Các nhà khoa học thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã tạo ra lớp phủ 3 lớp nền kẽm và hợp kim có độ bám dính tốt và độ bền màu cao, có thể ứng dụng vào việc mạ các chi tiết cơ khí.
Hiện tượng ăn mòn kim loại là vấn đề thường thấy khi kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường, đặc biệt là môi trường ăn mòn. Một trong các biện pháp khắc phục ăn mòn hiệu quả nhất đó là tạo ra các lớp phủ có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao và có độ chịu mài mòn lớn, điển hình là lớp phủ hợp kim Zn-Ni (đơn lớp) được ứng dụng bảo vệ chống ăn mòn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Tuy nhiên, các nhà khoa học nhận thấy các lớp phủ đa lớp điều chỉnh thành phần (composition modulated multilayer - CMM) thông qua kết hợp các lớp mạ đơn lớp xen kẽ nhau có khả năng chống ăn mòn tốt hơn lớp phủ đơn lớp.
Lớp phủ đa lớp chống ăn mòn tốt hơn so với các lớp phủ đơn lớp là nhờ sự hình thành các bề mặt mới, cho phép chất ăn mòn lan rộng sang bên cạnh thay vì xâm nhập trực tiếp vào nền. Việc lan rộng môi trường ăn mòn sang bên cạnh dẫn đến làm chậm tốc độ ăn mòn trong lớp phủ đa lớp, trong khi đó lớp phủ đơn lớp thì bị chất ăn mòn xâm nhập trực tiếp tới nền trong. Theo đó, thời gian cần thiết để môi trường ăn mòn chạm tới nền bằng cách xuyên qua các lớp phủ đơn lớp nhanh hơn so với đa lớp.
Vậy lớp phủ đa lớp sẽ bao gồm những lớp nào? Để trả lời câu hỏi này, tìm ra cách kết hợp tối ưu để gia tăng hiệu quả cho hệ phủ đa lớp, các nhà khoa học tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã
triển khai nhiệm vụ KH&CN “Nghiên cứu công nghệ mạ đa lớp (3 lớp) nền kẽm và hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao ứng dụng cho các chi tiết cơ khí”.
TS. Nguyễn Thị Thanh Hương (chủ nhiệm nhiệm vụ) cho biết nhóm thực hiện đã chế tạo màng phủ màu đen (CCCs black/ZnNiSi/ZnNi), màng phủ màu trắng xanh (CCCs blue/Zn/ZnNiSi/ZnNi), màng phủ màu cầu vồng (CCCs ingride/Zn/ZnNiSi/ZnNi). Đây là 3 loại màng phủ CCCs bảo vệ chống ăn mòn cho hệ bảo vệ đa lớp phủ kẽm niken nanosilica (ZnNiSi)/hợp kim kẽm niken (ZnNi), kích thước mỗi mẫu là 100x50x1 mm. Cụ thể, thép được bao phủ bởi lớp mạ thứ nhất là ZnNi, tiếp theo lớp mạ thứ 2 là ZnNiSi, sau đó đến lớp mạ thứ 3 là lớp mạ Zn. Màu sắc cho hệ mạ Zn/ZnNiSi/ZnNi được tạo bằng màng phủ CCCs, vừa tăng tính thẩm mỹ vừa tăng độ bền ăn mòn cho hệ phủ đa lớp.
Theo nhóm nghiên cứu, hệ phủ 3 lớp ZnNi/ZnNiSi/CCCs có độ bám dính tốt và độ bền màu đạt tiêu chuẩn. Thêm vào đó, các loại màng phủ CCCs được tạo ra có màu sắc tương đối đa dạng, đáp ứng nhu cầu của từng loại chi tiết vật liệu trong mỗi ứng dụng khác nhau.
Nhóm đã tiến hành kiểm tra độ bền ăn mòn của các hệ phủ đa lớp bằng phương pháp thử nghiệm gia tốc phun muối trung tính. Kết quả cho thấy sau 48 giờ phun muối các mẫu chưa xuất hiện gỉ trắng hoặc tỷ lệ gỉ trắng thấp hơn 5%. Sau 360 giờ phun muối - các mẫu có gỉ trắng. Sau 1.000 giờ phun muối, mẫu xuất hiện gỉ đỏ ở màng phủ màu đen và màng phủ màu trắng xanh, nhưng không xuất hiện gỉ đỏ trên bề mặt mẫu màng phủ màu cầu vồng. Độ bền ăn mòn theo thứ tự: mẫu màng phủ màu đen < màng phủ màu trắng xanh < màng phủ màu cầu vồng.
TS. Nguyễn Thị Thanh Hương cho biết thêm, hình ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét) bề mặt của các mẫu sau thử nghiệm gia tốc phun muối cho thấy sản phẩm ăn mòn bám nhiều trên bề mặt các mẫu màng phủ màu đen và màng phủ màu trắng xanh. Trong khi đó, ở mẫu màng phủ màu cầu vồng thì sản phẩm ăn mòn xuất hiện ít nhất.
Trước thử nghiệm độ bám dính và độ bền màu, bề mặt mẫu đồng đều, không nếp gấp, không bong tróc, không phồng rộp, không rỗ, không bị châm kim, không vết nứt. Mẫu được để trong tủ sấy ở nhiệt 80oC trong 30 phút. Kết quả không thấy sự biến đổi màu của mẫu sau thời gian thử nghiệm.
Trước những kết quả tích cực trên, nhóm đã xác lập 3 sơ đồ công nghệ chế tạo màng phủ CCCs có màu đen, màu trắng xanh, màu cầu vồng cho hệ bảo vệ đa lớp phủ Zn/ZnNiSi/ZnNi. Ngoài ra, các nhà khoa học còn xây dựng quy trình phân tích các dung dịch tạo hệ đa lớp và bổ sung tổn hao dung dịch.
Theo nhóm nghiên cứu, hiện nay, nhiều doanh nghiệp chuyên gia công cơ khí và mạ tại TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung đang có nhu cầu mạ sản phẩm chất lượng cao. Đặc biệt, trong nhiệm vụ này, nhóm đã phối hợp thử nghiệm với doanh nghiệp chuyên phục vụ xuất khẩu sản phẩm cơ khí và linh kiện với mức sản lượng trung bình 1.000-3.000 kg/tháng và trong nước với mức sản lượng trung bình 500 kg/tháng. Từ nhiệm vụ này, nghiên cứu có tiềm năng mở rộng ứng dụng ra các doanh nghiệp khác để đáp ứng nhu cầu sản xuất các sản phẩm cơ khí và linh kiện được mạ chống ăn mòn, hỗ trợ doanh nghiệp tăng cường xuất khẩu hàng phụ trợ.
Nhóm nghiên cứu đã báo cáo những kết quả trên trước Hội đồng tư vấn nghiệm thu do Sở KH&CN TPHCM tổ chức.