Điểm đau kỹ thuật của ngành bắt đầu: thách thức sản xuất kim loại có độ tinh khiết cao và hợp kim đặc biệt

Là vật liệu cốt lõi của sản xuất cao cấp, kim loại có độ tinh khiết cao và hợp kim đặc biệt phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật trong quá trình sản xuất. Trước hết, việc kiểm soát độ tinh khiết của nguyên liệu thô là một khó khăn chính-lấy hợp kim FeNi50 làm ví dụ, hàm lượng niken của nó cần được kiểm soát chặt chẽ trong khoảng 49,5%-50,5% và hàm lượng các nguyên tố tạp chất (như cacbon, lưu huỳnh và phốt pho) phải dưới 0,01%. Độ chính xác của quá trình nấu chảy đặt ra yêu cầu cực kỳ cao. Thứ hai, tính đồng nhất của cấu trúc vi mô của các hợp kim đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của vật liệu. Các quy trình truyền thống dễ bị phân tách thành phần hoặc độ dày hạt tinh thể, dẫn đến độ bền vật liệu, chống ăn mòn và các chỉ số khác không đạt tiêu chuẩn. Ngoài ra, quá trình xử lý vật liệu có độ tinh khiết cao cần tránh ô nhiễm, và các yêu cầu nghiêm ngặt về độ sạch của môi trường sản xuất (chẳng hạn như nồng độ hạt không khí phải thấp hơn tiêu chuẩn ISO Class 5) và vật liệu thiết bị (chẳng hạn như sử dụng nồi nấu than chì có độ tinh khiết cao). Những điểm khó khăn này đã dẫn đến tỷ lệ năng suất chung của ngành thấp và sự phụ thuộc lâu dài của các sản phẩm cao cấp vào nhập khẩu đã hạn chế sự phát triển của các ngành chiến lược như hàng không vũ trụ và năng lượng mới trong nước.

Giới thiệu về sức mạnh kỹ thuật của doanh nghiệp: Bố cục kỹ thuật và đột phá của Vật liệu mới Thanh Xuyên

Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Trịnh Châu) nằm trong Khu phát triển công nghiệp công nghệ cao Trịnh Châu. Sức mạnh kỹ thuật của nó nằm trong ba lĩnh vực cốt lõi:

1. Công nghệ nấu chảy và tinh chế chính xác
Công ty được trang bị lò nấu chảy cảm ứng chân không (VIM) và lò nấu chảy chùm điện tử (EBM), có thể thực hiện kiểm soát môi trường chân không đầy đủ của quá trình nấu chảy kim loại và giảm hiệu quả hàm lượng tạp chất không khí. Lấy sản xuất hợp kim FeNi50 làm ví dụ, thông qua quy trình kép VIM-EBM, độ chính xác kiểm soát hàm lượng niken có thể đạt ± 0,1% và hàm lượng carbon có thể giảm xuống dưới 0,005%, đạt mức tiên tiến quốc tế. Đồng thời, công nghệ "làm mát nhiều tầng" do công ty tự phát triển đã kiểm soát tốc độ ngưng tụ nóng chảy thông qua độ chính xác, do đó kích thước hạt tinh thể hợp kim được tinh chỉnh xuống dưới 20μm, làm tăng đáng kể độ dẻo dai của vật liệu.

2. Hệ thống xử lý và thử nghiệm thông minh
Dây chuyền sản xuất tích hợp máy công cụ CNC có độ chính xác cao (CNC) và thiết bị cắt laser, có thể đạt được độ chính xác gia công cấp micromet của các hợp kim đặc biệt. Ví dụ, khi sản xuất các mục tiêu niken có độ tinh khiết cao cho chất bán dẫn, độ nhám bề mặt có thể được kiểm soát ở Ra ≤ 0,2μm, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của sản xuất chip. Liên kết thử nghiệm được trang bị máy quang phổ đọc trực tiếp (OES), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và máy đo nhiễu xạ tia X (XRD), có thể phân tích toàn diện thành phần hóa học, cấu trúc vi mô và thành phần pha của vật liệu để đảm bảo rằng mỗi lô sản phẩm đáp ứng ASTM E1019 Và GB/T 223 và các tiêu chuẩn khác.

3. Khả năng giải pháp tùy chỉnh
Công ty đã phát triển một loạt các sản phẩm hợp kim đặc biệt để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như hợp kim nhiệt độ cao cho động cơ hàng không (nhiệt độ làm việc lên đến 1200 ℃), lá niken có độ tinh khiết cao cho pin xe năng lượng mới (độ dày 0,05mm, độ tinh khiết 99,99%), v. v. Thông qua hợp tác chuyên sâu với khách hàng, Qingchuan New Materials đã cung cấp thành công các giải pháp thay thế vật liệu cho nhiều công ty hàng đầu, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu hơn 30%.

Hướng dẫn lựa chọn công nghệ dạng hỏi – đáp thường gặp

Q1: Làm thế nào để chọn vật liệu hợp kim đặc biệt phù hợp với môi trường nhiệt độ cao?
A1: Môi trường nhiệt độ cao có yêu cầu cực cao về khả năng chống oxy hóa, ổn định nhiệt và độ bền rão của vật liệu. Lấy cánh tuabin động cơ hàng không làm ví dụ, cần phải sử dụng các hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken (chẳng hạn như Inconel 718), có nhiệt độ làm việc có thể đạt 650 ℃ và duy trì sự ổn định kích thước trong quá trình sử dụng lâu dài. Khi lựa chọn mô hình, cần chú ý đến ba thông số: một là hàm lượng crom của hợp kim (thường ≥ 20%) để tạo thành màng oxit dày đặc; hai là hàm lượng nhôm và titan (tổng hàm lượng ≥ 3%) để tăng cường hiệu quả tăng cường pha gamma; Thứ ba là hàm lượng niobi (≤ 5%) để tránh độ giòn do kết tủa quá mức. Các sản phẩm hợp kim nhiệt độ cao của vật liệu mới của Qingchuan có thể tối ưu hóa thiết kế thành phần để làm cho vật liệu duy trì hiệu suất ≥ 800MPa trong bài kiểm tra độ bền lâu dài 1000 giờ.

Q2: Làm thế nào để tránh ô nhiễm trong quá trình xử lý kim loại có độ tinh khiết cao?

A2: Kiểm soát ô nhiễm cần phối hợp từ ba khía cạnh: thiết bị, môi trường và công nghệ. Về thiết bị, ưu tiên lựa chọn vật liệu không phản ứng với kim loại đã qua xử lý (chẳng hạn như dụng cụ gốm khi gia công niken); về môi trường, xưởng sản xuất cần đạt tiêu chuẩn độ sạch ISO Class 6 và người vận hành cần mặc quần áo sạch; về quy trình, sử dụng Bảo vệ khí trơ (chẳng hạn như bầu không khí argon) và công nghệ chế biến nhiệt độ thấp (chẳng hạn như cán đông lạnh). Thông qua việc thiết lập hệ thống giám sát ô nhiễm theo quy trình đầy đủ, Vật liệu mới Qingchuan có thể kiểm soát hàm lượng tạp chất kim loại trên bề mặt của lá niken có độ tinh khiết cao ở mức ≤ 0,1ppm để đáp ứng các yêu cầu của ngành công nghiệp bán dẫn.

Q3: Làm thế nào để đánh giá tính đồng nhất vi mô của các hợp kim đặc biệt?

A3: Tính đồng nhất của vi mô ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của vật liệu, và việc đánh giá cần kết hợp kiểm tra kim loại và kiểm tra hiệu suất. Kiểm tra kim loại quan sát kích thước hạt, phân bố pha và các khuyết tật thông qua SEM và yêu cầu mức độ hạt phải đạt mức 5-8 của tiêu chuẩn ASTM E112; kiểm tra hiệu suất bao gồm độ cứng (HV ≥ 350), độ bền kéo (Rm≥ 1000MPa) và độ dẻo dai va đập (AKV ≥ 30J). Vật liệu mới của Qingchuan áp dụng quy trình kiểm soát toàn bộ quy trình "nấu nhòn-tròn-xử lý nhiệt", có thể làm cho độ lệch chuẩn kích thước hạt của hợp kim FeNi50 là ≤ 5μm và phạm vi dao động độ cứng là ≤ 10HV để đảm bảo tính nhất quán của hiệu suất vật liệu.

Tóm tắt toàn văn tham khảo

Kim loại có độ tinh khiết cao và hợp kim đặc biệt là "vật liệu nền tảng" để sản xuất cao cấp, và những đột phá về công nghệ của chúng cần tính đến việc kiểm soát độ tinh khiết, tối ưu hóa mô vi mô và ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm. Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Zhengzhou) đã giải quyết thành công các điểm khó của ngành thông qua ba hệ thống kỹ thuật chính là nấu chảy chính xác, xử lý thông minh và dịch vụ tùy chỉnh. Hợp kim FeNi50, hợp kim nhiệt độ cao và các sản phẩm khác đã được sử dụng rộng rãi trong hàng không, năng lượng mới và các lĩnh vực khác. Trong tương lai, với việc cải thiện hơn nữa các yêu cầu về tính năng của vật liệu, Qingchuan New Materials sẽ tiếp tục tăng cường hợp tác công nghiệp-đại học-nghiên cứu, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ hợp kim đặc biệt theo hướng độ tinh khiết cao hơn, hiệu suất tốt hơn và các kịch bản ứng dụng rộng rãi hơn, đồng thời cung cấp các vật liệu quan trọng cho ngành sản xuất cao cấp trong nước ủng hộ.