I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm ni tơ xung plasma ở nhiệt độ 570-600°C nhằm cải thiện tính chất cơ học và độ bền của dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy. Mục tiêu chính là thiết lập quy trình công nghệ điển hình cho các loại thép hợp kim, ứng dụng trong chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại và các chi tiết máy quan trọng như nhông xích, cổ trục. Nghiên cứu này hướng đến việc làm chủ thiết bị và quy trình thấm ni tơ plasma, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công nghệ này.
1.1. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện
Công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất vật liệu, đặc biệt là kim loại. Công nghệ thấm ni tơ xung plasma là một phương pháp tiên tiến, giúp tăng độ cứng bề mặt, cải thiện khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy. So với các phương pháp thấm ni tơ truyền thống, công nghệ này không sử dụng khí độc, thân thiện với môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
II. Cơ sở lý thuyết và quy trình thấm ni tơ plasma
Quá trình thấm ni tơ xung plasma dựa trên nguyên lý khuếch tán ni tơ vào bề mặt kim loại thông qua việc sử dụng plasma ở nhiệt độ 570-600°C. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính: phân hủy, hấp thụ và khuếch tán. Plasma tạo ra các ion ni tơ hoạt tính, giúp tăng tốc độ khuếch tán và hình thành lớp thấm đồng đều. Công nghệ này được so sánh với các phương pháp thấm ni tơ truyền thống và mạ Crôm, cho thấy ưu điểm vượt trội về độ cứng bề mặt và khả năng chống ăn mòn.
2.1. So sánh với các phương pháp thấm ni tơ truyền thống
Thấm ni tơ xung plasma có nhiều ưu điểm so với phương pháp thấm ni tơ thể khí và thể lỏng. Quá trình thấm diễn ra nhanh hơn, lớp thấm đồng đều và không gây ô nhiễm môi trường. So với mạ Crôm, công nghệ này giúp tăng độ cứng bề mặt mà không làm giảm độ dẻo dai của lõi vật liệu, phù hợp cho các chi tiết máy chịu tải cao.
III. Thiết bị và quy trình công nghệ
Thiết bị thấm ni tơ plasma được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm buồng làm việc, hệ thống tạo plasma và điều khiển nhiệt độ. Quy trình thấm ni tơ plasma được thực hiện qua các bước: gá lắp chi tiết vào buồng lò, lập chương trình thấm, kiểm tra hệ thống và vận hành thiết bị. Nhiệt độ thấm được duy trì ở mức 570-600°C, đảm bảo quá trình khuếch tán ni tơ diễn ra hiệu quả. Kết quả thử nghiệm cho thấy lớp thấm có độ cứng cao và đồng đều, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
3.1. Khảo sát vật liệu và kết quả thử nghiệm
Các mẫu thép C45, gang xám và thép hợp kim AISI 4140 được thấm ni tơ plasma cho thấy độ cứng bề mặt tăng đáng kể, đạt từ 800-1200 HV. Lớp thấm có chiều sâu từ 0,02-0,05 mm, phù hợp cho các ứng dụng trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy. Kết quả khảo nghiệm cho thấy công nghệ này giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất làm việc của chi tiết.
IV. Ứng dụng và kết luận
Công nghệ thấm ni tơ xung plasma được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại và các chi tiết máy quan trọng như trục răng bơm dầu, nhông xích. Nghiên cứu khẳng định hiệu quả của công nghệ này trong việc cải thiện độ cứng, khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của chi tiết. Đây là một giải pháp công nghệ tiên tiến, phù hợp với xu hướng phát triển công nghiệp hiện đại.
4.1. Giá trị thực tiễn và đề xuất
Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp giảm chi phí nhập khẩu dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy, đồng thời nâng cao năng lực sản xuất trong nước. Đề xuất tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong các ngành công nghiệp khác như hàng không, ô tô và chế tạo máy.
