Nhóm nghiên cứu của PGS Trịnh Văn Trung đã chế tạo ra loại vật liệu giúp nâng cao chất lượng dụng cụ phẫu thuật.
Ứng dụng công nghệ xử lý bề mặt
PGS Trịnh Văn Trung là giảng viên Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Nhóm nghiên cứu của anh đã ứng dụng công nghệ PVD bốc bay hồ quang plasma để tạo các lớp phủ vật liệu hệ nitrit như TiN và ZrN nhằm nâng cao độ cứng bề mặt và khả năng chống ăn mòn cho dụng cụ phẫu thuật
PGS Trịnh Văn Trung cho biết, dụng cụ phẫu thuật tiếp xúc trực tiếp với cơ thể sống nên ngoài độ cứng vững, nhẵn bóng còn cần chống ăn mòn. Do đó, ngoài việc lựa chọn vật liệu và công nghệ gia công cơ khí thích hợp còn cần áp dụng các công nghệ nhiệt luyện hoặc xử lý bề mặt để nâng độ cứng vững hoặc khả năng chống ăn mòn.
Vật liệu phổ biến dùng để chế tạo các dụng cụ phẫu thuật thường là thép không gỉ mactenxit (là loại thép không gỉ có thể hóa bền được bằng công nghệ nhiệt luyện).
Các công nghệ nhiệt luyện truyền thống như tôi và ram cho thép không gỉ mactenxit có thể điều chỉnh tổ chức và nâng cao độ cứng nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ.
Gần đây các dụng cụ này còn được áp dụng các công nghệ xử lý bề mặt như mạ/phủ TiN hay ZrN nhằm nâng cao độ cứng bề mặt, khả năng chống mài mòn (chống xước), khả năng chống ăn mòn và tính thẩm mỹ.
PGS Trung đã nghĩ đến việc áp dụng công nghệ xử lý bề mặt bằng phương pháp bốc bay thể hơi vật lý PVD (Physical Vapor Deposition). Dùng dòng hồ quang điện tạo plasma bốc bay các vật liệu như Ti và Zr trong môi trường khí N2 chế tạo màng phủ trên bề mặt chi tiết thép không gỉ đạt độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn tốt.
PGS Trung nhận thấy bất cập là mặc dù lớp phủ đạt độ cứng bề mặt cao nhưng độ bám dính chưa được tốt nếu phủ trực tiếp trên bề mặt thép chỉ được nhiệt luyện. Anh tiếp tục suy nghĩ lời giải cho bài toán này.
Quá trình nghiên cứu cho thấy, một trong những nguyên nhân của độ bám dính chưa tốt là do chênh lệch độ cứng/ứng suất quá lớn giữa lớp phủ và bề mặt thép.
Nhóm nghiên cứu áp dụng công nghệ xử lý “kép” bằng cách sử dụng thêm công nghệ hóa nhiệt luyện là thấm nitơ cho bề mặt thép rồi mới áp dụng công nghệ xử lý bề mặt PVD. Kết quả là độ bám dính đã được cải thiện rất tốt do lớp thấm nitơ trên bề mặt thép.
Tuổi thọ thiết bị cao hơn 2 - 3 lần
Công nghệ PVD được biết đến là công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến, an toàn và thân thiện với môi trường, có thể chế tạo các màng phủ hệ nitrit; có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn/chống xước lớn và hệ số ma sát nhỏ nên thường được ứng dụng phủ bảo vệ chống mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho các dụng cụ cắt hoặc bề mặt khuôn mẫu trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.
Tuổi thọ của chi tiết sau khi được sử dụng công nghệ phủ lớp PVD thường cao gấp 2 - 3 lần so với khi không phủ. Đặc biệt trong một số trường hợp tuổi thọ có thể gấp chục lần khi áp dụng các lớp phủ PVD có cấu trúc nano hoặc vật liệu cacbon “giống” kim cương DLC (Diamond Like Carbon).
Ngoài việc có khả năng chống xước cao thì màu sắc của các lớp phủ này cũng rất đa dạng phụ thuộc vào bản chất vật liệu và cấu trúc lớp phủ nên cũng có thể ứng dụng nhiều trong lĩnh vực phủ trang trí.
Bên cạnh đó, nhờ khả năng chống ăn mòn cao và một số hệ lớp phủ có tính “tương thích sinh học” tốt nên cũng đã được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép y sinh.
PGS Trịnh Văn Trung chia sẻ, khó khăn khi nghiên cứu về vật liệu nói chung và đề tài này nói riêng là cần có trang thiết bị chế tạo, gia công, xử lý… hiện đại và đặc biệt là các trang thiết bị phân tích và đo kiểm.
Tuy nhiên, được sự hỗ trợ của dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học, nhiều thiết bị phục vụ cho nghiên cứu đã được tài trợ, rút ngắn thời gian thực hiện. Công bố khoa học vì thế cũng sớm hơn nhiều so với lộ trình thông thường.
Kết quả nghiên cứu đã đăng được 1 bài báo ISI + 1 bài báo trên tạp chí trong nước, được Hội đồng nghiệm thu dự án tài trợ nghiên cứu SAHEP (Dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học do WB tài trợ) đánh giá xuất sắc.
