Kỹ thuật phun nhiệt là quá trình phun phủ mà các vật liệu rắn (dạng bột, thanh, dây hay lõi) được đưa vào dòng vật liệu năng lượng cao để làm tan chảy một phần hay toàn bộ các vật liệu. Sau đó, các vật liệu này được phân tán thành các hạt kim loại dưới dạng sương, tăng tốc và phun lên bề mặt đã được chuẩn bị trước. Vì đặc điểm hình thành này, lớp phủ thu được có cấu trúc nhiều lớp, trong đó các thành phần vật chất bị biến dạng, chồng chéo lên nhau.
Công nghệ phun nhiệt có một số ưu điểm như giúp tiết kiệm vật liệu quý, tạo ra các lớp vật liệu có độ dày như mong muốn, thích hợp để sản xuất các bộ phận mới hay phục hồi những bộ phận cũ. Hơn nữa, công nghệ này cũng có thể được dùng xử lý tại chỗ cho các chi tiết lớn hay phức tạp.
Trong phun nhiệt, nhiệt độ bề mặt phun có thể được giữ ở khoảng 100°C, do đó, chúng ta có thể phun các vật liệu khác lên bề mặt các vật liệu dễ cháy như gỗ, vải, giấy, polymer... Công nghệ phun nhiệt đặc biệt thích hợp dùng cho các vật dễ bị biến dạng do nhiệt.
Tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, các nghiên cứu và ứng dụng của phun nhiệt đã được thực hiện từ năm 1995, tập trung vào ba đối tượng chính: lớp phủ chống ăn mòn trong môi trường khí quyển và nước; lớp phủ chức năng và lớp phủ bảo vệ chịu mài mòn.
Lớp phủ chống ăn mòn trong môi trường khí quyển và nước
Các vật liệu phủ bảo vệ được chia thành hai nhóm, nhóm các vật liệu hoạt động như một anốt hy sinh để bảo vệ thép (Zn, Al, Mg và các hợp kim của chúng) và nhóm các vật liệu đóng vai trò như một rào cản ngăn chặn sự thâm nhập của các tác nhân ăn mòn lên bề mặt thép (thép không gỉ, hợp kim Ti, Mo, Pb, Sn,...). Trong nhiều trường hợp, lớp phủ nhiệt kim loại, sử dụng độc lập hay kết hợp với lớp phủ sơn, đã được chú ý trong các nghiên cứu và ứng dụng do giá thành thấp và khả năng bảo vệ đa dạng.
Một số nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao tiêu biểu là hệ thống lớp phủ “kẽm - sơn”có độ bền hơn 6 năm bảo vệ chống ăn mòn trong nước biển ở các van thuỷ lợi Trà Linh II - tỉnh Thái Bình, hệ thống lớp phủ “thiếc – sơn” bảo vệ chống ăn mòn của các van hoạt động trong vùng nước chua lợ, và lớp phủ kẽm độ bền 5 năm bảo vệ chống ăn mòn khí quyển của các vật trưng bày ngoài trời tại Bảo tàng Lịch sử Quân sự Việt Nam.
Ứng dụng của lớp phủ kẽm bảo vệ chống ăn mòn khí quyển cho
hiện vật trưng bày ngoài trời tại Bảo tàng Lịch sử Quân sự Việt Nam
Lớp phủ chức năng
Trong thực tế, có nhiều nhu cầu khác nhau về vật liệu với các đặc tính như chịu nhiệt, chịu hóa chất, chịu mài mòn, dẫn điện, chống nhiễu điện từ, trang trí, ... Trong nhiều trường hợp, vật liệu phải làm việc dưới ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố như hóa chất, phân tử lơ lửng và nhiệt độ cao dẫn đến mòn ăn mòn ở nhiệt độ cao. Sự tương tác giữa môi trường và vật liệu thường diễn ra ở lớp bề mặt, do đó, để xử lý các bộ phận máy móc không được sản xuất nội địa, giải pháp là tạo ra các lớp phủ chức năng trên bề mặt các vật liệp thép và gang thông thường. Một số lớp phủ chức năng phổ biến là hợp kim NiCr, Nial, FeCrB, thép không gỉ SUS 316L, hợp kim Cu và Cu. Công nghệ này đã được áp dụng thành công trong nhiều công trình ở các công ty khác nhau như công ty TNHH Điều hành Thăm dò Khai thác Dầu khí Đại Hùng - Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí, công ty Honda Việt Nam, công ty cổ phần tôn mạ màu Việt - Pháp, nhà máy luyện đồng Lào Cai,...
Phục hồi cánh turbin ROFS-690M-2 tại Nhà máy thủy điện Nà Lơi – tỉnh Điện Biên
Lớp phủ chịu mài mòn
Lớp phủ chịu mài mòn là một loại đặc biệt trong nhóm các lớp phủ chức năng. Dựa trên các điều kiện làm việc của chi tiết, chúng ta có thể sử dụng các vật liệu như thép carbon cao, thép hợp kim Cr, hợp kim FeCrB hoặc hợp kim NiCr để phục hồi lại kích thước ban đầu của chi tiết.
Trong thực tế, công nghệ này đã được áp dụng thành công vào các lĩnh vực công nghiệp khác nhau như sản xuất xi măng (Hải Phòng, Bút Sơn, La Hiên, Tuyên Quang, Yên Bình, Cường Thịnh,...), sản xuất năng lượng (nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn và Na Dương, nhà máy thủy điện Nà Lơi), cơ khí, sản xuất ô tô, xe máy...
Phục hồi các bộ phận bị mòn của cánh quạt gió (Công ty Xi măng Hải Phòng)
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các thiết bị khoa học kỹ thuật, việc nâng cao chất lượng và kéo dài tuổi thọ cho các chi tiết máy móc là rất cần thiết. Công nghệ phun nhiệt đang được quan tâm và áp dụng trong nhiều ngành và tại các công ty ở Việt Nam.
Trần Hồng Điệp
Theo www.vast.ac.vn