Luyện kim bột là một quá trình sản xuất bột kim loại và sử dụng bột kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim loại) làm nguyên liệu thô để thu được các bộ phận và sản phẩm thông qua quá trình đúc và nung kết. Là nguyên liệu chính của ngành công nghiệp, bột kim loại được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực máy móc, luyện kim, công nghiệp hóa chất và vật liệu hàng không vũ trụ. Bột kim loại là nguyên liệu cơ bản của ngành luyện kim bột. Sản lượng và chất lượng của nó quyết định sự phát triển của ngành luyện kim bột.

Bột kim loại thường là tập hợp các hạt kim loại nhỏ hơn 1mm. Không có quy định thống nhất cho việc phân chia khoảng độ chi tiết. Phương pháp phân loại phổ biến như sau: các hạt có kích thước hạt 1000 ~ 50 µ m là bột thông thường; 50 ~ 10 µ m bột mịn; 10 ~ 0,5 µ m được gọi là bột rất mịn <0,5 µ m được gọi là bột siêu mịn; 0,1 ~ 100nm được gọi là bột nano. Mỗi hạt bột có thể là một tinh thể hoặc bao gồm nhiều tinh thể, tùy thuộc vào kích thước hạt và phương pháp điều chế.

2. Phương pháp điều chế bột kim loại

Hiện nay, có hàng chục phương pháp sản xuất bột trong công nghiệp, nhưng theo phân tích thực chất của quá trình sản xuất thì chủ yếu được chia thành hai loại: phương pháp cơ học và phương pháp hóa lý. Nó có thể thu được không chỉ từ quá trình tinh chế trực tiếp các kim loại rắn, lỏng và khí, mà còn từ quá trình khử, nhiệt phân và biến đổi điện phân của các hợp chất kim loại ở các trạng thái khác nhau. Cacbua, nitrua, borit và silicua của kim loại chịu lửa nói chung có thể được điều chế trực tiếp bằng sự kết hợp hóa học hoặc sự kết hợp hóa học khử. Do các phương pháp điều chế khác nhau, hình dạng, cấu trúc và kích thước hạt của cùng một loại bột thường rất khác nhau.

Việc lựa chọn phương pháp sản xuất bột kim loại phụ thuộc vào nguyên liệu, loại bột, yêu cầu tính năng của nguyên liệu bột và hiệu quả sản xuất bột. Với ứng dụng ngày càng rộng rãi của các sản phẩm luyện kim bột, các yêu cầu về kích thước, hình dạng và tính chất của hạt bột ngày càng cao. Do đó, công nghệ bào chế bột cũng ngày càng phát triển và đổi mới để đáp ứng các yêu cầu về kích thước và tính chất của hạt.

2.1 phương pháp vật lý cơ học

Phương pháp cơ học là một phương pháp gia công phá vỡ kim loại thành bột có kích thước hạt cần thiết với sự hỗ trợ của lực cơ học bên ngoài. Thành phần hóa học của nguyên liệu về cơ bản không thay đổi trong quá trình điều chế. Hiện nay, phương pháp thường được sử dụng là nghiền bi, nghiền bi, có ưu điểm là quy trình đơn giản và sản lượng lớn. Nó có thể điều chế một số loại bột siêu mịn của kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao mà các phương pháp thông thường khó có được.

2.1.1 phương pháp phay bi

Cơ chế: phương pháp phay bi chủ yếu được chia thành phương pháp bi lăn và phương pháp phay bi rung. Phương pháp này sử dụng cơ chế các hạt kim loại bị phá vỡ và tinh chế do biến dạng ở các tốc độ biến dạng khác nhau.

Ứng dụng: phương pháp này chủ yếu áp dụng để điều chế hợp kim sb, Cr, Mn, Fe Cr và các loại bột khác.

Ưu nhược điểm: nó có ưu điểm là hoạt động liên tục và hiệu quả sản xuất cao. Nó thích hợp cho nghiền khô và nghiền ướt. Nó có thể chuẩn bị bột của nhiều loại kim loại và hợp kim. Nhược điểm là tính chọn lọc nguyên liệu không mạnh, khó phân loại trong quá trình bào chế bột.

Làm thế nào để "Chế tạo" Metal Micro Powder? 2

Làm thế nào để "Chế tạo" Metal Micro Powder? 3
Hình 1 Ảnh TEM của các mẫu bột antimon thu được bằng cách nghiền bi trong 12h (a), 18h (b) và 24h (c) ở 150r / min

2.1.2 phương pháp nghiền

Cơ chế: phương pháp nghiền là phun khí nén vào khu vực nghiền sau khi đi qua một vòi phun đặc biệt, để dẫn động các nguyên liệu trong khu vực mài va chạm vào nhau và xát thành bột; Sau khi luồng không khí mở rộng, nó đi vào khu vực phân loại cùng với sự gia tăng của vật liệu, và vật liệu đạt đến kích thước hạt sẽ được phân loại bằng máy phân loại xoáy. Phần bột thô còn lại quay trở lại khu vực nghiền để nghiền cho đến khi tách được cỡ hạt cần thiết.

Ứng dụng: nó được sử dụng rộng rãi trong việc nghiền siêu mịn phi kim loại, nguyên liệu hóa học, chất màu, chất mài mòn, thuốc y tế và các ngành công nghiệp khác.

Ưu điểm và nhược điểm: do phương pháp nghiền áp dụng sản xuất khô nên bỏ qua quá trình khử nước và làm khô nguyên liệu; Sản phẩm có độ tinh khiết cao, hoạt tính cao, phân tán tốt, kích thước hạt mịn và phân bố hẹp, bề mặt hạt mịn. Tuy nhiên, phương pháp nghiền cũng có một số nhược điểm như chi phí chế tạo thiết bị cao, phải sử dụng khí trơ liên tục hoặc nitơ làm nguồn khí nén trong quá trình sản xuất bột kim loại, tiêu hao khí lớn nên chỉ thích hợp cho việc nghiền và nghiền bột giòn. kim loại và hợp kim.

2.1.3 phương pháp nguyên tử hóa

Cơ chế: phương pháp nguyên tử hóa thường sử dụng khí áp suất cao, chất lỏng áp suất cao hoặc các cánh quay tốc độ cao để phá vỡ kim loại hoặc hợp kim nóng chảy ở nhiệt độ cao và áp suất cao thành các giọt mịn, sau đó ngưng tụ trong bộ thu để thu được kim loại siêu mịn bột. Không có sự thay đổi hóa học trong quá trình này. Nguyên tử hóa là một trong những phương pháp chính để sản xuất kim loại và bột hợp kim. Có nhiều phương pháp nguyên tử hóa, chẳng hạn như nguyên tử hóa dòng kép, nguyên tử hóa ly tâm, nguyên tử hóa nhiều tầng, công nghệ nguyên tử hóa siêu âm, công nghệ nguyên tử hóa khớp nối chặt, nguyên tử hóa khí áp suất cao, nguyên tử hóa dòng chảy tầng, nguyên tử hóa khớp nối chặt siêu âm và nguyên tử hóa khí nóng.

Ứng dụng: phương pháp nguyên tử hóa thường được sử dụng trong sản xuất bột kim loại như Fe, Sn, Zn, Pb và Cu, cũng như sản xuất bột hợp kim như đồng, thau, thép cacbon và thép hợp kim. Phương pháp nguyên tử hóa đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của bột kim loại cho vật tư tiêu hao in 3D. Hình 3 cho thấy cấu trúc vi mô của bột thép không gỉ từ một nhà sản xuất Đức.

Ưu điểm và nhược điểm: bột nguyên tử có ưu điểm là độ cầu cao, kích thước hạt bột có thể kiểm soát được, hàm lượng oxy thấp, chi phí sản xuất thấp và khả năng thích ứng để sản xuất các loại bột kim loại khác nhau. Nó đã trở thành hướng phát triển chính của công nghệ điều chế bột hợp kim đặc biệt và hiệu suất cao. Tuy nhiên, phương pháp nguyên tử hóa có nhược điểm là hiệu suất sản xuất thấp, năng suất bột siêu mịn thấp và tiêu hao năng lượng tương đối lớn.Làm thế nào để "Chế tạo" Metal Micro Powder? 4

Làm thế nào để "Chế tạo" Metal Micro Powder? 5


Hình 2 cấu trúc vi mô của bột thép không gỉ in 3D từ một nhà sản xuất Đức

2.2 phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý là phương pháp sản xuất bột siêu mịn bằng cách thay đổi thành phần hóa học hoặc trạng thái kết tụ của nguyên liệu trong quá trình chuẩn bị bột. Theo các nguyên lý hóa học khác nhau, có thể chia thành phương pháp khử, phương pháp điện phân và phương pháp thay thế hóa học.

2.2.1 phương pháp giảm thiểu

Cơ chế: phương pháp khử là phương pháp điều chế bột kim loại hoặc hợp kim bằng cách khử oxit kim loại hoặc muối kim loại bằng chất khử trong những điều kiện nhất định. Nó là một trong những phương pháp tạo bột được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Các chất khử thông thường bao gồm chất khử khí (như hydro, amoniac phân hủy, khí thiên nhiên chuyển hóa, v.v.), chất khử cacbon rắn (như than củi, than cốc, antraxit, v.v.) và chất khử kim loại (như canxi, magiê, natri, v.v.). Phương pháp khử hydro bằng hydro với hydro làm môi trường phản ứng là phương pháp điều chế tiêu biểu nhất. Nó sử dụng các đặc điểm dễ dàng hiđro hóa kim loại thô để hiđro hóa kim loại bằng hiđro ở một nhiệt độ nhất định để tạo ra hiđrua kim loại, sau đó phá vỡ hiđrua kim loại thu được thành bột với kích thước hạt mong muốn bằng phương pháp cơ học, sau đó, hiđro trong kim loại được nghiền nhỏ loại bỏ bột hiđrua trong chân không để thu được bột kim loại.

Ứng dụng: được sử dụng chủ yếu trong điều chế bột kim loại (hợp kim) như Ti, Fe, W, Mo, Nb và W-Re. Ví dụ, titan (bột) bắt đầu phản ứng dữ dội với hydro ở một nhiệt độ nhất định. Khi hàm lượng hiđro lớn hơn 2,3%, hiđrua ở trạng thái lỏng và dễ bị nghiền thành bột titan hiđrua mịn. Bột titan có thể thu được bằng cách phân hủy nó ở nhiệt độ khoảng 700 ℃ và loại bỏ hầu hết hydro hòa tan trong bột titan.

Ưu nhược điểm: ưu điểm là vận hành đơn giản, dễ dàng kiểm soát các thông số của quá trình, hiệu quả sản xuất cao và giá thành rẻ, phù hợp với sản xuất công nghiệp; Nhược điểm là chỉ áp dụng cho các vật liệu kim loại dễ phản ứng với hydro và trở nên giòn, dễ vỡ sau khi hấp thụ hydro.

2.2.2 phương pháp điện phân

Cơ chế: điện phân là phương pháp làm lắng và kết tủa bột kim loại ở cực âm bằng cách điện phân muối nóng chảy hoặc dung dịch nước muối.

Ứng dụng: điện phân dung dịch nước có thể tạo ra bột kim loại (hợp kim) như Cu, Ni, Fe, Ag, Sn và Fe Ni, muối điện phân nóng chảy có thể tạo ra bột kim loại như Zr, Ta, Ti và Nb.

Ưu điểm và nhược điểm: ưu điểm là độ tinh khiết của bột kim loại chuẩn bị cao, và độ tinh khiết của bột nguyên tố chung có thể đạt hơn 99,7%; Ngoài ra, phương pháp điện phân có thể kiểm soát tốt kích thước hạt của bột và tạo ra bột siêu mịn. Tuy nhiên, điện năng tiêu thụ của quá trình nghiền bột điện phân lớn và chi phí nghiền bột cao.Làm thế nào để "Chế tạo" Metal Micro Powder? 6
Hình 4 thiết bị điều chế bột sắt bằng phương pháp điện phân siêu âm

2.2.3 phương pháp hydroxyl

Cơ chế: một số kim loại (sắt, niken, v.v.) và cacbon monoxit được tổng hợp thành hợp chất cacbonyl kim loại, chúng được đun nóng lại và phân hủy thành bột kim loại và cacbon monoxit.

Nộp đơnmộttion: trong công nghiệp, nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất bột mịn và siêu mịn của niken và sắt, cũng như bột hợp kim như Fe Ni, Fe Co và Ni Co

Ưu nhược điểm: bột được điều chế theo cách này rất mịn và có độ tinh khiết cao, tuy nhiên giá thành cao.

2.2.4 phương pháp thay thế hóa chất

Cơ chế: phương pháp thay thế hóa học là thay kim loại kém hoạt động hơn từ dung dịch muối kim loại bằng kim loại có hoạt tính cao theo độ hoạt động của kim loại, đồng thời xử lý và tinh chế thêm kim loại (bột kim loại) thu được bằng cách thay thế bằng các phương pháp khác.

Ứng dụng: phương pháp này được áp dụng chủ yếu để điều chế các loại bột kim loại không hoạt động như Cu, Ag và Au.

Bảng 1 tóm tắt các phương pháp điều chế bột kim loại.

3. Tóm tắt

Với sự tiến bộ của công nghệ, bột kim loại đã được phát triển và ứng dụng trong luyện kim, công nghiệp hóa chất, điện tử, vật liệu từ tính, gốm sứ mịn, cảm biến, v.v., cho thấy triển vọng ứng dụng tốt, và bột kim loại cho thấy xu hướng phát triển theo hướng có độ tinh khiết cao và siêu -fine (nano). Mặc dù các phương pháp điều chế bột kim loại siêu mịn rất đa dạng và có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau tùy theo ứng dụng và yêu cầu kinh tế kỹ thuật, nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định và còn nhiều vấn đề cần giải quyết và cải tiến. Hiện nay, các phương pháp điều chế bột kim loại được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp khử, phương pháp điện phân và phương pháp nguyên tử hóa; Ngoài ra, trên cơ sở cải tiến quy trình sản xuất truyền thống, nhiều quy trình và phương pháp sản xuất mới đã ra đời như phương pháp cô đặc bay hơi chân không, phương pháp nguyên tử hóa siêu âm, phương pháp nguyên tử hóa đĩa quay, phương pháp nguyên tử hóa cuộn đôi và cuộn ba, phương pháp nguyên tử hóa nhiều tầng , phương pháp điện cực quay plasma, phương pháp hồ quang,… Trong các phương pháp điều chế bột kim loại, mặc dù đã áp dụng nhiều phương pháp vào thực tế nhưng vẫn tồn tại hai vấn đề chính là quy mô nhỏ và giá thành sản xuất cao. Để thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của vật liệu bột kim loại, cần sử dụng toàn diện các phương pháp khác nhau, học hỏi lẫn nhau và phát triển các phương pháp quy trình với sản lượng lớn hơn và chi phí thấp hơn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *