Nghiên cứu chế tạo hệ lớp phủ có chứa crôm cacbid trên nền gang bằng công nghệ phun phủ nhiệt để nâng cao độ bền mài mòn khi làm việc trong các môi trường khắc nghiệt

Trên thế giới công nghệ phun phủ nhiệt với nhiều phương pháp phun khác nhau như phun ngọn lửa khí cháy, phun oxy-nhiên liệu tốc độ cao (HVOF), phum plasma… đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công nhiều hệ lớp phủ khác nhau. Trong đó, hệ lớp phủ có chứa crom cacbit đã được thực hiện trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, điện, hóa chất… bởi các tích chất đặc biệt của crom cacbit.

Hình ảnh của bột crom cacbit

Xuất phát từ nhu cầu thực tế nhằm mục đích để kéo dài thời gian làm việc và hiệu suất sử dụng của các loại chi tiết máy chế tạo bằng gang, qua đó, góp phần giảm chi phí thay thế chi tiết, tăng hiệu suất sử dụng, giảm chi phí vận hành,… nhóm nghiên cứu đến từ Viện Nghiên cứu cơ khí, Bộ Công thương, do KS. Đỗ Quang Chiến làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ lớp phủ có chứa crôm cacbid trên nền gang bằng công nghệ phun phủ nhiệt để nâng cao độ bền mài mòn khi làm việc trong các môi trường khắc nghiệt”.

Nhóm tác giả đã sử dụng các kết quả tính toán từ phương pháp thực nghiệm Taguchi để nghiên cứu đánh giá nhằm tìm ra được bộ thông số chế độ phun plasma tối ưu để chế tạo được lớp phủ có chất lượng tốt nhất. Cụ thể như sau:

- Độ bám dính bề mặt đạt 130.95 MPa

- Độ cứng của lớp phủ đạt 937.5 HV (68 HRC)

- Chiều dầy lớp phủ 0.92 ÷ 1 mm.

- Độ xốp của lớp phủ 3.09 %

- Độ bền mài mòn so với gang hợp kim thường dùng >2.5 lần

- Khả năng chịu nhiệt >500 độ C

Sau khi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, hệ lớp phủ crom cacbit đã được nhóm tác giả ứng dụng phục hồi một số sản phẩm nền gang và đưa vào sử dụng trong các nhà máy sản xuất ở Việt Nam.

Quy trình phun plasma tạo lớp phủ Cr3C2-NiCr trên nền gang

Từ những kết quả nghiên cứu đạt được, nhóm tác giả đã đưa ra một số kiến nghị như sau:

- Vì thời gian thực hiện theo dõi sản phẩm là tương đối ngắn nên việc đánh giá mức độ hao mòn, khả năng bảo vệ nền gang còn hạn chế.

- Nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng để hoàn thành hết các nội dung nghiên cứu nhưng vẫn còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu sâu sắc vì sản phẩm lớp phủ của đề tài là một loại vật liệu có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực trong công nghiệp đặc biệt là vật liệu chịu mòn thay thế và bảo vệ vật liệu kim loại thông thường trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

- Về lớp phủ crom cacbit cần phải được nghiên cứu sâu và kỹ hơn để có được chế độ công nghệ tối ưu tạo ra lớp phủ có chất lượng tốt nhất áp dụng vào sản phẩm, nhằm kéo dài tuổi thọ cho các chi tiết nền gang làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt.

- Trong quá trình thực hiện đề tài thấy rằng: việc chế tạo lớp phủ crom cacbit còn hạn chế nhiều vì:

* Thiết bị phun plasma còn hạn chế (cũ, vật tư tiêu hao nhập ngoại, chưa được tiếp cận các chế độ công nghệ phun plasma mới)

* Phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập ngoại nên hiệu quả về kinh tế còn thấp, cần có hướng nghiên cứu sản xuất vật liệu trong nước thay thế vật liệu nhập ngoại để giảm giá thành sản xuất

* Khả năng tiếp cận các sản phẩm cần có lớp phủ bảo vệ chống mòn và chịu nhiệt độ cao như crom cacbit thấp

- Xuất phát từ đề tài này, lớp phủ crom cacbit có thể nghiên cứu việc áp dụng phủ lên nhiều loại chi tiết khác nhau như: Vòng đệm khí tuabin, Vách ngăn giảm chấn turbin, Hỗ trợ vòi phun bên trong tuabin, Đế van xả khí, Thanh chống tuabin, Lô cán nóng, Công cụ rèn, Các chi tiết bị hao mòn trong môi trường nhiệt độ cao…

Bạn đọc có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17162/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.T.H (NASATI)