Nghiên cứu chế tạo lớp phủ nanocomposite nền niken bền mài mòn, ăn mòn bằng công nghệ mạ xoa

Trong ngành cơ khí, chất lượng bề mặt của chi tiết máy với tính năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, chịu xâm thực… có ý nghĩa quan trọng vì nó quyết định tuổi thọ, độ tin cậy của chúng. Hiện luôn có xu thế nâng cao năng suất và chịu tải của thiết bị để tăng khả năng làm việc của các chi tiết trong điều kiện khắc nghiệt. Ngoài ra, nhu cầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều, trong khi giá thành chế tạo cao, vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã hư hỏng, mất giá trị sử dụng như không đủ kích thước, không đảm bảo độ bền, không đảm bảo liên kết lắp ghép... với ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. Để giải quyết vấn đề này, các nước công nghiệp trên thế giới đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các công nghệ bề mặt tiên tiến.

Tới thế kỷ 20, bề mặt vật liệu đã được xử lý bằng những công nghệ phủ hoá lý khác nhau. Vật liệu phủ có thể là kim loại nguyên chất, hợp kim nhiều thành phần (composite), polyme, gốm, silic, vật liệu quang, từ, điện với các phương pháp như phủ điện hóa, hoá học, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun plasma, phun nổ, phun siêu âm, PVD, CVD, cấy ion, mạ điện và phương pháp mạ xoa. Trong các nhà máy hóa chất, thiết bị làm việc trong điều kiện khắc nghiệt thường bị phá hủy nhanh chóng do chịu tác dụng của ăn mòn hóa học và mài mòn cơ học. Để khắc phục, các nhà máy đã và đang thực hiện các giải pháp thay thế các thiết bị có tuổi thọ cao hơn hoặc sửa chữa các thiết bị có giá trị lớn. Hướng giải quyết trên tuy đáp ứng được những yêu cầu làm việc của thiết bị nhưng cũng tồn tại những nhược điểm nhất định đó là các chi tiết thay thế có tuổi thọ cao thì giá thành cao; chi phí sửa chữa lớn, thời gian lắp đặt hiệu chỉnh lại thiết bị nhiều hơn; thời gian dừng sản xuất kéo dài. Nhờ vào sự phát triển của khoa học công nghệ, những giải pháp công nghệ mới hiệu quả hơn cho lớp phủ chống ăn mòn đối với các chi tiết máy làm việc trong môi trường hóa chất khắc nghiệt, người ta đã tạo ra các lớp phủ mạ xoa với ưu điểm có thể xử lý sửa chữa tại chỗ, giảm thời gian dừng sản xuất để sửa chữa thiết bị, giảm thời gian tháo lắp hiệu chỉnh hệ thống.

Phương pháp mạ xoa là một trong những công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thước, vừa tạo được chất lượng bề mặt đảm bảo về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn v.v... Hiện nay, ứng dụng phương pháp mạ xoa vào việc phục hồi bề mặt các chi tiết bị hư hỏng, tạo nên một lớp kim loại có độ bền cao trên bề mặt của chi tiết, bảo vệ bề mặt các chi tiết không bị xước, bị mòn, chống lại sự ăn mòn hoá học. Với công nghệ này, có thể đắp kim loại, mạ lại tại chỗ cho các chi tiết máy bị mài mòn. Phương pháp mạ xoa có thể sử dụng cho kim loại tiêu chuẩn và hợp kim như đồng, niken, crom… Công nghệ này có thể giúp phục hồi các chi tiết máy có hình dạng, kích thước khác nhau: dạng lỗ, trục, tấm phẳng…

Với kinh nghiệm và quá trình nghiên cứu lâu năm về các lớp phủ chống ăn mòn mài mòn, nhóm nghiên cứu, Viện nghiên cứu cơ khí, do ThS. Đỗ Thanh Tùng làm chủ nhiệm đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ nanocomposite nền niken bền mài mòn, ăn mòn bằng công nghệ mạ xoa”. Đề tài sẽ nghiên cứu để xây dựng quy trình công nghệ tạo lớp phủ mạ xoa nanocomposite Ni/nano-Al2O3 có khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn cao cho các chi tiết máy, thiết bị làm việc trong môi trường hóa chất. Đây là một giải pháp công nghệ mới vừa có tính khoa học công nghệ, vừa đem lại hiệu quả kinh tế cho ngành sản xuất công nghiệp.

Sau thời gian dài nghiên cứu, đề tài đã thành công trong việc chế tạo lớp phủ nanocomposite Ni/nano-Al2O3 bền mài mòn ăn mòn cho các chi tiết máy làm việc trong môi trường hóa chất. Nghiên cứu tạo lớp phủ nanocomposite nền niken lên bề mặt chi tiết chống mài mòn ăn mòn trong các môi trường hóa chất là đề xuất hoàn toàn mới ở Việt Nam.

Những kết quả mà đề tài đạt được đó là:

1. Làm chủ Phương pháp mạ xoa nanocomposite nền niken bền ăn mòn, mài mòn trong các môi trường hóa chất.

2. Làm chủ quy trình chế tạo lớp mạ nanocomposite nền niken để phục hồi các chi tiết làm việc trong điều kiện môi trường hóa chất: các loại bơm, van, trục cán, xylanh thủy lực.

3. Hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu đăng ký.

4. Thực hiện khảo nghiệm sản phẩm tại cơ sở sản xuất.

Như vậy, kết quả của đề tài sẽ góp phần nội địa hóa sản phẩm thay thế hàng nhập ngoại, đáp ứng tích cực vào nhu cầu sử dụng trong nước. Chế tạo thành công lớp phủ nanocomposite nền niken lên bề mặt chi tiết chống ăn mòn và mài mòn sẽ có ứng dụng rộng rãi và rất cần thiết trong các nhà máy hóa chất, nhà máy giấy, hoá dầu và các nhà máy công nghiệp hóa chất. Đề tài đã lựa chọn được hệ vật liệu phù hợp để chế tạo dung dịch mạ xoa và lớp phủ mạ xoa nanocomposite Ni/nano-Al2O3 có nhiều tính năng ưu việt trong chống ăn mòn và mài mòn. Bằng phương pháp nghiên cứu đi từ lý thuyết đến thực nghiệm và các phương pháp kiểm tra chất lượng đề tài đã tạo được lớp phủ mạ bảo vệ vào các chi tiết điển hình như các chi tiết đĩa mài mòn bơm a xít và xi lanh thủy lực. Kết quả khảo nghiệm tại cơ sở ứng dụng cho thấy lớp phủ có khả năng bảo vệ chống mòn tốt (nâng thời gian sử dụng thiết bị lên hơn so với sản phẩm cũ) đã được đơn vị ứng dụng đánh giá cao.

Qua quá trình thực hiện đề tài và những kết quả đạt được, đề tài đề nghị các cơ quan quản lý, các đơn vị chuyên môn, các nhà khoa học chuyên nghành tổ chức những hội thảo chuyên sâu về chống ăn mòn và phun phủ bảo vệ; có chương trình nghiên cứu cụ thể hóa kết quả của đề tài để ứng dụng và phục vụ tích cực cho sản xuất và cần xây dựng những trung tâm hay doanh nghiệp khoa học với trang bị kỹ thuật cần thiết có thể làm chủ công nghệ, chế tạo sản phẩm gắn kết giữa nghiên cứu khoa học để phục vụ sản xuất.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18351/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)