I. Giới thiệu về màng phủ nitrua
Màng phủ nitrua đã trở thành một trong những giải pháp quan trọng trong việc cải thiện tính chất bề mặt của các vật liệu, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo. Màng phủ nitrua có khả năng chống mài mòn và ăn mòn, giúp tăng tuổi thọ cho các dụng cụ cắt gọt. Hợp kim cứng WC-Co là một trong những vật liệu phổ biến được sử dụng trong sản xuất dụng cụ cắt, nhờ vào độ cứng và khả năng chịu nhiệt cao. Việc chế tạo màng phủ nitrua trên nền hợp kim này bằng phương pháp phún xạ magnetron đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc nâng cao hiệu suất làm việc của các dụng cụ. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc chế tạo mà còn đánh giá các tính chất cơ học của màng phủ, từ đó đưa ra những ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp.
1.1. Tình hình nghiên cứu màng phủ nitrua
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng màng phủ nitrua có thể cải thiện đáng kể tính chất bề mặt của các vật liệu. Các loại màng như TiN, TiAlN, và CrN đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về màng phủ nitrua vẫn còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào các loại màng đơn nguyên tố. Việc phát triển màng phủ đa nguyên tố như TiAlXN (X: Si, B, V) và TiAlXN/CrN là cần thiết để mở rộng khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các phương pháp chế tạo và đặc trưng tính chất của màng phủ nitrua trên nền hợp kim cứng WC-Co.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để chế tạo và đánh giá màng phủ nitrua. Các mẫu được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron, một kỹ thuật nổi bật trong việc tạo ra các màng phủ có độ bám dính tốt và mật độ cao. Quá trình chế tạo bao gồm việc chuẩn bị bề mặt mẫu, chế tạo bia phún xạ đa nguyên tố và lắng đọng màng phủ. Các thông số như công suất phún xạ, áp suất phún xạ và khoảng cách giữa bia và đế được tối ưu hóa để đạt được độ cứng cao nhất cho màng phủ. Đặc trưng tính chất của màng phủ được xác định thông qua các thiết bị hiện đại như nano-indenter, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi nguyên tử lực (AFM). Việc nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quá trình hình thành màng phủ mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các loại màng phủ cứng trong tương lai.
2.1. Chế tạo bia phún xạ
Chế tạo bia phún xạ là bước quan trọng trong quá trình sản xuất màng phủ nitrua. Bia phún xạ được chế tạo từ các hợp kim đa nguyên tố, giúp tạo ra các màng phủ có tính chất vượt trội. Việc sử dụng công nghệ luyện kim bột tiên tiến để chế tạo bia phún xạ không chỉ đảm bảo chất lượng mà còn tăng cường khả năng bám dính của màng phủ lên bề mặt mẫu. Các thí nghiệm cho thấy rằng, bia phún xạ đa nguyên tố có thể tạo ra các màng phủ với độ cứng và độ bền bám dính cao hơn so với bia đơn nguyên tố. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hơn cho các loại màng phủ trong công nghiệp chế tạo.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng màng phủ nitrua chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron có độ cứng và độ bền bám dính cao. Các thông số như công suất phún xạ và áp suất phún xạ có ảnh hưởng lớn đến tính chất của màng phủ. Cụ thể, khi tăng công suất phún xạ, độ cứng của màng phủ cũng tăng lên, tuy nhiên, cần phải kiểm soát áp suất phún xạ để tránh hiện tượng nứt vỡ. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng lưu lượng khí N2 trong quá trình chế tạo có tác động mạnh đến cấu trúc và thành phần hóa học của màng phủ. Việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ giúp cải thiện tính chất màng phủ mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như chế tạo dụng cụ cắt gọt và các chi tiết máy.
3.1. Đánh giá tính chất cơ học
Tính chất cơ học của màng phủ nitrua được đánh giá thông qua các phương pháp đo độ cứng, độ bền bám dính và hệ số ma sát. Kết quả cho thấy rằng màng phủ TiAlXN (X: Si, B, V) có độ cứng cao hơn so với các loại màng đơn nguyên tố truyền thống. Đặc biệt, màng phủ nitrua đa lớp TiAlXN/CrN cho thấy tính năng vượt trội trong việc chống mài mòn và ăn mòn. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp các thành phần khác nhau trong chế tạo màng phủ có thể tạo ra những sản phẩm có tính năng tốt hơn, đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong công nghiệp hiện đại.
IV. Kết luận
Nghiên cứu chế tạo màng phủ nitrua trên nền hợp kim cứng WC-Co bằng phương pháp phún xạ magnetron đã đạt được những kết quả khả quan. Các màng phủ chế tạo được không chỉ có độ cứng cao mà còn có độ bền bám dính tốt, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo. Việc tối ưu hóa các thông số chế tạo là rất cần thiết để nâng cao chất lượng của màng phủ. Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào lĩnh vực chế tạo màng phủ mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.
4.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo
Để tiếp tục phát triển lĩnh vực chế tạo màng phủ nitrua, cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường trong quá trình chế tạo. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng thực tiễn của màng phủ trong các lĩnh vực khác nhau cũng cần được chú trọng. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các loại màng phủ mới với tính năng vượt trội hơn, từ đó đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp chế tạo.
