Ý tưởng & Sáng tạo VN (Vietnam Ideas & Creativities) [β7]

Có cần phải bàn luận hay không? - Nước bọt chó sói - Phát minh của vị dược sư vĩ đại - Vận may đã đến với hai anh em - Thép tự tôi của Miuset - Không định né tránh - Màu hoa đào - Những thí nghiệm ở Petecbua - Thành công của các kỹ sư Đức.

Kẻ cho ta ánh sáng

W

Tên gọi của nhiều nguyên tố tự nói về lai lịch của mình: hyđro có nghĩa là sinh ra nước; cacbon có nghĩa là sinh ra than; menđelevi, enstani, fecmi, curi, kursatovi là để tưởng niệm các nhà bác học xuất sắc; europi, amerixi, franxi, gecmani, califoni là xuất phát từ những địa danh. Nhưng cũng có những nguyên tố mà tên gọi của chúng, như người ta thường nói, cần phải bàn luận. Vonfram vốn thuộc nguyên tố như vậy.

Ngay cả việc định nghĩa của từ vonfram - nước bọt chó sói - cũng chưa chắc đã giải thích được nguồn gốc của tên gọi này. Thực ra, liệu cái nguyên tố thuộc nhóm IV của hệ thống tuần hoàn Đ. I. Menđelêep có thể có cái gì chung với con thú rừng dữ tợn ấy không?

... Từ thời cổ xưa, các nhà luyện kim đã lắm phen vấp phải một hiện tượng quái lạ: thỉnh thoảng, do những nguyên nhân hết sức khó hiểu, lượng thiếc nấu từ quặng ra bị giảm sút ghê gớm. Vì các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật của việc nấu luyện không thể không làm cho tổ tiên chúng ta lo lắng nên họ bắt đầu chăm chú theo dõi quặng thiếc đưa vào lò nấu luyện. Chẳng mấy chốc, họ đã nhận thấy một quy luật: điều kiện phiền toái nảy sinh khi mà trong quặng có những hòn đá nặng màu nâu hoặc màu xám hơi vàng. Kết luận đó tự nói lên một điều: hòn đá đã "ngốn thiếc như chó sói ngốn thịt cừu vậy. Và cứ như thế thì cứ gọi thứ đá độc ác này là nước bọt chó sói - vonframit. Ở một số nước khác, chẳng hạn, ở Thụy Điển, cũng gặp thứ đá tương tự nó được gọi là tungsten, nghĩa là đá nặng.

Việc phát minh ra vonfram gắn liền với tên tuổi của nhà hóa học nổi tiếng người Thụy Điển Carl Vinhen Sele (Karl Wilhelm Scheele). Vốn là một dược sư, ông đã làm nhiều việc tại nhiều phòng bào chế thuốc của nhiều thành phố, tại đó, ông cũng tiến hành nhiều cuộc nghiên cứu khoa học. Năm 1871, Sele đã xác định được rằng, tungsten (sau này được gọi là seelit) là muối của một axit mà thời bấy giờ chưa ai biết, và ông đã tách được từ nó ra một thứ bột trắng - đó là oxit của nguyên tố mới này. Nhưng rồi công việc của ông cũng không đi xa hơn thế nữa.

Các nhà hóa học Tây Ban Nha - hai anh em Fauxto (Fausto d Eluar) và Hoan Hoze đe Eluar (Juan Jose d Eluar) đã rất quan tâm đến vấn đề tungsten: họ bắt đầu tiến hành các thí nghiệm với vonframit và tungsten. Chỉ hai năm sau, họ đã đạt được kết quả: sau khi trộn lẫn thứ bột trắng thu được từ vonframit với than gỗ tán nhỏ, họ đốt thật nóng hỗn hợp này trong lò nung. Sau thí nghiệm, khi lò nung đã nguội, họ mở ra và phát hiện thấy trong đó có một chất mầu nâu thẫm dễ tan vụn trong tay. Dùng kính lúp để soi, các nhà bác học nhận thấy rong bột này có một, hai rồi ba viên kim loại nhỏ, hình cầu. Đó chính là vonfram. Nhìn những hạt kim loại mới này, liệu hai anh em đe Eluar có nghĩ là nó có vinh dự tạo nên một bước ngoặt thực sự trong công nghiệp hay không?

Năm 1864, một nhà bác học Anh tên là Robec Miuset (Robert Mushet) đã lần đầu tiên dùng vonfram (chừng 5 %) làm nguyên tố điều chất cho thép. Thứ thép từng đi vào lịch sử ngành luyện kim với cái tên thép tự tôi của Miuset có thể chịu đựng được sự nung đỏ, mà độ cứng của nó không những vẫn giữ được, lại còn tăng thêm, nghĩa là nó có tính chất tự tôi. Dao cắt gọt làm bằng thép này cho phép tăng tốc độ cắt gọt kim loại lên một lần rưỡi (tăng từ 5 mét lên 7,5 mét trong một phút).

Bốn chục năm sau đã xuất hiện thép gió chứa tới 8% vonfram. Lúc ấy, tốc độ cắt kim loại đã lên đến 18 mét trong một phút. Qua mấy năm nữa, tốc độ cắt kim loại lại được nâng lên đến 35 mét trong một phút. Thế là chỉ trong vòng nửa thế kỷ, vonfram đã nâng năng suất của các máy cắt gọt kim loại lên bảy lần!

Làm thế nào để nâng cao tốc độ cắt gọt hơn nữa? Thép thì hẳn là không đủ sức rồi, và ngay cả vonfram cũng không giúp được gì hơn. Chẳng lẽ đã đến giới hạn rồi ư? Lẽ nào không thể cắt kim loại nhanh hơn?

Vẫn là vonfram trả lời. Không đâu, nó chưa cạn hết sức lực và không định né tránh nhiệt độ cao trong cuộc chiến đấu cho tốc độ gia công kim loại. Năm 1907 đã chế tạo được hợp kim stelit gồm vonfram, crom, coban; hợp kim này đã trở thành thủy tổ của các hợp kim cứng mà hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi - những hợp kim cho phép nâng tốc độ cắt gọt hơn nữa. Ngày nay, tốc độ cắt gọt đã lên đến 2000 mét trong một phút.

Từ 5 đến 2000! Chặng đường mà kỹ thuật gia công kim loại đã đi qua thật là vĩ đại biết chừng nào! Các vật liệu chứa vonfram ngày càng mới là những cái mốc trên chặng đường đó.

Các hợp kim cứng hiện này là hỗn hợp của các loại cacbua của vonfram và của một số kim loại khác (titan, niobi, tantali) được chế tạo bằng cách thiêu kết. Ở đây, các hạt cacbua dường như được gắn kết bởi coban. Ngay cả ở 1000 độ C, các vật liệu như vậy vẫn không mất tính cứng, chính vì vậy nên chúng chấp nhận được tốc độ cắt gọt rất cao. Độ cứng của hợp kim relit (một trong những hợp kim được chế tạo trên nền vonfram cacbua) lớn đến nỗi, nếu ta cà cái giũa lên một mẫu hợp kim ấy thì trên cái giũa sẽ còn lại một đường rãnh do mẫu hợp kim để lại.

Gia công kim loại là hướng chính nhưng không phải là hướng duy nhất để vonfram xâm nhập vào kỹ thuật. Ngay từ giữa thế kỷ trước người ta đã nhận thấy rằng, vải tấm muối natri vonframat có tính chịu lửa. Lúc bấy giờ, các loại thuốc nhuộm màu chứa vonfram (màu vàng, xanh nước biển, trắng, tím, xanh lục, xanh da trời) đã được sử dụng rộng rãi. Các chất màu này còn được sử dụng trong hội họa, trong việc sản xuất đồ gốm, đồ sứ. Cho đến nay vẫn còn giữ được một số đồ sứ đẹp tuyệt trần sản xuất từ thế kỷ XVII ở Trung Quốc mà theo yêu cầu của hoàng đế, chúng được nhuộm màu hoa đào, đẹp khác thường. Theo truyền thuyết, để tạo được màu này, các nghệ nhân ngày xưa đã phải thực hiện gần tám ngàn thí nghiệm với các khoáng vật và các hợp chất khác nhau. Phép phân tích hóa học mới được tiến hành gần đây đã cho biết rằng, vonfram oxit làm cho sứ có màu sắc dịu dàng như vậy.

Năm 1860, người ta đã tạo được hợp kim của vonfram với sắt bằng cách nung nóng gang với axit vonframic. Độ cứng của hợp kim này đã khiến nhiều nhà hóa học và nhiều nhà luyện kim phải ngạc nhiên. Chẳng bao lâu sau đã hoàn thành được phương thức công nghiệp để sản xuất ferovonfram - đó đã là động lực thúc đẩy mạnh mẽ việc sử dụng vonfram trong ngành luyện kim.

Phải đợi một số năm nữa mới thực thi được những ý định đầu tiên nhằm đưa vonfram vào thép làm súng và đại bác. Cuối thế kỷ trước, giáo sư V. N. Lipin - một trong những người tổ chức việc sản xuất các loại thép điều chất ở nước Nga (về sau đã trở thành viện sĩ thông tấn viện hàn lâm khoa học Liên Xô), đã luyện được loại thép như vậy tại nhà máy Putilop ở Petecbua. Chỉ cần pha thêm một lượng nhỏ vonfram vào thép cũng nâng cao rõ rệt khả năng của nòng súng và nòng đại bác chống lại sự ăn mòn do khói thuốc súng gây nên. Các kỹ sư Đức đã đánh giá đúng ý nghĩa của việc làm sớm hơn những người khác. Trong những năm chiến tranh thế giới thứ nhất, đại bác hạng nhẹ của Đức có thể bắn được mười lăm ngàn phát, trong khi đó, đại bác của Nga và Pháp chỉ bắn được từ sáu đến tám ngàn phát thì hỏng.

Lẽ tự nhiên, lượng quặng vonfram khai thác được trong những năm đó đã tăng lên đột ngột. Nếu như trong những năm 90 của thế kỷ trước, mỗi năm thế giới chỉ khai thác được chừng 200 - 300 tấn quặng vonfram, thì ngay trong năm 1910 đã khai thác 8 ngàn tấn và trong năm 1918 đã lên đến 35 ngàn tấn.

Song dù sao vẫn thiếu vonfram. Nước Đức hầu như không có nguồn riêng về kim loại này nên lại càng cần nó. Thực ra, khi chuẩn bị chiến tranh, những người Đức biết lo xa đã dự trữ sẵn quặng vonfram, nhưng chẳng mấy chốc, lượng dự trữ này đã cạn kiệt mà công nghiệp chiến tranh thì vẫn tiếp tục đòi hỏi thép vonfram một cách gay gắt.

(còn nữa)