Công nghệ phun phủ bảo vệ kim loại và ứng dụng tại Việt nam

Phun phủ kim loại đã được một kỹ sư người Thụy Sỹ tên là Max Ulrich Schoop phát minh ra từ những năm đầu của thế kỷ 20. Nguyên lý của phương pháp công nghệ này là dùng nguồn nhiệt (hồ quang, khí cháy, plasma) làm nóng chảy kim loại. Sau đó, kim loại lỏng được dòng không khí nén thổi mạnh làm phân tán thành các hạt sương mù rất nhỏ, bắn lên bề mặt vật đã được chuẩn bị sẵn (làm sạch, tạo nhám) tạo ra một lớp kim loại phủ có độ dày theo yêu cầu, trong đó các hạt kim loại đè lên nhau theo từng lớp. Lúc đầu, phun phủ kim loại chỉ dùng cho mục đích trang trí, đến chiến tranh thế giới lần thứ hai, công nghệ này bắt đầu được sử dụng với quy mô rộng. Công nghệ phun phủ kim loại dần dần được sử dụng ở hầu khắp các nước châu Âu và càng ngày càng tỏ ra có nhiều tính ưu việt. Lịch sử phát triển của công nghệ phun phủ được sơ đồ hóa trong hình 1.1.

Càng ngày công nghệ xử lý bề mặt càng được quan tâm do nó có ý nghĩa quan trọng và quyết định nhiều đến tính chất của vật liệu. Một trong những giải pháp đó là tạo ra một lớp bề mặt có khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc như: chịu mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt...
Có thể kể đến các phương pháp xử lý bề mặt như sau:
+ Nhiệt luyện.
+ Hoá Nhiệt luyện.
+ Tạo các lớp phủ lên bề mặt: mạ, nhúng, công nghệ CVD, PVD, phun phủ…
Trong đó, phương pháp phun phủ ngày càng được phát triển và mở rộng về quy mô, cải thiện về chất lượng, thể hiện tính ưu việt so với các phương pháp tạo lớp phủ khác. Nó đã trở thành một lĩnh vực chuyên môn riêng, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ, người ta đã nghiên cứu chế tạo và đưa vào ứng dụng nhiều loại đầu phun khác nhau phục vụ cho các phương pháp phun phủ: đầu phun dùng nhiên liệu khí cháy (dây, bột), đầu phun hồ quang điện (loại hai dây, ba dây…), đầu phun plasma (dây, bột), đầu phun bằng dòng cao tần, đầu phun bằng kích nổ.... Đặc biệt đã có những cải tiến đáng kể trong năng suất phun như phát triển các thiết bị và dây chuyền phun tự động với độ ổn định và chất lượng ngày càng cao. Về công nghệ cũng đã giải quyết thành công các chế độ công nghệ phun cho các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao (vật liệu gốm, các loại cacbid, các loại oxit kim loại...). Phun phủ có thể phủ được các kim loại nguyên chất, các hợp kim lên bề mặt kim loại, hợp kim hay bề mặt vật khác như gỗ, vải, giấy, sứ…. Bằng phun phủ người ta có thể 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. Đối với các chi tiết làm việc trong môi trường chịu mài mòn, tuỳ theo điều kiện làm việc cụ thể người ta 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 (sửa chữa các khuyết tật của vật đúc, sửa chữa các chi tiết bị mòn như trục khuỷu, xy lanh, chốt…).
Sự phát triển của phun phủ lên bề mặt ngày nay đã mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác nhau áp dụng: khí động học, hạt nhân, trong cơ khí để tạo lớp phủ chịu mài mòn, chống ăn mòn, tạo các lớp phủ trong ngành điện, lớp cách nhiệt.... Đặc biệt, trong những năm qua công nghệ phun phủ plasma đạt được sự tiến bộ vượt bậc nhờ ứng dụng những thành tựu về đo lường các dòng hạt bằng laser. Phương pháp này có thể phun các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao như vonfram, môlípđen, crôm…. Phương pháp này rất có ý nghĩa trong việc phủ các lớp trong ngành kỹ thuật tên lửa, ngành kỹ thuật điện (phủ vật liệu không dẫn điện) và trong gia công các chi tiết chịu nhiệt độ cao.
Phạm vi ứng dụng của phương pháp phun phủ có thể được phân loại như sau:
+ Phun phủ phục hồi.
+ Công nghệ gia công mới.
+ Phun các lớp phủ đặc biệt có giá thành vật liệu cao: chịu mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt…
+ Phun các lớp phủ (lớp phủ dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, lớp phủ từ tính…) lên các chi tiết mà vật liệu cơ bản không có các đặc tính này.
+ Sửa chữa khuyết tật của vật đúc.
+ Sửa chữa các khuyết tật xuất hiện khi gia công cơ.
+ Tạo lớp trang trí.
Trong đó, mục đích phun phủ phục hồi các chi tiết máy bị mài mòn và bảo vệ chống ăn mòn các kết cấu thép là được ứng dụng nhiều hơn cả.
Bên cạnh những ưu điểm thì phương pháp phun phủ vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục:
+ Mối liên kết giữa lớp phủ và nền còn thấp.
+ Tổn thất vật liệu phun nhiều.
+ Ảnh hưởng đến sức bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi của chi tiết).
+ Bề mặt phun luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo độ nhấp nhô.
+ Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao, điều kiện làm việc nặng nhọc, độc hại.
Nếu dựa theo nguồn nhiệt sử dụng để phun thì phun phủ được chia làm 2 công nghệ chính như sau:
+ Nguồn điện: hồ quang điện, plasma.
+ Nguồn hóa: ngọn lửa khí cháy, HVOF...
Nếu chia theo loại vật liệu phun thì có hai loại: vật liệu phun dạng dây, vật liệu phun dạng bột. Ngoài kim loại còn có thể phun các vật liệu phi kim loại (gốm, carbid…).
Hiện nay, phun phủ đang được phát triển mạnh ở các nước tiên tiến như: Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Thụy Điển… với các dây chuyền công suất cao, có thể lên tới khoảng một tấn vật liệu phun trong một ngày. Tại các nước có công nghệ khoa học phát triển đều thành lập các viện, trung tâm hay hiệp hội để nghiên cứu và ứng dụng công nghệ phun phủ: Hiệp hội phun phủ nhiệt Nhật Bản - JTSS, Hiệp hội phun phủ nhiệt Mỹ - ATSS, viện Công nghệ Bombay (Ấn Độ), viện Khoa học vật liệu quốc gia Tsukuba, Ibaraki (Nhật Bản)... hàng năm đều có các cuộc hội thảo báo cáo quốc tế về lĩnh vực này. Các hiệp hội đều có các tạp chí riêng và xây dựng tiêu chuẩn cho lĩnh vực này.

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 không thể thiếu. Phun phủ là một phương pháp bắt đầu được nhiều ngành và các công ty ở Việt Nam quan tâm đến.

Công nghệ, thiết bị phun phủ cũng được nhập khẩu vào Việt nam từ các nhà sản xuất hàng đầu thế giới. Eutectic Castolin là một tên tuổi trong lĩnh vực sản xuất thiết bị và vật liệu hàn đặc biệt cho các ứng dụng hàn sửa chữa, phục hồi và phun phủ kim loại. Thông qua công ty Ngọc Linh là đại diện phân phối tại Việt nam, nhiều công nghệ và sản phẩm của Eutectic Castolin, trong đó có thiết bị và vật liệu phun phủ đã được các doanh nghiệp trong nước đầu tư và ứng dụng rất hiệu quả.

Nguồn Ngoclinh.net.vn