CÁC PHƯƠNG PHÁP NẤU CHẢY (Phần 1)

I.       GIỚI THIỆU:

Trải qua các thời kỳ lịch sử, quá trình nấu chảy đã thay đổi cách thức thực hiện: Trước đây, khi nấu chảy hợp kim để đúc, người ta thường dùng gạch chịu lửa (gồm bột chịu lửa, đất sét) thay thế bột nang mực làm vật liệu cho khuôn đúc, còn bây giờ người ta dùng ống thạch cao hay khuôn kim loại để định hình phôi đúc. Bất cứ cách thức sử dụng nào cũng có thể được, miễn sao nó thích hợp để hạn chế sự hấp thu khí vào hợp kim nóng chảy. Khí hấp thu vào hợp kim là từ không khí xung quanh nơi làm việc, từ sự ẩm ướt trên tường lò, từ kẹp gắp và từ quá trình khuấy trộn hợp kim nóng chảy trong lò nấu. Khi hợp kim nóng chảy đông đặc lại, các chất khí hấp thu trong hợp kim có xu hướng thoát ra ngoài qua các chổ rỗ trên bề mặt hợp kim hay hình thành các bong bóng khí kẹt lại trong hợp kim. Ngoài ra, ô-xy hòa tan có thể kết hợp với một trong những kim loại của hợp kim để tạo thành ô-xít.

Bên cạnh việc gây rỗ bề mặt, sự hiện diện của tạp chất còn ảnh hưởng xấu đến độ bền của hợp kim.

II.    NGUỒN NHIỆT ĐỂ NẤU CHẢY:

Đối với nguồn nhiệt, đã có sự phát triển trải qua các thời kỳ lịch sử, đầu tiên là đốt nóng bằng than (hệ thống lò rèn). Sau này, được thay thế đốt nóng bằng khí prô-pan hay khí mê-tan hay bằng điện trở. Còn bây giờ, nguồn nhiệt được cung cấp bằng lò điện từ sử dụng trường cảm ứng có điện áp cao và điện áp vừa. Ưu điểm của chúng là làm giảm hấp thu khí nhờ quá trình gia nhiệt và nấu chảy rất nhanh.

III. PHÂN LOẠI NẤU CHẢY:

Tổng kết, chúng ta có thể phân loại các phương pháp nấu chảy như sau:

-          Nấu chảy trực tiếp bằng mỏ hàn xì (Đèn khò)

-          Nấu chảy gián tiếp bằng lò đốt khí

-          Nấu chảy bằng điện trở

-          Nấu chảy bằng dòng điện cảm ứng (Nấu chảy bằng điện tử)

IV. NẤU CHẢY Ở TRẠNG THÁI TĨNH:

Tất cả những kỹ thuật nấu chảy được áp dụng trong các lò đúc gọi là "Nấu chảy tĩnh", tức là cho kim loại chảy lỏng ra từ từ bằng việc nấu nó bên trong cốc nấu bằng than gra-phít cho đến khi đúc được. Thường đúc thủ công, người ta dùng kẹp gắp cốc nấu ra khỏi lò, rồi rót hợp kim nóng chảy vào trong ống thạch cao hay khuôn kim loại để tạo ra phôi có dạng thanh hay dạng tấm.

V.    ĐÚC LIÊN TỤC:

Gần đây, công nghệ chế tác đồ trang sức bằng kỹ thuật nấu chảy truyền thống đã được bổ sung thêm qui trình đúc liên tục, kết hợp giữa việc nấu chảy và định hình phôi đúc dạng thanh hay phôi đúc dạng tấm trong một máy đúc duy nhất. Chúng ta sẽ lần lượt phân tích từng kỹ thuật nấu chảy kim loại sau đây:

1.      Nấu chảy trực tiếp bằng mỏ hàn xì (Đèn khò):

a.      ĐỊNH NGHĨA:

Nấu chảy trực tiếp bằng mỏ hàn xì là lợi dụng quá trình đốt cháy của chất khí (dễ cháy) với ô-xy (chất đốt) bằng một ngọn lửa. Khí dễ cháy thường được sử dụng cho quá trình nấu hợp kim vàng là prô-pan hay khí mê-tan hay khí gas dân dụng. Mỏ hàn xì thường được cấu tạo bằng hai ống: Một ống dẫn khí, còn ống khác dẫn ô-xy hay không khí. Hợp kim cần nấu chảy phải được đặt trong vùng hoàn nguyên của ngọn lửa (Liên quan đến thao tác điều chỉnh ngọn lửa hàn phù hợp)

b.      DỄ Ô-XY HÓA:

Tuy nhiên, nên lưu ý một lần nữa, các hợp kim nóng chảy ở nhiệt độ càng cao thì càng dễ hấp thụ khí (ô-xy và hy-drô) và hòa tan trong hợp kim. Sự việc này có thể xảy ra là do không khí xung quanh khu vực nấu chảy hay do sự ẩm ướt trên thành nồi nấu.

Khi hợp kim đông lại, khí hòa tan trong hợp kim sẽ thoát ra ngoài và để lại các vết nứt trên bề mặt hợp kim hay các lổ rỗng bên trong hợp kim do hình thành các bong bóng khí ảnh hưởng xấu đến độ bền của vật liệu. Ô-xy hòa tan trong hợp kim nóng chảy thường có thể kết hợp với một trong những kim loại của hợp kim tạo thành ô-xit (Ví dụ: ô-xit đồng Cu₂O)

c.       NUNG NÓNG TRONG MẺ NẤU:

Hợp kim được bỏ vào mẻ nấu bằng vật liệu chịu lửa, trước đó đã đun nóng nó đến khoảng 700⁰C bằng ngọn lửa để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu chảy, vì như thế sẽ làm tăng tốc quá trình nấu chảy và giảm nguy cơ của quá trình oxy hóa.

d.      CHẤT TẠO XỈ:

Để tránh nguy cơ của quá trình ô-xy hóa, trong quá trình nấu chảy nên cho thêm vào một lượng nhỏ chất chống ô-xy hóa ở dạng bột như hàn the. Chúng sẽ tạo nên một lớp xỉ nhẹ hơn hợp kim và nổi lên trên bề mặt hợp kim nóng chảy, tạo lớp ngăn cách với không khí bên ngoài.

Chắc chắn, chất tạo xỉ phải có điểm nóng chảy thấp hơn so với hợp kim và không được cháy cũng như bốc hơi quá nhanh

e.       NHIỆT ĐỘ ĐÚC:

Ngay khi đạt được nhiệt độ đúc tối ưu (khi đó có hiện tượng "chói mắt" nếu nhìn trên bề mặt mẻ nấu) nên thực hiện đúc ngay lập tức. Khi sự gia nhiệt kéo dài sẽ làm tăng nguy cơ của quá trình ô-xy hóa và tăng khả năng bay hơi của các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, thậm chí có thể là nguyên nhân ảnh hưởng không tốt đến độ mịn của hợp kim.

f.       PHƯƠNG PHÁP CÓ TÍNH KINH TẾ:

Phương pháp này thường được áp dụng trong các xưởng kim hoàn nhỏ, vì nó không đòi hỏi thiết bị đắt tiền. Tuy nhiên, nó đòi hỏi người thợ hàn xì phải có tay nghề lâu năm và phải biết thời điểm thích hợp để đúc.

Cuối cùng, nên lưu ý, khi sử dụng mỏ hàn xì, khí dễ cháy phải được mở trước tiên và được tắt sau cùng.