ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÀ XỬ LÝ
TIỂU LUẬN

VẬT LIỆU BỘT

LUYỆN KIM BỘT
GV-Th.S : Nguyễn Đăng Khoa
SV
: 1. Trịnh Xuân Mạnh.
2. Bùi Duy Nhật.
T.p Hồ Chí Minh 19/12/2010.


PHẦN I . GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH LUYỆN KIM BỘT.
1.KHÁI NIỆM
Khác với phương pháp luyện kim thông thường là chế tạo kim loại và hợp kim bằng cách
nấu chảy rồi qua kết tinh trong khuôn để tạo hình,công nghệ luyện kim bột sử dụng bột kim
loại như nguyên liệu ban đầu rồi qua ép và thiêu kết tạo hình mong muốn.
Muốn có một sản phẩm từ bột nói chung phải qua các bước sau:
- Chế tạo bột với độ hạt và độ sạch thích hợp.
- Tạo hình sơ bộ bằng ép hỗn hợp trong khuôn dưới áp suất thích hợp.
- Định hình kết thúc bằng sấy và nung ở nhiệt độ thích hợp (thường thấp hơn nhiệt độ
nó chảy của các cấu tử chính).

2. LỊCH SỬ
+Năm 3000 trước Công nguyên,người Hi Lạp đã chế tạo được công cụ nhờ phương pháp
luyện kim bột.
+Năm 1839 công ty WOOLASTON,được cho là tạo ra PLATIN rắn từ bột Platin xốp.

+Một số ứng dụng :
-Năm 1900 tạo ra wonfram dạng sợi cho bóng đèn điện.
-Năm 1930 chế tạo Cac bit làm vật liệu cắt gọt.
-Năm 1960,ứng dụng chế tạo một số bộ phận của xe ôtô.
-Năm 1980 ứng dụng chế tạo tuabin động cơ máy bay.

Sợi wonfram.
3.ĐẶC ĐIỂM
+ So với ngành chế tạo khác như :Đúc ,Rèn, và ngành chế tạo máy thì,ngành luyện kim bột
được sử dụng khi kim loại,hợp kim:


- Nhiệt độ nóng chảy rất cao như W..
- Có phản ứng hoá học tại thời điểm nóng chảy.
- Vật liệu rất cứng để gia công (dao hk,đá mài..).
- Số lượng rất lớn.
+ Gần 70% khối lượng chế tạo trong ngành luyện kim bột là tự động hoá.
+ Kích thước chế tạo rất chính xác.
+ Có thể kiểm soát được các rỗ(xốp).
+ Có thể chế tạo được vật nhỏ như đầu bi của bút bi đến vật nặng 100
Pao(Pao~0,454kg).Thông thường ở khoảng 5 Pao.
4.ƯU ĐIỂM :
+ Nguyên liệu hầu như được sử dụng 100% vì không có phoi khi gia công.
+ Khống chế dễ dàng thành phần của sản phẩm ngay từ khi chon và trộn bột ban đầu.
+ Đảm bảo tính đồng nhất về kích thước,tổ chức tế vi và thinh chất của sản phẩm khi sản xuất
hàng loạt lớn.Vấn đề này được quyết định ở khâu trộn bột thật kỹ và đều theo tỷ lệ qui định.
+ Nhờ tính đơn giản của các nguyên công, khả năng tự động hoá cao,năng suất cao, tiết kiệm
nhân lực, nên giá thành hợp lý.
+ Một số loại sản phẩm chỉ chế tạo được bằng phương pháp luyện kim bột, hay sẽ rẻ hơn so với
hợp kim thông thường (vật liệu có độ nóng chảy cao,vật liệu cứng và siêu cứng, chịu nhiệt và cách

nhiệt, vật liệu có độ xốp đều…).
5. NHƯỢC ĐIỂM
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.


PHẦN II . CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT
A. PHÂN LOẠI, ỨNG DỤNG.
1.NHỮNG LOẠI VẬT LIỆU CÓ THỂ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỘT.
Loại vật liệu
Vật liệu kết cấu (chi tiết máy )
Hợp kim đặc biệt :
- Hợp kim từ cứng
- Hợp kim từ mềm
- Hợp kim hàn với thủy tinh
- Hợp kim siêu dẫn
- Hợp kim tiếp điểm và điện cực
- Hợp kim nặng
Kim loại và hợp kim sít chặt :
- Kim loại chịu nhiệt
- Kim loại dùng trong kỹ thuật hạt nhân
- Siêu hợp kim
- Thép hợp kim
Vật liệu có độ xốp cao :
- Bạc xốp tự bôi trơn
- Tấm lọc
Vật liệu liên kim loại
Vật liệu compozit :
- Hợp kim cứng
- Cermet (hợp kim cứng nền kim loại)
- Vật liệu ma sát

- Vật liệu ít ma sát (ổ trượt)
-

Vật liệu có pha phân tán
Vật liệu tẩm kim cương

Vật liệu chịu lửa độ sạch cao
2.PHÂN LOẠI
THEO CÔNG DỤNG CHIA RA:
+ Bột mài và dung cụ cắt.
+ Vật liệu bột kết cấu.
+ Hợp kim xốp và thấm.
+ Vật liệu thiêu kết độ sít chặt cao
3. NHỮNG NGUYÊN CÔNG CHÍNH .

Các cấu tử chính
Fe, Fe-Cu, Fe-Ni-Cu, Fe-P
Fe-C, Fe-Cu-C, Fe-Ni-Cu-Mo-C
Thép không gỉ, brông, latông
Ti, Al-Cu
Al-Ni-Co, SmCo5, ferit từ cứng
Fe-Ni, Fe-Si, Fe-P, ferit từ mềm
Fe-Ni-Co
Nb3Sn, Ca-Cu-O
W-Cu, W-Ag, Ni-Ag
W-Ni-Cu, W-Ni-Fe
W, Mo, Ta, Nb, Re
Be, Zr
Các hợp kim trên cơ sở Ni, Co
Thép dụng cụ, thép gió

Brông, Fe-Cu, thép không gỉ, Al-Cu
Brông, Ni, Ni-Cr, Monel
Thép không gỉ, Ti, Zr, Ag, Ta
Ni-Al, MoSi2, Ti-Al, Co-Mo-Si
(W, Ti, Ta)C+Co, TiC+Ni-Mo, Cr3C2+Ni
Cr+Al2O3, TiC+Ni-Cr, Mo+ZrO2
Brông+C+oxyt kim loại
Cu+graphit, Fe+graphit
Ni+ThO2, Al+Al2O3, AgCdO, Cu+Al2O3
Brông+kim cương, WC-Co+kim cương
TaC, Mo2C, ZrB2, AlN, Si3N4, SiC


Tên nguyên công

Ví dụ :Chế tạo bạc lót từ Brong

1.Chuẩn bị nguyên liệu

Cu :điện phân
Sn hoá bột bằng cách phun dòng nước áp lực
cao vào dòng thiếc lỏng.
Graphit :tạo bột bằng ngiền cơ học.

2.Tạo bột(hạt rắn kich thước ≤ 0,1 mm

Cu ≤150

3.Trộn bột


Cân bột theo tỷ lệ rồi trộn đều

4.Tạo hình:chuyển từ trạng thái bột sang
hình dạng,kích thước định sẵn.

Ép nguội trong khuôn áp lực khoảng 100Mpa.

5.Thiêu kết:Nung vật lên đến nhiệt dộ
cao,nhưng thấp hơn nhiệt độ nóng chảy
của cấu tử chính,mục đích tăng bền cho
vật liệu.

Nung ở khoảng 800 độ trong điều kiện khí bảo
vệ thu nhiệt,xuất hiện pha lỏng tạm thời của Sn
hoà tan Cu và tạo thành hợp kim giữa chúng.

6.Gia công tinh :Sửa,mài..

Kiểm tra kích thước, ngâm dầu.


4. ỨNG DỤNG
4.1.BỘT MÀI VÀ DỤNG CỤ CẮT
Đây là hai loại vật liệu có tính chất làm việc giống nhau : dùng vật cứng hơn để cắt vật mềm hơn
(thành mạt hoặc phoi). Bảng 10.3 Giới thiệu đặc tính của một số vật liệu có độ cứng cao, có thể dùng
làm bột mài và là nguyên liệu để chế tạo dụng cụ cắt.
a. Vật liệu bột mài :
Vật liệu bột mài có độ hạt cứng có kích thước không đồng đều được chế tạo từ vật liệu: SiO 2,
Al2O3, SiC và kim cương tự nhiên hay nhân tạo.
Bảng 10.3 Tính chất đặc trưng của một số vật liệu có độ cứng cao


Loại vật liệu
Độ cứng
Mođun đàn hồi
(thành phẩm)
(Knoop)
(GPa)
Kim cương (C)
8000
930
Bo nitrit (BN)
5000
860
mạng lập phương
Bo cacbit
3500
450
B4C
Titan cacbit
3100
350
TiC
Silic cacbit
3000
400
SiC
Volfram cacbit
2700
600
WC

Nhôm oxyt
2100
350
Al2O3
Thạch anh
1000
54
SiO2
Thép đã tôi (1)
800
210
Ghi chú : (1) Số liệu của thép để so sánh.

Giới hạn bền nén.
(Mpa)
7000

Nhiệt độ nóng chảy
hoặc phân hủy (oC)
> 3500

7000

1540

2900

225

2800


3100

1000

2400

5000

2780

3000

2050

1200
1200

-

Đá mài
Hợp kim cứng
b. Dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng :
Đối với dụng cụ cắt ngoài độ cứng cao còn phải có độ bền nhiệt. Thép cácbon dụng cụ và
thép hợp kim thấp chỉ chịu được không quá 2500C, thép gió dưới 6000C, nếu dùng hợp kim cứng
dao có thể làm việc được tới 800÷10000C. Hợp kim cứng có 3 loại :
- Loại một cácbít: các hạt WC dính kết với nhau nhờ Co
- Loại hai cácbít: WC + TiC + Co;
- Loại 3 cácbít: WC + TiC +TaC + Co.



Bảng 10.4. Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim cứng
Nhóm hợp kim
cứng

Nhóm một
cacbit, WC

Nhóm hai cacbit,
WC+TiC

Nhóm ba cacbit,
WC+TiC+TaC

Số hiệu
WCCo2
WCCo3
WCCo4
WCCo6
WCCo8
WCCo10
WCCo15
WCCo20
WCCo25
WCTiC30Co4
WCTiC15Co6
WCTiC14Co8
WCTiC5Co10
WCTiC5Co12
WCTTC7Co12

WCTTC10Co8
WCTTC20Co9

WC
98
97
96
94
92
90
85
80
75
66
79
78
85
83
81
82
71

Thành phần hóa học
TiC
TaC
30
15
14
5
5

4
3
3
7
8
12

Co
2
3
4
6
8
10
15
20
25
4
6
8
10
12
12
8
9

Cơ tính
MPa
HRA
1000

90.0
1100
89.5
1400
89.5
1500
88.5
1600
87.5
1650
87.0
1800
86.0
1950
84.0
2000
82.0
950
92.0
1150
90.0
1250
89.5
1400
88.5
1650
87.0
1650
87.0
1450

89.0
1300
89.0

c. Vật liệu siêu cứng :
Đây là loại vật liệu xuất phát từ kim cương hoặc BN.
- Bột kim cương trộn với 1÷2% bột B, Be hoặc Si được ép nóng dưới P tới 12 GPa, ở
nhiệt độ khoảng 30000C. Sản phẩm có thể đạt đến độ cứng 8000HV.
- Bột kim cương hoặc bột BN rãi lên bề mặt hợp kim cứng rồi ép nóng dưới áp suất 5÷8
GPa, ở nhiệt độ 18000C. Lớp phủ đạt độ cứng 5000÷8000HV.
- Bột kim cương hoặc bột BN trộn với 20÷30% bột kim loại (chất dính kết), ép nóng dưới
P = 3÷6 GPa, ở T0= 1200÷16000C. Sản phẩm có thể đạt đến độ cứng 4000÷5000 HV, thích hợp làm
dụng cụ cắt đá.
d. Thép gió bột :
Xuất phát từ nguyên liệu bột (Fe, W, Cr, Mo, Co, V, C hay hợp kim trung gian của chúng)
qua ép nóng với áp lực 100MPa ở 1.1000C trong khí bảo vệ argon Ar.
Ngày nay bằng con đường luyện kim bột, có thể dễ dàng cho thêm bột grafit, bột cácbít mịn
(TiC, WC) vào bột chế tạo thép gió, để tạo ra các loại vật liệu cắt gọt mới.
4.2.VẬT LIỆU BỘT KẾT CẤU.
a. Vật liệu trên cơ sở FE,thép bột.
+Độ cứng ,giãn dài,bền mỏi tăng khi khối luợng riêng tăng.khối lượng riêng:sắt,thép bột :6,2
-7 g/cm3,cơ tính khỏang 50-60% vói sắt thép nấu chảy tương ứng khi ở dạng bột,ép, thiêu kết co thể
đạt 7,6g/cm3.
+Thành phần hoá học và tính chất.tương tự như thép thường,các nguyên tố hợp kim thêm vào
cũng có tác dụng tăng cơ tính(ni,cr,mo,cu…)
+ Nhiệt luyện thép bột:
- Nhiệt luyện thể tích.
- Nhiệt luyện bề mặt.



b. Vật liệu trên cơ sở đồng và hợp kim đồng.
+ Bột đồng nguyên chất:trong ky thuật điện,(độ dẫn điện 80-90% cu nguyen chất chế tạo
bằng pp nấu chảy.
+ Bột brông thiếc(10% sn) có khối luợng riêng cao và độ dẻo cao.
+ Bột brong thiếc-niken:cơ tính dao động trong phạm vi rộng.
Bảng 10.8. Thành phần và tính chất của Cu và hợp kim Cu chế tạo từ bột ép và thiêu kết
Thành phần.
Cơ tính
Loại hợp
,
%
Trạng thái
3
kim
g/cm
 b , MPa
 ,%
Sn Zn Ni
Cu nguyên
Thiêu kết
8,0
160
10
chất
Thiêu kết mộ lần
7,5
180
5
Brông Sn
10

Thiêu kết hai lần
8,2
220
18
Thiêu kết
8,2
320
20
Brông Ni
10
5
Thiêu kết và nhiệt luyện (1)
8,2
600
3
(2)
Thiêu kết và nhiệt luyện
8,2
430
14
30
Thiêu kết
8,0
330
15
Cu-Ni
45
Thiêu kết
8,0
370

15
Latông
20
Thiêu kết
7,8
220
15
30 20
Thiêu kết
8,2
290
18
Maillechot
27 18
Thiêu kết
8,2
350
14
Ghi chú : (1) Tôi và hóa già nhân tạo ở 3500C trong 3h;
(2) Tôi và hóa già nhân tạo ở 3000C trong 0,5h.
c .Vật liệu trên cơ sở nhôm và hợp kim nhôm.
+Ưu điểm: nhẹ cống ăn mòn tốt trong không khí,chịu tải trung bình,thay thế nhựa khi phải
làm việc vói chi tiết bằng thép.,làm việc ở nhiệt độ cao(300-500 c)
ứng dụng :duyra,silumin..có dộ bền cao hơn ở nhiệt dộ 250-300..có thể dung thay thép trong dụng
cụ đo..



d . Vật liệu trên cơ sở Ti và hợp kim Ti
Mãi đến những năm tám mươi loại vật liệu này mới được nghiên cứu ứng dụng, trước hết ở

Mỹ, Nhật Bản, lý do chính là để tiết kiệm nguyên liệu.
Đôi khi xuất phát từ bột Ti nguyên chất, nhưng thường từ hợp kim Titan quen biết, Ví dụ loại Ti6Al-4V. Quy trình chế tạo như sau :
 Tạo hình : áp lực ép 700 MPa, đạt độ sít chặt không nhỏ hơn 95%.
 Thiêu kết ở 1200 – 1300oC trong chân không 10-2Pa (khoảng 10-4 torr).
 Rèn với áp lực 200 MPa ở 950oC.
 Ủ lại ở 700oC trong 2h.
Sau khi làm như vậy có thể đạt độ sít chặt gần 100% và cơ tính cao xấp xỉ bằng hợp kim nấu chảy :
 b  1000 � 1050 MPa ,   10  15% . Những ứng dụng đầu tiên trong chế tạo máy bay (ốc vít,
đinh tán, … ), trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm để thay thế thép không gỉ, một số chi tiết trong
tàu ngầm, v.v…
4.3.HỢP KIM XỐP VÀ THẤM


Bằng phương pháp luyện kim bột có thể chế tạo được các chi tiết có độ xốp cao phân bố đều
và các rỗ xốp này thông với nhau và thông với bề mặt, chúng được ứng dụng trong 3 lĩnh vực :
a/ Bạc xốp tự bôi trơn :
Loại brông thiếc: (< 10% Sn) với độ xốp 25 %, sau khi tẩm dầu trong chân không ở 70 0C có thể làm
viec suốt đời mà không phải tra thêm dầu mỡ. Khi trục quay, dầu sẽ tiết ra từ các rỗ xốp, tạo ra sự
bôi trơn tốt; Khi trục ngừng quay, nhiệt độ giảm xuống và dầu lại được hút trở lại các rỗ xốp.
b/ Các loại màng lọc :
Các màng lọc được sản xuất từ bột dạng cầu hoặc đẳng trục, kích thước hạt đều nhau
(dmax/dmin » 1,5), áp lực nén nhỏ, với độ xốp 35÷40 %, các rỗ xốp phân bố đều, D tb của rỗ xốp khoảng
1/6dmin.
Nguyên liệu: bột brông, thép không gỉ, Ni, các kim loại quý hiếm (Ti, Zr, Ta, Ag, Pt) bằng cách phun
dung dịch bột lên một lõi thích hợp, ép chảy, cán bột ... có thể sản xuất được các chi tiết dạng ống,
bình thành mỏng có tính thấm tương tự như giấy lọc kết hợp với tính chịu nhiệt và độ cứng vững của
ceramic và độ bền trước sự thay đổi nhiệt độ đột ngột của kim loại.
c. Vật liệu ma sát.
+ Chế tạo khớp nối kiểu ma sát, phanh má,
+ Vật liệu ma sát trên cơ sở bột đồng :chế tạo má côn, má phanh…

+ Trên cơ sở bột sắt :dùng trong truyền động khô,rẻ hơn, hệ số ma sát cao hơn,độ bền chống
mài mòn đảm bảo.
+ Vật liệu ma sát với hàm lượng lơn các cấu tử phi kim loại :sử dụng trong truyền động công
suất cao(tải nặng-phanh má cho máy bay)..các hạt phi kl có nhiệt độ nóng chảy cao,bền nhiệt, làm
việc ở nhiệt độ 600-1000 ºC.Nhược là độ bền cơ học thấp.
4.4. VẬT LIỆU THIÊU KẾT ĐỘ SÍT CHẶT CAO
a/ Hợp kim từ tính :
+Vật liệu từ mềm.
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ nhỏ, khả năng từ hóa nhanh trong từ trường,
đường cong từ trễ hẹp và điện trở lớn.
Dùng để chế tạo lõi rơle, lõi biến áp, động cơ ...
Vật liệu từ mềm thông dụng nhất là hợp kim trên cơ sở sắt có pha thêm Si (thép kỹ thuật điện). Hợp
kim Fe - Ni (permaloi) có độ từ thẩm rất cao trong từ trường yếu.
+ Vật liệu từ cứng (Nam châm vĩnh cửu) .
- Vật liệu từ cứng có lực kháng từ cao, cảm ứng từ dư lớn, độ từ thẩm không cao, đường
cong từ trễ rộng "béo". Vật liệu từ cứng chất lượng cao có tổ chức nhiều pha có tính chất rất khác
nhau.
-Vật liệu từ cứng chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Phương pháp
này bảo đảm các pha khác nhau không hòa tan lẫn nhau trong quá trình thiêu kết cũng như khi sử
dụng.
- Vật liệu từ cứng thông dụng được chế tạo trên cơ sở hệ Fe - Al - Ni- Co có tên gọi là
hợp kim alni, alnico, magnico, cunife...
b/ Hợp kim tiếp xúc :
Trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử sử dụng rất rộng rãi các hợp kim tiếp xúc. Chế tạo
hợp kim tiếp xúc bằng luyện kim bột trên cơ sở các kim loại quý như: Ag, Re, Cd, W, Cu...
+Tiếp điểm một cấu tử là kim loại:
Thường dùng các kim loại sau: Ag, W, Pt, Mo ...
Tuy nhiên loại một câu tử kim loại khó thỏa mãn các yêu cầu đa dạng của tiếp điểm trong suốt thời
gian làm việc. Cu dùng chế tạo các tiếp điểm có độ chính xác thấp; Pt, Au, Ag...chế tạo các tiếp điểm
có độ dẫn điện cao và ổn định hóa học cao.

+ Tiếp điểm hai cấu tử là kim loại :


Là sự kết hợp giữa các kim loại dẫn điện cao: Ag, Au, Cu... và các kim loại chịu nhiệt độ cao:
W, Mo, Ni...
- Hợp kim W-Ag với 50-60% W dùng cho thiết bị cao áp, với lượng W thấp dùng cho thiết
bị hạ áp.
- Hợp kim W-Cu có thêm 2-3% Ni dùng cho thiết bị cao áp trong môi trường dầu, thiết bị
hàn điện (hồ quang mạnh, dòng lớn, tải nặng…)
- Hợp kim Ag-Ni dùng trong các rơle điện từ, công tắc tơ, máy ngắt mạch cao áp nhưng
công suất nhỏ.
- Hợp kim Ag-CdO vGi 10-15%CdO dùng trong hàng không, thông tin (dẫn điện cao, dập
hồ quang nhanh)
+ Tiếp điểm kết hợp kim loại và phi kim loại :
- Hợp kim Ag - graphit với 5% graphit dùng trong aptomat, đóng mạch điện, rơle tín
hiệu, đảo mạch trong radio...
- Hợp kim Cu - graphit làm chổi quét trong động cơ điện, máy phát điện...
- Hợp kim Cu hay Ag-graphit với 2-50% graphit làm chổi quét trong các dụng cụ đo
chính xác.
c.Thép không gỉ từ bột ép và thiêu kết.
+Ứng dụng : chế tạo vật liệu làm việc trong môi trường ăn mòn : phụ tùng ôtô, đồ trang
sức, thiết bị thực phẩm..
d.Kim loại chịu nhiệt.
+Một số kl nhiệt độ nóng chảy cao, khi luyện kim thông thườg sẽ gặp khó khăn :W,Mo
Ta,Nb,Re.
e.Vật liệu dùng trong kỹ thuật hạt nhân :
Các kim loại như : uran (U), thôri (Th), ziêcôn (Zr), … và hợp kim của chúng dùng trong kỹ
thuật hạt nhân thường được sản xuất bằng cách nấu chảy truyền thống, nhưng riêng berili (Be) dẻo
chỉ có thể chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. Ngày nay, ngay cả một số hợp kim trên cơ sở U,
Th, Zr, … dưới dạng bán thành phẩm hoặc dưới dạng các chi tiết nhỏ cũng được chuyển sang chế tạo

bằng phương pháp bột nén thiêu kết.
Một số hợp kim nặng hệ W-Ni-Cu, W-Ni-Fe chứa 90-96%W, có khối lượng riêng 17-18,5 g/cm 3, sản
xuất từ bột mịn, lực ép lớn, thiêu kết ở nhiệt độ cao, vật liệu trở nên đặc chắc, hầu như không còn rỗ
xốp, có khả năng hấp thụ tia phóng xạ lớn gấp 1,5 lần so với Pb.

B. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT KIM LOẠI
Các phương pháp sản xuất bột kim loại hiện hành được chia thành hai nhóm lớn : các phương
pháp cơ học và phương pháp hóa lý. Việc chọn phương pháp nào là tùy thuộc vào yêu cầu về kỹ
thuật và khả năng kinh tế. Nhiều khi phải kết hợp các phương pháp khác nhau mới tạo được bột có
chất lượng mong muốn.
1 . CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC :
a/ Nghiền :
Sử dụng cho các kim loại như mangan, crôm...và ôxyt, cácbit, hydrôxyt, sunfit, nitrit có tính dòn
cao. Dùng các máy nghiền bi, nghiền búa thông thường để nghiền thành bột trực tiếp từ trạng thái
rắn: cục, hạt, phoi...). Phương pháp này đơn giản tạo được bột có độ mịn cao nhưng năng suất thấp,
độ sạch không cao ( do mài mòn của vật liệu nghiền, buồng máy nghiền..) và không nghiền được các
kim loại dẻo.
b/ Tạo bột từ kim loại lỏng :
 Tạo bột từ kim loại lỏng trong chân không :
Nấu chảy kim loại bằng phương pháp cảm ứng trong chân không, cho dòng khí hydrô áp suất
cao để tăng lượng hòa tan của nó vào kim loại lỏng. Nối đáy nồi kim loại lỏng với ống dẫn đến


buồng chân không. Khi mở van, kim loại lỏng cùng với dòng khí hydrô áp suất cao sẽ phun mạnh
qua buồng chân không, tại buồng chân không kim loại lỏng sẽ bị phân chia nhỏ như bụi và tạo bột.
Phương pháp này tạo ra bột sạch và mịn.
 Phun nước hoặc không khí nén :
Nước hoặc khí nén có áp suất cao được phun vào dòng kim loại lỏng chảy từ trên xuống. Khi sử
dụng nước các giọt kim loại bị nguội đột ngột và kết tinh rất nhanh tạo ra bột có độ hạt không đều
hay có dạng bị kéo dài. Nếu dùng không khí nén do nguội chậm các giọt nhỏ kim loại lỏng kịp vê

tròn trước khi kết tinh nên tạo được bột dạng cầu. Có thể điều chỉnh kích thước hạt bằng tốc độ phun
của dòng nước hoặc khí. Kích thước của bột đạt 10÷20μm. Phương pháp này dùng cho các kim loại
có nhiệt độ chảy thấp hơn 1600oC.

Hình : Sơ đồ thiết bị chế tạo bột từ KL lỏng bằng phun khi dưới áp suất cao
 Tạo bột bằng điện cực quay :
Điện cực làm bằng kim loại cần tạo bột được nấu chảy dần dần, tốc độ quay tương đối lớn
(1000-2000 vòng/phút). Lực ly tâm sẽ làm kim lọai lỏng văng ra và hóa bột. Nấu chảy điện cực thực
hiện bởi hồ quang điện, ngọn lửa plasma trong khí bảo vệ (Ar hay He), trong chân không hay bắn
phá bằng chùm điện tử trong chân không. Bột nhận được có kích thước khá thô từ 0,5 đến vài
milimét.
2 . TẠO BỘT BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ :
a/ Phương pháp hoàn nguyên :
 Hoàn nguyên từ ôxyt : Các ôxyt kim loại sau khi đã nghiền đến kích thước yêu cầu sẽ được
hoàn nguyên bằng than hay các khí hydrô amôniac đã nhiệt phân, hydrocacbon... Nhiệt do hoàn
nguyên thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy. Độ mịn của bột phụ thuộc vào kích thước bột
ôxyt khi nghiền. Độ hạt càng mịn nếu nhiệt độ hoàn nguyên càng thấp và lượng hơi nước trong khí
hoàn nguyên càng nhỏ. Bột có độ xốp cao nên khả năng nén lớn.
Công dụng: sản xuất bột sắt từ quặng sắt, bột các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao từ ôxyt
của chúng.
 Hoàn nguyên từ hợp chất thể khí : Bằng cách chuyển kim loại cần tạo bột từ dạng rắn sang
các hợp chất thể khí như clorua (WCl6, MoCl6...) florua kim loại khi cho các kim loại này tác dụng
với HCl, HF. Hoàn nguyên trong buồng lò bằng khí hydrô ở nhiệt độ 800-1200 oC hay trong plasma
Ar - H2 sẽ nhận được bột kim loại.
 Hoàn nguyên bằng kim loại : Dùng kim loại có ái lực hóa học với ô xy mạnh hơn so với kim
loại cần hoàn nguyên (dạng ô xyt hay halogenua) để tạo ra phản ứng giống như phản ứng nhiệt
nhôm. Ví dụ dùng Mg hoàn nguyên TiCl4 hoac ZrCl4 tại 700oC để chế tạo bột Ti hay Zr.


b/ Phương pháp điện phân :


Sự kết tủa điện phân.
Có thể sản xuất bột kim loại bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng, có thể sản xuất
được các bột kim loại Fe, Cu Pb, Sn, Cr, Mn...
Bằng cách dùng I lớn, nồng độ axit đặc, nồng độ ion kim loại thấp, khuấy trộn mạnh... để tạo
ra lớp mạ xốp, bám dính kém vào âm cực dễ lấy ra. Trong nhiều trường hợp lớp mạ này rất kém bền
chỉ cần rửa và sấy là chúng sẽ tan ra thành bột mịn.
Trong vài trường hợp các lớp mạ đặc, chắc nhưng rất dòn nên dễ dàng nghiền thành bột.
Phương pháp này chủ yếu dùng sản xuất bột đồng.
c/ Phương pháp hóa hơi ngưng tụ :
Nấu chảy và hóa hơi kim loại trong khí bảo vệ hay trong chân không, sau đó cho ngưng tụ
trên đĩa quay có tẩm dầu thích hợp (dầu silicôn) sẽ nhận được bột kim loại siêu mịn, kích thước 0,01
- 1μm. Phương pháp này khá tốn kém, thường dùng chế tạo bột trong vật liệu từ.
Sơ đồ nguyên tắc chế tạo bột mịn bằng cách hóa hơi
và ngưng tụ :
1

. Buồng chân không

2

. Đường dẫn đến bơm chân không.

3

. Bình dầu và ống dẫn.

4

. Dầu silicôn.


5

. Đĩa quay làm nguội.

6

. Màng dầu để ngưng tụ bột kim loại.

7

. Động cơ quay đĩa làm nguội

8

. Nồi hóa hơi

9

. Nguồn nhiệt

1

0. Thùng chứa dầu và bột mịn

d/ Phương pháp nhiệt phân :
Thường dùng cách nhiệt phân cacbonyl của kim loại chuyển tiếp để sản xuất ra bột của chúng
(Fe, Ni, Co, W...).
Các loại cácbonnyl nói chung có nhiệt độ nóng chảy thấp: Ni(CO) 4 là 43oC, Fe(CO)5 là 107oC.
Chế tạo cacbonyl bằng cách phun khí CO dưới áp suất cao (200 Pa) vào phoi hay dây kim loại ở 120

÷ 250oC. Sau đó tiến hành nhiệt phân các loại cácbonyl tại nhiệt độ 200-300 oC sẽ nhận được bột kim
loại có độ sạch cao, kích thước bột từ 1-50μm. Thường dùng chủ yếu để sản xuất bột Fe, Ni.


C. CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH VẬT LIỆU BỘT :
Khi sản xuất ra bột kim loại là các hạt rời rạc, vì vậy phải dùng nguyên công tạo hình để tạo
thành các sản phẩm có hình dáng, kích thước xác định.
Sản phẩm sau khi tạo hình gọi là bột ép, chúng có sự dính kết nhất định giữa các hạt với nhau để
gia công cơ khí, vận chuyển và tiến hành thiêu kết. Bên cạnh đó cũng cần có khối lượng riêng đạt
yêu cầu cho trước. Trong thực tế sử dụng các phương pháp tạo hình khác nhau.
1. Phương pháp nén một chiều :
Tiến hành nén trong khuôn thép hay hợp kim cứng có độ bóng bề mặt cao bằng máy ép thủy lực
hay cơ khí. Lực ép khoảng 100-1000MPa phụ thuộc vào độ dẻo của kim loại và khôi lượng riêng của
sản phẩm.
Ví dụ: với chi tiết máy P = 400÷600 MPa, với các loại bạc xốp: P = 100÷200 MPa.
Với các bột quá cứng và quá mịn cần cho thêm chất dính kết: sáp ong, paraphin, polyme... Nên
cho thêm chất bôi trơn để giảm mài mòn khuôn và dễ tháo sản phẩm ra sau khi ép (chất bôi trơn là
stêarat kẽm hay stêarat hữu cơ theo tỷ lệ 0,5%).

Hình 1.3- Sơ đồ phương pháp nén
Để tăng độ sít chặt và độ đồng đều về khối lượng riêng của sản phẩm bột ép có thể tiến hành
rung cơ học khi nén. Phương pháp này làm giảm đáng kể lực ép.
Nén một chiều là phương pháp tạo hình sử dụng phổ biến nhất.
2.Phương pháp nén đẳng tĩnh ở nhiệt độ thường :
Cho bột vào khuôn dạng vỏ mỏng (cao su hay chât dẻo), đặt khuôn trong buồng nén chứa chất
lỏng hay khí. Sau đó nâng áp suất chất lỏng hay khí đến 200 ÷ 500 MPa để nén bột trong khuôn.
Phương pháp này tạo ra mật độ đồng đều trong toàn bộ chi tiết mà không bị ảnh hưởng của hình
dáng và kích thước của nó. Thường dùng chế tạo các sản phẩm qua rèn.
3. Phương pháp cán bột :
Phương pháp này dùng để sản xuất các sản phẩm kim loại ở dạng băng từ nguyên liệu bột có độ

dẻo cao (Cu, latông, brông, Ni...). Các băng này có chiều dày S = 2 ÷ 6 mm, sau đó đem thiêu kết.
Sau khi thiêu kết xong lại cán tiếp để tạo hình dáng và kích thước chính xác, rồi ủ để khử
bỏ ứng suất.
Chất lượng sản phẩm cán bột tương đương với sản phẩm đúc (mật độ, độ đồng đều...) nhưng lại
tận dụng triệt để nguyên liệu ban đầu.
4.Phương pháp ép chảy ở nhiệt độ thường :
Với các loại bột kim loại có tính dẻo cao, hoặc có thể hóa dẻo bằng cách trộn thêm các chất hữu
cơ (mỡ, nhựa dẻo..) sau đó cho vào khuôn ép chảy kiểu piston - xi lanh hay kiểu ống mềm. Sau khi
ép xong tiến hành nung sơ bộ để chất hữu cơ bay hơi rồi thiêu kết để tạo liên kết giữa các hạt bột.
Phương pháp này dùng để sản xuất các chi tiết dạng ống, thanh có chiều dài lớn.


5.Phương pháp nén xung :
Đặc điểm chung của phương pháp này là lực ép tăng lên đột biến, để tạo độ sít chặt cao lớn
hơn (90 ÷ 95)% ta dùng các phương pháp sau đây:
+Rèn với tốc độ lớn trong các khuôn.
+Ép nổ, năng lượng của quá trình nổ sẽ truyền vào bột qua một piston trong khuôn hay qua
một chất lỏng lên khuôn mềm.
+Dùng một xung điện của tụ điện với I rất lớn từ 105÷106[A], trong thời gian rất ngắn.
Phương pháp này tạo được sản phẩm có độ sít chặt 98% với bột dẻo và 90-95% với bột cứng.
6.Các phương pháp tạo hình không cần nén :
a/ Phương pháp lắng đọng :
Tạo một dung dịch kiểu huyền phù gồm bột kim loại rất mịn (1÷10)μm "hòa tan" đều trong nước
có độ pH theo quy định. Rót dung dịch này vào khuôn bằng thạch cao, thạch cao sẽ hút hết nước, bột
kim loại sẽ bám lại trên thành khuôn rất mịn và đều. Sấy khô, lấy sản phẩm ra và thiêu kết.
Phương pháp này dùng để sản xuất các chi tiết như: ống bảo vệ cặp nhiệt điện, cốc nung, nồi nấu
kim loại... làm bằng các bột kim loại và hợp kim có nhiệt độ chảy cao.
b/ Phương pháp phun phủ :
Cho bột kim loại vào chất lỏng thích hợp để tạo thành dung dịch, sau đó dùng súng phun phun
dung dịch này lên một lõi có hình dáng bên trong của chi tiết cân sản xuất. Sau khi phun xong tiến

hành sấy và thiêu kết sẽ tạo ra lớp phủ đồng đều. Dùng lực cơ học để tháo lõi hay hòa tan lõi trong
dung dịch thích hợp.

D. THIÊU KẾT
Sau khi tạo hình xong sản phẩm bột ép có cơ tính rất thấp. Vì vậy phải tiến hành thiêu kết ở nhiệt
độ cao (gần nhiệt độ chảy) để tạo mối liên kết giữa các hạt.
1.Thiêu kết kim loại nguyên chất :
a/ Quá trình xảy ra khi thiêu kết :
Khi T0 tăng sẽ làm tăng dao động nhiệt của nguyên tử, đặc biệt là các nguyên tử ở bề mặt của các
hạt. Do đó làm tăng dần bề mặt tiếp xúc giữa các hạt, sau đó kết tinh lại toàn bộ các hạt và sinh ra
các hạt mới đa cạnh. T0 càng cao và  giữ nhiệt càng lâu thì hạt càng to ra. Tuy nhiên tổ chức còn
có rỗ xốp.
b/ Nhiệt độ và thời gian thiêu kết :
Nhiệt độ thiêu kết càng gần nhiệt độ nóng chảy thì thời gian càng ngắn. Thường T tk= (2/3 ÷
3/4)Tnc và thời gian  = 15÷120 phút tùy theo chiều dày chi tiết.
Trong thực tế thường cố định nhiệt độ thiêu kết theo nhiệt độ làm việc của lò và cho từng kim
loại một.
c/ Môi trường thiêu kết :
Dùng môi trường khí hoàn nguyên (H 2, CO, NH3 nhiệt phân...), khí trung tính (N2, He, Ar...) hay
chân không để tránh hiện tượng ôxy hóa. Do sản phẩm còn có độ xốp nhất định nên nếu bị ô xy hóa
sẽ xảy ra từ bề mặt đến tận lõi và gây ra phế phẩm.


Hình1.4 Sự thay đổi tổ chức tế vi của bột đồng sau khi ép và thiêu kết ở 1000 0C, với thời gian
thiêu kết:
a) 4 phút b) 8 phút
c) 30 phút
d) 120 phút
2. Thiêu kết hợp kim :
a/ Trường hợp không xuất hiện pha lỏng khi thiêu kết :

Với các cấu tử không hòa vào nhau ở trạng thái rắn :
Lúc này có quá trình tự khuếch tán nguyên tử vào nhau ở trạng thái rắn, xóa bỏ biên giới giữa
các hạt, đó là quá trình kết tinh lại của từng kim loại một.
Ví dụ : trong vật liệu làm tiếp điểm Cu-W, khi thiêu kết , 800-900 oC chỉ có sự kết tinh lại của các
hạt đồng, còn W không thay đổi (nhiệt độ kết tinh lại W là 1200oC).
Với các cấu tử có thể tạo thành dung dịch rắn :
Khi thiêu kết, các nguyên tử khuếch tán vào nhau ở trạng thái rắn với tốc độ chậm. Tuy nhiên do
độ hạt rất mịn, đã trộn đều và trong điều kiện nhiệt độ, thời gian thích hợp sẽ tạo ra dung dịch rắn
đồng nhất cao, mặc dù vẫn còn độ xốp nhất định.
Ví dụ : vật liệu làm tấm lọc Cu-Ni (có độ xốp là ưu điểm, phương pháp nấu chảy không tạo ra
được độ xốp theo yêu cầu).
b/ Trường hợp có pha lỏng khi thiêu kết :
Trong trường hợp này nhiệt độ thiêu kết phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của cấu tử chính,
nhưng vẫn có pha lỏng vì các cấu tử phụ có nhiệt độ nóng chảy thấp hay tạo ra hợp kim giữa các cấu
tử có nhiệt độ chảy thấp.
Tỷ lệ pha lỏng không được quá 30% thể tích để không làm thay đổi kích thước ban đầu của chi
tiết.
Sự xuất hiện của pha lỏng khi thiêu kết (tạm thời : hỗn hợp 90% Cu và 10% Sn hay suốt trong
quá trình : hợp kim WC và Co).
3.Thiêu kết dưới áp lực (ép nóng) :
Để chế tạo các sản phẩm có độ xốp nhỏ ( hay không có độ xốp) ta dùng phương pháp ép nóng
hay thiêu kết dưới áp lực. Phương pháp này tiến hành đồng thời hai công đoạn ép và thiêu kết trong
một nguyên công. Có hai phương pháp chính sau :
a/ Ép một chiều ở nhiệt độ cao :


Tiến hành ép nóng ở T0 = 1500 ÷ 2500oC trong khuôn graphit có phủ lớp ôxyt với áp suất
30MPa. Sau khi ép sản phẩm có độ sít chặt lớn : (95÷98)%.
Thường dùng chế tạo hợp kim cứng trên cơ sở cácbit, nitrit borit ... mà không cần chất dính kết.
Ép nóng ở nhiệt độ trung bình 800÷1100 oC: tiến hành trong khuôn bằng kim loại chịu nhiệt với

áp suất 200MPa, trong môi trường khí bảo vệ hay chân không. Dùng cho các kim loại hoạt hóa cao
như Be.
Thiêu kết dưới áp lực bằng cách phóng điện : Bột kim loại, cácbít được nén trong nồi graphit với
P= 100MPa cho dòng điện chạy qua sẽ xảy ra phóng điện ở bề mặt tiếp xúc giữa các hạt do có màng
ôxyt cách điện trên bề mặt hạt. Tiếp sau sự phóng điện là sự nung nóng rất nhanh tạo nên liên kết
trong khối vật liệu.
Công dụng : phủ một lớp hợp kim cứng lên bề mặt chi tiết, phủ kim loại thiêu kết lên W, Cu
trong hợp kim làm tiếp điểm, chế tạo xéc măng gang thiêu kết...
b/ Ép nóng đẳng tĩnh :
Tiến hành tương tự như ép nguội đẳng tĩnh, chỉ khác là ở nhiệt độ cao 1000 ÷ 1500 oC với áp
suất P = 100 ÷ 200MPa tạo ra do nén khí nitơ, argông. Phương pháp này có ưu điểm sau :
+ Chế tạo được các sản phẩm đặc, chắc, không có rỗ xốp và áp dụng cho cả các loại bột không
thể thiêu kết được hay luôn có rỗ xốp hoặc các bột cần thiêu kết ở nhiệt độ rất cao: W, Ta, Co,
Al2O3...
+ Có thể điều chỉnh kích thước hạt, tổ chức hạt khá mịn.
+ Chế tạo được các chi tiết phức tạp có kích thước lớn.
+ Loại bỏ tương tác của các cấu tử trong quá trình sử dụng (nhiệt độ thấp hơn nhiều so với
thiêu kết).
+ Khử bỏ được các rỗ xốp vốn có trong chi tiết nâng cao cơ tính (ví dụ : WCCo8 khi độ sít chặt
xấp xỉ 100% độ bền uốn tăng 20-30%). Loại bỏ được các khuyết tật khi gia công tinh (mài, doa,
đánh bóng...)
+ Năng suất cao (chỉ vài phút).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Vật liệu học-Lê Công Dưỡng .(1997)
2.Vật liệu kỹ thuật .Đặng Vũ Ngoạn. (2006)
3.M.R.Dododamami,Faculty,Dept.ofMachanical.Enginering.Gogte of Tecnology,
Udyambag,Belgaum.