Chương 12 VẬT LIỆU BỘT
12.1 Khái quát về vật liệu bột
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đòi hỏi chế tạo các chi tiết ngày càng chính xác, tinh
xảo và có nhiều tính năng mà các phương pháp chế tạo vật liệu truyền thống không đáp ứng
được hoặc là gặp rất nhiều khó khăn để chế tạo. Sự phát triển công nghệ vật liệu bột là một
trong những công nghệ mới góp phần đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
Vật liệu bột trên cơ sở các chất vô cơ đã có từ lâu và là cơ sở để sản xuất các loại vật liệu
vô cơ trong công nghiệp. Loại vật liệu bột vô cơ đã được trình bày trong chương vật liệu vô cơ.
Trong chương này chúng ta chỉ xét về vật liệu kim loại và hợp kim bột.
Khác với các vật liệu kim loại và hợp kim được chế tạo theo phương pháp truyền thống là
nấu chảy và đúc khuôn, vật liệu kim loại bột được chế tạo trên cơ sở các bột kim loại theo quy
trình như trình bày trong hình 12.1.
Hình 12.1 Quy trình chế tạo vật liệu bột.
Phương pháp này còn được gọi là phương pháp luyện kim bột. Điểm khác biệt của
phương pháp luyện kim bột so với phương pháp nấu đúc truyền thống là không có quá trình nấu
chảy kim loại hoặc hợp kim. Các loại kim loại và hợp kim dạng bột sau khi được chế tạo xong
được đem phối hợp với tỉ lệ thích hợp và trộn đều. Hỗn hợp sau đó được đem tạo hình thành
các chi tiết có hình dạng, kích thước và khối lượng nhất định (thường là các hình dạng đơn
giản). Các chi tiết tạo hình sau đó được đem nung tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của
cấu tử chính trong môi trường khí bảo vệ để tăng độ bền và sự liên kết của các phần tử bột. Quá
- 1 -
trình nung này được gọi là sự thiêu kết. Sau quá trình thiêu kết, các chi tiết được đem đi gia
công cơ khí hoặc các phương pháp gia công khác để tạo ra hình dạng và kích thước mong
muốn.
Công nghệ vật liệu kim loại bột có một số ưu điểm sau:
- Ít hao phí vật liệu do không mất một lượng kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu
hơi…như trong phương pháp nấu đúc truyền thống.
- Có khả năng tạo ra những loại vật liệu có tính năng khác hẳn vật liệu cùng loại bằng
phương pháp đúc. Điều khác biệt này là do đặc điểm cấu trúc của vật liệu bột.
- Có khả năng tạo ra các vật liệu mà các phương pháp nấu đúc truyền thống không thể tạo
ra được. Ví dụ như các hợp kim đồng – graphit, đồng – graphit – teflon, hợp kim cứng …

tán tạo thành bột.
Dòng khí có thể là không khí nén hoặc khí trơ Ar và hạt bột thu được có dạng hình cầu.
Nếu dùng nước để phun thì hạt bột có dạng bị kéo dài. Kích thước hạt bột khá nhỏ từ
10÷20µm, nếu muốn nhỏ hơn thì phải nghiền thêm.
Ngoài ra có thể tạo bột từ kim loại và hợp kim lỏng bằng các cách khác như rót kim loại
lỏng vào đĩa quay, phương pháp tạo bột từ kim loại lỏng trong chân không, phương pháp quay
điện cực (kim loại cần tạo bột) với vận tốc cao…
3. Phương pháp hoá hơi ngưng tụ.
- 3 -
Phương pháp này thực hiện bằng cách cho kim loại hoặc hợp kim hoá hơi bằng dòng điện
cảm ứng hoặc bằng chùm tia điện tử trong khí bảo vệ hoặc chân không rồi cho ngưng tụ trên
đĩa quay có tẩm dầu silicôn. Bột kim loại chứa trong thùng chứa được sấy khô rồi đem sử dụng.
12.2.1.2 Phương pháp hoá lý
1. Phương pháp hoàn nguyên.
Phương pháp hoàn nguyên có thể là hoàn nguyên kim loại từ ôxýt, hoàn nguyên từ các
hợp chất thể khí và hoàn nguyên bằng kim loại.
Trong phương pháp hoàn nguyên từ ôxýt, các ôxýt kim loại sau khi nghiền nhỏ được hoàn
nguyên bằng bột than, H
2
, NH
3
, nhiệt phân, hyđrôcácbon, CO…Độ mịn của bột phụ thuộc vào
nhiệt độ hoàn nguyên. Nhiệt độ hoàn nguyên càng thấp thì độ mịn càng cao. Phương pháp này
dùng để chế tạo các bột Fe từ quặng ôxýt sắt và các loại cácbit, nitrit, borit, các kim loại khó
chảy từ ôxýt của chúng.
Ví dụ
Fe
3
O
4

6
+ H
2
→ W + HCl↑
MoCl
6
+ H
2
→ Mo + HCl↑
Các kim loại có thể tạo bột từ các muối clorua hoặc ôxýt của nó bằng cách dùng các kim
loại có ái lực hoá học mạnh hơn để đẩy nó ra khỏi hợp chất theo kiểu phản ứng nhiệt nhôm. Ví
dụ, để chế tạo bột titan hoặc ziếccôn có thể dùng manhê hoàn nguyên TiCl
4
hoặc ZrCl
4
(hoặc
ZrO
2
)
TiCl
4
+ Mg → Ti + MgCl
2
ZrO
2
+ 2Ca
C
O
700
→

dễ dàng, rất phổ biến trên thị trường và được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thiêu kết
chứa niken.
12.2.2 Các phương pháp tạo hình
Bột kim loại và hợp kim sau khi phối trộn được đem đi tạo hình trước khi thiêu kết. Có
thể tạo hình bằng các phương pháp nén hoặc các phương pháp không cần nén.
12.2.2.1 Các phương pháp nén
1. Phương pháp ép bột
Trong phương pháp này, bột kim loại được ép trong một hệ thống bao gồm các chày ép
và khuôn ép. Hình 12.3 trình bày một ví dụ về phương pháp ép bột – đó là phương pháp ép một
chiều.
Trong ép một chiều, lực ép tác dụng vào chày trên và thực hiện công tác nén bột trong
lòng khuôn ép, trong khi chày dưới được giữ cố định trong quá trình ép. Sau khi ép xong mới
tác dụng lực đẩy chày dưới lên để tháo sản phẩm ép ra khỏi khuôn.
Phương pháp ép thường áp dụng cho các chi tiết đơn giản, các loại ống như bạc trượt,
hợp kim cứng…
- 5 -
Để tăng mật độ của sản phẩm ép hoặc giảm lực ép người ta có thể kết hợp ép với rung.
Dưới tác dụng của sự rung động, mật độ của phôi ép tăng lên hoặc mật độ không tăng nhưng lực
ép cần tạo ra nhỏ hơn khi không tác dụng rung.
Người ta có thể kết hợp ép bột với nung nóng chi tiết cùng lúc gọi là quá trình ép nóng.
Đây là dạng kết hợp của quá trình tạo hình và quá trình thiêu kết. Sản phẩm ép nóng có độ sít
chặt rất cao, có thế đạt được chi tiết có độ sít chặt gần bằng 100%.
Hình 12.3 Sơ đồ ép một chiều.
a) Cho bột vào khuôn; b) Ép; c) Lấy phôi.
2. Các phương pháp ép nén khác
Phương pháp ép đẳng tĩnh ở nhiệt độ thường: Bột chứa trong khuôn dạng vỏ mỏng bằng
cao su hoặc chất dẻo dưới một áp suất thuỷ tĩnh trong không gian kín chứa nước hoặc khí. Tác
dụng vào chất lỏng hoặc khí một áp suất cao 200÷500MPa để nén hỗn hợp bột chứa trong
khuôn. Phương pháp này có thể chế tạo được các chi tiết lớn đến 1000kg với mật độ rất đồng
đều hoặc chi tiết có thành mỏng.