Có nhiều loại thiết bị nghiền năng lượng cao dùng trong kỹ thuật MA. Chúng khác nhau về dung tích, tốc độ thực hiện và khả năng điều khiển quá trình nghiền bằng cách thay đổi nhiệt độ, giảm thiểu mức tạp trong sản phẩm thu được sau quá
Bi 1 Bi 2 Dát mỏng Gắn kết nguội và bẻ gãy Cấu trúc lớp Tổ hợp Làm mịn cấu trúc
Hình 1.11. Các trạng thái của hỗn hợp bột ở hai pha ban đầu A và B trong quá trình hợp kim cơ để tạo ra pha mới C [15].
trình nghiền. Máy nghiền rung, lắc SPEX là loại thông dụng nhất dùng để nghiên cứu hợp kim cơ trong phòng thí nghiệm. Các máy nghiền hành tinh, các máy nghiền khuấy được sử dụng để sản xuất lượng bột lớn hơn. So sánh giữa các loại thiết bị nghiền được trình bày trong các bảng 1.3 và 1.4 (chi tiết hơn xem tài liệu [27]). Dưới đây, chúng tôi sẽ mô tả ngắn gọn về thiết bị nghiền hành tinh, là thiết bị được sử dụng để tổng hợp mẫu của Luận văn.
• Máy nghiền hành tinh
Máy nghiền hành tinh là loại máy nghiền thông dụng cho mục đích hợp kim cơ,
hình 1.12 là máy nghiền hành tinh P6 và nguyên lý hoạt động của máy nghiền.
Hình 1.12. (a) Máy nghiền hành tinh P6 và (b) sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy nghiền hành tinh [27].
Máy nghiền loại này được đặt tên là máy nghiền hành tinh do chuyển động của các bình nghiền giống như chuyển động của các hành tinh. Các viên bi và vật liệu trong bình nghiền chịu tác động của lực ly tâm, là lực tạo ra do sự quay của bình nghiền quanh trục của nó và sự quay của mâm quay phụ. Bình nghiền và mâm quay phụ quay ngược chiều nhau khiến cho lực ly tâm tác động lên các viên bi đảo chiều tuần tự. Vật liệu trong bình nghiền được nghiền nhỏ do hiệu ứng ma sát khi các viên bi chuyển động chạy dọc theo vách trong bình nghiền và do hiệu ứng va đập khi các
(a)
Mặt cắt ngang
Chiều quay của mâm quay phụ Lực ly tâm C h iề u q u ay b ìn h n g h iề n
viên bi va đập lên vách đối diện của thành bình. Tốc độ của mâm quay phụ và bình nghiền có thể điều chỉnh độc lập. Bình và bi được chế tạo bằng một trong tám loại vật liệu khác nhau: Mã não, silicon nitride, gốm ôxit nhôm, zirconi, thép Cr, thép Cr-Ni, tungsten carbide, và nhựa tổng hợp. Mặc dù vận tốc thẳng của các viên bi trong máy nghiền hành tinh cao hơn trong máy SPEX nhưng tần suất va chạm của các viên bi trong loại máy SPEX cao hơn nhiều. So với máy SPEX thì máy nghiền hành tinh có năng lượng thấp hơn. Nhưng với mục đích hợp kim cơ máy nghiền hành tinh thuận tiện hơn máy SPEX do chúng có thể thực hiện nghiền trong môi trường khí bảo vệ như Ar, Ni... Một vài thông số cơ bản của một số loại máy nghiền được cho trong hai bảng 1.3 và 1.4.
Bảng 1.3. Dung tích điển hình của các loại máy nghiền khác nhau [5]
Loại máy Trọng lượng mẫu
Nghiền rung SPEX 2x10 gam
Nghiền hành tinh Fritsch P 4x250 gam Nghiền khuấy (Atritor) 0.5 ÷ 40 kg
Hình 1.13. a) Một máy nghiền khuấy kiểu 1S và b) máy nghiền SPEX 8000D [27].
Bảng 1.4. So sánh hai loại máy nghiền năng lượng cao và thông thường [26]
Điều kiện Hợp kim cơ (MA) Máy nghiền thông thường Vận tốc bi Khoảng 5 m/s Khoảng 0.5 m/s Môi trường nghiền Không khí, khí trơ, khí phản
ứng (H2, N2, NH3...).
Không khí, nước, chất lỏng hữu cơ.
Tỉ lệ bi:bột 1/3 - 1/100 (trọng lượng) 1/1 (thể tích)
Thời gian nghiền Dài Ngắn