tài liệu về sx nhôm [Lưu Trữ] - Diễn đàn Thế Giới Hoá Học

quanghuy_hạnhhoa

10-04-2007, 08:19 AM

Công nghệ đúc nhôm
Trong số các kim loại được con người sử dụng phổ biến ngày nay, nhôm là kim loại được biết đến muộn nhất (khoảng 100 năm trở lại đây) so với các kim loại khác như sắt, đồng…Nhôm được sử dụng phổ biến do tính kinh tế mà nó đem lại vì nó có khối lượng riêng nhỏ hơn gần 3 lần so với sắt, điều này đã đem lại thành tựu lớn trong khoa học vũ trụ cũng như các ngành công nghiệp khác khi khối lượng của các loại máy móc giảm đi rất nhiều mà vẫn đảm bảo được yêu cầu về độ bền. Tất nhiên, khi con người sử dụng nhôm mà chưa có hiểu biết đầy đủ về các tính chất của nó sẽ phải đối mặt với những rủi ro mà thảm hoạ Titanic là một minh chứng rất rõ nét.
Phần lớn mọi người đều không biết nhiều về các quá trình luyện kim, thậm chí một số nhà khoc học vật liệu cũng chưa hiểu biết nhiều về các quy trình sản xuất nhôm trong công nghiệp. Dưới đây tôi xin giới thiệu những quy trình chính, quan trọng, trong công nghiệp đúc nhôm dạng lớn phục vụ cho rèn, dập, cán và đặc biệt phục vụ trong giao thong vận tải, xây dựng…
Trước tiên, đúc các phôi đúc cỡ lớn phục vụ cho cán, rèn dập thường ở kich thước lớn 2.5mx0.6m, được đúc bằng nhiều cách. Phổ biến là nhôm lỏng từ lò trung, rót ra gầu rót, rồi được rót vào khuôn đúc có nước làm nguội, được gọi là đúc bán liên tục. Các loại phôi đúc lớn được cắt một lớp bề ngoài trước khi bắt đầu cán (do có thiên tích đông đặc, lớp ngoài cùng sẽ có cơ tính kém, thường cắt đi khoảng 5mm). Có một số công nghệ đúc bằng băng tải (belt caster) thì thường dung để đúc liên tục các loại phôi nhôm có chiều dày khoảng 100mm, rộng đến 1m, và sẽ có dàn máy cán liên tục nối ngay sau máy đúc băng tải để cán ra các loại tấm nhôm mỏng từ vài cm cho đến vài mm (các loại giấy nhôm dung để gói thức ăn).
Quy trình công nghệ có vẻ như là cũng đơn giản, nhưng thực chất, vấn đề quan trọng đầu tiên phải sử lý để có thể có những sản phẩm nhôm dung trong đời sống: sử lý nhôm lỏng trước khi rót-đúc. Ta thấy, trong quá trình vận chuyển, chất liệu vào lò nấu, va kể cả khi nhôm đã nóng chay ở nhiệt độ cao (khoảng 700-800 0C, chúng ta luôn phải đối mặt với độ ẩm không khí, đấy là còn chưa kể đến có thể có nước alẫn vào từ nhôm nguyên liệu. Nước bay hơi sẽ tác dụng với kim loại, tạo oxit và hydro hoà tan trong kim loại lỏng. Nhôm lỏng hoà tan rất lớn H2, 100g nhôm chuyển từ trạng thái lỏng sang trạnh thái rắn sẽ thoát ra 2.2cm3. Lượng hydro hoà tan trong nhôm thường còn lại là khoảng 0.05cm3/100g, sẽ tạo thành các lỗ hổng bên trong kim loại, và sẽ ảnh hưởng như một loại nứt, làm ảnh hưởng đến cơ tính. Do vậy, để nhôm có thể sử dụng nhôm thương phẩm,chúng ta phải khử hydro đến mức thấp. Một phương pháp hay được sử dụng là thổi khí trơ Ar vào trong kim loại lỏng, khí trơ sẽ hình thành các bong bong nổi len trên bề mặt thoát ra ngoài mà không phản ứng với kim loại tạo oxit, song song với quá trình đó, khi hydro hoà tan trong nhôm lỏng khuếch tán vào và đi ra cùng các bọt khí trơ. Một phương pháp khác cũng được sử dụng là trộn lẫn một phần khí Cl2 cùng với khí Ar, khi thổi vào clo sẽ tác dụng với các kim loại kiềm, và như vậy sẽ loại bỏ được một số tạp chất hoà tan trong kim loại lỏng. Phương pháp này sẽ phải chú ý đến vấn dề môi trường, tránh để khí clo thoát ra môi trường khi chưa được lọc.
Khi nhôm lỏng được khử khí và đúc, vấn đề là ở các biên giới hạt sẽ tập trung các tạp chất có nhiệt độ chảy thấp - nguyên nhân của các vết nứt. Như vậy chúng ta cần phải sử lý nhôm trước khi rót để điều khiển kích thước hạt . Đã có một số nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy việc sử dụng hợp kim trung gian 5%Ti-1%B-Al cho kết quả rất tốt trong việc biến tiính làm nhỏ mịn hạt. Thời gian biến tính cũng là một yếu tố quan trọng để phát huy caco nhất hiệu quả của chất biến tính, đồng thời phân bố các hạt TiB2 đồng đều, tránh các thiên tích xảy ra.Các hạt TiB2 sẽ đóng vai trò là các tâm mầm kết tinh trong quá trình đông đặc.
Các nguyên tố hợp kim có thể được cho vào nhôm lỏng tuỳ theo yêu cầu chế tạo hợp kim phục vụ cho các mục đích riêng: Mg, Si, Cu, Zn, Mn…
Không có quy trình khử khí, biến tính làm nhỏ mịn hạt, hợp kim nhôm không thể có những ứng dụng như ngày nay, chúng ta không thể có những chuyến bay đến khắp nơi trên thế giới