Công nghệ chế tạo kim loại bán lỏng được chia thành 2 loại [28]. Hình 2.13.
Phương thức Rheo: kim loại trạng thái bán lỏng được chế tạo từ kim loại được nấu chảy lỏng hoàn toàn, sau đó cho đông đặc trong điều kiện có lực cắt do bên ngoài tác động, khi đạt đến trạng thái bán lỏng mong muốn, khối bán lỏng sẽ được trực tiếp sử dụng ngay trong các quá trình tạo hình bán lỏng tiếp theo.
Phương thức Thixo: cơ bản gồm 2 bước, đầu tiên người ta tạo ra vật liệu thô dưới dạng các thanh cấp liệu có cấu trúc mang đặc tính xúc biến, sau đó gia nhiệt lại các thanh cấp liệu này tới nhiệt độ bán lỏng để tạo ra kim loại trạng thái bán lỏng dùng cho quá trình tạo hình bán lỏng tiếp theo. Cấu trúc tế vi mang đặc tính xúc biến là một cấu trúc mà trong đó pha rắn có hình dạng phi nhánh cây (hay cấu trúc dạng cầu) với kích thước hạt nhỏ mịn và phân bố đồng đều trong một nền lỏng có điểm chảy thấp hơn.
Hình 2.13. Minh họa 2 phương thức Rheo và Thixo trong công nghệ xử lý bán lỏng Việc sản xuất thanh cấp liệu mang đặc tính xúc biến có thể thực hiện bằng hai cách: Hoặc là từ kim loại lỏng mà quá trình đông đặc được kiểm soát trong những điều kiện đặc biệt, hoặc là từ kim loại rắn được biến dạng dẻo khá mạnh sau đó được nung kết tinh lại.
2.3.3.1. Phương pháp rheocasting
Rheocasting là một phương pháp đúc bán lỏng [19] mà trong đó khối kim lọai bán lỏng có cấu trúc phi nhánh cây sau khi được tạo bởi phương pháp khuấy đảo cơ hay khuấy đảo từ sẽ được đưa trực tiếp vào khuôn đúc để tạo hình sản phẩm. Mặc dù Rheocasting là một công nghệ đúc bán lỏng đã được đưa ra rất sớm trong quá trình nghiên cứu công nghệ bán lỏng nhưng đến hiện nay nó vẫn chưa được thương mại hóa một cách rộng rãi. Lý do là bởi vì chất lượng của khối kim loại bán lỏng vẫn chưa cao, điều khiển quá trình chưa tốt và năng suất cũng khá thấp. Tuy nhiên, phương pháp Rheocasting vẫn thu hút nhiều sự chú ý của các nhà khoa học, bởi việc đúc trực tiếp không qua giai đoạn trung gian nào có một ưu điểm là yếu tố chi phí về nguyên liệu đầu vào và năng lượng có thể giảm đáng kể.
Công nghệ NRC kết hợp công nghệ đúc ép lỏng (Squeeze casting) [19] với một phương pháp chế tạo kim loại bán lỏng khá đặc biệt. Kim loại được gia nhiệt bằng lò nung cảm ứng đến trạng thái lỏng hoàn toàn được rót vào cốc thép được thiết kế đặc biệt, sau đó đặt vào một thiết bị làm nguội đặc biệt gần máy đúc SQC dạng thẳng đứng. Bằng cách điều khiển quá trình làm nguội một cách đồng đều, khối kim loại nóng chảy chuyển dần sang trạng thái bán lỏng có cấu trúc hạt hình cầu. Cuối cùng là được chuyển sang ống đẩy của máy SQC và đúc thành sản phẩm.
2.3.3.2. Phương pháp thixoforming
Thixoforming [20] là công nghệ tạo hình các chi tiết một cách sắc nét trong khuôn kim loại từ các thanh cấp liệu cấu trúc phi nhánh cây sau khi được gia nhiệt lại ở trạng thái bán lỏng. Nếu như khuôn sử dụng là khuôn kín, ta có công nghệ đúc bán lỏng Thixocasting, ngược lại ta có công nghệ dập bán lỏng.Thixoforming gồm 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu của công nghệ là gia nhiệt lại một cách đồng đều các thanh cấp liệu đến trạng thái bán lỏng. Sau đó, các khối bán lỏng này được chuyển tới khuôn dập (trường hợp thixoforming) hoặc buồng ép bằng các tay robot mà tại đó chúng được ép vào khuôn đúc bằng xy lanh thủy lực (trường hợp thixocasting). Hình 2.14.
Hình 2.14. Minh họa các phương pháp của thixoforming
Giai đoạn gia nhiệt lại có vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ thixoforming. Mục đích của việc gia nhiệt lại là tạo ra một khối bán lỏng với thành phần rắn xác định, các hạt rắn có dạng hình cầu kích thước nhỏ mịn và phân bố một cách đồng đều trong một nền lỏng có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.
2.3.3.3. Phương pháp thixomoulding
Thixomoulding là một công nghệ bán lỏng tương đối mới, nó có thể tạo hình các chi tiết sắc nét bằng một thiết bị giống như máy ép phun nhựa, hiện nay công nghệ chỉứng dụng cho hợp kim magie. Vật liệu đầu vào là các phoi hợp kim (chủ yếu là hợp kim magie) kích thước khoảng 2 – 5mm được sản xuất từ phương pháp gia công kim loại thông thường. Hình 2.15.
2.3.3.4. Phương pháp Rheomoulding
Công nghệ Rheomoulding [20] khá giống với công nghệ thixomoulding, nhưng điểm khác là vật liệu vào ở thixomoulding là các phôi kim loại thì trong rheomoulding vật liệu vào là kim loại chảy lỏng hoàn toàn, máy ép trong công nghệ này gọi là rheomoulder. Hiện nay có 2 dạng trục vít được sử dụng trong máy rheomoulder là dạng trục vít đơn và dạng trục vít kép. Dạng trục vít đơn ứng dụng trong máy ép thẳng đứng, kim loại lỏng được đưa vào một nồi chứa sau đó làm lạnh dưới tác dụng của khuấy đảo cơ học dần chuyển sang trạng thái bán lỏng, cuối cùng được ép vào khuôn để tạo hình. Công nghệ này hiện nay đã áp dụng cho các hợp kim Zn-Pb và hợp kim Zn-AL-Cu. Gần đây nhất, dạng trục vít đơn đã được mở rộng áp dụng trong máy ép ngang để tạo hình hợp kim magie.
Hình 2.15. Phương pháp thixomoulding
2.3.3.5. Phương pháp rheomoulding
Từ những nghiên cứu cho thấy rằng sự biến đổi cấu trúc tế vi trong quá trình chuyển dần sang trạng thái bán lỏng của hợp kim chịu tác dụng mạnh của dòng rối, do đó Fan và các đồng sự đã phát triển một phương pháp rheomoulding sử dụng trục vít kép TSRM. Dòng chảy trong phương pháp TSRM này có đặc điểm là tốc độ lớn, cường độ rối rất cao, và có tính tuần hoàn. Hình 2.16.
1. Bộ nung 2. Nồi nung 3. Cần chặn 4. Buồng chứa 5. Bộ nung 6. Kênh làm mát 7. Ống lót 8. Van dẫn 9. Khuôn 10. Hốc khuôn 11. Bộ gia nhiệt 12. Ống đẩy 13. Trục vít kép 14. Piston 15. Nắp chặn 16. Hệ thống dẫn động Hình 2.16. Máy Rheomoulding trục vít kép (TSRM)
Do những đặc điểm của dòng chảy như vậy, kết hợp với điều khiển nhiệt độ, mà thành phần và nhiệt độ của khối kim loại bán lỏng trong buồng chứa cực kỳ đồng đều, rất thích hợp cho công nghệ tạo hình bán lỏng. Phương pháp TSRM đã được thử nghiệm trên hợp kim Sn-Pb và hợp kim magie. Kết quả cho thấy trong cấu trúc tế vi thu được, hạt có dạng hình cầu với kích thước nhỏ mịn và đồng đều.
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP – ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU