Bạn nên biết những điểm này về sản xuất bột nguyên tử hóa kim loại!

Nguyên tử hóa đề cập đến phương pháp cơ học nghiền kim loại nóng chảy thành các hạt nhỏ hơn 150μm. Dựa trên môi trường nguyên tử hóa và nguyên lý, nó có thể được chia thành bốn loại: nguyên tử hóa nước, nguyên tử hóa khí, nguyên tử hóa plasma và nguyên tử hóa siêu âm.

Phân loại và ứng dụng sản xuất bột nguyên tử hóa kim loại

1. Nguyên tử hóa nước

Quá trình sản xuất bột kim loại sử dụng nguyên tử hóa nước có lịch sử lâu đời. Vào thời xa xưa, người ta đổ sắt nóng chảy vào nước khiến nó vỡ ra thành những hạt kim loại mịn, được dùng làm nguyên liệu sản xuất thép. Thậm chí, có người còn đổ trực tiếp chì nóng chảy vào nước để tạo thành viên chì. Nguyên lý sử dụng nguyên tử hóa nước để sản xuất bột hợp kim thô cũng giống như phương pháp làm nổ tung kim loại nóng chảy đã nói ở trên, nhưng có sự cải thiện đáng kể về hiệu suất nghiền thành bột. Luồng quy trình được thể hiện trong Hình 1.

Ứng dụng: Quá trình nguyên tử hóa nước có ưu điểm là quy trình xử lý ngắn, chi phí thấp và tạo ra chất thải công nghiệp ở mức tối thiểu, khiến nó phù hợp để sản xuất các sản phẩm cấp thấp{0}} đến trung bình{1}}trong đó chi phí là mối quan tâm đáng kể. Tuy nhiên, quá trình nguyên tử hóa nước tạo ra bột có độ cầu kém và hàm lượng oxy cao, không thể sử dụng cho các kim loại phản ứng hóa học.

2. Nguyên tử hóa khí

Quá trình nguyên tử hóa khí có thể được mô tả đại khái như sau: trong quá trình rơi tự do, các giọt kim loại được tinh chế và trải qua quá trình xơ hóa tầng do bị cắt và nén khí. Khi các giọt rời khỏi vùng phun sương hiệu quả, áp suất bên ngoài sẽ giảm, dẫn đến hiện tượng tự{1}}bị vỡ do mất cân bằng áp suất.

Trong số nhiều phương pháp sản xuất bột nguyên liệu, nguyên tử hóa khí chiếm 80% tổng số. Các phương pháp nguyên tử hóa khí có thể được chia thành các loại sau theo các bộ phận làm nóng của thiết bị:

Sản xuất bột nguyên tử hóa kim loại: Những điều bạn nên biết!

2.1 Phương pháp nguyên tử hóa khí trơ nóng chảy cảm ứng chân không (Phương pháp VIGA)

Do những hạn chế về phần cứng và nồi nấu kim loại, nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình nấu chảy cảm ứng chân không thường bị giới hạn ở mức tối đa là 1500–1600 độ. Hơn nữa, việc sử dụng nồi nấu kim loại và vòi phun bằng gốm sẽ đưa tạp chất vào quá trình nấu chảy hợp kim, ảnh hưởng đến độ tinh khiết của bột kim loại đã chuẩn bị. 2.2 Phương pháp nguyên tử hóa khí cảm ứng nóng chảy plasma (Phương pháp PIGA)

Đầu tiên, phương pháp PIGA sử dụng nguồn nhiệt plasma, do đó cải thiện tính ổn định và hiệu quả của nguồn gia nhiệt, đặc biệt đối với các kim loại có nhiệt độ-cao. Thứ hai, phương pháp PIGA sử dụng nồi nấu bằng đồng-làm mát bằng nước. Khi kim loại nóng chảy tiếp xúc với nồi nấu đồng-được làm mát bằng nước, một lớp kim loại cơ bản hình thành trên bề mặt nồi nấu, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa dòng kim loại nóng chảy và thành nồi nấu bằng đồng, từ đó cải thiện độ tinh khiết của bột kim loại đã chuẩn bị.

2.3 Phương pháp nguyên tử hóa mỏ hàn plasma (Phương pháp PA)

Phương pháp PA hoạt động bằng cách làm nóng chảy dây kim loại bằng cách thêm nó vào nguồn nhiệt plasma ở một tốc độ nhất định thông qua máy ép tóc. Sau đó, các giọt kim loại nóng chảy được nguyên tử hóa bằng khí áp suất cao. Bột được điều chế bằng phương pháp PA có đặc tính có độ cầu cao, độ tinh khiết cao và hàm lượng oxy thấp. Tuy nhiên, vì nguyên liệu thô của nó là dây nên làm tăng chi phí nguyên liệu và hạn chế các loại bột kim loại có thể điều chế được.

2.4 Phương pháp nguyên tử hóa khí nóng chảy cảm ứng điện cực không dùng nồi nấu kim loại (EIGA)

Phương pháp EIGA sử dụng một thanh hợp kim-làm sẵn làm điện cực. Điện cực que quay được nấu chảy và nguyên tử hóa bằng cuộn dây nóng chảy cảm ứng và tốc độ nạp theo chiều dọc được kiểm soát. Nguyên lý làm việc của nó cho thấy phương pháp EIGA có ưu điểm là loại bỏ nhu cầu sử dụng nồi nấu bằng gốm, giảm tạp chất trong hợp kim chính và cải thiện đáng kể độ tinh khiết của bột nguyên tử. Tuy nhiên, phương pháp EIGA cũng có những nhược điểm đáng kể: giá thành của thanh hợp kim-làm sẵn cao hơn so với phôi hợp kim và tính đồng nhất của hợp kim thanh có tác động đáng kể đến thành phần hóa học của bột nguyên tử hóa; Việc kiểm soát tốc độ nóng chảy của thanh kim loại khó khăn, dễ gây gián đoạn dòng chảy và gãy thanh dẫn đến tắc ống dẫn hướng.

3. Phương pháp nguyên tử hóa điện cực quay plasma

Nguyên tử hóa điện cực quay plasma (PREP) là phương pháp chuẩn bị bột kim loại dựa trên nguyên lý nguyên tử hóa ly tâm quay tốc độ cao của các thanh điện cực. Phương pháp này có thể tạo ra bột hình cầu có-oxy-thấp, không-dính, có độ cầu-cao với kích thước hạt 70–130 μm. Tuy nhiên, do yêu cầu tốc độ quay cao của điện cực nên nó không thể tạo ra số lượng lớn-vi bột hình cầu hiệu suất cao với kích thước hạt nhỏ hơn 45 μm. Bột được sản xuất bằng công nghệ này có những ưu điểm như khả năng chảy tốt, hàm lượng khí thấp và ít hoặc không có bột vệ tinh, đồng thời đã tìm thấy những ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp hạt nhân, hàng không vũ trụ và y sinh.

Nguyên tắc làm việc: Súng plasma nhiệt độ-cao làm tan chảy mặt cuối của thanh điện cực quay tốc độ cao- thành màng chất lỏng. Màng chất lỏng vỡ thành các giọt dưới tác dụng của lực ly tâm tốc độ cao. Những giọt nhỏ nguội đi và đông đặc lại trong môi trường trơ, tạo thành bột hình cầu dưới tác dụng của sức căng bề mặt. Nguyên lý kỹ thuật được thể hiện trong Hình 3.

Triển vọng ứng dụng: Bột kim loại được sản xuất bằng công nghệ PREP đã được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, đóng tàu, năng lượng và hóa chất, sản xuất thiết bị cao cấp-và y sinh. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của các ngành công nghiệp mới nổi như công nghệ sản xuất bồi đắp kim loại, công nghệ PREP đã cho thấy triển vọng ứng dụng đầy hứa hẹn nhờ những đặc tính tuyệt vời của bột kim loại mà nó tạo ra. Sau hàng chục năm phát triển, công nghệ PREP của nước ta đã có những tiến bộ đáng kể về chất lượng bột và năng lực thiết bị. Tuy nhiên, nó vẫn tụt hậu so với các công nghệ tiên tiến của nước ngoài trong các lĩnh vực như sản xuất bột mịn và điều chế bột kim loại chịu lửa.

4. Phương pháp nguyên tử hóa siêu âm

Nguyên tử hóa siêu âm, như một công nghệ nguyên tử hóa mới, truyền năng lượng siêu âm đến chất lỏng được nguyên tử hóa và phá vỡ nó thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với đầu dụng cụ siêu âm. Công nghệ chuẩn bị bột này có thể thu được bột kim loại hình cầu có độ cầu tốt và phân bố kích thước hạt hẹp. Nó cũng có những ưu điểm đáng kể như thiết bị và quy trình đơn giản, khả năng kiểm soát cao và chi phí thấp, đặc biệt là trong việc điều chế bột kim loại hình cầu-hiệu suất cao với kích thước hạt nhỏ hơn 20 μm.

4.1 Công nghệ nguyên tử hóa siêu âm tiếp xúc

Nguyên lý nguyên tử hóa: Chất lỏng được nguyên tử hóa được đưa trực tiếp lên bề mặt đầu dụng cụ của đầu dò siêu âm, tạo thành một lớp chất lỏng mỏng. Dưới tác động của rung động siêu âm, lớp chất lỏng mỏng này tạo ra sóng căng bề mặt. Khi biên độ của các giọt chất lỏng trên bề mặt vượt quá biên độ của đầu dụng cụ, các giọt này bị đẩy ra và nguyên tử hóa thành các giọt nhỏ hơn, như trong Hình 4. Trong quá trình nguyên tử hóa, độ dày của lớp chất lỏng mỏng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu ứng nguyên tử hóa, hạn chế tốc độ dòng khối của chất lỏng và do đó hạn chế cải thiện tốc độ nguyên tử hóa.

Triển vọng ứng dụng: Công nghệ nguyên tử hóa siêu âm tiếp xúc chủ yếu được sử dụng trong sản xuất bột kim loại có điểm nóng chảy-thấp{1}}. So với các phương pháp nguyên tử hóa khác, phương pháp này có thể tạo ra bột hình cầu có kích thước-hạt{4}}hẹp hiệu quả hơn với kích thước hạt khoảng 20 μm. Tuy nhiên, phương pháp nguyên tử hóa này có những hạn chế đáng kể trong việc sản xuất bột kim loại có-điểm nóng chảy-cao và có tính ăn mòn cao.

4.2 Công nghệ nguyên tử hóa siêu âm không tiếp xúc

Quá trình nguyên tử hóa không tiếp xúc chủ yếu liên quan đến việc đưa chất lỏng vào để nguyên tử hóa tại nút áp suất âm thanh của trường sóng siêu âm đứng, như minh họa trong Hình 5.

Công nghệ nguyên tử hóa siêu âm không tiếp xúc (USWA), trong đó chất lỏng được nguyên tử hóa không tiếp xúc với đầu dụng cụ, mang lại những lợi thế đáng kể khi nguyên tử hóa kim loại nóng chảy hoặc các chất lỏng khác. Nó cũng tự hào có năng suất bột cao và hiệu quả nguyên tử hóa khi chuẩn bị bột kim loại có kích thước hạt khoảng 10 μm.

Triển vọng ứng dụng:

Nghiên cứu chỉ ra rằng công nghệ nguyên tử hóa không tiếp xúc mang lại những lợi thế vượt trội so với các kỹ thuật nguyên tử hóa khác trong việc điều chế bột kim loại từ nóng chảy có độ nhớt cao. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn non nớt và chưa thể đáp ứng nhu cầu-sản xuất tại nhà máy quy mô lớn. Với những lợi thế đáng kể trong việc sản xuất bột kim loại dạng hạt-có điểm nóng chảy-cao,-độ nhớt cao,{8}}mịn, công nghệ này đã sẵn sàng cho một tương lai thị trường rộng lớn.

Với sự phát triển của các lĩnh vực sản xuất như sản xuất bồi đắp, luyện kim bột, ép phun bột, quy trình phủ bề mặt và công nghệ hàn 3D, các yêu cầu đối với phương pháp nguyên tử hóa sẽ ngày càng nghiêm ngặt. Khi các phương pháp nguyên tử hóa tiếp tục phát triển và cải tiến, chúng sẽ có triển vọng lớn hơn nữa.