Luyện kim bột bằng công nghệ ép nguội áp suất cao

Đây là kết quả đạt được của các nhà  khoa học thuộc Trung tâm công nghệ - Tổng cụcCông nghiệp quốc phòng(Bộ Quốc phòng) trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ép thuỷ tĩnh và thuỷ động để chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp từ vật liệu khó biến dạng, độ bền cao.

Thành công này đã mở ra hướng phát triển áp dụng công nghệ cao phục vụ đắc lực cho quốc phòng và nhiều ngành kinh tế kỹ thuật quan trọng khác.

Theo Thượng tá Đỗ Văn Hồng, Phó phòng thiết kế Trung tâm công nghệ, tạo hình biến dạng bằng áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động cho phép nhận được nhiều chủng loại sản phẩm có hình dạng phức tạp có độ bền và cơ tính cao đã được nghiên cứu sử dụng ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên, công nghệ ép này còn khá mới mẻ, đòi hỏi tính năng kỹ thuật thiết bị tạo áp lực và buồng áp suất rất cao bởi từ trước tới nay ở Việt Nam chủ yếu ép kim loại trong khuôn kín.

Ép thuỷ tĩnh, thuỷ động không có gì mới nhưng ép thuỷ tĩnh bằng áp suất cao hàng trăm MPa (Mega Pascal) và thuỷ động với áp suất 1.000 MPa là hoàn toàn mới và lần đầu tiên có ở Việt Nam .

Phương pháp ép truyền thống cho ra các sản phẩm, thiết bị không đáp ứng được các yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật lại tiêu tốn nguyên liệu, nhất là những nguyên liệu quý và đắt. Công nghệ ép áp suất cao, gia công không phôi đã khắc phục những hạn chế, tồn tại này.

Bột gốm, kim loại (đồng, nhôm, thép...) được trộn với các thành phần khác cho vào khuôn tạo hình và bọc trong một khuôn đàn hồi. Đưa khuôn này thả vào một buồng cao áp, bơm dầu và nén bằng áp suất cao với áp lực từ 200-300 MPa. Trong môi trường áp suất cao, vật liệu bị dồn lại, kim loại sẽ đạt đến tỷ trọng vật đặc. Tiếp tục đưa khuôn kim loại vào môi trường thiêu kết nhiệt độ và áp suất cao sẽ cho ra vật liệu theo yêu cầu. Đây chính là khâu quan trọng nhất để khắc phục những hạn chế của phương pháp ép thông thường.

Theo ông Hồng, ép bằng thuỷ tĩnh áp suất cao sẽ tiết kiệm được vật tư, nhất là những loại nguyên liệu đắt như vonfram, titan... và tạo ra những sản phẩm có tính chất mới, độ chịu nhiệt, độ cứng và mài mòn. Từ vật liệu này có thể chế tạo ra những sản phẩm có độ bền cao với hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác không có được như: nón đồng trong sản xuất vũ khí năng lượng cao của quân sự, các loại ống có hình dạng phức tạp (tròn, vuông, chữ nhật) để dẫn sóng ra-đa trong phòng không không quân để tăng năng lượng đường truyền.

Đặc biệt, ông Hồng cho rằng các loại vật liệu này còn có khả năng phục vụ các ngành kinh tế kỹ thuật dân sinh quan trọng khác nhiều hơn cả quốc phòng mà từ trước tới nay Việt Nam vẫn phải nhập khẩu như: mìn gọi dầu trong khai thác dầu khí, bi nghiền vật liệu trong các cơ sở sản xuất gạch men, dao tiện cắt sắt thép, khoan taro không mòn mũi...

Ngay sau khi nghiên cứu thành công, sản phẩm nón đồng trong chế tạo mìn gọi dầu khí đã được đặt hàng nhưng chưa đáp ứng được vì quy mô sản xuất còn nhỏ.

Cũng trong buồng áp suất cao, phương pháp ép thuỷ động với áp suất buồng đạt 1.000 MPa có lỗ hổng dưới khuôn đã làm biến chuyển trạng thái vật liệu và tạo ra những tính chất đặc biệt mà công nghệ khác không thể có như độ cứng, độ chính xác hình học và độ bóng bề mặt cao, không cần gia công đánh bóng, cơ tính vật liệu cao thay thế nhiệt luyện.

Bằng phương pháp này có thể chế tạo ra các bánh răng modul nhỏ trong đồng hồ trong đạn và nhiều ngành kỹ thuật đặc biệt quan trọng khác. Tuy nhiên việc ép ở áp suất này là rất khó và gần như không tưởng ở Việt Nam . Khó khăn lớn nhất là tìm giải pháp tạo môi trường giả lỏng từ bột grafit và mỡ chịu nhiệt để khắc phục buồng nén, chày nén có thể chịu được áp suất nén cao đến 1.000 MPa và cách giữ lại vật liệu sau nén không bị biến dạng vì thay đổi môi trường áp suất.

Hiện nay, các sản phẩm nón đồng, phôi dẫn ống ra-đa, con tống khương tuyến đã được triển khai áp dụng tại các nhà máy của Tổng cụcCông nghiệp quốc phòng. Chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp từ vật liệu khó biến dạng có độ bền cao bằng công nghệ ép thuỷ tĩnh và thuỷ động áp suất cao được coi là giải pháp công nghệ nền quan trọng để triển khai tiếp các hoạt động nghiên cứu sản xuất.

Ông Hồng cho biết, công nghệ ép thuỷ tĩnh hoàn có khả năng mở rộng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất để đáp ứng nhu cầu đặt hàng của nhiều ngành kinh tế quan trọng nhưng với ép thuỷ động sẽ là giải pháp giải quyết những vấn đề tạo sản phẩm công nghệ khó, đòi hỏi độ bền cơ tính, độ chính xác cao và mở ra hướng phát triển công nghệ cao ở Việt Nam.