Máy phun sương bột kim loại 100 mesh – 400 mesh

Bột được điều chế bằng phương pháp phun sương chân không có ưu điểm là độ tinh khiết cao, hàm lượng oxy thấp và kích thước hạt bột mịn. Sau nhiều năm liên tục đổi mới và cải tiến, công nghệ sản xuất bột bằng phương pháp phun sương chân không đã phát triển thành phương pháp chính để sản xuất bột kim loại và hợp kim hiệu năng cao, và trở thành yếu tố hàng đầu hỗ trợ và thúc đẩy nghiên cứu vật liệu mới và phát triển công nghệ mới. Bài viết này giới thiệu nguyên lý, quy trình và thiết bị nghiền bột bằng phương pháp phun sương chân không, đồng thời phân tích các loại và ứng dụng của bột được điều chế bằng phương pháp này.

Phương pháp phun sương là một phương pháp chế tạo bột trong đó chất lỏng chuyển động nhanh (môi trường phun sương) tác động hoặc làm vỡ kim loại hoặc hợp kim lỏng thành các giọt nhỏ, sau đó được ngưng tụ thành bột rắn. Các hạt bột được phun sương không chỉ có thành phần hóa học đồng nhất giống hệt hợp kim nóng chảy ban đầu, mà còn nhờ quá trình đông đặc nhanh chóng giúp tinh chỉnh cấu trúc tinh thể và loại bỏ sự phân tách vĩ mô của pha thứ hai. Môi trường phun sương thường được sử dụng là nước hoặc siêu âm, do đó được gọi là phun sương bằng nước và phun sương bằng khí. Bột kim loại được điều chế bằng phương pháp phun sương bằng nước có hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí, tốc độ làm nguội nhanh, nhưng bột có hàm lượng oxy cao và hình thái không đều, thường là dạng vảy. Bột được điều chế bằng công nghệ phun sương siêu âm có kích thước hạt nhỏ, độ cầu cao và hàm lượng oxy thấp, và đã trở thành phương pháp chính để sản xuất bột kim loại và hợp kim hình cầu hiệu suất cao.

Công nghệ nghiền mịn bằng khí áp suất cao nấu chảy chân không tích hợp công nghệ chân không cao, công nghệ nấu chảy ở nhiệt độ cao, công nghệ khí áp suất cao và tốc độ cao, được sản xuất để đáp ứng nhu cầu phát triển luyện kim bột, đặc biệt là sản xuất bột hợp kim chất lượng cao chứa các nguyên tố hoạt tính. Công nghệ nghiền mịn bằng khí/siêu âm là một công nghệ đông đặc nhanh mới. Do tốc độ làm nguội cao, bột có đặc điểm là hạt mịn, thành phần đồng nhất và độ hòa tan rắn cao.

Ngoài những ưu điểm nêu trên, bột kim loại được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy chân không kết hợp phun khí áp suất cao còn có ba đặc điểm sau: bột tinh khiết, hàm lượng oxy thấp; hiệu suất bột mịn cao; độ cầu bề ngoài cao. Các vật liệu kết cấu hoặc chức năng được làm từ loại bột này có nhiều ưu điểm hơn so với các vật liệu thông thường về tính chất vật lý và hóa học. Các loại bột được phát triển bao gồm bột siêu hợp kim, bột hợp kim phun nhiệt, bột hợp kim đồng và bột thép không gỉ.

1. Quy trình và thiết bị nghiền bột bằng phương pháp phun khí chân không

1.1 Quy trình nghiền bột bằng phương pháp phun khí chân không

Phương pháp nghiền phun sương chân không là một quy trình mới được phát triển trong ngành sản xuất bột kim loại những năm gần đây. Phương pháp này có ưu điểm là vật liệu không dễ bị oxy hóa, làm nguội nhanh bột kim loại và mức độ tự động hóa cao. Quy trình cụ thể như sau: sau khi hợp kim (kim loại) được nấu chảy và tinh luyện trong lò cảm ứng, kim loại nóng chảy được đổ vào máng cách nhiệt, đi vào ống dẫn và vòi phun, và dòng chảy nóng chảy được phun sương bằng dòng khí áp suất cao. Bột kim loại được phun sương sẽ đông đặc và lắng xuống trong tháp phun sương, sau đó rơi vào bể chứa bột.

Thiết bị phun sương, sóng siêu âm phun sương và dòng chảy kim loại lỏng là ba khía cạnh cơ bản của quá trình phun sương khí. Trong thiết bị phun sương, sóng siêu âm phun sương được gia tốc và tương tác với dòng chảy kim loại lỏng được phun vào để tạo thành một trường dòng. Trong trường dòng này, dòng kim loại nóng chảy bị phá vỡ, làm nguội và đông đặc, từ đó thu được bột có các đặc tính nhất định. Các thông số của thiết bị phun sương bao gồm cấu trúc vòi phun, cấu trúc ống dẫn, vị trí ống dẫn, v.v., khí phun sương và các thông số quá trình của nó bao gồm các đặc tính siêu âm, áp suất đầu vào không khí, vận tốc không khí, v.v., và dòng chảy kim loại lỏng và các thông số quá trình của nó bao gồm các đặc tính dòng chảy kim loại lỏng, độ siêu nhiệt, đường kính dòng chảy chất lỏng, v.v. Phun sương siêu âm đạt được mục đích điều chỉnh kích thước hạt bột, phân bố kích thước hạt và cấu trúc vi mô bằng cách điều chỉnh các thông số khác nhau và sự phối hợp của chúng.

1.2 Thiết bị nghiền phun sương chân không

Thiết bị nghiền mịn bằng phương pháp phun chân không hiện nay chủ yếu bao gồm thiết bị nước ngoài và thiết bị trong nước. Thiết bị sản xuất ở nước ngoài có độ ổn định và độ chính xác điều khiển cao, nhưng giá thành thiết bị cao, chi phí bảo trì và sửa chữa cũng cao. Thiết bị trong nước có giá thành thấp, chi phí bảo trì thấp và việc bảo trì thuận tiện. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thiết bị trong nước nhìn chung không nắm vững các công nghệ cốt lõi của thiết bị như vòi phun và quy trình phun. Hiện nay, các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất nước ngoài liên quan giữ bí mật nghiêm ngặt về công nghệ, và các thông số quy trình cụ thể và công nghiệp hóa không thể tìm thấy trong các tài liệu và bằng sáng chế liên quan. Điều này làm cho năng suất bột chất lượng cao quá thấp, không hiệu quả về mặt kinh tế, đây cũng là lý do chính khiến nước ta chưa thể sản xuất bột chất lượng cao trên quy mô công nghiệp mặc dù có nhiều đơn vị sản xuất và nghiên cứu khoa học về bột phun.

Cấu trúc của thiết bị nghiền phun sương siêu âm bao gồm các bộ phận sau: lò nấu chảy cảm ứng tần số trung bình, lò giữ nhiệt, hệ thống phun sương, bể phun sương, hệ thống thu gom bụi, hệ thống cấp siêu âm, hệ thống làm mát bằng nước, hệ thống điều khiển, v.v.

Hiện nay, các nghiên cứu về phun sương chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh. Một mặt, nghiên cứu các thông số cấu trúc vòi phun và đặc tính dòng khí. Mục đích là để tìm ra mối quan hệ giữa trường dòng khí và cấu trúc vòi phun, sao cho sóng siêu âm đạt được tốc độ cần thiết tại cửa ra của vòi phun trong khi lưu lượng sóng siêu âm nhỏ, và cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và chế tạo vòi phun. Mặt khác, nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số quá trình phun sương và tính chất của bột. Mục tiêu là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quá trình phun sương đến tính chất của bột và hiệu suất phun sương trên cơ sở từng loại vòi phun cụ thể để tối ưu hóa và định hướng sản xuất bột. Nói tóm lại, việc nâng cao năng suất bột mịn và giảm tiêu thụ khí là hướng phát triển chính của công nghệ phun sương siêu âm.

1.2.1 Các loại vòi phun khác nhau dùng cho quá trình phun sương siêu âm

Khí phun sương làm tăng tốc độ và năng lượng đi qua vòi phun, nhờ đó phá vỡ hiệu quả kim loại lỏng và tạo ra bột đạt yêu cầu. Vòi phun kiểm soát dòng chảy và kiểu dòng chảy của môi trường phun sương, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất phun sương và tính ổn định của quá trình phun sương, và là công nghệ then chốt của phun sương siêu âm. Trong quá trình phun sương bằng khí ban đầu, cấu trúc vòi phun rơi tự do thường được sử dụng. Vòi phun này có thiết kế đơn giản, không dễ bị tắc nghẽn và quá trình điều khiển tương đối đơn giản, nhưng hiệu suất phun sương không cao và chỉ phù hợp để sản xuất bột có kích thước hạt từ 50-300 μm. Để cải thiện hiệu suất phun sương, các vòi phun hạn chế hoặc vòi phun phun sương ghép nối chặt chẽ đã được phát triển sau này. Vòi phun chặt hoặc hạn chế rút ngắn quãng đường bay của khí và giảm tổn thất động năng trong quá trình dòng khí, do đó làm tăng tốc độ và mật độ của dòng khí tương tác với kim loại và tăng sản lượng bột mịn.

1.2.1.1 Vòi phun khe chu vi

Sóng siêu âm áp suất cao đi vào vòi phun theo phương tiếp tuyến. Sau đó, nó được phun ra với tốc độ cao để tạo thành một xoáy.