I. Nghiên cứu thấm Nitơ Plasma
Quá trình thấm Nitơ-Plasma là một phương pháp tiên tiến nhằm cải thiện tính chất bề mặt của vật liệu SCM415. Quá trình này diễn ra thông qua việc phân tách phân tử N2 thành ion N+ và hấp thụ chúng vào bề mặt thép. Kết quả là hình thành lớp Nitride có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt. Theo nghiên cứu, thời gian thấm có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của lớp thấm. Việc tối ưu hóa thời gian thấm giúp đạt được độ dày lớp Nitride từ 5±2μm, đảm bảo độ cứng bề mặt đạt yêu cầu. Đặc biệt, thấm Nitơ-Plasma có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp thấm truyền thống, như khả năng thấm đều trên các chi tiết có hình dạng phức tạp và không gây ảnh hưởng đến tính chất lõi của vật liệu.
1.1. Quá trình thấm Nitơ Plasma
Quá trình thấm Nitơ-Plasma được khởi đầu bởi các nhà nghiên cứu vào những năm 1930. Họ đã phát triển công nghệ này để cải thiện tính chất của thép. Thấm Nitơ-Plasma không chỉ giúp tăng cường độ cứng mà còn cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng lớp thấm có thể đạt được độ cứng lên đến HV 1000, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp. Thời gian thấm được xác định là yếu tố quyết định đến chất lượng lớp thấm, với thời gian thấm tối ưu là 300 phút cho SCM415.
1.2. Đặc điểm của thấm Nitơ Plasma
Thấm Nitơ-Plasma có nhiều ưu điểm so với các phương pháp thấm khác. Chất lượng bề mặt sau thấm tốt hơn, không bị giòn hay nứt gãy. Quá trình này cũng cho phép thấm những chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác không thể thực hiện. Nhiệt độ thấm thấp hơn giúp bảo toàn tính chất của lõi vật liệu, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các thông số như điện áp, mật độ dòng, và thời gian thấm đều ảnh hưởng đến tính chất của lớp thấm, trong đó thời gian thấm là yếu tố quan trọng nhất.
II. Mạ DLC trên vật liệu SCM415
Mạ DLC (Diamond-Like Carbon) là một phương pháp phủ bề mặt nhằm nâng cao khả năng chống mài mòn và độ bền cho vật liệu SCM415. Lớp phủ DLC có độ cứng cao, giúp bảo vệ bề mặt khỏi các tác động cơ học. Nghiên cứu cho thấy rằng việc mạ DLC sau khi thấm Nitơ-Plasma giúp cải thiện đáng kể độ bám dính của lớp phủ. Thời gian phủ DLC được xác định là 300 phút, với yêu cầu độ bám dính không bị tróc dưới tải trọng lớn hơn 32.5N. Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chống mài mòn của lớp phủ DLC đạt tiêu chuẩn ASTM G99, với lượng mài mòn dưới 0.8μm.
2.1. Quy trình mạ DLC
Quy trình mạ DLC được thực hiện sau khi thấm Nitơ-Plasma, nhằm đảm bảo lớp phủ có độ bám dính tốt nhất. Thời gian phủ được tối ưu hóa để đạt được độ dày và tính chất mong muốn của lớp DLC. Các thông số như áp suất và nhiệt độ trong quá trình mạ cũng được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng lớp phủ. Kết quả cho thấy lớp DLC có độ cứng từ 1600 đến 1800 HV, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho các ứng dụng công nghiệp.
2.2. Ứng dụng thực tiễn của lớp phủ DLC
Lớp phủ DLC có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như chế tạo máy, ô tô, và thiết bị điện tử. Đặc biệt, trong các chi tiết ma sát như trục kim máy may, lớp phủ DLC giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất làm việc. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng lớp phủ DLC trên vật liệu SCM415 không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Điều này mở ra hướng đi mới cho các công nghệ chế tạo hiện đại, giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất.
