Tạo “lớp giáp” cho dụng cụ cơ khí

Năm 2009, các kỹ sư ở Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công thương) đã triển khai đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý bề mặt nâng cao chất lượng chi tiết cơ khí bằng phương pháp phun phủ plasma” trên cơ sở phát triển công nghệ phun phủ đã được ứng dụng ở các nước công nghiệp phát triển.

Mục đích của phun phủ là bảo vệ chống gỉ ở các môi trường khí quyển, môi trường nước biển, tạo các lớp phủ có khả năng làm việc trong các điều kiện kỹ thuật đặc biệt như: nhiệt độ cao, chịu ma sát, sửa chữa các khiếm khuyết của vật đúc hoặc các khiếm khuyết xuất hiện khi gia công cơ khí, tạo các lớp bảo vệ và trang trí cho các công trình mỹ thuật.

Theo đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm phun phủ Plasma trên một số thiết bị cơ khí như trục chính máy khoan, doa CNC, một số chi tiết máy, trục roto động cơ, cánh bơm và lá van. Kết quả cho thấy, các chi tiết được phun phủ plasma đã  được phục hồi đáng kể, thiết bị sau quá trình sử dụng, các thông số kỹ thuật đảm bảo tiêu chuẩn, có thể tái sử dụng lâu dài.

TS. Hoàng Văn Châu, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ hàn và xử lí bề mặt – Viện nghiên cứu cơ khí (Bộ Công thương) cho biết, phun phủ có thể phủ được các kim loại nguyên chất, các hợp kim lên bề mặt kim loại, bề mặt một số vật liệu khác như gỗ, bê tông, thạch cao…. đồng thời tạo ra lớp chịu nhiệt, lớp dẫn điện trên vật liệu không dẫn điện; tạo ra lớp chống ăn mòn cho các kết cấu thép (cầu, cảng, ống dẫn, tầu thuyền…) làm việc trong môi trường oxi hóa hay môi trường ăn mòn điện hoá; phủ các lớp kim loại màu (kim loại quý hiếm) lên trên bề mặt của những kim loại khác nhằm mục đích tiết kiệm kim loại quý và tăng giá trị thẩm mỹ trong trang trí.

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, đối với các chi tiết làm việc trong môi trường chịu mài mòn, tuỳ theo điều kiện làm việc cụ thể có thể phủ lên bề mặt các lớp có khả năng chống mài mòn như thép không gỉ, đồng thau, nhôm, hợp kim của niken… với các chiều dày theo yêu cầu. Phun phủ rất thích hợp và tỏ ra ưu việt trong việc sửa chữa và phục hồi các chi tiết. Vật liệu phun phủ và các chế độ phun cũng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm và đặc tính của từng thiết bị.

ThS. Lục Vân Thương – Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công thương) cho biết thêm, hiện nay, nguyên vật liệu phục vụ cho quá trình phun phủ plasma rất phổ biến. Vì vậy, việc áp dụng phương pháp phun plasma không còn gặp khó khăn về nguyên vật liệu, mà vần đề cần giải quyết là thiết lập được quy trình công nghệ phù hợp với từng đối tượng cụ thể nhằm mang lại giá trị sử dụng cao nhất.

Giảm gánh nặng nhập khẩu thiết bị

Trong những năm qua, tại Việt Nam, thiết bị của công nghệ phun Plasma đã được chuyển giao tại hai đơn vị là Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt – Viện Nghiên cứu Cơ khí và Viện Công nghệ quân đội. Một số sản phẩm phun phủ đã được sử dụng rộng rãi song việc nghiên cứu các biện pháp nâng cao chất lượng lớp phủ chưa được chú trọng đúng mức.

Một số ngành công nghiệp trọng điểm như hàng không, vũ trụ, công nghiệp đóng tàu, điện lực,… có sử dụng các thiết bị và chi tiết cơ khí với tần suất làm việc cao, môi trường làm việc chịu sự tác động rất lớn của các yếu tố ôxi hóa, ăn mòn và biến dạng vì tác động nhiệt học, cơ học. Các thiết bị làm việc trong môi trường này phải được đảm bảo về độ bền cũng như các quy trình bảo dưỡng nghiêm ngặt. Giá thành nhập mới và chi phí bảo trì khắc phục hỏng hóc thường rất cao. Hàng năm nhà nước phải tốn nhiều ngoại tệ để nhập khẩu các thị bị phụ tùng thay thế và nhiều chi phí để thuê chuyên gia các nước phun phủ phục hồi các chi tiết và kết cấu bị hư hỏng dưới dạng ăn mòn và mài mòn.

Việc ứng dụng công nghệ phun phủ Plasma trong quá trình hồi phục các thiết bị cơ khí, đặc biệt là các thiết bị cơ khí chính xác sẽ góp phần giải quyết bài toán kinh tế này. Cụ thể, khi áp dụng phương pháp này, chi phí có thể giảm từ 50% - 60% so với mua thiết bị mới mà hiệu quả vẫn đạt từ 80% - 90%.

Cũng theo ThS. Thương, đối với các trục máy nghiền, bi, của các nhà máy xi măng và các thiết bị cơ khí hạng nặng khác, nếu thay thế thiết bị mới sẽ phải tháo lắp, di dời, tác động trực tiếp đến thời gian hoạt động của toàn dây chuyền, hiệu quả kinh tế sẽ bị ảnh hưởng. Tiếp đó là phần chi phí cho di chuyển, sửa chữa các thiết bị này thường khá cồng kềnh, khó di chuyển, tuy nhiên, thiết bị phun phủ khá đơn giản và gọn nhẹ, có thể di chuyển dễ dàng và nhanh chóng, giảm chi phí cho các đơn vị có nhu cầu chuyển giao công nghệ.

Với việc ứng dụng phương pháp phun phủ Plasma sẽ rút ngắn thời gian khắc phục sửa chữa, có thể tiến hành sửa chữa ngay tại công trình, chi phí khắc phục rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị ngoại nhập mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Trong những năm gần đây, song song với việc phát triển khoa học công nghệ và các ngành kỹ thuật, công nghiệp thì việc đòi hỏi nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ của các kết cấu chi tiết là yêu cầu bức thiết. Việc nghiên cứu và đưa vào ứng dụng công nghệ phun phủ Plasma đã hoàn thiện một bước trong nghiên cứu khoa học công nghệ về cơ khí chế tạo tại Việt Nam.