Trong lĩnh vực luyện kim phục vụ sản xuất trực thăng, công nghệ chế tạo
hợp kim siêu bền nhiệt (Superalloys) dành cho động cơ và
hợp kim siêu nhẹ cường độ cao cho hệ thống truyền động được coi là thách thức lớn nhất.
Dưới đây là 3 mảng luyện kim khó nhất:
1. Chế tạo lá tuabin động cơ (Đơn tinh thể)
Đây là đỉnh cao của ngành luyện kim hàng không. Các lá cánh quạt trong động cơ phản lực trực thăng phải làm việc ở điều kiện:
- Nhiệt độ cực cao: Thường vượt quá điểm nóng chảy của chính vật liệu đó (phải dùng lớp phủ gốm cách nhiệt).
- Lực ly tâm khổng lồ: Quay với tốc độ hàng chục nghìn vòng/phút.
- Độ khó: Phải đúc được vật liệu theo cấu trúc đơn tinh thể (Single Crystal) để loại bỏ các biên giới hạt tinh thể — nơi dễ xảy ra hiện tượng "dão" (biến dạng chậm) và gãy vỡ ở nhiệt độ cao. Hiện chỉ có rất ít quốc gia (Mỹ, Nga, Pháp, Trung Quốc...) làm chủ được công nghệ đúc này.
2. Luyện kim bột (Powder Metallurgy) cho đĩa tuabin
Để tạo ra các đĩa tuabin chịu lực, người ta không dùng phương pháp đúc truyền thống mà dùng công nghệ luyện kim bột:
- Sử dụng bột hợp kim siêu mịn, ép nóng đẳng tĩnh trong môi trường chân không để tạo ra vật liệu có độ đồng nhất tuyệt đối, không có bọt khí hay tạp chất.
- Công nghệ này giúp tạo ra các chi tiết có độ bền mỏi cực cao, giúp động cơ trực thăng hoạt động bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt như bụi cát hoặc biển muối.
3. Hợp kim Magie và Titanium cho hộp số (Hệ thống truyền động)
Hộp số trực thăng (Main Gearbox) là bộ phận cực kỳ phức tạp, phải chịu tải trọng xoắn rất lớn nhưng trọng lượng phải cực nhẹ.
- Hợp kim Magie: Rất khó luyện kim vì Magie cực kỳ dễ cháy nồng nặc trong quá trình nấu chảy và đúc. Việc pha trộn các nguyên tố đất hiếm vào Magie để tăng khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn là một bí quyết công nghệ mà các hãng lớn giữ kín.
- Gia công Titanium: Titanium rất cứng và khó cắt gọt, đòi hỏi công nghệ luyện kim và nhiệt luyện đặc biệt để tránh vật liệu bị giòn hoặc nứt vi mô trong quá trình sử dụng.
4. Công nghệ xử lý bề mặt và liên kết vật liệu
- Phun phủ plasma: Tạo lớp màng bảo vệ siêu mỏng (vài mươi micron) nhưng có thể hạ nhiệt độ tác động lên bề mặt kim loại hàng trăm độ C.
- Hàn ma sát (Friction Welding): Để nối các loại kim loại khác nhau mà không làm thay đổi tính chất vật lý của chúng tại mối nối, điều mà các phương pháp hàn nhiệt thông thường không làm được.
Tại Việt Nam, các đơn vị nghiên cứu như
Viện Công nghệ - Bộ Công thương hoặc các phòng thí nghiệm trọng điểm về luyện kim hiện vẫn đang dừng lại ở mức nghiên cứu hợp kim thay thế hoặc chế tạo các chi tiết ít chịu tải, chưa đạt tới trình độ đúc đơn tinh thể cho động cơ trực thăng.