Nhà khoa học đưa công nghệ vật liệu đầu tiên cho tượng đài hết gỉ

Những công trình tượng đài bằng đồng ngoài trời tại Việt Nam từ lâu phải đối mặt với thử thách lớn từ điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm và tình trạng ô nhiễm không khí gia tăng, dẫn đến hiện tượng gỉ xanh và xuống cấp bề mặt.

Tượng đài "Bác Hồ với Nhân dân Quảng Bình" do Công ty Tân Tiến đúc, áp dụng mẫu hợp kim của đề tài. Ảnh: NVCC.

Nhằm tìm kiếm giải pháp khắc phục triệt để bài toán kỹ thuật này, năm 2006, TS Phạm Đăng Địch cùng các cộng sự tại Trung tâm Nghiên cứu Tư vấn Phát triển Công nghệ Đúc - Luyện kim (Hội Đúc luyện kim Hà Nội) đã triển khai công trình nghiên cứu công nghệ vật liệu mang tính bước ngoặt, giải quyết triệt để bài toán ăn mòn kim loại ngoài trời, mở ra giải pháp công nghệ vật liệu tối ưu cho các công trình tượng đài.

Tượng đài "Bác Hồ với đồng bào các dân tộc Tây Bắc" cũng do Công ty Tân Tiến thực hiện. Ảnh: NVCC

Việt Nam sở hữu đặc trưng khí hậu nóng ẩm, vốn là môi trường xúc tác mạnh mẽ cho các phản ứng hóa học và sinh học làm hư hại công trình ngoài trời, đặc biệt là các kết cấu kim loại. Thực tế vận hành cho thấy, tượng đài Lý Thái Tổ tại Hà Nội sau một thời gian chống chịu mưa nắng đã xuất hiện hiện tượng gỉ xanh bề mặt, buộc cơ quan quản lý phải tiến hành che chắn để tu sửa.

Theo kết quả khảo sát của TS Phạm Đăng Địch, hiện tượng gỉ xanh cục bộ xuất hiện ở hầu hết các công trình tượng đài lớn do Việt Nam tự xây dựng tại Hà Nội, bao gồm: Đài tưởng niệm liệt sĩ Bắc Sơn, tượng đài Lý Thái Tổ, tượng đài Công nhân Việt Nam và phù điêu Hà Nội mùa đông 1946 (ngoại trừ Tượng đài Lênin không bị ảnh hưởng).

TS Phạm Đăng Địch đi khảo sát tại Điện Biên. Ảnh: NVCC.

Đáng chú ý, khảo sát tại các địa phương lân cận cũng ghi nhận tình trạng tương tự ở nhiều công trình lớn như tượng Nữ tướng Lê Chân, Danh nhân văn hóa Nguyễn Bỉnh Khiêm (Hải Phòng), Quốc công Tiết chế Hưng Đạo Vương Trần Quốc Tuấn (Nam Định), tượng đài Chiến thắng Điện Biên Phủ (Điện Biên) và tượng Cố Tổng Bí thư Nguyễn Văn Cừ (Bắc Ninh).

Phân tích ở góc độ chuyên môn, TS Phạm Đăng Địch chỉ ra, nguyên nhân chính xuất phát từ vật liệu đúc. Phần lớn đồng hợp kim sử dụng trước đây được nấu lại từ nguồn phế liệu thu gom, thiếu quy trình khống chế chính xác tỷ lệ thành phần thiếc, dẫn đến độ bền ăn mòn không đạt chuẩn.

Bên cạnh đó, tác động từ môi trường không khí đô thị với nồng độ các chất khí gây ăn mòn như SO₂ và NO₂ tăng cao, kết hợp cùng độ ẩm nhiệt đới, đã đẩy nhanh tốc độ ăn mòn điện hóa bề mặt. Ngoài ra, kỹ thuật ghép nối các chi tiết và liên kết giữa vỏ tượng với khung giá đỡ bên trong chưa bảo đảm yêu cầu kỹ thuật cũng là yếu tố ảnh hưởng. Nhà khoa học khẳng định, việc lựa chọn chuẩn xác hệ và mác đồng hợp kim có khả năng chống ăn mòn cao là điều kiện tiên quyết để đảm bảo tính thẩm mỹ và độ bền vững lâu dài cho các tượng đài ngoài trời.

Trước bài toán cấp thiết của ngành, TS Phạm Đăng Địch đã làm chủ nhiệm đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim có độ bền ăn mòn cao dùng để xây dựng và phục chế tượng đài đặt tại Hà Nội".

Đây là công trình nghiên cứu bài bản đầu tiên về công nghệ vật liệu phục vụ chế tác tượng đài bằng đồng ngoài trời được thực hiện trên phạm vi cả nước.

Thông qua các phương pháp phân tích và kiểm nghiệm thực nghiệm, đề tài đã lựa chọn thành công mác đồng hợp kim thuộc hệ đa nguyên (CuSnZnPb1A) sở hữu các đặc tính cơ lý và khả năng chống ăn mòn đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe.

Không dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, đề tài đã chuẩn hóa quy trình nấu luyện hợp kim trong lò trung tần ở quy mô công nghiệp. Kết quả cho thấy công nghệ nấu luyện đạt độ ổn định cao, đảm bảo thành phần hợp kim chuẩn xác, độ chảy loãng tốt và đạt các chỉ số độ bền ăn mòn (theo phương pháp mất khối lượng và ăn mòn điện hóa).

Tượng Phật, một sản phẩm của đề tài, cao gần 70cm nặng khoảng 30kg. Tượng được đúc sau khi thử nghiệm mẫu để ngoài trời chịu mưa nắng khí ô nhiễm lâu mà không gỉ. Ảnh: NVCC.

Để đánh giá định lượng, TS Phạm Đăng Địch đã đúc thử nghiệm 6 bức tượng mẫu (gồm 3 tượng Quan Âm, 2 tượng "Cô gái rót nước" và 1 tượng "Cô gái đội nước"). Trong đó, 3 bức tượng được đặt thử nghiệm phơi mưa nắng 180 ngày tại khu vực có nồng độ khí SO₂, NO₂ và độ ẩm cao nhằm mô phỏng điều kiện môi trường thực tế tại miền Bắc.

Kết quả thu được rất khả quan: không phát hiện hiện tượng gỉ xanh cục bộ, màu sắc đồng ngả sang sắc nâu sẫm trầm tự nhiên, riêng mẫu tượng "Cô gái đội nước" sau đánh bóng chuyển sang màu nâu đen.

Nhận xét về đặc tính này, nhà điêu khắc Tạ Quang Bạo đánh giá cao hiện tượng biến màu tự nhiên của mác đồng mới, giúp công trình tăng giá trị thẩm mỹ theo thời gian.

Đánh giá về kết quả nghiên cứu, TS Thái Bá Minh, Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu khẳng định đề tài đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu khoa học đề ra. Hội đồng nghiệm thu đã đề nghị Sở Khoa học và Công nghệ cùng UBND Thành phố Hà Nội xem xét, tạo điều kiện ứng dụng rộng rãi mác đồng hợp kim này vào các công trình tượng đài và tác phẩm nghệ thuật ngoài trời, đặc biệt là các công trình tiến tới Đại lễ kỷ niệm 1.000 năm Thăng Long - Hà Nội.

Trao đổi với PV Tri thức và Cuộc sống, TS Phạm Đăng Địch, Hội Đúc luyện kim Hà Nội cho hay, sau khi được nghiên cứu và kiểm chứng, công nghệ chế tạo đồng hợp kim có độ bền ăn mòn cao, Công ty Tân Tiến, doanh nghiệp đúc đồng Ý Yên – Nam Định (cũ) do ông Dương Bá Tân làm chủ đã nhận chuyển giao công nghệ. Từ đó đến nay, sau 20 năm, Tân Tiến đã tiến hành thi công xây dựng nhiều công trình tượng đài ở Hà Nội cũng như cả nước đạt kết quả tốt.

“Sau 20 năm thử thách, tôi tin vật liệu CuSnZnPb1A sẽ xây dựng nên những tượng đài mãi trường tồn”, ông chia sẻ.