Công nghệ của ngày mai (2)

Giới kỹ sư về vật liệu không nghi ngờ rằng CFRP có thể cạnh tranh với những vật liệu truyền thống, ngay cả khi chi phí có tốn kém như hiện nay nếu tính tới khối lượng sử dụng và những chức năng thiết kế theo yêu cầu.

Người ta đang nghiên cứu khả năng sử dụng CFRP để làm những linh kiện chịu lực cao trong cấu thành của thân xe. Thép lá có điểm yếu khi việc định hình khung xe cần phải được tiến hành theo nhiều công đoạn. Gia công cấu trúc xương và thân xe hiện phải cần tới hàng trăm linh kiện làm tăng chi phí đầu tư vào máy móc, khuôn đúc và công cụ.

Nếu sử dụng CFRP, bộ phận thân xe phức tạp có khả năng được sản xuất chỉ theo một công đoạn duy nhất và điều này đồng nghĩa với việc giảm bớt số linh kiện cần thiết, làm giảm đáng kể chi phí sản xuất và có thể bù đắp vào khoảng thua thiệt do giá thành CFRP cao hơn. Tuy nhiên, các chuyên gia như tiến sĩ Stauber cũng chưa dám tiên đoán về một bước đại nhảy vọt để chuyển ssang sử dụng hoàn toàn CFRP: "Bạn không nhất thiết phải chuyển sang sử dụng hoàn toàn CFRP. Các kết cấu phụ cụ thể và đặc biệt đang là mục tiêu hiện nay".

Saleen S7.

Một dự án khác chuyên nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc phân tử ở cỡ nano. Các hạt nano siêu nhỏ có khả năng thay đổi tính chất các bề mặt nhất định. Ví dụ đầu tiên là lớp màng trong suốt cho dự án Head-up Display (hiển thị thông tin chỉ dẫn ngay trên kính chắn gió). Lớp màng nguyên chất cực mỏng cỡ nano này sẽ làm tăng độ xuyên thấu đồng thời hạn chế hiện tượng phản xạ của ánh sáng, giúp lái xe nhìn rõ hơn kể cả trong điều kiện bị tác động của ánh nắng mặt trời.

Tiến sĩ Stauber còn cho biết một ứng dụng mới trong công nghệ nano đối với bề mặt kính xe: "Hiện nay, chúng ta đang lắp đặt khoảng 50-60 kg kính cho xe ôtô. Ngoài ra còn có xu hướng mở rộng khoảng mui xe được lắp kính. Điều này sẽ làm tăng trọng lượng của xe tại những điểm không có lợi. Hợp chất carbon cao phân tử là lời giải cho vấn đề này".

Tuy nhiên, các tấm nhựa carbon cần phải có đặc tính gần giống với kính như vỡ vụn, đàn hồi và kháng tia cực tím. Và công nghệ nano có thể là chìa khóa để giải quyết mọi vấn đề. Nghiên cứu này có thể còn mất thời gian vài năm, hay thậm chí cả một thập kỷ. Bạn không thể hoạch định tiến bộ khoa học một cách chính xác. Tuy nhiên những thành tựu nghiên cứu của hãng BMW đang cho thế giới thấy viễn cảnh này có thể trở thành hiện thực nhanh tới mức nào.

Trung tâm đúc hợp kim của BMW đã thành công trong việc đúc vỏ động cơ có thành phần magiê. Hợp kim magiê giúp giảm 30% trọng lượng so với nhôm và được coi là một trong những chất liệu khó sử dụng trong bộ phận tạo ra sức mạnh của xe do thân máy phải chịu được nhiệt độ cao, đồng thời đáp ứng các đặc tính cơ học và hóa học khắt khe khác. Tuy nhiên những nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn được tiến hành do động cơ được đặt ở vị trí quan trọng nhất trong xe: ngay phía trên trục bánh trước.

Mục tiêu của nhà chế tạo là nhằm phân phối đều trọng lượng lên các trục bánh xe, giảm được 1 kg tại vị trí này tương đương với việc giảm 2 kg tại các vị trí khác. Khả năng sử dụng thân động cơ hợp kim magiê hứa hẹn những thay đổi tương tự như việc sử dụng thân động cơ bằng nhôm thay cho thân động cơ bằng gang trong quá khứ. Giống như nhôm, magiê dễ nấu chảy, đặc tính này cho phép sản xuất ra các chi tiết lớn và phức tạp.

Tuy nhiên sử dụng magiê cũng gặp phải một số bất lợi. Magiê đặc biệt dễ bị ăn mòn, các ốc xoáy dễ bị lỏng trong điều kiện nhiệt độ cao. Bất lợi này càng thêm trầm trọng nếu sử dụng magiê làm thân khối động cơ được làm mát bằng nước. Các kỹ sư và chuyên gia đúc đã xử lý vấn đề này bằng một vài thủ thuật. Lớp thân xi-lanh và bộ phận làm mát là những khu vực chịu nhiều ảnh hưởng về nhiệt độ nhất sẽ sử dụng chất liệu nhôm. Nhôm còn được sử dụng ở vùng có ren bắt bu-lông chịu lực. Lớp hợp kim magiê sẽ được đúc xung quanh các lõi nhôm này. Kết quả của những nỗ lực này là vỏ động cơ đã nhẹ hơn trước khoảng 10 kg. Giảm được 10 kg trọng lượng lên trục trước mang nhiều ý nghĩa. Nhưng chỉ riêng vấn đề này chưa nói hết công sức đã bỏ ra.

Điều quan trọng ở đây là tiềm năng của nó trong tương lai. BMW cũng đang nghiên cứu việc sử dụng hợp kim magiê trong các bộ phận cấu thành chassis hay la-zăng hợp kim. Vỏ hộp số, đặc biệt là hộp số tự động có nhiệt độ thấp hơn, cũng rất có khả năng ứng dụng hợp kim magiê. Trọng lượng xe có thể giảm thêm 15-20% nếu sử dụng các tấm vỏ thân xe bằng hợp kim magiê thay cho nhôm. Tuy nhiên việc sản xuất các tấm hợp kim magiê với số lượng ít sẽ khiến chi phí tăng vọt.

Cuộc chiến nhằm giảm trọng lượng của xe vẫn đang tiếp diễn. Thiết kế nhẹ là một yếu tố sống còn trong việc chế tạo ra những chiếc xe thể thao. Các chất liệu mới, nhẹ được sản xuất theo phương thức công nghiệp cần đến một lượng chất xám đa dạng được tích tụ trong suốt bề dày nhiều năm nghiên cứu và xử lý. Những dòng xe mới như M3 CLS và serie 5 mới của BMW, Enzo Ferrari, Saleen S7, Aston Martin,... là những minh chứng sống cho thấy trình độ công nghệ mới đã phát triển tới mức nào trong lĩnh vực công nghệ vật liệu nhẹ.

(Phần 1)

(Theo Ôtô - Xe máy)