CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HẠT HEKSANIT-P

Нeksanit-P là vật liệu siêu cứng được chế tạo từ nitrid bora dạng BNv. Độ cứng của nó gần bằng của kim cương, chịu nhiệt độ cao, trơ đối sắt. Cấu trúc của Heksanit-P cho phép các dụng cụ cắt gọt kim loại...

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HẠT HEKSANIT-P

I. Tổng quan về Nitrid Bore

Nitrid bore và các vật liệu trên nền nitrid bore chiếm vị trí quan trọng trong ngành dụng cụ cắt gọt kim loại, nhất là trong giai đoạn hiện nay, ra đời một loạt các thiết bị hiện đại gia công cơ khí, các vật liệu kim loại mới. Cơ sở để lựa chọn nitrid bora để sản xuất dụng cụ cơ khí chính là vì độ cứng của nó gần với độ cứng của kim cương. Tính chất nhiệt động học đặc biệt của nitrid bora cho phép tổ hợp được các loại cấu trúc tinh thể khác nhau, và đa dạng lãnh vực xử dụng hơn dùng kim cương.     

Nitrid bora tinh thể lập phương cũng là vật liệu cơ sở để sản xuất ra vật liệu Hesanit –P, sản phẩm công nghệ do các nhà khoa học Xô Viết sáng chế, nó được coi là một trong những vật liệu hiệu quả nhất để sản xuất các dụng cụ gia công kim loại có độ cứng cao, nó không có tương đương trên thế giới. Нeksanit-P là vật liệu siêu cứng được chế tạo từ nitrid bora dạng BNv. Độ cứng của nó gần bằng của kim cương, chịu nhiệt độ cao, trơ đối sắt. Cấu trúc của Heksanit-P cho phép các dụng cụ cắt gọt kim loại có được các ưu điểm đặc biệt sau:

-       Cho phép làm việc trong điều kiện va đập mạnh mà vẫn bảo đảm độ chính xác cấp độ 5-7. Lãnh vực xử dụng hiệu quả nhất là dùng khi gia công thép sau khi tôi, gang, hợp kim cứng, các lớp hợp kim cứng sau khi phun phủ, và dùng cho các loại kim loại cứng mà không dụng cụ nào gia công được.

-       Tăng công suất gia công 2-5 lần do tăng tốc độ gia công, và không phải qua công đoạn mài bóng.

-       Tăng công suất gấp 2-10 lần so với gia công bằng dụng cụ hợp kim cứng volphram.

-       Giảm độ nhám bề mặt tới Ra=0,08micron

-       Không làm thay đổi cơ lý tính bề mặt gia công.

-       Cho phép thay đổi qui trình công nghệ gia công các chi tiết từ thép tôi, tiết kiệm năng lượng đáng kể (do bớt được công đoạn ủ, tôi, thường hóa…)

-       Cho phép gia công chi tiết có độ cứng khác nhau trên cùng một bề mặt

-       Tránh được hiện tượng vón các hạt đá mài trên bề mặt khi phải mài bong.

-       Không cần dùng chất bôi trơn, làm mát 

Hiện nay trên thế giới đang tiến hành việc nghiên cứu chế tạo các loại dụng cụ cắt gọt kim loại trên cơ sở nitrid bore nó cho phép sản xuất các dụng cụ có độ cứng cao, độ chịu mài mòn cao, độ dẻo cần thiết và mở rộng lãnh vực xử dụng vật liệu vào ngành chế tạo dụng cụ gia công kim loại, tăng hiệu quả xử dụng chúng, giảm chi phí gia công cơ khí.       

II. Giới thiệu các dây chuyền công nghệ liên quan đến sản xuất hạt Heksanit-P

Để sản xuất các hạt Heksanit-P cần phải có ít nhất là 3 công nghệ vô cùng phức tạp trong dây chuyền sản xuất, bao gồm:

-       Dây chuyền công nghệ sản xuất nitrid bora tinh thể lục lăng chuẩn.

-       Dây chuyền công nghệ để từ bột nitrid bora cấu trúc tinh thể dạng lục lăng chuẩn thành dạng lập phương (như của kim cương) và cấu trúc hạt dạng Viursit trong buồng nổ.       

-       Dây chuyền công nghệ thiệu kết các bột gồm các hạt viusit trong buồng áp suất cao và nhiệt độ cao để nhận được sản phẩm hỗn hợp hai loại hạt viusit và dạng grafit.

2.1. Dây chuyền công nghệ sản xuất nitrid bora tinh thể lục lăng   

Vào năm 1960, các nhà khoa học Xô Viết đã sáng chế ra phương pháp sản xuất nitrid bora đơn giản, qui mô công nghiệp. Theo phương pháp này các oxyd bora được hoàn nguyên trong lò cùng với tro cácbon và sau đó trong môi trường khí nito. Phương pháp này có một yếu điểm duy nhất là lượng nitrid bora không quá 98%, còn lại là các oxyd, các nitrid,...xong chỉ có phương pháp này mới có thể nhận được BNg có cấu trúc hoàn chỉnh, thích hợp cho sản xuất Heksanit-P. Sau khi sản xuất bột trong buồng nổ làm sạch bột khỏi C (Bởi C tồn sẽ tạo BC, và nó sẽ làm sản phẩm bị nứt khi thiêu kết). Kết quả của quá trình sản xuất nitrid bora tinh thể lục lăng là bột màu trắng, có cấu trúc tinh thể giống như grafit, nhiệt độ nóng chảy của nó 3000°C, chịu nhiệt, là chất bán dẫn, và hay dùng ở dạng như chất bôi trơn nhiệt độ cao.

Tính chất của một số loại nitrid bora công nghiệp tinh thể lục lăng

Các tính chất chính

ГМ

ГК

Nitrid bora (BN), %, không ít hơn

97.8

98.0

Oxyd bora  (B2O3), %, không hơn

0.3

0.2

Carbid bora (B4C), %, không hơn

-

0.3

Tỷ trọng , gr/см3

0.27 - 0.37

Không quá 0.33

 nhỏ hơn 100 мкм, %, không ít hơn

95

95

 

Ghi chú: ГМ, ГК là kí hiệu của hai loại BNg có thể đạt được.

Công nghệ sản xuất vật tư để sản xuất Heksanit –P đã được hoàn thiện bởi đơn vị chuyển giao công nghệ.

2.2. Sản xuất các phôi từ nitrid bora dạng cầu cấu trúc hạt Viusit trong các buồng nổ

Phương pháp sản xuất nitrid bora tinh thể lập phương , cấu trúc hạt viusit trong buồng nổ. Trong phương pháp này các tinh thể nitrid bora cấu trúc lục lăng sẽ biến thành dạng lập phương, và gắn kết các các hạt lại có cấu trúc viusit (dạng liên kết giữa các tinh thể lập phương theo một trình tự nhất định). Chất nổ dùng chất nổ bình thường để tạo ra nhiệt độ và áp suất cần thiết, để đạt được điều này người ta phải lựa chọn vật liệu và tính toán kĩ kết cấu của buồng nổ bột nitryd bora. Bản chất của công nghệ này là khi nổ trong buồng kín, để tạo được sóng va đập mạnh, phải có màng ngăn, khi áp suất và nhiệt độ tăng đến mức cần thiết (áp lực tới 30000 atmosphere, nhiệt độ tới hàng chục ngàn độ trong phần triệu giây và độ sâu sóng nổ không quá 10-30 µm). Một vài hạt tinh thể có thể đạt kích thưóc tới 50 µm. Trong phương pháp này vật liệu và độ dày vỏ thép, số lượng chất nổ, lượng nitrid bora đều tính toán rất chặt chẽ. Bản thân buồng nổ là một ống thép dày hình trụ, trong buồng nổ đặt buồng làm việc,  khoảng giữa buồng nổ đặt một trục thép tròn. Trong khoảng giữa vỏ buồng nổ và buồng làm việc nhồi lượng chất nổ nhất định, giữa vỏ buồng làm việc và trục thép nhồi bột BNv. Để nhận được phôi chất lượng các thông số phải được tính toán chính xác. Mọi tính toán không chính xác tỷ lệ BNg biến thành BNv có thể rất không đáng kể. Đơn vị chuyển giao công nghệ đạt kết quả biến BNg thành BNv chiếm 70-80%.  

2.3. Công nghệ tạo hình và thiêu kết để nhận được phôi Heksanit-P với tỷ lệ hạt cấu trúc viusit và grafit nhất định.

Sau khi thiêu kết phôi sẽ có cấu trúc kiểu lonsdalit (độ cứng hơn kim cương 58%)  là Heksanit-P và nó là vật liệu chính sản xuất các dụng cụ cắt gọt chịu được lực siêu cao.    

 

Tính chất của nitrid bora cấu trúc hạt BNv

Tính chất chính

Theo tiêu chuẩn, %

Thực tế, %

Nitrid bor, không ít hơn

98,0

98,9

Dạng viusit, không ít hơn

95,5

96,1

Dạng grafit ( dạng ống, dạng kim) , không hơn

2,5

2,0

Dạng tinh thể grafit , không hơn

0,3

0,1

Cacbon, không hơn

0,3

0,2

Oxyd bora, không hơn

0,15

0,05

Sắt, không hơn

0,1

0,02

Ẩm, không hơn

0,5

0,2

Cacbit bor (B4C), % không hơn

0,5

-

 

Đến nay đơn vị chuyển giao công nghệ đã tạo được tổng hợp vật liệu từ nitrid bor gồm hỗn hợp hai cấu trúc viusit và dạng grafit, vật liệu này bảo đảm độ cứng tế vi dụng cụ đạt 28-30 GPa, chịu nhiệt tới hơn 1200°C và có chất lượng làm việc ổn định. Dây chuyền sản xuất dụng cụ đã được ứng dụng và sản xuất công nghiệp tại nhà máy công cụ Poltava. Các dụng cụ này được dùng trong sản xuất công suất cao, dùng gia công các loại thép sau khi tôi, gang cầu, gang độ bền cao, dùng để gia công khi có va đập, dùng gia công lớp vỏ cứng cacbit của các vật đúc và gia công các vật liệu siêu cứng khác, dùng làm dụng cụ phay gang. Ưu việt của Heksanit-P  là nó rất cứng, chịu va đập chịu mài mòn cao và có thể nhận được các phôi kích thước lớn tới 10mm, cho phép sản xuất các mũi dao tiện, phay dùng cho thép đã tôi, gang, với độ ăn răng sâu, công suất gia công mà không có loại dụng cụ nào hơn được. Dụng cụ làm bằng heksanit–P cho phép gia công bề mặt thép mà không cần đánh bóng, tính chất của Heksanit – P:

-       Cứng tế vi, ГПа (GPa):                                           30 - 38

-       Tỷ trọng, г/см3 (g/cm3):                                           3,34 - 3,50

-       Độ bền, Гпа (GPa):                                                 nén - 2,0 - 4,0

  kéo - 0,26 - 0,39

  uốn -1,20 - 1,50        

-       Hệ số chịu nứt КlСм×, МПа1/2 (MPa1/2):                7,1

-       Modul Yunga, ГПа (GPa):                                       650 - 780

-       Dẫn nhiệt, Вт/м:                                                       30 - 60

-       Chịu nhiệt, К:                                                           1273-1373                 

-       Thiêu kết trong lò áp suất cao tới 7GPa ở nhiệt độ 1700°C.  

2.4. Công nghệ thiêu kết.

Trên cơ sở nitrid bora tinh thể hình lập phương bằng cách thiêu kết trong điều kiện áp lực và nhiệt độ cao sẽ nhận được các phôi đa tinh thể, một số tinh thể ( khoảng 50-60%) sẽ biến thành dạng grafit, đây là vật liệu Heksanit-P. Công nghệ sản xuất hecsanit –P gồm các công đoạn sau:  

Sơ đồ công nghệ sản xuất các hạt đa tinh thể Hexsanit

từ bột nitrid bora tinh thể giống grafit

 

Quá trình thiêu kết bột trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao thực hiện trong các bồn cao áp. Quá trình thiêu kết xảy ra ở áp suất 4–6 GPa và nhiệt độ 1400–2000°C. Quá trình xảy ra trong vòng 15–30 с. Sau khi nguội các hạt được rửa sạch trong môi trường kiềm.

Kiểm tra cơ lý tính của các hạt đa tinh thể: kiểm tra dùng kính hiển vi để phát hiện các khuyết tật, các vết nứt, rỗ, bọt. Kiểm tra 100% sản phẩm.

Gia công cơ khí các hạt:  Sau khi kiểm tra các hạt, dùng đá mài kim cương để mài các hạt theo hình dạng thích hợp để sản xuất dụng cụ. Các hạt được hàn gắn lên thân dụng cụ. 

Hình ảnh của phôi đa tinh thể (HeksanitP)

Sơ đ thiết bị thiêu kết nóng áp lực Hexsanit-P

 

-       Lượng BNг trong một lần nổ: 1,2kg

-       Công suất sản xuất hạt Heksanit –P: 10kg/năm (tương đương 50.000 kara/năm)

-       Lượng BNг cần cho sản xuất: 20kg/năm (vật tư này có thể mua ở Ukraine)

-       Lượng hợp kim cứng cần dùng: 1 tấn/năm

-       Công suất điện năng trạm: 200кW

-       Tiêu hao năng lượng: 85000 Kwh

-       Tiêu hao nước làm mát: 20m3/ngày

-       Diện tích xưởng: 100m2

-       Cán bộ, nhân công: 15 người

-       Nguyên liệu đầu vào: 1,500USD/kg (theo quy trình tuyển chọn nguyên liệu của bên chuyển giao)

Copyright ©2001- 2005 Xado Vietnam. All rights reserved.

Tiêu đề khác
  • CN Phun phủ bề mặt bằng phương pháp phun nổ
  • GIỚI THIỆU DỊCH VỤ TƯ VẤN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ
  • CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XỈ TITAN, PIGMENT TiO2, Ti