Vật liệu bột luyện kim bột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÀ XỬ LÝ TIỂU LUẬN VẬT LIỆU BỘT LUYỆN KIM BỘT GV-Th.S : Nguyễn Đăng Khoa SV : Trịnh Xuân Mạnh Bùi Duy Nhật T.p Hồ Chí Minh 19/12/2010 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH LUYỆN KIM BỘT 1.KHÁI NIỆM Khác với phương pháp luyện kim thông thường chế tạo kim loại hợp kim cách nấu chảy qua kết tinh khn để tạo hình,cơng nghệ luyện kim bột sử dụng bột kim loại nguyên liệu ban đầu qua ép thiêu kết tạo hình mong muốn Muốn có sản phẩm từ bột nói chung phải qua bước sau: - Chế tạo bột với độ hạt độ thích hợp - Tạo hình sơ ép hỗn hợp khn áp suất thích hợp - Định hình kết thúc sấy nung nhiệt độ thích hợp (thường thấp nhiệt độ chảy cấu tử chính) LỊCH SỬ +Năm 3000 trước Cơng ngun,người Hi Lạp chế tạo công cụ nhờ phương pháp luyện kim bột +Năm 1839 công ty WOOLASTON,được cho tạo PLATIN rắn từ bột Platin xốp +Một số ứng dụng : -Năm 1900 tạo wonfram dạng sợi cho bóng đèn điện -Năm 1930 chế tạo Cac bit làm vật liệu cắt gọt -Năm 1960,ứng dụng chế tạo số phận xe ôtô -Năm 1980 ứng dụng chế tạo tuabin động máy bay Sợi wonfram 3.ĐẶC ĐIỂM + So với ngành chế tạo khác :Đúc ,Rèn, ngành chế tạo máy thì,ngành luyện kim bột sử dụng kim loại,hợp kim: - Nhiệt độ nóng chảy cao W - Có phản ứng hố học thời điểm nóng chảy - Vật liệu cứng để gia công (dao hk,đá mài ) - Số lượng lớn + Gần 70% khối lượng chế tạo ngành luyện kim bột tự động hố + Kích thước chế tạo xác + Có thể kiểm sốt rỗ(xốp) + Có thể chế tạo vật nhỏ đầu bi bút bi đến vật nặng 100 Pao(Pao~0,454kg).Thông thường khoảng Pao 4.ƯU ĐIỂM : + Nguyên liệu sử dụng 100% khơng có phoi gia công + Khống chế dễ dàng thành phần sản phẩm từ chon trộn bột ban đầu + Đảm bảo tính đồng kích thước,tổ chức tế vi thinh chất sản phẩm sản xuất hàng loạt lớn.Vấn đề định khâu trộn bột thật kỹ theo tỷ lệ qui định + Nhờ tính đơn giản nguyên cơng, khả tự động hố cao,năng suất cao, tiết kiệm nhân lực, nên giá thành hợp lý + Một số loại sản phẩm chế tạo phương pháp luyện kim bột, hay rẻ so với hợp kim thơng thường (vật liệu có độ nóng chảy cao,vật liệu cứng siêu cứng, chịu nhiệt cách nhiệt, vật liệu có độ xốp đều…) NHƯỢC ĐIỂM + Chi phí đầu tư ban đầu cao PHẦN II CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT A PHÂN LOẠI, ỨNG DỤNG 1.NHỮNG LOẠI VẬT LIỆU CÓ THỂ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỘT Loại vật liệu Vật liệu kết cấu (chi tiết máy ) Hợp kim đặc biệt : - Hợp kim từ cứng - Hợp kim từ mềm - Hợp kim hàn với thủy tinh - Hợp kim siêu dẫn - Hợp kim tiếp điểm điện cực - Hợp kim nặng Kim loại hợp kim sít chặt : - Kim loại chịu nhiệt - Kim loại dùng kỹ thuật hạt nhân - Siêu hợp kim - Thép hợp kim Vật liệu có độ xốp cao : - Bạc xốp tự bôi trơn - Tấm lọc Vật liệu liên kim loại Vật liệu compozit : - Hợp kim cứng - Cermet (hợp kim cứng kim loại) - Vật liệu ma sát - Vật liệu ma sát (ổ trượt) - Vật liệu có pha phân tán Vật liệu tẩm kim cương Vật liệu chịu lửa độ cao 2.PHÂN LOẠI THEO CÔNG DỤNG CHIA RA: + Bột mài dung cụ cắt + Vật liệu bột kết cấu + Hợp kim xốp thấm + Vật liệu thiêu kết độ sít chặt cao NHỮNG NGUYÊN CƠNG CHÍNH Các cấu tử Fe, Fe-Cu, Fe-Ni-Cu, Fe-P Fe-C, Fe-Cu-C, Fe-Ni-Cu-Mo-C Thép không gỉ, brông, latông Ti, Al-Cu Al-Ni-Co, SmCo5, ferit từ cứng Fe-Ni, Fe-Si, Fe-P, ferit từ mềm Fe-Ni-Co Nb3Sn, Ca-Cu-O W-Cu, W-Ag, Ni-Ag W-Ni-Cu, W-Ni-Fe W, Mo, Ta, Nb, Re Be, Zr Các hợp kim sở Ni, Co Thép dụng cụ, thép gió Brông, Fe-Cu, thép không gỉ, Al-Cu Brông, Ni, Ni-Cr, Monel Thép không gỉ, Ti, Zr, Ag, Ta Ni-Al, MoSi2, Ti-Al, Co-Mo-Si (W, Ti, Ta)C+Co, TiC+Ni-Mo, Cr3C2+Ni Cr+Al2O3, TiC+Ni-Cr, Mo+ZrO2 Brông+C+oxyt kim loại Cu+graphit, Fe+graphit Ni+ThO2, Al+Al2O3, AgCdO, Cu+Al2O3 Brông+kim cương, WC-Co+kim cương TaC, Mo2C, ZrB2, AlN, Si3N4, SiC Tên nguyên cơng Ví dụ :Chế tạo bạc lót từ Brong 1.Chuẩn bị nguyên liệu Cu :điện phân Sn hoá bột cách phun dòng nước áp lực cao vào dòng thiếc lỏng Graphit :tạo bột ngiền học 2.Tạo bột(hạt rắn kich thước ≤ 0,1 mm Cu ≤150 3.Trộn bột Cân bột theo tỷ lệ trộn 4.Tạo hình:chuyển từ trạng thái bột sang hình dạng,kích thước định sẵn Ép nguội khuôn áp lực khoảng 100Mpa 5.Thiêu kết:Nung vật lên đến nhiệt dộ cao,nhưng thấp nhiệt độ nóng chảy cấu tử chính,mục đích tăng bền cho vật liệu Nung khoảng 800 độ điều kiện khí bảo vệ thu nhiệt,xuất pha lỏng tạm thời Sn hoà tan Cu tạo thành hợp kim chúng 6.Gia cơng tinh :Sửa,mài Kiểm tra kích thước, ngâm dầu 4 ỨNG DỤNG 4.1.BỘT MÀI VÀ DỤNG CỤ CẮT Đây hai loại vật liệu có tính chất làm việc giống : dùng vật cứng để cắt vật mềm (thành mạt phoi) Bảng 10.3 Giới thiệu đặc tính số vật liệu có độ cứng cao, dùng làm bột mài nguyên liệu để chế tạo dụng cụ cắt a Vật liệu bột mài : Vật liệu bột mài có độ hạt cứng có kích thước khơng đồng chế tạo từ vật liệu: SiO 2, Al2O3, SiC kim cương tự nhiên hay nhân tạo Bảng 10.3 Tính chất đặc trưng số vật liệu có độ cứng cao Loại vật liệu Độ cứng Mođun đàn hồi (thành phẩm) (Knoop) (GPa) Kim cương (C) 8000 930 Bo nitrit (BN) 5000 860 mạng lập phương Bo cacbit 3500 450 B4C Titan cacbit 3100 350 TiC Silic cacbit 3000 400 SiC Volfram cacbit 2700 600 WC Nhôm oxyt 2100 350 Al2O3 Thạch anh 1000 54 SiO2 Thép (1) 800 210 Ghi : (1) Số liệu thép để so sánh Giới hạn bền nén (Mpa) 7000 Nhiệt độ nóng chảy phân hủy (oC) > 3500 7000 1540 2900 225 2800 3100 1000 2400 5000 2780 3000 2050 1200 1200 - Đá mài Hợp kim cứng b Dụng cụ cắt hợp kim cứng : Đối với dụng cụ cắt ngồi độ cứng cao phải có độ bền nhiệt Thép cácbon dụng cụ thép hợp kim thấp chịu không 2500C, thép gió 6000C, dùng hợp kim cứng dao làm việc tới 800÷10000C Hợp kim cứng có loại : - Loại cácbít: hạt WC dính kết với nhờ Co - Loại hai cácbít: WC + TiC + Co; - Loại cácbít: WC + TiC +TaC + Co Bảng 10.4 Thành phần hóa học tính số hợp kim cứng Nhóm hợp kim cứng Nhóm cacbit, WC Nhóm hai cacbit, WC+TiC Nhóm ba cacbit, WC+TiC+TaC Số hiệu WCCo2 WCCo3 WCCo4 WCCo6 WCCo8 WCCo10 WCCo15 WCCo20 WCCo25 WCTiC30Co4 WCTiC15Co6 WCTiC14Co8 WCTiC5Co10 WCTiC5Co12 WCTTC7Co12 WCTTC10Co8 WCTTC20Co9 WC 98 97 96 94 92 90 85 80 75 66 79 78 85 83 81 82 71 Thành phần hóa học TiC TaC 30 15 14 5 3 12 Co 10 15 20 25 10 12 12 Cơ tính MPa HRA 1000 90.0 1100 89.5 1400 89.5 1500 88.5 1600 87.5 1650 87.0 1800 86.0 1950 84.0 2000 82.0 950 92.0 1150 90.0 1250 89.5 1400 88.5 1650 87.0 1650 87.0 1450 89.0 1300 89.0 c Vật liệu siêu cứng : Đây loại vật liệu xuất phát từ kim cương BN - Bột kim cương trộn với 1÷2% bột B, Be Si ép nóng P tới 12 GPa, nhiệt độ khoảng 30000C Sản phẩm đạt đến độ cứng 8000HV - Bột kim cương bột BN rãi lên bề mặt hợp kim cứng ép nóng áp suất 5÷8 GPa, nhiệt độ 18000C Lớp phủ đạt độ cứng 5000÷8000HV - Bột kim cương bột BN trộn với 20÷30% bột kim loại (chất dính kết), ép nóng P = 3÷6 GPa, T0= 1200÷16000C Sản phẩm đạt đến độ cứng 4000÷5000 HV, thích hợp làm dụng cụ cắt đá d Thép gió bột : Xuất phát từ nguyên liệu bột (Fe, W, Cr, Mo, Co, V, C hay hợp kim trung gian chúng) qua ép nóng với áp lực 100MPa 1.1000C khí bảo vệ argon Ar Ngày đường luyện kim bột, dễ dàng cho thêm bột grafit, bột cácbít mịn (TiC, WC) vào bột chế tạo thép gió, để tạo loại vật liệu cắt gọt 4.2.VẬT LIỆU BỘT KẾT CẤU a Vật liệu sở FE,thép bột +Độ cứng ,giãn dài,bền mỏi tăng khối luợng riêng tăng.khối lượng riêng:sắt,thép bột :6,2 -7 g/cm3,cơ tính khỏang 50-60% vói sắt thép nấu chảy tương ứng dạng bột,ép, thiêu kết co thể đạt 7,6g/cm3 +Thành phần hố học tính chất.tương tự thép thường,các nguyên tố hợp kim thêm vào có tác dụng tăng tính(ni,cr,mo,cu…) + Nhiệt luyện thép bột: - Nhiệt luyện thể tích - Nhiệt luyện bề mặt b Vật liệu sở đồng hợp kim đồng + Bột đồng nguyên chất:trong ky thuật điện,(độ dẫn điện 80-90% cu nguyen chất chế tạo pp nấu chảy + Bột brơng thiếc(10% sn) có khối luợng riêng cao độ dẻo cao + Bột brong thiếc-niken:cơ tính dao động phạm vi rộng Bảng 10.8 Thành phần tính chất Cu hợp kim Cu chế tạo từ bột ép thiêu kết Thành phần Cơ tính Loại hợp , % Trạng thái kim g/cm  b , MPa  ,% Sn Zn Ni Cu nguyên Thiêu kết 8,0 160 10 chất Thiêu kết mộ lần 7,5 180 Brông Sn 10 Thiêu kết hai lần 8,2 220 18 Thiêu kết 8,2 320 20 Brông Ni 10 Thiêu kết nhiệt luyện (1) 8,2 600 (2) Thiêu kết nhiệt luyện 8,2 430 14 30 Thiêu kết 8,0 330 15 Cu-Ni 45 Thiêu kết 8,0 370 15 Latông 20 Thiêu kết 7,8 220 15 30 20 Thiêu kết 8,2 290 18 Maillechot 27 18 Thiêu kết 8,2 350 14 Ghi : (1) Tôi hóa già nhân tạo 3500C 3h; (2) Tơi hóa già nhân tạo 3000C 0,5h c Vật liệu sở nhôm hợp kim nhơm +Ưu điểm: nhẹ cống ăn mòn tốt khơng khí,chịu tải trung bình,thay nhựa phải làm việc vói chi tiết thép.,làm việc nhiệt độ cao(300-500 c) ứng dụng :duyra,silumin có dộ bền cao nhiệt dộ 250-300 dung thay thép dụng cụ đo  d Vật liệu sở Ti hợp kim Ti Mãi đến năm tám mươi loại vật liệu nghiên cứu ứng dụng, trước hết Mỹ, Nhật Bản, lý để tiết kiệm nguyên liệu Đôi xuất phát từ bột Ti nguyên chất, thường từ hợp kim Titan quen biết, Ví dụ loại Ti6Al-4V Quy trình chế tạo sau :  Tạo hình : áp lực ép 700 MPa, đạt độ sít chặt khơng nhỏ 95%  Thiêu kết 1200 – 1300oC chân không 10-2Pa (khoảng 10-4 torr)  Rèn với áp lực 200 MPa 950oC  Ủ lại 700oC 2h Sau làm đạt độ sít chặt gần 100% tính cao xấp xỉ hợp kim nấu chảy :  b  1000 � 1050 MPa ,   10  15% Những ứng dụng chế tạo máy bay (ốc vít, đinh tán, … ), cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm để thay thép không gỉ, số chi tiết tàu ngầm, v.v… 4.3.HỢP KIM XỐP VÀ THẤM Bằng phương pháp luyện kim bột chế tạo chi tiết có độ xốp cao phân bố rỗ xốp thông với thông với bề mặt, chúng ứng dụng lĩnh vực : a/ Bạc xốp tự bôi trơn : Loại brông thiếc: (< 10% Sn) với độ xốp 25 %, sau tẩm dầu chân không 70 0C làm viec suốt đời mà tra thêm dầu mỡ Khi trục quay, dầu tiết từ rỗ xốp, tạo bôi trơn tốt; Khi trục ngừng quay, nhiệt độ giảm xuống dầu lại hút trở lại rỗ xốp b/ Các loại màng lọc : Các màng lọc sản xuất từ bột dạng cầu đẳng trục, kích thước hạt (dmax/dmin » 1,5), áp lực nén nhỏ, với độ xốp 35÷40 %, rỗ xốp phân bố đều, D tb rỗ xốp khoảng 1/6dmin Nguyên liệu: bột brông, thép không gỉ, Ni, kim loại quý (Ti, Zr, Ta, Ag, Pt) cách phun dung dịch bột lên lõi thích hợp, ép chảy, cán bột sản xuất chi tiết dạng ống, bình thành mỏng có tính thấm tương tự giấy lọc kết hợp với tính chịu nhiệt độ cứng vững ceramic độ bền trước thay đổi nhiệt độ đột ngột kim loại c Vật liệu ma sát + Chế tạo khớp nối kiểu ma sát, phanh má, + Vật liệu ma sát sở bột đồng :chế tạo má côn, má phanh… + Trên sở bột sắt :dùng truyền động khô,rẻ hơn, hệ số ma sát cao hơn,độ bền chống mài mòn đảm bảo + Vật liệu ma sát với hàm lượng lơn cấu tử phi kim loại :sử dụng truyền động công suất cao(tải nặng-phanh má cho máy bay) hạt phi kl có nhiệt độ nóng chảy cao,bền nhiệt, làm việc nhiệt độ 600-1000 ºC.Nhược độ bền học thấp 4.4 VẬT LIỆU THIÊU KẾT ĐỘ SÍT CHẶT CAO a/ Hợp kim từ tính : +Vật liệu từ mềm Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ nhỏ, khả từ hóa nhanh từ trường, đường cong từ trễ hẹp điện trở lớn Dùng để chế tạo lõi rơle, lõi biến áp, động Vật liệu từ mềm thông dụng hợp kim sở sắt có pha thêm Si (thép kỹ thuật điện) Hợp kim Fe - Ni (permaloi) có độ từ thẩm cao từ trường yếu + Vật liệu từ cứng (Nam châm vĩnh cửu) - Vật liệu từ cứng có lực kháng từ cao, cảm ứng từ dư lớn, độ từ thẩm không cao, đường cong từ trễ rộng "béo" Vật liệu từ cứng chất lượng cao có tổ chức nhiều pha có tính chất khác -Vật liệu từ cứng chủ yếu chế tạo phương pháp luyện kim bột Phương pháp bảo đảm pha khác khơng hòa tan lẫn trình thiêu kết sử dụng - Vật liệu từ cứng thông dụng chế tạo sở hệ Fe - Al - Ni- Co có tên gọi hợp kim alni, alnico, magnico, cunife b/ Hợp kim tiếp xúc : Trong lĩnh vực kỹ thuật điện điện tử sử dụng rộng rãi hợp kim tiếp xúc Chế tạo hợp kim tiếp xúc luyện kim bột sở kim loại quý như: Ag, Re, Cd, W, Cu +Tiếp điểm cấu tử kim loại: Thường dùng kim loại sau: Ag, W, Pt, Mo Tuy nhiên loại câu tử kim loại khó thỏa mãn yêu cầu đa dạng tiếp điểm suốt thời gian làm việc Cu dùng chế tạo tiếp điểm có độ xác thấp; Pt, Au, Ag chế tạo tiếp điểm có độ dẫn điện cao ổn định hóa học cao + Tiếp điểm hai cấu tử kim loại : Là kết hợp kim loại dẫn điện cao: Ag, Au, Cu kim loại chịu nhiệt độ cao: W, Mo, Ni - Hợp kim W-Ag với 50-60% W dùng cho thiết bị cao áp, với lượng W thấp dùng cho thiết bị hạ áp - Hợp kim W-Cu có thêm 2-3% Ni dùng cho thiết bị cao áp môi trường dầu, thiết bị hàn điện (hồ quang mạnh, dòng lớn, tải nặng…) - Hợp kim Ag-Ni dùng rơle điện từ, công tắc tơ, máy ngắt mạch cao áp công suất nhỏ - Hợp kim Ag-CdO vGi 10-15%CdO dùng hàng không, thông tin (dẫn điện cao, dập hồ quang nhanh) + Tiếp điểm kết hợp kim loại phi kim loại : - Hợp kim Ag - graphit với 5% graphit dùng aptomat, đóng mạch điện, rơle tín hiệu, đảo mạch radio - Hợp kim Cu - graphit làm chổi quét động điện, máy phát điện - Hợp kim Cu hay Ag-graphit với 2-50% graphit làm chổi quét dụng cụ đo xác c.Thép khơng gỉ từ bột ép thiêu kết +Ứng dụng : chế tạo vật liệu làm việc mơi trường ăn mòn : phụ tùng ôtô, đồ trang sức, thiết bị thực phẩm d.Kim loại chịu nhiệt +Một số kl nhiệt độ nóng chảy cao, luyện kim thơng thườg gặp khó khăn :W,Mo Ta,Nb,Re e.Vật liệu dùng kỹ thuật hạt nhân : Các kim loại : uran (U), thôri (Th), ziêcôn (Zr), … hợp kim chúng dùng kỹ thuật hạt nhân thường sản xuất cách nấu chảy truyền thống, riêng berili (Be) dẻo chế tạo phương pháp luyện kim bột Ngày nay, số hợp kim sở U, Th, Zr, … dạng bán thành phẩm dạng chi tiết nhỏ chuyển sang chế tạo phương pháp bột nén thiêu kết Một số hợp kim nặng hệ W-Ni-Cu, W-Ni-Fe chứa 90-96%W, có khối lượng riêng 17-18,5 g/cm 3, sản xuất từ bột mịn, lực ép lớn, thiêu kết nhiệt độ cao, vật liệu trở nên đặc chắc, khơng rỗ xốp, có khả hấp thụ tia phóng xạ lớn gấp 1,5 lần so với Pb B CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT KIM LOẠI Các phương pháp sản xuất bột kim loại hành chia thành hai nhóm lớn : phương pháp học phương pháp hóa lý Việc chọn phương pháp tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật khả kinh tế Nhiều phải kết hợp phương pháp khác tạo bột có chất lượng mong muốn CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC : a/ Nghiền : Sử dụng cho kim loại mangan, crơm ơxyt, cácbit, hydrơxyt, sunfit, nitrit có tính dòn cao Dùng máy nghiền bi, nghiền búa thông thường để nghiền thành bột trực tiếp từ trạng thái rắn: cục, hạt, phoi ) Phương pháp đơn giản tạo bột có độ mịn cao suất thấp, độ khơng cao ( mài mòn vật liệu nghiền, buồng máy nghiền ) không nghiền kim loại dẻo b/ Tạo bột từ kim loại lỏng :  Tạo bột từ kim loại lỏng chân không : Nấu chảy kim loại phương pháp cảm ứng chân khơng, cho dòng khí hydrơ áp suất cao để tăng lượng hòa tan vào kim loại lỏng Nối đáy nồi kim loại lỏng với ống dẫn đến buồng chân không Khi mở van, kim loại lỏng với dòng khí hydrơ áp suất cao phun mạnh qua buồng chân không, buồng chân không kim loại lỏng bị phân chia nhỏ bụi tạo bột Phương pháp tạo bột mịn  Phun nước không khí nén : Nước khí nén có áp suất cao phun vào dòng kim loại lỏng chảy từ xuống Khi sử dụng nước giọt kim loại bị nguội đột ngột kết tinh nhanh tạo bột có độ hạt khơng hay có dạng bị kéo dài Nếu dùng khơng khí nén nguội chậm giọt nhỏ kim loại lỏng kịp vê tròn trước kết tinh nên tạo bột dạng cầu Có thể điều chỉnh kích thước hạt tốc độ phun dòng nước khí Kích thước bột đạt 10÷20μm Phương pháp dùng cho kim loại có nhiệt độ chảy thấp 1600oC Hình : Sơ đồ thiết bị chế tạo bột từ KL lỏng phun áp suất cao  Tạo bột điện cực quay : Điện cực làm kim loại cần tạo bột nấu chảy dần dần, tốc độ quay tương đối lớn (1000-2000 vòng/phút) Lực ly tâm làm kim lọai lỏng văng hóa bột Nấu chảy điện cực thực hồ quang điện, lửa plasma khí bảo vệ (Ar hay He), chân không hay bắn phá chùm điện tử chân khơng Bột nhận có kích thước thơ từ 0,5 đến vài milimét TẠO BỘT BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ : a/ Phương pháp hồn ngun :  Hồn ngun từ ơxyt : Các ơxyt kim loại sau nghiền đến kích thước yêu cầu hồn ngun than hay khí hydrơ amơniac nhiệt phân, hydrocacbon Nhiệt hồn nguyên thấp nhiều so với nhiệt độ nóng chảy Độ mịn bột phụ thuộc vào kích thước bột ôxyt nghiền Độ hạt mịn nhiệt độ hồn ngun thấp lượng nước khí hồn ngun nhỏ Bột có độ xốp cao nên khả nén lớn Công dụng: sản xuất bột sắt từ quặng sắt, bột kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao từ ơxyt chúng  Hồn ngun từ hợp chất thể khí : Bằng cách chuyển kim loại cần tạo bột từ dạng rắn sang hợp chất thể khí clorua (WCl6, MoCl6 ) florua kim loại cho kim loại tác dụng với HCl, HF Hồn ngun buồng lò khí hydrơ nhiệt độ 800-1200 oC hay plasma Ar - H2 nhận bột kim loại  Hoàn nguyên kim loại : Dùng kim loại có lực hóa học với xy mạnh so với kim loại cần hồn ngun (dạng xyt hay halogenua) để tạo phản ứng giống phản ứng nhiệt nhôm Ví dụ dùng Mg hồn ngun TiCl4 hoac ZrCl4 700oC để chế tạo bột Ti hay Zr b/ Phương pháp điện phân : Sự kết tủa điện phân Có thể sản xuất bột kim loại cách điện phân dung dịch muối chúng, sản xuất bột kim loại Fe, Cu Pb, Sn, Cr, Mn Bằng cách dùng I lớn, nồng độ axit đặc, nồng độ ion kim loại thấp, khuấy trộn mạnh để tạo lớp mạ xốp, bám dính vào âm cực dễ lấy Trong nhiều trường hợp lớp mạ bền cần rửa sấy chúng tan thành bột mịn Trong vài trường hợp lớp mạ đặc, dòn nên dễ dàng nghiền thành bột Phương pháp chủ yếu dùng sản xuất bột đồng c/ Phương pháp hóa ngưng tụ : Nấu chảy hóa kim loại khí bảo vệ hay chân khơng, sau cho ngưng tụ đĩa quay có tẩm dầu thích hợp (dầu silicơn) nhận bột kim loại siêu mịn, kích thước 0,01 - 1μm Phương pháp tốn kém, thường dùng chế tạo bột vật liệu từ Sơ đồ nguyên tắc chế tạo bột mịn cách hóa ngưng tụ : Buồng chân không Đường dẫn đến bơm chân khơng Bình dầu ống dẫn Dầu silicôn Đĩa quay làm nguội Màng dầu để ngưng tụ bột kim loại Động quay đĩa làm nguội Nồi hóa Nguồn nhiệt Thùng chứa dầu bột mịn d/ Phương pháp nhiệt phân : Thường dùng cách nhiệt phân cacbonyl kim loại chuyển tiếp để sản xuất bột chúng (Fe, Ni, Co, W ) Các loại cácbonnyl nói chung có nhiệt độ nóng chảy thấp: Ni(CO) 43oC, Fe(CO)5 107oC Chế tạo cacbonyl cách phun khí CO áp suất cao (200 Pa) vào phoi hay dây kim loại 120 ÷ 250oC Sau tiến hành nhiệt phân loại cácbonyl nhiệt độ 200-300 oC nhận bột kim loại có độ cao, kích thước bột từ 1-50μm Thường dùng chủ yếu để sản xuất bột Fe, Ni C CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH VẬT LIỆU BỘT : Khi sản xuất bột kim loại hạt rời rạc, phải dùng nguyên cơng tạo hình để tạo thành sản phẩm có hình dáng, kích thước xác định Sản phẩm sau tạo hình gọi bột ép, chúng có dính kết định hạt với để gia cơng khí, vận chuyển tiến hành thiêu kết Bên cạnh cần có khối lượng riêng đạt yêu cầu cho trước Trong thực tế sử dụng phương pháp tạo hình khác Phương pháp nén chiều : Tiến hành nén khuôn thép hay hợp kim cứng có độ bóng bề mặt cao máy ép thủy lực hay khí Lực ép khoảng 100-1000MPa phụ thuộc vào độ dẻo kim loại khơi lượng riêng sản phẩm Ví dụ: với chi tiết máy P = 400÷600 MPa, với loại bạc xốp: P = 100÷200 MPa Với bột cứng mịn cần cho thêm chất dính kết: sáp ong, paraphin, polyme Nên cho thêm chất bôi trơn để giảm mài mòn khn dễ tháo sản phẩm sau ép (chất bôi trơn stêarat kẽm hay stêarat hữu theo tỷ lệ 0,5%) Hình 1.3- Sơ đồ phương pháp nén Để tăng độ sít chặt độ đồng khối lượng riêng sản phẩm bột ép tiến hành rung học nén Phương pháp làm giảm đáng kể lực ép Nén chiều phương pháp tạo hình sử dụng phổ biến 2.Phương pháp nén đẳng tĩnh nhiệt độ thường : Cho bột vào khuôn dạng vỏ mỏng (cao su hay chât dẻo), đặt khuôn buồng nén chứa chất lỏng hay khí Sau nâng áp suất chất lỏng hay khí đến 200 ÷ 500 MPa để nén bột khuôn Phương pháp tạo mật độ đồng toàn chi tiết mà khơng bị ảnh hưởng hình dáng kích thước Thường dùng chế tạo sản phẩm qua rèn Phương pháp cán bột : Phương pháp dùng để sản xuất sản phẩm kim loại dạng băng từ nguyên liệu bột có độ dẻo cao (Cu, latơng, brơng, Ni ) Các băng có chiều dày S = ÷ mm, sau đem thiêu kết Sau thiêu kết xong lại cán tiếp để tạo hình dáng kích thước xác, ủ để khử bỏ ứng suất Chất lượng sản phẩm cán bột tương đương với sản phẩm đúc (mật độ, độ đồng ) lại tận dụng triệt để nguyên liệu ban đầu 4.Phương pháp ép chảy nhiệt độ thường : Với loại bột kim loại có tính dẻo cao, hóa dẻo cách trộn thêm chất hữu (mỡ, nhựa dẻo ) sau cho vào khn ép chảy kiểu piston - xi lanh hay kiểu ống mềm Sau ép xong tiến hành nung sơ để chất hữu bay thiêu kết để tạo liên kết hạt bột Phương pháp dùng để sản xuất chi tiết dạng ống, có chiều dài lớn 5.Phương pháp nén xung : Đặc điểm chung phương pháp lực ép tăng lên đột biến, để tạo độ sít chặt cao lớn (90 ÷ 95)% ta dùng phương pháp sau đây: +Rèn với tốc độ lớn khuôn +Ép nổ, lượng trình nổ truyền vào bột qua piston khuôn hay qua chất lỏng lên khuôn mềm +Dùng xung điện tụ điện với I lớn từ 105÷106[A], thời gian ngắn Phương pháp tạo sản phẩm có độ sít chặt 98% với bột dẻo 90-95% với bột cứng 6.Các phương pháp tạo hình khơng cần nén : a/ Phương pháp lắng đọng : Tạo dung dịch kiểu huyền phù gồm bột kim loại mịn (1÷10)μm "hòa tan" nước có độ pH theo quy định Rót dung dịch vào khuôn thạch cao, thạch cao hút hết nước, bột kim loại bám lại thành khuôn mịn Sấy khô, lấy sản phẩm thiêu kết Phương pháp dùng để sản xuất chi tiết như: ống bảo vệ cặp nhiệt điện, cốc nung, nồi nấu kim loại làm bột kim loại hợp kim có nhiệt độ chảy cao b/ Phương pháp phun phủ : Cho bột kim loại vào chất lỏng thích hợp để tạo thành dung dịch, sau dùng súng phun phun dung dịch lên lõi có hình dáng bên chi tiết cân sản xuất Sau phun xong tiến hành sấy thiêu kết tạo lớp phủ đồng Dùng lực học để tháo lõi hay hòa tan lõi dung dịch thích hợp D THIÊU KẾT Sau tạo hình xong sản phẩm bột ép có tính thấp Vì phải tiến hành thiêu kết nhiệt độ cao (gần nhiệt độ chảy) để tạo mối liên kết hạt 1.Thiêu kết kim loại nguyên chất : a/ Quá trình xảy thiêu kết : Khi T0 tăng làm tăng dao động nhiệt nguyên tử, đặc biệt nguyên tử bề mặt hạt Do làm tăng dần bề mặt tiếp xúc hạt, sau kết tinh lại tồn hạt sinh hạt đa cạnh T0 cao  giữ nhiệt lâu hạt to Tuy nhiên tổ chức có rỗ xốp b/ Nhiệt độ thời gian thiêu kết : Nhiệt độ thiêu kết gần nhiệt độ nóng chảy thời gian ngắn Thường T tk= (2/3 ÷ 3/4)Tnc thời gian  = 15÷120 phút tùy theo chiều dày chi tiết Trong thực tế thường cố định nhiệt độ thiêu kết theo nhiệt độ làm việc lò cho kim loại c/ Môi trường thiêu kết : Dùng mơi trường khí hồn ngun (H 2, CO, NH3 nhiệt phân ), khí trung tính (N2, He, Ar ) hay chân khơng để tránh tượng ơxy hóa Do sản phẩm có độ xốp định nên bị xy hóa xảy từ bề mặt đến tận lõi gây phế phẩm Hình1.4 Sự thay đổi tổ chức tế vi bột đồng sau ép thiêu kết 1000 0C, với thời gian thiêu kết: a) phút b) phút c) 30 phút d) 120 phút Thiêu kết hợp kim : a/ Trường hợp không xuất pha lỏng thiêu kết : Với cấu tử khơng hòa vào trạng thái rắn : Lúc có trình tự khuếch tán nguyên tử vào trạng thái rắn, xóa bỏ biên giới hạt, q trình kết tinh lại kim loại Ví dụ : vật liệu làm tiếp điểm Cu-W, thiêu kết , 800-900 oC có kết tinh lại hạt đồng, W không thay đổi (nhiệt độ kết tinh lại W 1200oC) Với cấu tử tạo thành dung dịch rắn : Khi thiêu kết, nguyên tử khuếch tán vào trạng thái rắn với tốc độ chậm Tuy nhiên độ hạt mịn, trộn điều kiện nhiệt độ, thời gian thích hợp tạo dung dịch rắn đồng cao, độ xốp định Ví dụ : vật liệu làm lọc Cu-Ni (có độ xốp ưu điểm, phương pháp nấu chảy không tạo độ xốp theo yêu cầu) b/ Trường hợp có pha lỏng thiêu kết : Trong trường hợp nhiệt độ thiêu kết phải thấp nhiệt độ nóng chảy cấu tử chính, có pha lỏng cấu tử phụ có nhiệt độ nóng chảy thấp hay tạo hợp kim cấu tử có nhiệt độ chảy thấp Tỷ lệ pha lỏng khơng q 30% thể tích để khơng làm thay đổi kích thước ban đầu chi tiết Sự xuất pha lỏng thiêu kết (tạm thời : hỗn hợp 90% Cu 10% Sn hay suốt trình : hợp kim WC Co) 3.Thiêu kết áp lực (ép nóng) : Để chế tạo sản phẩm có độ xốp nhỏ ( hay khơng có độ xốp) ta dùng phương pháp ép nóng hay thiêu kết áp lực Phương pháp tiến hành đồng thời hai công đoạn ép thiêu kết nguyên cơng Có hai phương pháp sau : a/ Ép chiều nhiệt độ cao : Tiến hành ép nóng T0 = 1500 ÷ 2500oC khn graphit có phủ lớp ơxyt với áp suất 30MPa Sau ép sản phẩm có độ sít chặt lớn : (95÷98)% Thường dùng chế tạo hợp kim cứng sở cácbit, nitrit borit mà khơng cần chất dính kết Ép nóng nhiệt độ trung bình 800÷1100 oC: tiến hành khuôn kim loại chịu nhiệt với áp suất 200MPa, mơi trường khí bảo vệ hay chân khơng Dùng cho kim loại hoạt hóa cao Be Thiêu kết áp lực cách phóng điện : Bột kim loại, cácbít nén nồi graphit với P= 100MPa cho dòng điện chạy qua xảy phóng điện bề mặt tiếp xúc hạt có màng ơxyt cách điện bề mặt hạt Tiếp sau phóng điện nung nóng nhanh tạo nên liên kết khối vật liệu Công dụng : phủ lớp hợp kim cứng lên bề mặt chi tiết, phủ kim loại thiêu kết lên W, Cu hợp kim làm tiếp điểm, chế tạo xéc măng gang thiêu kết b/ Ép nóng đẳng tĩnh : Tiến hành tương tự ép nguội đẳng tĩnh, khác nhiệt độ cao 1000 ÷ 1500 oC với áp suất P = 100 ÷ 200MPa tạo nén khí nitơ, argơng Phương pháp có ưu điểm sau : + Chế tạo sản phẩm đặc, chắc, khơng có rỗ xốp áp dụng cho loại bột thiêu kết hay ln có rỗ xốp bột cần thiêu kết nhiệt độ cao: W, Ta, Co, Al2O3 + Có thể điều chỉnh kích thước hạt, tổ chức hạt mịn + Chế tạo chi tiết phức tạp có kích thước lớn + Loại bỏ tương tác cấu tử trình sử dụng (nhiệt độ thấp nhiều so với thiêu kết) + Khử bỏ rỗ xốp vốn có chi tiết nâng cao tính (ví dụ : WCCo8 độ sít chặt xấp xỉ 100% độ bền uốn tăng 20-30%) Loại bỏ khuyết tật gia cơng tinh (mài, doa, đánh bóng ) + Năng suất cao (chỉ vài phút) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Vật liệu học-Lê Công Dưỡng (1997) 2.Vật liệu kỹ thuật Đặng Vũ Ngoạn (2006) 3.M.R.Dododamami,Faculty,Dept.ofMachanical.Enginering.Gogte of Tecnology, Udyambag,Belgaum  ... Thép hợp kim Vật liệu có độ xốp cao : - Bạc xốp tự bôi trơn - Tấm lọc Vật liệu liên kim loại Vật liệu compozit : - Hợp kim cứng - Cermet (hợp kim cứng kim loại) - Vật liệu ma sát - Vật liệu ma... trượt) - Vật liệu có pha phân tán Vật liệu tẩm kim cương Vật liệu chịu lửa độ cao 2.PHÂN LOẠI THEO CÔNG DỤNG CHIA RA: + Bột mài dung cụ cắt + Vật liệu bột kết cấu + Hợp kim xốp thấm + Vật liệu thiêu... NGHỆ LUYỆN KIM BỘT A PHÂN LOẠI, ỨNG DỤNG 1.NHỮNG LOẠI VẬT LIỆU CÓ THỂ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỘT Loại vật liệu Vật liệu kết cấu (chi tiết máy ) Hợp kim đặc biệt : - Hợp kim từ cứng - Hợp kim