Thứ hai, 20/05/2024 | 20:08 GMT+7

Màng phủ nano tăng cường hiệu suất năng lượng công nghiệp

03/12/2008

Ma sát thường là nguyên nhân hàng đầu gây tổn hại đến máy móc. Khi các bộ phận chuyển động phải chịu ma sát, sẽ phải tốn nhiều năng lượng hơn để làm cho chúng chuyển động, như vậy máy móc sẽ không hoạt động một cách có hiệu quả và các bộ phận của nó có xu hướng chóng bị hao mòn cùng với thời gian.

Nhưng nếu bạn có thể chế tạo ra các bộ phận có bề mặt dai bền, "trơn nhẵn", như vậy sẽ ít phải chịu lực ma sát hơn, đòi hỏi tiêu tốn năng lượng ít hơn và các bộ phận máy móc sẽ có độ bền hơn. Các nhà nghiên cứu thuộc Phòng Thí nghiệm Ames Laboratory, Bộ Năng lượng Mỹ đang hợp tác với các phòng thí nghiệm nghiên cứu, các trường đại học và các đối tác công nghiệp để phát triển một lớp phủ ngoài như vậy.

 

"Nếu bạn xem xét một chiếc bơm, giống như chiếc máy bơm nước hay một bơm thuỷ lực, nó có một tuabin đẩy chất lỏng", Bruce Cook, một nhà khoa học thuộc Ames Laboratory và là đồng giám đốc một dự án nghiên cứu kéo dài bốn năm có trị giá 3 triệu USD nói. "Khi rôto quay, có lực ma sát sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa cánh quạt và thân máy, hay stato (phần tĩnh). Lực ma sát này chuyển thành một momen xoắn bổ sung cần thiết khi vận hành máy bơm, đặc biệt là lúc khởi động. Ngoài ra, ma sát còn dẫn đến một sự suy giảm các bề mặt, điều này làm giảm hiệu suất và thời gian sử dụng của máy bơm. Nó đòi hỏi cần có thêm năng lượng để khởi động bơm và bạn không thể vận hành nó với một hiệu suất tối ưu (vận tốc cao hơn) bởi vì nó sẽ hao mòn nhanh hơn".

 

Cook cùng các cộng sự đang nghiên cứu một lớp phủ ngoài có độ dầy khoảng 2 đến 3 micron (bằng khoảng một phần mười nghìn insơ). Lớp màng phủ này được chế tạo từ một loại gốm hợp kim boron-aluminum-magnesium do các nhà nghiên cứu thuộc Ames Laboratory sáng tạo khoảng tám năm trước đây. Được đạt tên là BAM, loại vật liệu này có độ cứng đặc biệt và công trình nghiên cứu còn phát triển thêm sang các hợp kim titanium-diboride.

 

Trong nhiều ứng dụng, việc đưa thêm các vật liệu chống mài mòn như một lớp phủ ngoài nhiều khi còn tốn kém hơn cả việc chế tạo toàn bộ một bộ phận từ hợp kim gốm. Tuy nhiên, vật liệu BAM rất dễ áp dụng như một lớp phủ ngoài cứng, chống hao mòn. Cộng tác với nhà khoa học vật liệu Alan Constant, nhóm nghiên cứu đang sử dụng một kỹ thuật mang tên pulsed laser deposition (kết tủa laze xung) để kết tủa một lớp hợp kim mỏng lên các cánh quay của máy bơm và các công cụ cắt vonfam cacbua. Nhóm nghiên cứu của Cook đã sử dụng một ký thuật khác nữa với mức độ thương mại hóa cao hơn mang tên magnetron sputtering (phun trào manhêtron) để đặt lên một lớp phủ chống hao mòn.

 

Máy bơm không phải là ứng dụng duy nhất của mang phủ nano boride. Nhóm nghiên cứu còn thử nghiệm một loại mang phủ lâu bền hơn trên các công cụ cắt. Nếu một máy cắt với ma sát giảm thì sẽ cần ít lực hơn, điều này dẫn trực tiếp đến việc giảm được lượng năng lượng cần thiết để vận hành máy.

(Theo: Congnghemoi)