Hiện nay, ở nước ta, các nghiên cứu về ma sát trượt khô và mòn của vật liệu còn rất hạn chế. Đây cũng là hệ lụy từ việc thiếu cơ sở vật chất, máy móc nghiên cứu trong lĩnh vực này. Trong lĩnh vực sản xuất linh kiện, chi tiết máy ở nước ta, hầu hết các thử nghiệm cơ - lý tính của vật liệu chế tạo đầu vào còn chưa được bài bản, rõ ràng. Các thông số về hệ số ma sát của cặp ma sát và mòn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của chi tiết máy thường bị bỏ qua. Điều này là một trong những nguyên nhân dẫn tới lý do vì sao các chi tiết máy chế tạo trong nước theo đúng quy trình công nghệ của nước ngoài nhưng kém bền hơn hay không đáp ứng hết các yêu cầu về kỹ thuật so với sản phẩm cùng loại sản xuất tại nước ngoài.

Ma sát và mòn là hiện tượng xảy ra khi có sự trượt tương đối của các bề mặt vật liệu lên nhau. Hai hiện tượng này thường xuất hiện song song trong kỹ thuật nói chung và lĩnh vực chế tạo máy nói riêng. Các nghiên cứu về hiện tượng mòn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc đánh giá tuổi thọ của chi tiết máy. Hầu hết các nghiên cứu này được thực hiện trong điều kiện áp suất khí quyển. Tuy nhiên cũng có một số nghiên cứu về ma sát khô và mòn được thực hiện trong môi trường chân không. Qua các kết quả này ta thấy môi trường chân không có ảnh hưởng nhất định đến hệ số ma sát và mòn của cùng một cặp vật liệu. Ngoài ra hệ số ma sát của các cặp vật liệu còn phụ thuộc vào nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc.

Để nghiên cứu, xác định hệ số ma sát trượt và lượng mòn của vật liệu có ba phương pháp cơ bản thường được sử dụng trên thế giới là: pin - on - ring (chốt trên vòng); pin - on - disk (chốt trên đĩa); pin - on - plate (chốt trên tấm phẳng). Trong đó, phương pháp pin - on - disk (chốt trên đĩa) được sử dụng phổ biến nhất vì nó tạo ra sự mòn đều trên đầu chốt và linh hoạt hơn hai phương pháp còn lại về các mục tiêu cần nghiên cứu.

Khi thực hiện thử nghiệm mòn của vật liệu gia công chi tiết máy các nhà nghiên cứu còn sử dụng phương pháp thử nghiệm gia tốc (thử nghiệm tăng tốc). Ưu điểm của phương pháp thử nghiệm này là rút ngắn thời gian. Tuy nhiên việc nội suy để đưa ra kết quả ở điều kiện làm việc thông thường khá phức tạp và thường có sai số cao.

Cùng với sự phát triển của thử nghiệm mòn (wear testing) là sự phát triển các thiết bị trong lĩnh vực này. Các thiết bị đo hệ số ma sát khô và mòn của vật liệu với độ chính xác cao, đa năng, thực hiện được nhiều nội dung đo kiểm của các hẵng máy nổi tiếng của Mỹ CETR hay SYSTAL của Nga... Tuy nhiên, giá thành của các thiết bị này tương đối cao khi nhập khẩu về Việt Nam. Do đó, việc mua sắm, trang bị các thiết bị này cho các trường đại học kỹ thuật, viện nghiên cứu về kỹ thuật cơ khí, vật liệu hay các doanh nghiệp vừa và nhỏ nhằm khép kín quy trình sản xuất là tương đối khó. Theo khảo sát của nhóm tác giả hiện tại trong các khối trường kỹ thuật chỉ có Học viện kỹ thuật quân sự được trang bị thiết bị đo mòn của hãng CETR - Mỹ tương đối hiện đại.

Trong các vấn đề chung liên quan đến độ tin, tuổi thọ của máy thì vấn đề ma sát, mòn đóng vai trò quan trọng nhất. Nó quyết định đến trên 90% độ tin cậy và tuổi thọ của máy và thiết bị. Ma sát và mòn có liên quan hữu cơ với nhau, không thể giải quyết riêng biệt từng vấn đề, không thể chống mòn mà không quan tấm đến ma sát.

Tuy nhiên, hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật ma sát và mòn của vật liệu ở nước ta còn khá hạn chế, chủ yếu là các nghiên cứu lý thuyết vì còn thiếu các trang thiết bị thí nghiệm hiện đại tương ứng. Vì vậy, TS. Nguyễn Văn Thắng cùng các đồng nghiệp hiện đang công tác tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã đề xuất đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ mòn và hệ số ma sát của vật liệu bằng phương pháp Pin - on - Disk (Chốt trên đĩa)” là nhiệm vụ khoa học cấp Bộ Công thương năm 2017.

Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã đạt được một số kết quả như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết ma sát, mòn và các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát, mòn của các cặp ma sát kim loại. Tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: tải đặt và vận tốc trượt tương đối đến hệ số ma sát và cường độ mòn của vật liệu trong các kết cấu ma sát.

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công 01 bộ thiết bị đo hệ số ma sát và mòn bằng phương pháp Pin on disk.

- Nghiên cứu, soạn thảo thành công 01 bộ quy trình xác định hệ số ma sát và mòn trên cơ sở thiết bị chế tạo.

- Từ kết quả nghiên cứu ta thấy hệ số ma sát và cường độ mòn ổn định khi tải đặt và vận tốc trượt trong phạm vi cho phép. Khi tải đặt và vận tốc trượt vượt quá giá trị tới hạn cho phép thì hệ số ma sát và cường độ mòn tăng cao do xảy ra hiện tượng bong, tróc gây nên hư hỏng vật liệu.

- Hệ số ma sát của cặp ma sát thép C45 - hợp kim đồng LCuZn30 nhỏ hơn thép C45 - thép C45. Trong khi đó cường độ mòn của thép C45 - hợp kim đồng LCuZn30 lớn hơn cường độ mòn của thép C45 - thép C45. Do vậy tuỳ vào các kết cấu ma sát trong thiết kế, vận tốc trượt, tải đặt để ta chọn vật liệu phù hợp.

- Kiểm nghiệm kết quả đo trên thiết bị chế tạo với lý thuyết là hoàn toàn phù hợp. Khi xác định hệ số ma sát và mòn của cùng một cặp ma sát trong cùng một điều kiện trên thiết bị chế tạo và trên thiết bị UMT nhập ngoại của hãng CERT - Mỹ, sai lệch của kết quả đo trên hai thiết bị này nằm trong ngưỡng cho phép.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15102/2017) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

P.K.L (NASATI)