19 -
Hình 3.13. Lò thấm Nitơ plasma của tại viện nghiên cứu cơ khí Hà nội
3.1.7.2 Mẫu thí nghiệm
Chọn thép chế tạo dao phay bánh răng côn xoắn để tiến hành làm thí
nghiệm đó là:
- Với thép thấm Nitơ plasma: Thép P18 thấm ở 500
0
÷ 530
0
C
- Thời gian thấm: 24h
- Chiều dày lớp thấm từ 0,06 ÷ 0,07 mm
Hình 3.16. Thấm 8 lưỡi dao phay bánh răng côn xoắn
3.1.7.3. Kết quả thực nghiệm:
- 20 -
3.1.7.3.1. Quy trình công nghệ thấm Nitơ plasma
a) Chi tiết và vật liệu
b) Chương trình điều khiển quá trình công nghệ thấm Nitơ
3.1.7.3.2. Kết quả thấm Nitơ plasma trên mẫu
3.2 Phủ PVD – TiN
- 21 -
3.2.1. Thiết bị phủ PVD – TiN
Hình 3.17. Hình ảnh lò phủ PVD - TiN
3.2.2. Qui trình công nghệ chế tạo lớp phủ TiN trên dụng cụ
- 22 -
* Làm sạch chi tiết trước khi tạo lớp phủ:
• Quá trình làm sạch trong buồng chân không
• Quá trình tạo lớp phủ

1. Số răng bánh chủ động và bánh bị động: Z
1
=Z
2
= 32.
2. Mô đun pháp tuyến trung bình m
ms
= 2,75.
3. Kiểu răng: Cung tròn ( Hệ Gleason ) dạng 2
4. Bề rộng vành răng là b = 25mm
5. Góc ăn khớp α=20
0
6. Góc xoắn trung bình βs = 35
4.3. Chọn đầu dao
4.4. Chọn máy
4.5. Tiến hành thí nghiệm
Cắt bánh răng hết lượt thứ nhất
với chiều sâu cắt : t = 1,5 mm,
V = 105m/ph
Cắt lượt 2:Cắt bánh răng hết lượt
thứ hai với chiều sâu cắt: t = 1,5
mm; V = 105m/ph