Nghiên cứu chế tạo hệ thống siêu âm kết hợp trên máy gia công tia lửa điện để chế tạo hạt nano-micro niken

Nghiên cứu chế tạo hệ thống siêu âm kết hợp trên máy gia công tia lửa điện để chế tạo hạt nano-micro niken

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới hiện nay đang diễn ra với tốc độ như vũ bão, mang lại những lợi ích to lớn cho con người trên tất cả các lĩnh vực về đời sống vật chất và tinh thần. Trong sự phát triển mạnh mẽ này đáng lưu ý là các thành tựu về kỹ thuật gia công chế tạo và ứng dụng vật liệu nano - micro. Vai trò quan trọng của công nghệ gia công chế tạo và ứng dụng vật liệu nano - micro trong chiến lược công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước có ý nghĩa hết sức quan trọng, tạo ra khả năng phát triển kinh tế với tốc độ cao, vững chắc và lâu dài.

Ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến, việc gia công chế tạo và ứng dụng vật liệu nano - micro đã được nghiên cứu rất nhiều. Đặc biệt là ứng dụng phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo các hạt nano - micro của các vật liệu kim loại có độ cứng cao. Phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo hạt nano-micro là phương pháp mới được tìm ra và chưa nghiên cứu nhiều. Phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp mới được đưa vào ứng dụng trong thời gần đây, nó rất được sự quan tâm của các nhà khoa học. Tuy nhiên, tại Việt Nam thì việc chế tạo các hạt nano - micro của các vật liệu kim loại có độ cứng cao còn hạn chế. Việc chế tạo bằng phương pháp gia công tia lửa chưa đáp ứng được là làm giảm được kính hạt, vì vậy việc tìm ra một phương pháp mới cần được nghiên cứu.

Trên thế giới, có nhiều nhóm tác giả đã nghiên cứu để tìm ra phương pháp gia công các hạt nano - micro cho các vật liệu kim loại có độ cúng cao. A. E. Berkowitz là một trong người những người đầu tiên sử dụng gia công tia lửa điện để sản xuất hạt nano-micro, ông đã tự thiết kế chế tạo ra hệ thống này trong phòng thí nghiệm. Trong một hộp chân không kín đổ đầy nitơ lỏng, các hạt vật liệu dạng thô được để trên lớp sang và nằm giữa hai điện cực, đồng thời hộp chứa này có sự dao động, dẫn đến các hạt vật liệu cũng rung động trong dung môi. Khi cho dòng điện đi qua hai điện cực, nhờ có khe hở giữa hai điện cực và khe hở giữa các hạt vật liệu với nhau sẽ tạo ra hiện tượng phóng điện giữa các khe hở này. Tại vùng này, nhiệt lượng là rất cao, làm các hạt kim loại nóng chảy và bay hơi, sau khi đi vào dung dịch nitơ lỏng sẽ ngưng tụ tạo thành các hạt nano-micro rơi xuống dưới đáy hộp. Ngoài ra, Vasudevamurthy cũng sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện để chế tạo các hạt thép không gỉ SUS 304, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến đường kính hạt. Ở trong nước, đã có một số nghiên cứu ứng dụng siêu âm để gia công hạt nano. Đỗ Quang Ngọc - Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN đã sử dụng phương pháp điện hóa kết hợp với sóng siêu âm để chế tạo các hạt nano. Các hạt nano CoP được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm tại nhiệt độ phòng. Cơ chế lắng đọng và thế điện hóa được xác định bằng phương pháp Vol-Ampe vòng. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu được phân tích bằng nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM). Ảnh hiển vi điện tử quét chỉ ra rằng các hạt nano tạo thành có đường kính trong khoảng 100-300 nm.

Xuất phát từ những lí do trên, nhóm thực hiện đề tài Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Bộ Giao thông Vận tải do TS. Nguyễn Tiến Dũng làm chủ nhiệm đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ thống siêu âm kết hợp trên máy gia công tia lửa điện để chế tạo hạt Nano - Micro niken”.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài bao gồm:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để tính toán, thiết kế hệ thống siêu âm kết hợp với máy gia công tia lửa điện, từ đó nghiên cứu quá trình hình thành hạt vật liệu nano-micro kim loại rỗng;

- Làm chủ thiết kế và chế tạo hệ thống siêu âm kết hợp với máy gia công tia lửa điện;

- Chế tạo thử nghiệm hạt nano-micro kim loại rỗng, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến độ phân bố đường kính hạt khi gia công bằng phương pháp này.

- Ứng dụng hạt Nano-micro niken nhằm tăng khả năng chống ăn mòn và mài mòn cho phần dẫn hướng xupap động cơ tàu thủy.

Kết quả đạt được của đề tài:

- Đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết để tính toán, thiết kế hệ thống siêu âm kết hợp với máy gia công tia lửa điện;

- Đã chế tạo hệ thống siêu âm kết hợp với máy gia công tia lửa điện;

- Đã chế tạo thử nghiệm hạt nano-micro kim loại (đặc và rỗng);

- Đã nghiên cứu quá trình hình thành hạt vật liệu nano-micro kim loại rỗng;

- Đã phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến độ phân bố đường kính hạt Niken;

- Đã ứng dụng hạt Nano-micro niken phục hồi cho phần dẫn hướng xupap động cơ tàu thủy.

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ là nghiên cứu gia công chế tạo hạt Crôm với kích thước nano - mcro; nghiên cứu gia công chế tạo hạt hợp kim Niken - Crôm với kích thước nano - mcro; ứng dụng hạt Nano-micro niken - Cr ôm phục hồi cho một số chi tiết trong động cơ tàu thủy.