HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU Các hướng nghiên cứu chính hiện nay • Nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát thiêu kết bằng phương pháp luyện kim bột. • Nghiên cứu phát triển hợp kim chịu mài mòn và ăn mòn xâm thực phục vụ ngành khai thác và chế biến khoáng sản. • Nghiên cứu chế tạo hợp kim bền nhiệt bằng phương pháp hợp kim hoá cơ học. • Nghiên cứu khoa học và công nghệ về các loại thép hợp kim có các tính chất cơ – lý đặc biệt. • Nghiên cứu chế tạo vật liệu nha khoa hệ Ni – Mo – Cr – Ti • Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý và thu hồi các kim loại từ bã thải, nước thải công nghiệp mạ điện. • Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo niken kim loại từ quặng. • Triển khai công nghệ xử lý, tách chiết và thu hồi niken kim loại từ chất thải mạ điện ở qui mô bán công nghiệp. • Nghiên cứu qui luật ăn mòn các loại vật liệu kim loại trong các môi trường khác nhau (khí quyển, nước biển, trong đất, trong các môi trường công nghiệp hoá chất, dầu khí ). • Nghiên cứu chế tạo anôt trơ hỗn hợp ôxit kim loại MMO: RuO 2 , IrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Sb 2 O 5 … bằng phương pháp phân hủy nhiệt - Đề tài cấp Nhà nước KC 02.04/06-10. • Nghiên cứu ứng dụng điện cực anôt trơ trong bảo vệ catôt chống ăn mòn và trong xử lý nước ô nhiễm và nước thải. • Nghiên cứu chế tạo và sử dụng các chiết tách từ thực vật nhiệt đới làm chất ức chế xanh chống ăn mòn kim loại - Đề tài nghị định thư Việt Bỉ. • Nghiên cứu công nghệ mạ Cr(III) và mạ niken composit để thay thế bể mạ Cr(IV) độc hại đối với môi trường - Đề tài nghị định thư Việt Hàn. • Nghiên cứu công nghệ mạ xung Ni, hợp kim NiCu tăng cường khả năng chống ăn mòn của lớp phủ. • Nghiên cứu đánh giá và phân tích nguyên nhân hư hỏng vật liệu Các sản phẩm đã được thương mại hoá và đang cung cấp cho thị trường • Các loại bơm cát và bơm bùn chịu mài mòn cao phục vụ công nghiệp khai thác và chế Titan (tuổi thọ gấp 10 lần gang xám thông thường). • Xyclon thuỷ lực phục vụ công nghiệp chế biến cao lanh, đất sét và khoáng chất công nghiệp (chịu mài mòn và ăn mòn trong môi trường axit H 2 SO 4 ). • Phụ tùng thay thế hàng nhập ngoại có yêu cầu cao về chống mài mòn và ăn mòn xâm thực. • Các loại thép hệ Fe-Cr-Ni-Mo bền trong môi trường ăn mòn • Các loại muối niken thu hồi từ bã thải • Niken kim loại chất lượng cao, thu hồi từ bã thải mạ điện bằng các phương pháp thủy luyện và điện phân. • Công nghệ xử lý và tái sử dụng bã thải công nghiệp mạ crôm, niken • Các loại anôt hy sinh hệ kẽm, hệ nhôm và hệ manhê dùng cho tàu biển, cầu cảng, đường ống, bể chứa v.v • Anốt trơ • Các lớp mạ bề mặt chất lượng cao • Các dịch vụ phân tích thành phần, cấu trúc và tính chất vật liệu • Các dịch vụ phân tích hư hỏng vật liệu BẰNG SÁNG CHẾ, GIẢI PHÁP HỮU ÍCH 1- Bằng sáng chế về "Phương pháp nấu luyện gang trắng chịu mài mòn chứa hàm lượng crom cao trong lò cảm ứng" (Đoàn Đình Phương, Nguyễn Văn Tích, Phan Anh Tú), Cục sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ (2007). 2 - Phương pháp thu hồi kim loại niken từ bã thải công nghiệp mạ niken, Cục sở hữu trí tuệ Bộ Khoa học Công nghệ (Chấp nhận đơn) PHÒNG CÔNG NGHỆ KIM LOẠI Phân viện Vật liệu kim loại Các hướng nghiên cứu và triển khai hiện tại:  Nghiên cứu hợp kim hoá đa nguyên tố hình thành hợp kim hệ Cr-Ni Mo-Ti và hệ Ni-Cr-Mo-Ti.  Nghiên cứu cơ chế phản ứng hình thành và khử bỏ tạp chất phi kim trong hệ Fe- Me-O-S.  Nghiên cứu khoa học và công nghệ chế tạo các loại thép hợp kim có các tính chất cơ, lý đặc biệt.  Nghiên cứu khoa học và công nghệ chế tạo hợp kim nha khoa hệ Ni–Cr–Mo-Ti.  Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý và thu hồi các kim loại từ bã thải, nước thải công nghiệp mạ điện.  Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo niken kim loại từ quặng.  Triển khai công nghệ xử lý, tách chiết và thu hồi niken kim loại từ chất thải mạ điện ở qui mô bán công nghiệp. Các thiết bị chính:  Thiết bị Lò Tamman và các lò nung nhiệt độ cao  Hệ thống thiết bị nghiền chế bột mịn  Các thiết bị hòa tách hóa học  Dây chuyền thiết bị lắng lọc thu hồi dung dịch chứa hợp chất niken  Dây chuyền thiết bị chế tạo nguyên liệu điện phân  Dây chuyền thiết bị điện phân đấu nối tiếp  Các thiết bị đo và xử lý hóa học. Mô tả vắn tắt kết quả nghiên cứu/triển khai: 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nitơ và kim loại đất hiếm và tạp chất phi kim trong thép không rỉ song pha đến độ bền ăn mòn Thành phần và cấu trúc pha của thép không rỉ song pha chứa nitơ và đất hiếm đã được xác lập. Thân hạt sạch tạp chất ôxýtsunphit đất hiếm hình cầu, nhỏ mịn nằm sâu trong thân hạt, còn biên hạt thì lại rất hẹp không tụ tạp chất đã làm tốt lên độ bền ăn mòn đặc biệt là ăn mòn lỗ. Microstructure of Cr25Ni6Mo3-0.25N-RE DSS Việc thay đổi cấu trúc tế vi của thép không rỉ 50%, 50%, và không còn pha đã nâng cao tính bền ăn mòn của thép Cr25Ni6Mo3-0,25N-RE. Kết quả nghiên cứu được áp dụng để sản xuất thép không rỉ với lượng niken giảm đi 50% so với thép không rỉ phổ biến (18-8) nhờ sử dụng N và RE. 2. Nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim đặc biệt CrNiMo bền trong môi trường ăn mòn và xâm thực mạnh của axít H2SO4 để làm van dẫn axit. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng lượng niken ở nhiệt độ cao thì lượng cháy crôm giảm. Cùng với Mo và Ti, Ni đã làm ổn định các cácbit đơn như MeC, MeC6 và sẽ làm tốt lên độ bền ăn mòn sản phẩm đúc của axit mạnh H2SO4. Công nghệ chế tạo hợp kim đặc biệt 12Cr20Ni38Mo5đã được áp dụng để chế tạo các van dẫn axit H2SO4 cho nhà máy supe phốtphát và hoá chất Lâm Thao. Quan hệ giữa Cr, Ni và C trong hệ Fe-Cr- Ni-Mo-C Cấu trúc tế vi của hợp kim 12Cr20Ni38Mo5 alloy Van dẫn H2SO4 bằng hợp kim 12Cr20Ni38Mo5 3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo thép hợp kim thấp, độ bền cao chống ăn mòn khí quyển. Các nguyên tố trong thép bền khí quyển có ảnh hưởng mạnh đến độ bền ăn mòn của môi trường khí quyển là: Cr (0,45-0,75%), Ni (0,42-0,78%), Cu (0,44-0,62%), P (0,17-0,3%) và RE (1,3-2 kg/t). Độ ổn định của thép bền khí quyển nền ferit với hạt cấu trúc nhỏ đều đã làm tốt lên tính bền ăn mòn khí quyển. Công nghệ chế tạo thép bền khí quyển được áp dung để chế các thép góc V50. Cấu trúc tế vi của thép bền khí quyển Cấu trúc tế vi của lớp rỉ trên bề mặt thép bền khí quyển Sản phẩm thép góc bền khí quyển V50 4. Nghiên cứu công nghệ thu hồi, xử lý chất thải rắn, khí và nước ùn tắc, ô nhiễm môi trường ở các nhà máy đúc, cơ khí của Hà Nội. Đã nghiên cứu công nghệ thu hồi, xử lý cát đúc furan, crômít, manhêzi tạo bột đúc và sơn khuôn đúc. Công nghệ thu hồi, xử lý bụi than chế bột than. Công nghệ thu hồi, xử lý nước thải sau mạ niken tái chế niken. 5. Nghiên cứu chế tạo hợp kim nha khoa NiCrMoTi l àm vật liệu chỉnh hình răng. Hợp kim nha khoa với hàm lượng niken (>70%), crôm (>14%), molybđen (~6%) và titan (~4%) cho thấy có tính đúc tốt, quá trình gia công nhiệt thuận lợi để đạt được cấu trúc nền gama với hạt cấu trúc mịn ổn định và thu được bề mặt sáng trắng bền ăn mòn. Cấu trúc tế vi của hợp kim nha khoa NiCrMoTi Sản phẩm hợp kim nha khoa NiCrMoTi Sản phẩm công nghệ được sử dụng để chế các nẹp, gá, cốt hàm răng gốm sứ. 6. Nghiên cứu công nghệ chế tạo hỗn hợp sơn phủ khuôn đúc gang thép chất lượng cao Các hỗn hợp sơn như crômít, manhêzít đã tạo ra được lớp màng ngăn cách giữa bề mặt khuôn cát và kim loại lỏng để chống cháy cát và thâm nhập cát vào chi tiết đúc. Hỗn hợp sơn khuôn manhêzi được sử dụng ở một số xưởng đúc thép hợp kim mangan, crôm cao để sơn khuôn cát và khuôn kim loại. 1. Điều chế oxyt niken có các kích cỡ khác nhau để làm men mầu hoặc chất xúc tác. Đã điều chế được oxyt niken có kích cỡ < 1μm từ dung dịch niken sulfat thu hồi từ bã thải mạ điện. Với kích cỡ như vậy, sản phẩm bảo đảm đủ tiêu chuẩn để làm men mầu cho công nghiệp sơn hoặc gốm sứ. Đặc biệt đã điều chế được oxyt niken có kích cỡ nanô bằng phương pháp SOL-GEL, đủ tiêu chuẩn làm chất xúc tác cho Cracking dầu mỏ: (1) (2) Ảnh SEM các mẫu bột oxit niken cỡ micromet (1) và nanômet (2) 2. Nghiên cứu khử tạp chất trong dung dịch niken sulfat thu hồi bằng các chất kiềm hệ carbonat. Đây là một nhiệm vụ tương đối phức tạp bởi trong dung dịch sau hòa tách bã thải mạ điện bằng axit sulfuric có rất nhiều tạp chất sulfat của các chất vô cơ và hữu cơ. Đã tìm ra được quy luật biến đổi độ pH theo thời gian của dung dịch thu hồi sau khi được bổ sung các chất kiềm nhằm kết tủa các ion sắt, crôm đa hóa trị, nhờ đó xác định được chất kiềm hệ carbonat cho phép khử tối đa các tạp chất và kèm giữ tối ưu lượng ion niken II nằm lại trong dung dịch. 3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo các tấm niken bằng phương pháp điện phân dung dịch niken sulfat hòa tan bởi carbonat bazơ niken để làm catôt mồi cho quá trình điện phân thu hồi niken kim loại. Trong sản xuất niken điện phân, việc chế tạo catôt mồi chiếm vai trò quan trọng, nó quyết định tới chất lượng và năng suất của cả quá trình. Tuy nhiên việc hình thành tấm niken nguyên vẹn và đủ độ dày luôn luôn bị cản trở bởi sự xâm nhiễm các tạp chất phát sinh trong khi điện phân dẫn tới hiện tượng tự bong nứt của tấm niken này. Đã nghiên cứu xác định được nguyên nhân gây bong nứt và đề ra được giải pháp khắc phục bằng hỗn hợp SLS-1 gồm 2 thành phần chính là axit sulfuric (H2SO4) và dodecan sunphonat kali (KC12H25.SO3). Nhờ đó tấm niken được nguyên vẹn trong suốt thời gian điện phân chế tạo. Đặc biệt dung dịch điện phân chế tạo được điều chế từ nguồn bã thải mạ điện. Tạp chất xâm nhiễm vào Niken gây bong nứt Sử dụng hỗn hợp SLS-1 loại bỏ tạp chất nhờ đó thu được tấm niken nguyên vẹn 4. Nghiên cứu công nghệ xử lý và tái sử dụng bã thải mạ điện. Bã thải mạ điện chứa một lượng kim loại nặng tương đối lớn như Cr, Fe, Cu, Ni. Việc thu hồi các nguyên tố này cho phép tận thu và tái sử dụng chúng, đồng thời giảm thiểu các tác nhân độc hại trong chất thải cuối cùng. Công nghệ đã được áp dụng vào sản xuất tại xưởng thực nghiệm của Phòng công nghệ kim loại và sản phẩm niken kim loại của Phòng đã được Viện khoa học vật liệu tiêu thụ trên thị trường đạt doanh số gần 1.7 tỷ đồng trong năm 2007. Như vậy công nghệ này đã đem lại hiệu quả về nhiều mặt, đặc biệt là các mặt kinh tế và bảo vệ môi trường sinh thái. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của niken điện phân do Phòng CNKL chế tạo Niken tấm với kích thước Dày(mm)xRộng (mm)xDài (mm) = 10x400x800 T T Phân loại Thành phần cơ bản, % Lĩnh vực sử dụng Ni Fe Cr S Tạp chất khác 1 Độ sạch cao ≥ 99.5 ≤ 0.02 ≤ 0.02 ∼ 0.05 Còn lại Mạ điện, luyện kim 2 Độ sạch TB ≥ 99 ≤ 0.02 ≤ 0.02 ∼ 0.5 Còn lại Mạ điện 3 Độ sạch TB ≥ 98 ≤ 0.8 ≤ 0.8 ~ 0.05 Còn lại Luyện kim Bã thải Bể hoà tách Cacbonat bazơ niken Máy vắt Dàn điện phân nối tiếp Niken điện phân 5. Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ chế tạo niken kim loại từ tinh quặng niken Bản phúc – Sơn la. Việt nam có nguồn quặng niken tương đối lớn nằm trên 2 tỉnh Sơn la và Phú thọ, trong đó mỏ niken Bản phúc – Sơn la đã được thăm dò cho thấy trữ lượng khoảng 20-25 triệu tấn với hàm lượng 4-5% niken và tổng giá trị lên tới 20-25 tỷ đôla Mỹ. Ở nước ta chưa có ngành công nghiệp xử lý và điều chế niken. Đồng thời, điều kiện địa lý và mật độ dân số cao không thích hợp áp dụng phương pháp cacbonyl hóa niken của thế giới. Do đó việc nghiên cứu công nghệ xử lý quặng và điều chế niken cho phù hợp với điều kiện Việt nam là rất cần thiết. Hiện nay Viện khoa học vật liệu giao nhiệm vụ này cho Phòng CNKL kết hợp với một số Phòng nghiên cứu khác của Viện thực hiện và xác định là một trong những hướng nghiên cứu chính của Phân viện vật liệu kim loại. Hiện nay các điều kiện thuận lợi cho công tác nghiên cứu công nghệ mới đã được hội đủ và đang được triển khai tích cực theo 3 phương án công nghệ chính đã được Hội đồng khoa học của Viện KHVL thông qua. Các sản phẩm có thể thương mại hoá: 1. Các loại van, cánh khuấy axit bằng hợp kim hệ Fe-Cr-Ni-Mo 2. Các loại bột hỗn hợp sơn khuôn hệ crômit và manhêzit để đúc gang, thép hợp kim chất lượng cao. 3. Các hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti để chế các nẹp, gá, cốt răng bọc gốm sứ. 4. Ôxýt niken có các kích cỡ khác nhau 5. Các loại muối niken thu hồi từ bã thải 6. Niken kim loại chất lượng cao, thu hồi từ bã thải mạ điện bằng các phương pháp thủy luyện và điện phân. 7. Công nghệ xử lý và tái sử dụng bã thải công nghiệp mạ crôm, niken Phát minh sáng chế, giải pháp hữu ích: Phương pháp thu hồi kim loại niken từ bã thải công nghiệp mạ niken, Cục sở hữu trí tuệ Bộ Khoa học Công nghệ (Chấp nhận đơn) Công bố điển hình trong 5 năm gần nhất-từ 2003 đến 2008: 1- To Duy Phuong, Pham Duc Thang, Composition and microstructural Effect on Atmospheric corrosion of Weathering steel, Journal of Metallurgy and Materials Sciences, vol:… No. 4, 2007 2- Tô Duy Phương, Pham Duc Thang và T.t. Effect of nitrogen & rare earth metals in duplex stainless steel on transformation of ferrit-austenit structure, Journal of Metallurgy & Materials Science,Vol. 48, No. 2, April-June, 2006 3- Tô Duy Phương, Pham Duc Thang và T.t. The effect of phase composition and structure of Fe-25Cr-6Ni-3Mo-0.25N DSS on corrosion resistance Journal of Metallurgy and Materials Sciences,Vol. 47, No.1, January-March 2005, 15-23 4- Tô Duy Phương, A Study on the precipitation of rare earth metals inclusion phase in Fe-Cr-Ni-RE system, Journal of Metallurgy and Materials Sciences, Vol. 46 No.4, October-December, 2004, 233-242 5- Tô Duy Phương và T.t. Modifying inclusion types and shapes by Rare earth metals addition to low carbon steel, Journal of Metallurgy and Materials Sciences, Vol. 46, No.3, July-September,2004, 135-146 6- Tô Duy Phương và T.t. Influence of rare earth metals on non-metallic Inclusion in 25Cr-7Ni-3Mo-0.25N duplex stainless steel, Journal of Metallurgy and Materials Sciences, Vol. 46, No.3, July-September,2004,147-155 7- Luu Minh Dai, Pham duc Thang. Direction for nickel recycling process from sludges of chromium and nickel plating . Page 87-95. processing and global using natural resources in Vietnam. Proceeding of national symposium for natural resources in Vietnam. Hanoi 11/2005 8- Pham Duc Thang, Hoang Lam Hong. SEM&EDX examination for nickel membrance, formed by electrolysis. M: Science and technology for metal N o 13. Hanoi 12/2007. 9- Phạm Đức Thắng, Lưu Minh Đại, Tô Duy Phương. Ảnh hưởng của tạp chất đến sự bong nứt lớp niken kết tủa trên catôt titan trong quá trình điện phân và biện pháp xử lý. TC Kim loại, số 18, tháng 5,6/2008- Số kỷ niệm 15 năm thành lập Viện khoa học vật liệu. 10- Tô Duy Phương, Phạm đức Thắng và T.t. ảnh hưởng của thành phần và cấu trúc pha trong thép đúc không rỉ song pha ferit- austenit đến độ bền ăn mòn.T.c. Kim Loại, 5 , 4/2006. Danh sách cán bộ hiện tại: Họ và tên: Phạm Đức Thắng Học hàm, học vị: Tiến sỹ Năm sinh: 1957 Vị trí công tác: Trưởng phòng Email: thangpd@ims.vast.ac.vn ĐT CQ: 04.7562496 ; 0936094440 Họ và tên: Tô Duy Phương . ĐỘNG NGHIÊN CỨU Các hướng nghiên cứu chính hiện nay • Nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát thiêu kết bằng phương pháp luyện kim bột. • Nghiên cứu phát triển hợp kim chịu mài mòn và ăn mòn xâm thực. số Phòng nghiên cứu khác của Viện thực hiện và xác định là một trong những hướng nghiên cứu chính của Phân viện vật liệu kim loại. Hiện nay các điều kiện thuận lợi cho công tác nghiên cứu công. Vật liệu kim loại Các hướng nghiên cứu và triển khai hiện tại:  Nghiên cứu hợp kim hoá đa nguyên tố hình thành hợp kim hệ Cr-Ni Mo-Ti và hệ Ni-Cr-Mo-Ti.  Nghiên cứu cơ chế phản ứng hình thành