Phun phủ nhiệt (thermal spraying) là công nghệ đưa các vật liệu rắn (dạng bột, dạng thanh, dạng dây hay dạng lõi thuốc) vào dòng vật chất có năng lượng cao (dòng khí cháy hoặc dòng plasma) để làm chảy một phần hay toàn bộ vật liệu. Vật liệu này sau đó được phân tán thành các hạt dưới dạng sương mù, tăng tốc và đẩy đến bề mặt chi tiết cần phủ đã được chuẩn bị trước. Với đặc điểm hình thành như vậy, lớp phủ sẽ có cấu trúc dạng lớp, trong đó, các phần tử vật liệu bị biến dạng và xếp chồng lên nhau.

 

Cấu trúc đặc trưng của lớp phun phủ nhiệt

Công nghệ phun phủ nhiệt có các ưu điểm là tiết kiệm nguyên vật liệu quý, tạo các lớp vật liệu phủ có độ dày theo ý muốn, thích hợp cho việc chế tạo mới cũng như phục hồi chi tiết cũ. Ngoài ra, công nghệ này cũng có thể được ứng dụng để xử lý tại chỗ, cục bộ đối với các kết cấu lớn hoặc các chi tiết phức tạp. Trong phun phủ nhiệt, nhiệt độ bề mặt chi tiết khi phủ có thể giữ ở mức trên dưới 100^oC nên ta có thể phủ các loại vật liệu khác lên bề mặt các vật liệu dễ cháy như gỗ, vải, giấy, polymer,… Công nghệ này đặc biệt thích hợp cho việc xử lý các chi tiết dễ bị biến dạng do nhiệt.

Tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, các nghiên cứu - ứng dụng về phun phủ nhiệt được bắt đầu thực hiện từ năm 1995, tập trung vào 3 hướng chính về các lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường khí quyển, môi trường nước; các lớp phủ chức năng và các lớp phủ chịu mài mòn.

Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường khí quyển, môi trường nước

Vật liệu phủ bảo vệ được chia làm hai nhóm, nhóm các lớp phủ có tác dụng như vật liệu anốt hy sinh tan dần để bảo vệ nền thép (Zn, Al, Mg và các hợp kim của chúng) và nhóm các lớp phủ có tác dụng như lớp màng barrier ngăn cản sự thâm nhập của các tác nhân ăn mòn tới bề mặt thép (thép không gỉ, hợp kim Ti, Mo, Pb, Sn…). Trong nhiều trường hợp, các lớp phun phủ nhiệt (kim loại hoặc gốm), sử dụng độc lập hoặc kết hợp với lớp phủ sơn, đã được chú ý nghiên cứu ứng dụng do có giá thành thấp và khả năng bảo vệ đa dạng. Tiêu biểu ở đây là một số công trình nghiên cứu - ứng dụng - chuyển giao có thể kể đến như: hệ các lớp phủ “kẽm - sơn” bảo vệ chống ăn mòn trong nước biển với độ bền hơn 6 năm đối với cửa van thủy lợi Trà Linh II - Thái Bình, hệ các lớp phủ “thiếc - sơn” bảo vệ chống ăn mòn các cửa van thủy lợi vận hành trong vùng nước chua mặn tại vùng đồng bằng sông Cửu Long, lớp phủ kẽm bảo vệ chống ăn mòn khí quyển với độ bền 5 năm đối với các hiện vật trưng bày ngoài trời tại Bảo tàng Lịch sử Quân sự Việt Nam,…

Phun kẽm bảo vệ chống ăn mòn khí quyển cho hiện vật trưng bày ngoài trời tại Bảo tàng Lịch sử Quân sự Việt Nam

Nhu cầu về vật liệu trong thực tế rất đa dạng với các đặc tính như chịu nhiệt, bền hóa chất, bền mài mòn, dẫn điện, khả năng chống nhiễu điện từ, trang trí,… Trong nhiều trường hợp, vật liệu phải làm việc dưới tác động đồng thời của nhiều yếu tố như môi trường hóa chất kết hợp với các tác nhân cơ học gây mòn, ăn mòn nhiệt độ cao. Thông thường, tương tác giữa môi trường và vật liệu chủ yếu xảy ra ở lớp bề mặt, do đó giải pháp đưa ra để xử lý các chi tiết máy chưa thể sản xuất trong nước là tạo các lớp phủ chức năng lên bề mặt các vật liệu nền là gang, thép thông dụng. Một số vật liệu phủ chức năng thường dùng là các loại hợp kim NiCr, NiAl, FeCrB, thép không gỉ SUS 316L, Cu và hợp kim Cu. Công nghệ này đã được đưa vào ứng dụng thành công tại nhiều doanh nghiệp như Công ty dầu khí Đại Hùng - Tổng công ty thăm dò khai thác dầu khí, Công ty Honda Việt Nam, Công ty CP tôn mạ màu Việt Pháp, Nhà máy luyện đồng Lào Cai,…                                                                  

Phun phủ thép không gỉ SUS 316L cho cánh turbin thủy điện ROFS-690M-2 tại NM thủy điện Nà Lơi –Điện Biên

Lớp phủ chịu mài mòn

Đây là một dạng đặc biệt trong nhóm các lớp phủ chức năng do chúng thường hay gặp nhất trong thực tế như các chi tiết máy khai thác trong các điều kiện mài mòn khô, mài mòn có bôi trơn, mài mòn dưới tải trọng lớn, mài mòn trượt tốc độ cao,… Tùy theo điều kiện làm việc của chi tiết mà chúng ta có thể sử dụng các vật liệu như thép cacbon cao, thép hợp kim Cr, hợp kim FeCrB hay hợp kim NiCr để phục hồi kích thước bị mài mòn. Trong thực tế, công nghệ này đã được áp dụng thành công cho các ngành công nghiệp xi măng (Hải Phòng, Bút Sơn, La Hiên, Tuyên Quang, Yên Bình, Cường Thịnh …), năng lượng (nhiệt điện Cao Ngạn, Na Dương, thủy điện Nà Lơi), cơ khí, chế tạo ô tô, xe máy ...

Phun phủ phục hồi gối đỡ vòng bi của cánh quạt gió dài 12 mét cho Nhà máy xi măng Hải Phòng 2

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các thiết bị khoa học kỹ thuật thì việc nâng cao chất lượng cũng như kéo dài tuổi thọ của các chi tiết vật liệu là không thể thiếu. Phun phủ nhiệt là công nghệ đang được nhiều ngành và các đơn vị sản xuất tại Việt Nam quan tâm và áp dụng. Với những kết quả đã thu được, nhóm nghiên cứu phun phủ nhiệt tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã và đang thực hiện tốt phương châm: “Tập trung vào các nghiên cứu có khả năng ứng dụng nhanh, phục vụ các yêu cầu cấp bách trong sản xuất công nghiệp của đất nước.”

Nguồn: www.vasc.at.vn