Phân loại và nguyên tắc cơ bản của các phương pháp điều chế bột kim loại MIM

Phân loại và nguyên tắc cơ bản của các phương pháp điều chế bột kim loại MIM

Phương pháp điều chế bột kim loại:

1.1 Phương pháp hóa lý:

1.1.1 Phương pháp rút gọn:

Việc khử các oxit và muối kim loại là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để điều chế bột. Bột sắt và bột vonfram có thể được khử bằng carbon rắn, và vonfram, molypden, sắt, đồng, coban, niken và các loại bột khác có thể được điều chế bằng cách phân hủy hydro hoặc amoniac; Bột sắt có thể được điều chế từ khí tự nhiên và khí than đã chuyển đổi, và bột kim loại hiếm như tantali, niobi, titan, zirconi, thori và uranium có thể được điều chế từ natri, canxi và magiê làm chất khử. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp khử oxit và muối kim loại là ái lực của chất khử dùng với oxi lớn hơn ái lực của kim loại tương ứng trong oxit và muối dùng oxi nên oxi trong oxit hoặc muối kim loại có thể được bắt giữ và kim loại có thể được giảm. Do các nguyên tố kim loại khác nhau tác dụng với oxi khác nhau nên tính ổn định của quá trình tạo thành oxit cũng không giống nhau. Độ ổn định của oxit có thể được đặc trưng bởi kích thước của △ G trong quá trình phản ứng oxy hóa. Nếu giá trị △ G trong quá trình phản ứng càng nhỏ, điều đó có nghĩa là độ ổn định của oxit của nó càng cao, nghĩa là ái lực của nó với oxy càng lớn.

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

1.1.2 Phương pháp khử nhiệt kim loại:

Giảm nhiệt kim loại là nguyên liệu thô giảm có thể là muối rắn, khí hoặc nóng chảy. Hai loại sau có đặc tính giảm pha khí và kết tủa pha lỏng. Phương pháp khử nhiệt kim loại bằng chất khử thường được sử dụng trong công nghiệp: khử TiO2, ThO2, UO2,… bằng canxi; Khử TiCl4, ZrCl4, TaCl5, v.v. bằng magie; Khử TiCl4, ZrCl4, K2ZrF6, K2TaF7, v.v. bằng natri; Bột thép không gỉ crom niken được điều chế bằng cách đồng khử oxit crom và oxit niken với canxi hydrua (CaH2).

Phương pháp khử đề cập đến phản ứng của cacbon, bo cacbua, silic, nitơ và các oxit kim loại chịu lửa để thu được cacbua và borua. Phương pháp nitrat hóa

1.1.3 Phương pháp điện phân:

Điện phân là phương pháp tạo kết tủa bột kim loại ở cực âm bằng cách điện phân nóng chảy muối ăn hoặc dung dịch nước muối. Hầu như tất cả các loại bột kim loại đều có thể được sản xuất bằng phương pháp điện phân, đặc biệt là bột đồng, bột bạc và bột thiếc. Quá trình nghiền điện phân cũng có thể được chia thành điện phân dung dịch nước, điện phân chất điện phân hữu cơ, điện phân muối nóng chảy và điện phân catốt kim loại lỏng.

Ưu điểm là độ tinh khiết của bột kim loại được điều chế cao và độ tinh khiết của bột nguyên tố nói chung có thể đạt hơn 99,7%; Ngoài ra, phương pháp điện phân có thể kiểm soát tốt kích thước hạt của bột và có thể tạo ra bột mịn. Tuy nhiên, mức tiêu thụ điện năng của sản xuất bột điện phân lớn và chi phí sản xuất bột cao. Điện phân dung dịch nước có thể tạo ra bột kim loại (hợp kim) như Cu, Ni, Fe, Ag, Sn, Fe-Ni và điện phân nóng chảy muối có thể tạo ra bột kim loại như Zr, Ta, Ti, Nb.

1.1.4 Phương pháp hydroxyl:

Một số kim loại (sắt, niken, v.v.) và carbon monoxide được tổng hợp thành các hợp chất carbonyl kim loại, được phân hủy thành bột kim loại và carbon monoxide bằng cách nung nóng lại. Do đó, bột được điều chế rất mịn, có độ tinh khiết cao, nhưng giá thành cao. Trong công nghiệp, nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất bột niken và sắt mịn và siêu mịn, cũng như Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co và các loại bột hợp kim khác.

1.1.5 Phương pháp thay thế hóa chất:

Phương pháp thay thế hóa học dựa trên hoạt động của kim loại. Kim loại có hoạt tính mạnh được sử dụng để thay thế kim loại kém hoạt động hơn từ dung dịch muối kim loại và kim loại (bột kim loại) thu được từ sự thay thế được tiếp tục tinh chế bằng các phương pháp khác. Phương pháp này được áp dụng chủ yếu để điều chế bột kim loại kém hoạt động như Cu, Ag, Au, v.v.

1.2 Phương pháp cơ học:

1.2.1 Phương pháp nguyên tử hóa:

Phương pháp nguyên tử hóa thuộc phương pháp nghiền cơ học. Nó là một phương pháp nghiền trực tiếp kim loại lỏng hoặc hợp kim và bột giá trị. Nó được sử dụng rộng rãi và quy mô của nó chỉ đứng thứ hai sau phương pháp khử. Phương pháp nguyên tử hóa, còn được gọi là phương pháp phun, có thể được sử dụng để sản xuất bột kim loại như chì, thiếc, nhôm, đồng, niken và sắt, và cũng có thể được sử dụng để sản xuất bột hợp kim như đồng, đồng thau, thép carbon và hợp kim Thép.

Phương pháp nguyên tử hóa thường sử dụng khí áp suất cao, chất lỏng áp suất cao hoặc lưỡi quay tốc độ cao để phá vỡ kim loại hoặc hợp kim được nấu chảy ở nhiệt độ và áp suất cao thành các giọt nhỏ, sau đó ngưng tụ trong bộ thu để thu được bột kim loại siêu mịn. Quá trình này không có biến đổi hóa học. Nguyên tử hóa là một trong những phương pháp chính để sản xuất bột kim loại và 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 liên kết chặt chẽ, nguyên tử hóa khí áp suất cao, nguyên tử hóa dòng chảy tầng, nguyên tử hóa liên kết siêu âm chặt chẽ và nguyên tử hóa khí nóng.

Bột nguyên tử hóa có ưu điểm là độ hình cầu cao, kích thước hạt có thể kiểm soát, hàm lượng oxy thấp, chi phí sản xuất thấp và khả năng thích ứng với việc sản xuất các loại bột kim loại khác nhau. Nó đã trở thành hướng phát triển chính của công nghệ chuẩn bị bột hợp kim đặc biệt và hiệu suất cao. Tuy nhiên, phương pháp nguyên tử hóa có nhược điểm là hiệu quả sản xuất thấp, năng suất bột siêu mịn thấp và tiêu hao năng lượng tương đối lớn.

1.2.2 Phương pháp nghiền cơ học:

Quá trình nghiền cơ học của kim loại rắn là một phương pháp nghiền độc lập, và sự phát triển cơ chế của nó có liên quan chặt chẽ đến trạng thái biến dạng rắn và sự hình thành và mở rộng các vết nứt trong quá trình nghiền thành bột. Đồng thời, nó cũng là một quy trình bổ sung không thể thiếu đối với một số phương pháp xay xát. Ví dụ, các cặn cực âm cứng và giòn thu được bằng cách nghiền điện phân, các khối kim loại xốp thu được bằng cách khử mài, v.v. Vì vậy, phương pháp nghiền cơ học đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất bột.

Do các tính chất khác nhau của vật liệu và yêu cầu độ mịn mài, các phương pháp mài cũng khác nhau. Theo các cách tác dụng ngoại lực khác nhau, việc nghiền vật liệu thường được thực hiện bằng cách ép đùn, tác động, nghiền và tách, và các nguyên tắc làm việc của các thiết bị nghiền khác nhau chủ yếu dựa trên các nguyên tắc này.

Trong số đó, phương pháp nghiền bi chủ yếu được chia thành phương pháp nghiền bi lăn và phương pháp nghiền 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. Nó có ưu điểm là tính chọn lọc thấp đối với vật liệu, hoạt động liên tục, hiệu quả sản xuất cao, thích hợp cho mài khô và ướt, và có thể được sử dụng để chuẩn bị bột cho các kim loại và hợp kim khác nhau. Nhược điểm là khó phân loại trong quá trình chuẩn bị bột.

1.2.3 Phương pháp mài:

Phương pháp mài là phun khí nén vào khu vực mài sau khi đi qua một vòi phun đặc biệt, do đó điều khiển các vật liệu trong khu vực mài va chạm với nhau và nghiền thành bột; Sau khi giãn nở không khí, vật liệu sẽ tăng lên trong khu vực phân loại và vật liệu có kích thước hạt cần thiết sẽ được phân loại bằng bộ phân loại tuabin. Phần bột thô còn lại sẽ quay trở lại khu vực nghiền và tiếp tục nghiền cho đến khi tách được cỡ hạt yêu cầu. Do phương pháp nghiền được sản xuất theo phương pháp khô nên quá trình khử nước, sấy khô và các quá trình khác của vật liệu được bỏ qua; Sản phẩm của nó có độ tinh khiết cao, hoạt tính cao, khả năng phân tán tốt, kích thước hạt mịn và phân bố hẹp, bề mặt hạt mịn. Nó được sử dụng rộng rãi trong quá trình mài siêu mịn của phi kim loại, nguyên liệu hóa học, bột màu, chất mài mòn, thuốc chăm sóc sức khỏe và các ngành công nghiệp khác. Tuy nhiên phương pháp nghiền cũng có nhược điểm là giá thành chế tạo thiết bị cao. Trong quá trình sản xuất bột kim loại, phải sử dụng khí trơ hoặc nitơ liên tục làm nguồn khí nén. Lượng khí tiêu thụ lớn, chỉ thích hợp để nghiền và nghiền các kim loại và hợp kim giòn.