Nhôm oxit nâu phủ iridi là vật liệu corundum được biến đổi đặc biệt. Nguyên lý sản xuất của nó kết hợp việc chế tạo nhôm oxit nâu với công nghệ mạ iridi bề mặt, nhằm cải thiện hiệu suất của vật liệu trong môi trường khắc nghiệt (như khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, độ ổn định hóa học và hoạt tính xúc tác điện). Sau đây là phân tích chi tiết về nguyên lý sản xuất cốt lõi của nó:
I. Chuẩn bị nhôm nâu nóng chảy
Nhôm nâu nóng chảy là một loại nhôm (Al₂O₃), được sản xuất từ quặng bô-xít thông qua quá trình nấu chảy ở nhiệt độ cao:
Xử lý nguyên liệu thô: Quặng Bauxite được nung để loại bỏ độ ẩm và tạp chất.
Luyện kim bằng lò hồ quang điện: Ở nhiệt độ trên 2000℃, chất khử cacbon (như than antraxit) và mạt sắt được thêm vào để khử tạp chất (như SiO₂, Fe₂O₃, v.v.), tạo ra kết tủa hợp kim silic-sắt tách ra.
Làm nguội và kết tinh: Sau khi làm nguội, chất lỏng nóng chảy tạo thành các tinh thể nhôm oxit màu nâu có độ cứng cao (chủ yếu là α-Al₂O₃, chứa một lượng nhỏ oxit Ti và Fe để tạo màu).
Nghiền và định hình: Khối nhôm nóng chảy màu nâu được nghiền và sàng thành các hạt mài mòn hoặc hạt ma trận có kích thước theo yêu cầu.
II. Nguyên lý phủ Iridium
Iridium (Ir) là kim loại nhóm platin có mật độ cao, điểm nóng chảy cao (2466°C), chống ăn mòn. Iridium được phủ lên bề mặt nhôm oxit nâu nóng chảy bằng kỹ thuật mạ bề mặt. Các phương pháp phổ biến bao gồm:
1. Nguyên lý lắng đọng hơi vật lý (PVD)
: Trong môi trường chân không cao, mục tiêu iridi được bốc hơi bằng hồ quang điện hoặc phun, và các nguyên tử hoặc ion iridi được lắng đọng trên bề mặt của nhôm oxit nâu nóng chảy để tạo thành một lớp màng.
Đặc điểm: Lớp phủ đồng đều, độ bám dính cao, thích hợp cho mạ chính xác.
2. Nguyên lý lắng đọng hơi hóa học (CVD)
: Trong buồng phản ứng nhiệt độ cao, các hợp chất tiền thân của iridi (như iridi triclorua (IrCl₃), iridi acetylacetonat, v.v.) bị khử hoặc phân hủy và các nguyên tử iridi được lắng đọng trên bề mặt chất nền.
3. Mạ điện hoặc mạ hóa học
Nguyên lý: Trong chất điện phân chứa ion iridi, iridi được lắng đọng trên bề mặt của một chất nền dẫn điện bằng dòng điện hoặc chất khử. Nếu nhôm oxit nâu nóng chảy không dẫn điện, cần phải xử lý sơ bộ bằng kim loại hóa (chẳng hạn như phủ một lớp dẫn điện).
Đặc điểm: Chi phí thấp hơn, nhưng lớp phủ có thể mỏng hơn.
III. Các điểm kỹ thuật chính của nhôm oxit nâu mạ iridi
Xử lý bề mặt trước:
Bề mặt nhôm oxit nâu cần được làm sạch và hoạt hóa. Có thể thực hiện bằng cách tẩy axit, làm sạch siêu âm hoặc xử lý nhám để tăng cường độ bám dính.
Tối ưu hóa liên kết giao diện:
Do sự khác biệt đáng kể về hệ số giãn nở nhiệt giữa iridi và Al₂O₃, nên cần có lớp chuyển tiếp (như W, Mo hoặc lớp phủ gradient) để giảm ứng suất và ngăn ngừa bong tróc.
Kiểm soát độ dày lớp phủ:
Lớp phủ thường có kích thước trong phạm vi micromet. Độ dày quá mức có thể dẫn đến nứt, trong khi độ dày không đủ sẽ hạn chế cải thiện hiệu suất.
Sau khi điều trị:
Quá trình ủ có thể được thực hiện để cải thiện độ kết tinh và độ bền liên kết của lớp phủ.
IV. Chức năng và nâng cao hiệu suất của lớp mạ Iridium
Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao: Iridium tạo thành lớp oxit dày đặc (IrO₂) ở nhiệt độ cao, bảo vệ lớp nền corundum màu nâu.
Tính trơ về mặt hóa học: Chống ăn mòn axit và kiềm, thích hợp cho môi trường có tính ăn mòn cao.
Hoạt động xúc tác điện: Iridium là chất xúc tác điện tuyệt vời và có thể được sử dụng trong vật liệu điện cực điện phân nước.
Khả năng chống mài mòn được cải thiện: Độ cứng cao của iridi giúp cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt.
V. Các lĩnh vực ứng dụng
Chất mài mòn và lớp phủ đặc biệt: Được sử dụng để gia công chính xác hoặc các bộ phận chống mài mòn.
Vật liệu điện cực nhiệt độ cao: Chẳng hạn như anot của bình điện phân, xúc tác điện hóa.
Hàng không vũ trụ: Lớp phủ chịu nhiệt độ cao, các thành phần hệ thống đẩy.
Ngành công nghiệp hạt nhân: Vật liệu chống ăn mòn bức xạ.