Đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm ni-Tơ xung plasma ở nhiệt độ thấp (570-600 0 c) trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài: Lục Vân Thương 6821 25/4/2008 Hà Nội - 2007 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Hà Nội - 2007 B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài 5 1.1.1. Mục tiêu của Đề tài 5 1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 5 1.2. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện 5 1.3. Công nghệ nhiệt luyện 5 1.3.1. Các thông số liên quan trong quá trình nhiệt luyện 5 1.3.2. Phân loại các dạng nhiệt luyện 6 1.4. Công nghệ hoá nhiệt luyện 7 1.4.1. Cơ sở của hoá nhiệt luyện 7 1.4.2. Đặc điểm và mục đích của hoá nhiệt luyện 9 1.5. Quá trình phát triển công nghệ thấm ni-tơ xung plasma trên thế giới 10 1.5.1. Sự hình thành công nghệ ở các nước công nghiệp phát triển 10 1.5.2. Các chủng loại thiết bị cơ bản trên thế giới 11 1.5.3. Vật liệu chi tiết máy và các tính chất sau khi thấm ni-tơ 13 1.5. Quá trình phát triển công nghệ thấm ni-tơ plasma ở việt nam 19 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 20 2.1. Giới thiệu chung 20 2.2. Thấm ni-tơ thể khí thông thường 20 2.3. Thấm nitơ thể lỏng 21 2.3.1. Thấm nitơ thể lỏng thông thường 21 2.3.2. Thấm nitơ thể lỏng nitarid 21 2.4. Thấm ni-tơ ion plasma 22 2.4.1. Quá trình thấm ni-tơ plasma 23 2.4.2. Định nghĩa xung plasma 24 B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 2.4.3. Sự phân lớp 25 2.4.4. Quá trình ELTROPUL 25 2.5. So sánh đánh giá các ưu nhược điểm của các phương pháp 27 2.5.1. So sánh công nghệ thấm nitơ - plasma so với các phương pháp thấm nitơ thông thường 27 2.5.2. So sánh thấm Nitơ - plasma với mạ Crôm 27 2.6. Các thông số trong quá trình thấm 28 2.6.1. Điện áp, mật độ dòng ion 28 2.6.2.Thời gian 28 2.6.3. Nhiệt độ 29 2.6.4. Thành phần hỗn hợp khí 29 2.7. Kết luận chương 2 31 CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THẤM NI-TƠ PLASMA 33 3.1. Thiết bị thấm ni-tơ plasma 33 3.1.1. Giới thiệu chung về thiết bị thấm ni-tơ tại PTN Trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí. 33 3.1.2. Cấu tạo buồng làm việc lò thấm H4580 Eltrolab 34 3.2. Khảo sát vật liệu chế tạo chi tiết thấm 37 3.3. Thiết kế đồ gá 39 3.4. Quy trình công nghệ thấm ni-tơ plasma 40 3.4.1. Vật liệu 40 3.4.2. Làm sạch 41 3.4.3. Tiến hành gá lắp vào thùng lò 41 3.4.4. Lập chương trình thấm 41 3.4.5. Kiểm tra hệ thống trước khi thực hiện quá trình thấm 43 3.4.6. Quy trình vận hành thiết bị 43 3.5. Kết luận chương 3 45 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 46 4.1. Sử dụng thiết bị Eltropul thấm nitơ - plasma một số mẫu thí nghiệm 4.1.1. Mẫu thép C45, gang xám, 40X 46 4.1.2. Thấm thép dụng cụ AISI – H13 (Chromium hot work steel) 50 B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 4.1.3. Thấm thép hợp kim AISI 4140 (Chromium-molybdenum steel) 52 4.2. Sử dụng thiết bị Eltropul thấm nitơ - plasma sản phẩm là trục răng bơm dầu 53 4.2.1. Đặt vấn đề 53 4.2.2. Tiến hành thí nghiệm 53 4.2.3. Kết quả kiểm tra thử nghiệm 55 4.3. Kết quả khảo nghiệm 56 Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 1 Phụ lục 2 Phụ lục 3 B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 3 MỞ ĐẦU Ở nước ta trong sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước với nền kinh tế thị trường đang phát triển với nhịp độ cao. Các ngành công nghiệp như: Cơ khí, khai thác mỏ, chế biến, ngành hàng không … được đánh giá là có tốc độ phát triển nhanh. Nhưng song song với sự phát triển đó có những yêu cầu bức thiết được đặt ra nhằm phát huy nội lực trong nước đó là việc nội địa hoá các sản phẩm, trang thiết bị nhập ngoại. Lực lượng kỹ thuật, công nghệ trong nước ngày càng được bổ sung đông đảo với tính hội nhập cao. Cùng với sự có mặt các trang thiết bị công nghiệp được nhập khẩu từ các nước tiên tiến trên thế giới, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các trang thiết bị để thay thế hàng nhập ngoại, phát huy nội lực trong nước đang trở lên cần thiết. Công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết. Trên thực tế, hiếm có vật phẩm kim loại nào được chế tạo mà lại không trải qua quá trình xử lý nhiệt, quá trình mà ở đó kim loại được nung nóng và làm nguội dưới một chế độ được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm cải thiện các tính chất cũng như tuổi thọ của vật liệu. Nhiệt luyện có thể làm mềm kim loại để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thể làm các chi tiết trở nên cứng hơn, để cải thiện độ bền. Công nghệ này còn có khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng chống mài mòn. Nó còn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề mặt chi tiết, để bảo vệ chi tiết khỏi các tác nhân có hại từ môi trường. Và, nhiệt luyện còn có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn. Các chi tiết qua nhiệt luyện thường đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của các loại ô - tô, máy bay, tàu vũ trụ, máy vi tính và các loại máy móc khác trong công nghiệp. Tính chất và khả năng làm việc của các loại dụng cụ cắt, bánh răng, trục cam, trục khuỷu,... phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt luyện. Những sản phẩm này hầu hết được chế tạo từ thép bao gồm các loại đã qua cán dạng thanh hay ống cũng như các chi tiết qua đúc, rèn, hàn, gia công cơ khí, ép, dập hay kéo. Với các phương pháp nhiệt luyện thông thường như: ủ, thường hoá, tôi ram…các chi tiết sau nhiệt luyện vẫn bị các khuyết tật: biến dạng và nứt, oxy hoá, độ cứng không đạt (cao quá hoặc thấp quá), tính giòn B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 4 cao. Hay với các phương pháp thấm nitơ, cácbon thông thường có sử dụng các khí độc, muối độc gây hại cho con người và làm ô nhiễm môi trường. Từ những thực tế trên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu, thí nghiêm và áp dụng vào thực tiễn thành công một công nghệ nhiệt luyện mới: Công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma. Trong nhiều năm qua công nghệ thấm này được ứng dụng rộng rãi trên thế giới đáp ứng được đòi hỏi ngày càng cao của các chi tiết máy: giới hạn bền mỏi tăng, biến dạng giảm, sức bền, sức cản được cải thiện, độ cứng bề mặt cao mà lõi dẻo dai, bề mặt ít gồ ghề…Việc áp dụng công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn nhờ tăng tuổi thọ của các chi tiết, máy móc. Hơn nữa đây là công nghệ nhiệt luyện mới không làm ô nhiễm môi trường. Nhưng hiện nay công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma còn là hoàn toàn mới mẻ với Việt Nam, nó chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Vì vậy, nhiệm vụ của đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm ni-tơ xung plasma ở nhiệt độ thấp (570-6000C) trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy”. B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài 1.1.1. Mục tiêu của Đề tài - Thiết lập được QTCN điển hình cho các loại thép Cr-Mo, Cr-Mn-Si, thép dụng cụ. - Ứng dụng cho một số chủng loại dụng cụ cắt gọt kim loại. - Ứng dụng cho một số loại chi tiết máy như nhông xích, cổ trục, … 1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu bản chất công nghệ thấm ni-tơ xung plasma. - Làm chủ thiết bị và thiết lập các QTCN mẫu cho một số loại thép hợp kim. 1.2. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện Nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình xử lý nhiệt làm thay đổi tổ chức và do đó làm thay đổi tính chất của chúng. Quá trình nhiệt luyện kim loại được nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ (thời gian) quy định để làm thay đổi tổ chức, do đó làm biến đổi tính chất theo hướng đã chọn trước. Nhiệt luyện có thể làm mềm kim loại để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thể làm các chi tiết trở nên cứng hơn, để cải thiện độ bền. Công nghệ này còn có khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng chống mài mòn. Nó còn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề mặt chi tiết, để bảo vệ chi tiết khỏi các tác nhân có hại từ môi trường. Và, nhiệt luyện còn có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn. Hoá nhiệt luyện là một trong các phương pháp hoá bền bề mặt được sử dụng khá phổ biến, ngoài việc làm thay đổi cấu trúc bên trong còn làm thay đổi thành phần hoá học của lớp bề mặt. Đó là quá trình làm bão hoà lên bề mặt thép một hay nhiều nguyên tố (N2, C, xianua, Al, Si…) để làm thay đổi thành phần hoá học. Do đó, làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt theo mục đích nhất định mà vẫn bảo tồn đước các tính chất ở lõi của vật liệu. Vì vậy, hoá nhiệt luyện là một trong những phương pháp tăng bền có hiệu quả và ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại chi tiết máy quan trọng. 1.3. Công nghệ nhiệt luyện 1.3.1. Các thông số liên quan trong quá trình nhiệt luyện B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 6 Tất cả các thông số như: nhiệt độ nung (oC), thời gian giữ nhiệt (ủ), tốc độ làm nguội phụ thuộc hoàn toàn vào vật liệu chi tiết được nhiệt luyện với các mục đích đặt ra khác nhau, không thể áp dụng cùng một công nghệ nhiệt luyện. - Nhiệt độ nung nóng: là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung. - Thời gian giữ nhiệt: là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung. - Tốc độ làm nguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau thời gian giữ nhiệt (oC/s). Ngoài ra người ta cũng còn quy định tốc độ nung nóng đối với một số trường hợp không lớn hơn giá trị cho phép để tránh nứt khi nung. Hình 1.1. Sơ đồ quá trình nhiệt luyện đơn giản 1.3.2. Phân loại các dạng nhiệt luyện - Nhiệt luyện thông dụng: + Ủ: ủ hoàn toàn, ủ không hoàn toàn, ủ cầu hoá xementit, ủ đẳng nhiệt, ủ thấp, ủ khuếch tán, ủ kết tinh lại … + Thường hoá + Tôi: tôi trong 1 môi trường, tôi trong 2 môi trường, tôi phân cấp, tôi đẳng nhiệt, tôi bộ phận, tôi tự ram, tôi bề mặt… + Ram: ram thấp, ram trung bình, ram cao - Cơ nhiệt luyện - Hoá nhiệt luyện: thấm cacbon, thấm nitơ, thấm bo, thấm S, thấm Si... Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép, song nếu thực hiện không đúng sẽ gây ra các dạng hư hỏng khác nhau. Các dạng hư hỏng khi Nhiệt độ (oC) Thời gian Tn Tgn B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 7 nhiệt luyện sẽ gây ra lãng phí rất lớn. Vì vậy, cần hiểu rõ các nguyên nhân gây ra các hư hỏng đó, cũng như các biện pháp phòng ngừa. [3] 1.4. Công nghệ hoá nhiệt luyện 1.4.1. Cơ sở của hoá nhiệt luyện 1.4.1.1. Những quá trình xảy ra khi hoá nhiệt luyện Khi thực hiện quá trình hoá nhiệt luyện người ta đặt chi tiết vào trong môi trường rắn, lỏng hoặc khí có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoạt của nguyên tố định khuếch tán rồi nung nóng chúng đến nhiệt độ thích hợp sau đó giữ nhiệt độ này trong thời gian đủ để khuếch tán các nguyên tố cần thấm vào chi tiết. Các quá trình thấm xảy ra theo ba giai đoạn nối tiếp nhau như sau: phân huỷ, hấp thụ và khuếch tán. - Phân huỷ (PH): Là quá trình tạo ra nguyên tử có hoạt tính cao của nguyên tố khuếch tán. Quá trình này xảy ra trong môi trường hoá nhiệt luyện và các nguyên tử hoạt tính được tạo thành có khả năng khuếch tán vào bề mặt kim loại. Khi thấm các bon, quá trình phân huỷ xảy ra như sau: C + CO2 → 2CO → CO2 + Cht Khi thấm nitơ: 2NH3 → 3H2 + 2Nht Những nguyên tử các bon hoặc nitơ hoạt tính sẽ hấp thụ vào bề mặt chi tiết. - Hấp thụ (HT): Sau khi phân huỷ, các nguyên tử hoạt được hấp thụ vào bề mặt thép. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có nồng độ nguyên tố định khuếch tán vào cao và tạo nên sự chênh lệch về nồng độ giữa bề mặt và lõi. - Khuếch tán (KT): Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với nồng độ cao sẽ được khuếch tán vào kim loại tạo nên dung dịch rắn hoặc các pha phức tạp, pha trung gian hoặc các hợp chất hoá học tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất định. Nhờ khuếch tán lớp thấm được hình thành và nó là cơ sở của hoá nhiệt luyện. Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt. Ngoài những yếu tố nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành. Khi thấm cácbon, nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn khi thấm kim loại do tạo thành dung dịch rắn thay thế. B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 8 Nồng độ % 1 (KT) < (HT) 2 (KT) > (HT) Khoảng cách từ bề mặt Ba giai đoạn PH, HT, KT có liên quan rất mật thiết với nhau và có ảnh hưởng đến quá trình hoá nhiệt luyện. Nếu quá trình PH xảy ra nhanh hơn HT thì những nguyên tử hoạt tạo thành không hấp thụ kịp sẽ trở nên không hoạt tính nữa, lúc này nó cản trở sự hấp thụ tiếp theo vì thế ảnh hưởng tới tốc độ của quá trình. Ngược lại khi các nguyên tử hoạt tạo thành không đủ để hấp thụ thì thời gian hoá nhiệt luyện phải kéo dài. Trường hợp tốt nhất là tốc độ phân huỷ bằng tốc độ hấp thụ. Trong thực tế thường gặp hiện tượng trên bề mặt chi tiết sau khi thấm cacbon có muội bồ hóng. Điều đó chứng tỏ các nguyên tử cacbon hoạt tạo thành trong giai đoạn phân huỷ không hấp thụ kịp. Tương quan giữa HT và KT có ảnh hưởng rất lớn đến việc tạo thành lớp khuếch tán. Khi hấp thụ xảy ra nhanh hơn khuếch tán, các nguyên tử hấp thụ vào bề mặt không kịp khuếch tán vào trong nên nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt rất cao nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại nhỏ (hình 1.2 “1”). Ngược lại, trong trường hợp khuếch tán nhanh hơn hấp thụ thì nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt thấp nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại lớn (hình 1.2 “2”). [1] Hình 1.2. Ảnh hưởng của khuếch tán đến nồng độ và chiều sâu lớp thấm 1.4.1.2. Các cơ chế khuếch tán Trong cơ chế nút trống, các nguyên tử khuếch tán ở bên cạnh nhảy sang chiếm chỗ những nút trống. Năng lượng hoạt của quá trình đổi chỗ như vậy rất nhỏ nên rất dễ xảy ra. - Trong cơ chế giữa các nút mạng, nguyên tử ở vị trí xen giữa các nút mạng này chuyển sang vị trí xen giữa các nút mạng khác. Cơ chế này thường B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 9 thấy trong dung dịch rắn xen kẽ khi thấm cacbon, nitơ (là nguyên tử có đường kính nhỏ) vào thép. - Cơ chế giữa các nút mạng bằng cách đẩy, xảy ra khi nguyên tử khuếch tán có đường kính xấp xỉ đường kính nguyên tử kim loại cơ sở. Nguyên tử khuếch tán đẩy nguyên tử cạnh nó ra và chiếm lấy nút mạng, làm nguyên tử này dịch chuyển giữa các nút mạng. - Trong cơ chế thay thế, nguyên tử khuếch tán và nguyên tử kim loại cơ sở đổi vị trí cho nhau khi chúng đứng cạnh nhau. - Trong cơ chế chuyển vòng, nguyên tử khuếch tán và các nguyên tử kim loại cơ sở đổi chỗ nối đuôi nhau theo vòng tròn. Hình 1.3. Sơ đồ biểu thị các cơ chế khuếch tán Trong đó: 1 - Nút trống 2 - Giữa các nút mạng 3 - Giữa các nút mạng bằng cách đẩy 4 - Đổi chỗ 5 - Vòng (vòng đen biểu thị nguyên tử khuếch tán, vòng trắng biểu thị nguyên tử kim loại cơ sở) 1.4.2. Đặc điểm và mục đích của hoá nhiệt luyện Có nhiều phương pháp hoá nhiệt luyện. Dựa vào đặc tính thay đổi thành phần hoá học, các dạng hoá nhiệt luyện có thể chia thành ba nhóm: - Làm bão hoà bằng các á kim. - Làm bão hoà bằng các kim loại. - Tách các nguyên tố ra khỏi kim loại bằng khuếch tán. B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 10 1.4.2.1. Đặc điểm - Có thể áp dụng cho tất cả các chi tiết, kể cả những chi tiết có hình dáng phức tạp khi không dùng được các phương pháp hoá bền bề mặt khác. - Tính chất của lớp bề mặt và trong lõi chi tiết rất khác nhau, do thành phần hoá học của chúng cũng khác nhau sau khi thấm. 1.4.2.2. Mục đích của hoá nhiệt luyện - Tăng độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của chi tiết nhưng hiệu quả đạt được cao hơn so với tôi bề mặt. Mục đích này đạt được bằng các phương pháp thấm C, thấm N2, thấm xianua, thấm B… - Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá và hoá học, chống oxy hoá ở nhiệt độ cao, tăng khả năng chịu axít của lớp bề mặt chi tiết. Để đạt được các mục đích này người ta dùng các phương pháp thấm nhôm, thấm silic, .. [1] 1.5. Quá trình phát triển công nghệ thấm ni-tơ xung plasma trên thế giới 1.5.1. Sự hình thành công nghệ ở các nước công nghiệp phát triển Quy trình Nitriding, phát triển lần đầu tiên vào năm 1900, liên tục đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp ứng dụng. Cùng với chất dẫn xuất nitrocarburizing trong quy trình, nitriding thường được sử dụng trong sản xuất chế tạo cơ cấu chi tiết máy và các hệ thống phát điện turbine. Trong những năm đầu của thế kỷ 20, Adoloph Machlet làm việc cho một công ty khí đốt ở Mỹ ở Elizabeth, NJ. Anh đã được công nhận là nhà công nghệ xử lý độ cứng bề mặt. Qua một thời gian thử nghiệm, Machlet đã khám phá ra là Ni-tơ hòa tan trong sắt. Ni-tơ khuếch tán tạo ra độ cứng bề mặt tương đối trong các loại thép thường hoặc thép hợp kim thấp và đặc biệt nó cải thiện được khả năng chống ăn mòn. Ở Châu Âu, Adolph Fly, có một chương trình nghiên cứu tương tự diễn ra tại Krupp ở Essen trong năm 1906. Giống như Machlet, Fly thừa nhận ni-tơ có thể hòa tan trong sắt ở nhiệt độ cao. Chương trình nghiên cứu ông đó là nghiên cứu ảnh hưởng luyện kim tới nguyên tố phi kim mạnh và kết quả là hiệu suất. Sáng chế đầu tiên của Fly được ứng dụng vào năm 1921. Ông sử dụng công nghệ tương tự của Machlet, nguồn gốc ni-tơ có thể phá vỡ bằng nhiệt từ đó giải phóng ni-tơ cho phản ứng và khuếch tán. Cũng giống như Machlet, Fly sử dụng NH3 là nguồn khí, nhưng ông không sử dụng H2 … Như vậy có sự phát triển quy trình nitriding khí ở trạng thái đơn giản. Fly nghiên cứu sâu vào tác động của các yếu tố hợp kim đến độ cứng bề mặt. Phát minh của ông đó là trong quy trình nitriding để đạt được độ cứng bề B¸o c¸o tæng kÕt §Ò tµi cÊp Bé - 2007 Lôc V©n Th−¬ng – PTN Hµn & XLBM 11 mặt cao chỉ có thép chứa các thành phần như: Cr, Mo, Al, V, và vonfram. Ngoài ra ông còn nhận ra rằng nhiệt độ trong quy trình quyết định đến độ sâu (ngấu) và sự nhiệt luyện của bề mặt thép. Quá trình gia công bề mặt thép ở nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới hình dạng của thép đó là “mạng nitride” được biết ngày nay. Ở Mỹ, sau bài tham luận của Fry tại cuộc hội thảo Hội các nhà thiết kế chế tạo (SME) năm 1927, Các nhà luyện kim Mỹ băt đầu tìm hiểu về các tham số trong quá trình nitriding và các hiệu ứng của hợp kim trong quá trình nitriding của các loại thép. Ở Đức, công nghệ thấm nitơ - plasma được bắt đầu bởi nhà vật lý học người Đức, Dr Wehnheldt năm 1932. Sau đó Wehnheldt cùng nhà vật lý học người Thụy Sĩ và nhà buôn người Đức, họ cùng nhau nghiên cứu công nghệ thấm nitơ ion và sau đó thành lập công ty Klocker Ionen GmbH, chế tạo thiết bị thấm nitơ ion. Đến năm 1970, công nghệ thấm nitơ - plasma được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là ở Châu Âu. Những ưu điểm của nó dần được chứng minh trong thực tế. 1.5.2. Các chủng loại thiết bị cơ bản trên thế giới 1.5.2.1. Lò hình chuông - Có khả năng chứa tải trọng cho chi tiết lớn hay nhỏ. - Sự trộn lẫn tốt. - Dễ dàng mang