Thông tin Đề tài

Tên đề tài Hợp phần 5: Nghiên cứu chế tạo một số lớp phủ vô cơ tiên tiến ứng dụng cho dân dụng và quốc phòng
Mã số đề tài TĐVLTT.05/21-23
Cơ quan chủ trì (Cơ quan thực hiện) Viện Kỹ thuật Nhiệt đới
Thuộc Danh mục đề tài Đề tài, dự án trọng điểm cấp Viện HLKHCNVN
Họ và tên TS. Lê Bá Thắng
Thời gian thực hiện 01/01/2021 - 31/12/2023
Tổng kinh phí 8,0 tỷ đồng
Xếp loại Chọn
Mục tiêu đề tài

- Chế tạo thành công và làm chủ công nghệ tạo hệ mạ đa lớp trên cơ sở kẽm và hợp kim kẽm-niken (bể mạ sử dụng KCl thân thiện môi trường) với qui trình ổn định ở qui mô bán công nghiệp ứng dụng trong dân dụng và quốc phòng.
- Làm chủ công nghệ tạo lớp phủ có độ bền cao từ hợp kim Al-Mg bằng phương pháp phun phủ hồ quang điện ứng dụng để bảo vệ chống ăn mòn cho các kết cấu thép làm việc trong các môi trường biển khắc nghiệt (khí quyển, trong nước biển).

 

Kết quả chính của đề tài

Về khoa học:
- Đã lựa chọn được thành phần dung dịch phù hợp để cho lớp mạ hợp kim đơn lớp ZnNi đó là: KCl 170-230 g/l, NiCl2: 40 – 80 g/l, ZnCl2: 60 – 100 g/l. Lớp mạ thu được có thành phần hợp kim phù hợp (10 – 15 %Ni).
- Đã xác định được chế độ mạ phù hợp: pH 2-5, nhiệt độ 20-35 oC, mật độ dòng điện 1-5 A/dm2, thời gian mạ 20-40 phút… để cho lớp mạ có chất lượng tốt, khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao
- Đã phân tán các hạt nano SiO2 , nano Al2O3 và nano CeO2  vào dung dịch mạ và khảo sát phân bố kích thước hạt, đo thế zeta của các hạt nano trong dung dịch mạ. Đã đưa thành công các hạt nano SiO2, nano Al2O3 và nano CeO2  vào thành phần lớp mạ. Đã khảo sát ảnh hưởng của nồng độ các hạt nano SiO2, nano Al2O3 và nano CeO2  đến hình thái học lớp mạ, phân cực tafel, điện thế mạch hở, thành phần lớp mạ.  Lựa chọn nano SiO2 sử dụng để đưa vào dung dịch mạ.
- Đã chế tạo được dung dịch thụ động Cr(III) cho lớp mạ ZnNi với tỷ lệ khối lượng NH4HF2/Cr(III) là 2/5 đến 4/5. pH dung dịch thích hợp nằm trong khoảng 1,75-2,25. Độ bền phun muối của các màng thụ động nghiên cứu đạt được trên 312 giờ (xuất hiện gỉ trắng).
- Đã chế tạo được lớp mạ đa lớp (ZnNi)n và (ZnNi-nanosilica)n với n = 1 và n = 3 xác định được chiều dày của mỗi lớp trong tổ hợp lớp mạ đa lớp.
- Đã nghiên cứu được sự ảnh hưởng của áp lực khí nén và khoảng cách phun đến độ nhám bề mặt nền thép, xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Rz với áp lực khí nén P và khoảng cách phun hạt mài L:  Rz = -10,32 + 9,607P – 0,0456L với độ tin cậy 96,33%.
- Đã tìm ra được chế độ phun hạt mài tối ưu tạo nhám bề mặt nền thép là: áp lực khí nén 8 bar, khoảng cách phun hạt mài 100 mm.
- Đã nghiên cứu được sự ảnh hưởng của cường độ dòng điện, áp lực khí phun và khoảng cách phun đến độ xốp và độ bám dính của lớp phủ, xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa độ xốp của lớp phủ Al-Mg với các thông số công nghệ cường độ dòng điện, áp lực khí phun và khoảng cách phun: Độ xốp = 18,116 – 0,008033*I – 1,5717*P + 0,0022*L với độ tin cậy 98,92%, xây dựng được phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa độ bám dính của lớp phủ Al-Mg với các thông số công nghệ cường độ dòng điện, áp lực khí phun và khoảng cách phun: Độ bám dính = -1,53 + 0,01775*I + 2,710*P + 0,00267*L với độ tin cậy 97,25%.
- Đã tìm ra được chế độ phun phủ hồ quang điện tối ưu chế tạo lớp phủ Al-Mg có độ xốp thấp và độ bám dính cao: cường độ dòng điện 300 A, áp lực khí phun 5,5 bar, khoảng cách phun 163 mm, nghiên cứu cấu trúc mặt cắt ngang, thành phần nguyên tố, thành phần pha, độ xốp, độ cứng tế vi và độ bền bám dính của các lớp phủ.
- Đã nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ Al-Mg bằng phương pháp điện hóa và thử nghiệm phun mù muối, lớp phủ Al-Mg đạt độ bền phun muối > 3000 giờ, độ bền ăn mòn theo chu kỳ khô – ướt > 110 ngày.
- Đã nghiên cứu và chế tạo thành công 01 hệ thử nghiệm ăn mòn theo chu kỳ khô – ướt và 01 hệ thử nghiệm ăn mòn – mài mòn động.
- Đã nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nano SiO2 và nano Al2O3 đến tính chất của lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite và lựa chọn được hàm lượng và loại nano cho lớp phủ có chất lượng tốt là 1% nano Al2O3.
- Đã nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite bằng phương pháp điện hóa và thử nghiệm phun mù muối. Lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite đạt độ bền phun muối > 6000 giờ, độ bền ăn mòn mài mòn động > 2700 giờ.
- Đã thử nghiệm tự nhiên các hệ lớp phủ Al-Mg và Al-Mg/epoxy-nanocomposite tại Nha Trang và Quảng Ninh. Sau 12 tháng thử nghiệm, các lớp phủ vẫn bảo vệ tốt cho nền thép.
Về ứng dụng:
- Đã xây dựng 04 Quy trình công nghệ chế tạo hệ phủ đa lớp (ZnNi-nanosilica)3/TĐ Cr(III); Quy trình  công nghệ chế tạo hệ phủ đa lớp (ZnNi)n/Zn-nanosilica/TĐ Cr(III);  Quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ hợp kim Al-Mg bằng phương pháp phun phủ hồ quang điện;  Quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite và được nghiệm thu.
- Đã xây dựng 04 Tiêu chuẩn cơ sở đối với hệ lớp mạ đa lớp (ZnNi-nanosilica)3/TĐ Cr(III). Tiêu chuẩn cơ sở đối với hệ lớp mạ đa lớp (ZnNi)3/Zn-nanosilica/TĐ Cr (III);  Tiêu chuẩn cơ sở đối với lớp phủ hợp kim Al-Mg; Tiêu chuẩn cơ sở đối với lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite và được Viện Kỹ thuật nhiệt đới ban hành.
- 01 GPHI QUY TRÌNH TẠO RA HỆ PHỦ KẼM – NIKEN  BA LỚP  HỆ KCl TRÊN NỀN THÉP CACBON.
- 01 Sáng chế: Quy trình chế tạo lớp phủ hợp kim nhôm magie chưa nano oxit nhôm để bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon, và thép cacbon có lớp phủ chống ăn mòn được tạo ra bằng quy trình này.

 

Những đóng góp mới

- Chế tạo thành công và làm chủ công nghệ tạo hệ mạ đa lớp trên cơ sở kẽm và hợp kim kẽm-niken (bể mạ sử dụng KCl thân thiện môi trường) với 02 Quy trình  công nghệ chế tạo hệ phủ đa lớp (ZnNi-nanosilica)3/TĐ Cr(III); Quy trình  công nghệ chế tạo hệ phủ đa lớp (ZnNi)n/Zn-nanocomposite/TĐ Cr(III) ổn định ở qui mô bán công nghiệp ứng dụng trong dân dụng và quốc phòng.
- Chế tạo thành công và làm chủ chủ công nghệ tạo lớp phủ có độ bền cao từ hợp kim Al-Mg bằng phương pháp phun phủ hồ quang điện với 02 Quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ hợp kim Al-Mg bằng phương pháp phun phủ hồ quang điện;  Quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite.

 

*** Sản phẩm cụ thể giao nộp:
- Các bài báo đã công bố (liệt kê)
Công bố bài báo trên tạp chí quốc tế:  01 bài SCOPUS; 01 SCI
Ha Pham Thi, Tuan Nguyen Van, Quy Le Thu, Tuan Anh Nguyen, Ly Pham Thi, Phuong Nguyen Thi, Thuy Dao Bich, Cuong Ly Quoc, and Thanh Le Duc, Influence of Electric Arc Spraying Parameters on the Porosity and Adhesion Strength of Al-Mg Alloy Coating,  AMAS 2021, Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp. 655-659, 2022, https://doi.org/10.1007/978-3-030-99666-6_94 (Scopus)
Tuan Van Nguyen, Thanh Duc Le, Quy Thu Le, Ha Thi Pham, Anh Tuan Nguyen, Ly Thi Pham, Thuy Bich Dao, Cuong Quoc Ly, Characterization and Corrosion Resistance of the Twin-Wire Arc Spray Al-5Mg Alloy Coating Applied on a Carbon Steel Substrate, Journal Of Thermal Spray Technology (2023), https://doi.org/10.1007/s11666-023-01677-0 (SCI)

Công bố bài báo trên tạp chí quốc gia: 03 VAST-1, 01 bài quốc gia, 01 VAST 1 chấp nhận đăng.
Ha Pham Thi, Tuan Nguyen Van, Tuan Anh Nguyen, Ly Pham Thi, Cuong Ly Quoc, Thuy Dao Bich, Quan Vo An, Study of corrosion behavior of arc thermal sprayed Al-Mg alloy coating, Vietnam Journal of Science and Technology 61 (3) (2023) 405-414, doi:10.15625/2525-2518/16768 (VAST 1).
Thanh Le Duc, Ha Pham Thi, Tuan Nguyen Van, Quy Le Thu, Ly Pham Thi, Tuan Anh Nguyen, Cuong Ly Quoc, Thuy Dao Bich, Study on microstructure, mechanical and wear resistance properties of arc sprayed Al-Mg alloy coating, Vietnam J. Chem., 2023, 61(S3), 77-83 (VAST 1)
Nguyen Thi Thanh Huong, Le Ba Thang, Le Duc Bao, Truong Minh Hieu, Truong Thi Nam, Pham Thi Thu Giang, Uong Van Vy, Studying the influence of current density and solution pH on corrosion properties of obtained Zn-nano SiO2 electroplating layers, Vietnam J. Chem., 2023, 61(S3), 65-70 (VAST 1)
Le Duc Thanh, Nguyen Thi Hai Van, Ha Pham Thi, Trinh Quang Hung, Experimental investigation of surface roughness of ct3 steel on adhesion strength of arc spray al-mg alloy coating, The University of Danang - Journal of Science and Technology, Vol. 21, No.12.1, 2023.
Truong Thi Nam, Le Ba Thang, Le Duc Bao, Nguyen Thi Thanh Huong, Uong van Vy,  Le Thao Ly, Effects of current density to the component layer of zinc nickel alloy plating and characteristics of passive chromium 3+ film on the zn-ni alloys deposits, Vietnam Journal of Science and Technology (VAST 1 – được chấp nhận đăng)
- Các bằng sáng chế, giải pháp hữu ích (liệt kê)
01 Giải pháp hữu ích ” QUY TRÌNH TẠO RA HỆ PHỦ KẼM – NIKEN  BA LỚP  HỆ KCl TRÊN NỀN THÉP CACBON” được chấp nhận đơn hợp lệ theo quyết định số 78926/QĐ-SHTT ngày 9 tháng 10 năm 2023 của Cục Sở hữu trí tuệ.
01 Sáng chế “Quy trình chế tạo lớp phủ hợp kim nhôm magie chưa nano oxit nhôm để bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon, và thép cacbon có lớp phủ chống ăn mòn được tạo ra bằng quy trình này” được chấp nhận đơn hợp lệ theo quyết định số 7263w/QĐ-SHTT ngày 29 tháng 04 năm 2022 của Cục Sở hữu trí tuệ.
- Các sản phẩm cụ thể (mô tả sản phẩm, nơi lưu giữ)
100 m2 Hệ lớp mạ đa lớp (ZnNi-nanocomposite)n/TĐ Cr(III) trên các chi tiết cơ khí.
100 m2 Hệ lớp mạ đa lớp (ZnNi)n/Zn-nanocomposite/TĐ Cr(III) trên các chi tiết cơ khí.
50 m2 Hệ lớp phủ hợp kim Al-Mg ứng dụng để bảo vệ chống ăn mòn cho các kết cấu thép làm việc trong môi trường biển.
50 m2 Hệ lớp phủ Al-Mg/epoxy-nanocomposite ứng dụng để bảo vệ chống ăn mòn cho các kết cấu thép làm việc trong môi trường biển.

 

Kiến nghị

Đề nghị Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam hỗ trợ kinh phí để chúng tôi tiếp tục thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm để hoàn thiện sản phẩm của hợp phần trước khi thương mại hóa sản phẩm.

 

Ảnh nổi bật đề tài
1722848523624-lbthang.jpg