Trong công nghệ đúc nhôm áp lực cao, hiện tượng hàn dính khuôn (soldering effect) là vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng do sự hình thành các pha liên kim giòn giữa nhôm nóng chảy và bề mặt thép, làm mất khả năng chống ăn mòn của lòng khuôn. Chi tiết chốt tạo lỗ (core pin) phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt ở nhiệt độ 680°C, áp suất 78 MPa và tốc độ ép 50 m/s, dẫn đến tình trạng mài mòn nhanh và tuổi thọ thấp.

Hình ảnh chốt sau phủ của đề tài

Trước thực trạng này, TS. Nguyễn Văn Thành và các cộng sự tại Trung tâm Quang điện tử, thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến (thấm nitơ và mạ PVD) chế tạo chốt trong khuôn đúc áp lực cao hợp kim nhôm”. Mục tiêu của nghiên cứu là sử dụng kết hợp công nghệ thấm nitơ và phủ PVD (công nghệ bề mặt kép - duplex) để tạo ra lớp bảo vệ có độ cứng lớn, bền nhiệt và hệ số ma sát nhỏ, từ đó nâng cao tuổi thọ cho chốt tạo lỗ trong sản xuất công nghiệp.

Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc xác lập quy trình nhiệt luyện và xử lý bề mặt tối ưu cho thép SKD61. Nhóm tác giả đã lựa chọn chế độ tôi chân không ở 1030°C và ram hai lần ở 580°C để đạt độ cứng nền 46-48 HRC, giúp chi tiết chịu được va đập cao. Tiếp đó, quy trình thấm nitơ thể khí ở 520°C trong 3,5 giờ đã tạo ra lớp thấm dày 80-100 µm với độ cứng bề mặt đạt 1185 HV0,1. Đặc biệt, nghiên cứu đã chế tạo thành công lớp phủ đa lớp 10x(Cr-CrN) và 10x(Ti-TiN) bằng công nghệ phủ hồ quang catot thay thế cho các lớp phủ đơn lớp truyền thống. Kết quả cho thấy lớp phủ đa lớp này có độ bám dính đạt mức cao nhất (HF1), độ cứng bề mặt vượt 2000 HV0,05 và độ nhám thấp, giúp hệ số ma sát giảm xuống chỉ còn khoảng 0,2, đảm bảo tính khả thi khi áp dụng trên chi tiết thực tế.

Về mặt thực nghiệm, đề tài đã hoàn thiện quy trình gia công cơ khí nghiêm ngặt từ khâu gia công thô đến gia công tinh với độ nhám bề mặt Ra < 0,03µm. Kết quả khảo nghiệm đúc trong điều kiện thực tế tại Công ty CP Thành Công cho thấy chốt tạo lỗ má phanh chế tạo theo công nghệ xử lý bề mặt kép có tuổi thọ tăng gấp 2-3 lần so với loại chốt thấm nitơ thông thường. Đề tài không chỉ hoàn thành vượt mức số lượng với hơn 260 chốt tạo lỗ má phanh và 8 chốt cho sản phẩm van ga xuất khẩu sang Hoa Kỳ, mà còn mở rộng nghiên cứu thành công cho lớp phủ đa cấu tử TiAlN. Những thông số công nghệ về nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt và lưu lượng khí N2, Ar đã được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng lớp phủ đồng nhất và bền vững.

Kết luận từ nghiên cứu khẳng định việc kết hợp thấm nitơ và phủ PVD đa lớp là hướng đi hiệu quả để chế tạo các chi tiết chịu mài mòn nhiệt cao trong ngành đúc áp lực. Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam, một chi tiết chốt tạo lỗ được chế tạo thành công bằng công nghệ xử lý bề mặt kép và ứng dụng hiệu quả trong sản xuất thực tế. Kết quả này không chỉ giải quyết được bài toán về độ bền vật liệu mà còn giúp các đơn vị sản xuất giảm thiểu thời gian dừng máy, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Thành công của đề tài mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi công nghệ bề mặt kép cho nhiều loại chi tiết khuôn mẫu và phụ tùng máy móc làm việc trong môi trường khắc nghiệt.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22015/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)