Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sự hình thành pha giả tinh thể trong hợp kim AlCuFe bằng phương pháp nghiền cơ học và xử lý nhiệt

Nghiên cứu sự hình thành pha giả tinh thể trong hợp kim AlCuFe bằng phương pháp nghiền cơ học và xử lý nhiệtĐề tài bao gồm 04 chương Chương 1: Tổng quan về vật liệu giả tinh thể Chương 2: Tổng quan về hợp kim hóa cơ học CHương 3: Quy trình thực nghiệm Chương 4: Kết quả và thào luận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu hình thành pha giả tinh thể hợp kim Al-Cu-Fe phương pháp nghiền học xử lý nhiệt PHAN LƯƠNG VIỆT ANH anh.plv172178@sis.hust.edu.vn LÊ BÌNH MINH minh.lb172298@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật vật liệu Chuyên ngành: Vật liệu tiên tiến Cấu trúc nano Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Oanh Bộ mơn: PTN Công nghệ Vật liệu kim loại Viện: Khoa học Kỹ Thuật Vật Liệu HÀ NỘI, 3/2022 Chữ ký GVHD Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Họ tên sinh viên Viện Chuyên ngành Tên đề tài Phan Lương Việt Anh MSSV: 20172178 Lê Bình Minh MSSV: 20172298 Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Nghiên cứu hình thành pha giả tinh thể hợp kim Al-Cu-Fe phương pháp nghiền học xử lý nhiệt Các liệu ban đầu  Các kiến thức chuyên ngành, tài liệu tham khảo vật liệu giả tinh thể  Các phần mềm hỗ trợ: Jade 6.5, Profex, Origin Các nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp  Chế tạo hợp kim giả tinh thể Al-Cu-Fe phương pháp nghiền học xử lý nhiệt sau nghiền  Phân tích đặc trưng hình thành pha giả tinh thể mẫu sau nghiền xử lý nhiệt Các kết tối thiểu cần phải có  Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu sau nghiền xử lý nhiệt  Kết hiển vi điện tử quét (SEM) phổ tán xạ lượng tia X (EDS) mẫu sau nghiền  Kết phân tích nhiệt vi sai (DTA) mẫu sau nghiền Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Của giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Phan Lương Việt Anh Lê Bình Minh - MSSV: 20172178 - MSSV: 20172298 Ngành: Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Khoá: 62 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh Giảng viên duyệt đồ án: ………………………………………………………… Nội dung đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hình thành pha giả tinh thể hợp kim Al-Cu-Fe phương pháp nghiền học xử lý nhiệt 2.Nhận xét giáo viên hướng dẫn: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội ngày… tháng… năm… Giảng viên hướng dẫn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Của giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Phan Lương Việt Anh Lê Bình Minh - MSSV: 20172178 - MSSV: 20172298 Ngành: Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Khoá: 62 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh Giảng viên duyệt đồ án: ………………………………………………………… Nội dung đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hình thành pha giả tinh thể hợp kim Al-Cu-Fe phương pháp nghiền học xử lý nhiệt 2.Nhận xét giáo viên phản biện: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội ngày… tháng… năm… Giảng viên phản biện LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt – giảng viên Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cung cấp kiến thức, giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt trình hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tới tận tình giúp đỡ, bảo ân cần tạo điều kiện thuận lợi thầy cô Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội suốt trình học tập chúng em trường Ngồi ra, xin gửi lời cảm ơn tới bạn Đỗ Nguyễn Quang Chiến, Vũ Đức Hạnh, Bùi Văn Đức giúp làm quen với việc sử dụng thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu hỗ trợ công việc liên quan trình thực đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, người sát cánh ủng hộ động viên em suốt 4,5 năm học tập trường q trình thực đồ án Tóm tắt nội dung đồ án Trong nghiên cứu này, nghiên cứu phương pháp chế tạo giả tinh thể AlCu- Fe với thành phần Al65Cu20Fe15 Trong đề tài này, hợp kim giả tinh thể Al-Cu-Fe chế tạo phương pháp hợp kim hóa học sử dụng máy nghiền bi hành tinh lượng cao thời gian khác với tốc độ nghiền 500 vòng/phút sau đem ủ nhiệt độ thời gian khác Pha giả tinh thể nghiên cứu khơng hình thành trực tiếp nghiền mà hình thành ủ mẫu sau nghiền nhiệt độ 600℃ Các bột thu sau nghiền ủ đem phân tích đặc trưng nhiễu xạ tia X, phân tích hình thái bề mặt thành phần pha phương pháp hiển vi điện tử quét phổ phân tán lượng tia X (SEM, EDS), phân tích đặc trưng nhiệt phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) Đề tài bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan vật liệu giả tinh thể Chương 2: Tổng quan phương pháp hợp kim hóa học Chương 3: Quy trình thực nghiệm Chương 4: Kết thảo luận Chương 5: Kết luận Kết đồ án: phù hợp với yêu cầu đặt Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2022 Nhóm sinh viên Phan Lương Việt Anh Lê Bình Minh MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ .vi DANH MỤC BẢNG BIỂU xi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GIẢ TINH THỂ .1 1.1 Giới thiệu vật liệu giả tinh thể 1.2 Sơ lược lịch sử phát triển giả tinh thể 1.3 Tính chất vật liệu giả tinh thể 10 1.3.1 Tính chất nhiệt 10 1.3.2 Độ dẫn điện 12 1.3.3 Tính chất bề mặt .16 1.3.4 Một số tính chất khác .18 1.4 Một số ứng dụng tiềm giả tinh thể 20 1.4.1 Vật liệu tổ hợp (composite) .20 1.4.2 Ứng dụng lớp phủ 21 1.4.3 Ứng dụng xúc tác .23 1.4.4 Ứng dụng vật liệu tích trữ Hidro số ứng dụng khác 23 1.5 Tổ chức tế vi tính chất hợp kim giả tinh thể Al – Cu – Fe 24 1.5.1 Hệ Al-Cu-Fe hình thành pha giả tinh thể trình tổng hợp 24 1.5.1.1 Hệ Al-Cu-Fe trạng thái cân 24 1.5.1.2 Quá trình tạo pha giả tinh thể giả ổn định hệ Al – Cu – Fe .27 1.5.2 Tính chất hợp kim giả tinh thể Al – Cu – Fe 30 1.5.2.1 Tính chất vật lý giả tinh thể Al – Cu – Fe .30 1.5.2.2 Tính chất bề mặt giả tinh thể Al-Cu-Fe 33 1.5.2.3 Tính chất học giả tinh thể Al-Cu-Fe 34 1.6 Quy tắc Hume- Rothery nồng độ điện tử 36 1.7 Những nghiên cứu trước 39 1.8 Mục đích nghiên cứu đề tài 43 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM HÓA CƠ HỌC 44 2.1 Giới thiệu hợp kim hóa học 44 2.2 Ưu điểm phương pháp hợp kim hóa học 44 2.3 Lịch sử phát triển hình thành .45 2.4 Cơ chế hợp kim hóa học 50 2.4.1 Tác động tính chất hạt bột đến hợp kim hóa học 50 2.4.2 Các giai đoạn hợp kim hóa học 54 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hợp kim hóa học .56 2.5.1 Loại máy nghiền .56 2.5.1.1 Máy nghiền bi hành tinh 57 2.5.1.2 Máy nghiền bi theo phương ngang truyền thống 58 2.5.1.3 Máy nghiền cọ mòn 58 2.5.1.4 Máy nghiền bi rung 60 2.5.2 Vật liệu làm tang bi nghiền 61 2.5.3 Năng lượng/tốc độ nghiền 62 2.5.4 Tỷ lệ trọng lượng bi bột 62 2.5.5 Thời gian nghiền .63 2.5.6 Chất kiểm sốt q trình nghiền (PCA) 64 2.5.7 Môi trường nghiền 65 2.5.8 Nhiệt độ nghiền 65 2.6 Thao tác lấy bột sau nghiền xong 67 2.7 Ứng dụng phương pháp hợp kim hóa học 67 2.8 Kết luận 69 CHƯƠNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM .70 3.1 Nguyên liệu ban đầu 70 3.2 Nghiền 73 3.3 Xử lý nhiệt .75 3.4 Phân tích đặc trưng mẫu 75 3.4.1 Nhiễu xạ tia X 75 3.4.2 Kính hiển vi điện tử quét 77 3.4.3 Phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 79 3.4.4 Đặc trưng nhiệt lý mẫu- phân tích nhiệt vi sai 80 3.5 Phần mềm xác định tính toán 81 3.5.1 Phần mềm MDI Jade 6.5 81 3.5.2 Phần mềm Origin 84 3.5.3 Phần mềm Profex .85 3.6 Chuẩn hóa cấu trúc tính tốn thơng số mạng kích thước tinh thể 87 3.6.1 Các cơng thức tính tốn số mạng kích thước tinh thể 87 3.6.2 Tính tốn kích thước tinh thể 88 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .91 4.1 Phân tích đặc trưng - nhiễu xạ tia X 91 4.2 Tính tốn thơng số mạng, kích thước tinh thể chuẩn hóa cấu trúc từ nhiễu xạ tia X 97 4.3 Phân tích hình thái bề mặt, thành phần hóa học 102 4.3.1 Kết ảnh hiển vi điện tử quét .102 4.3.2 Phổ tán xạ lượng tia X 105 4.4 Kết phân tích nhiệt vi sai (DTA) .109 CHƯƠNG KẾT LUẬN 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mẫu nhiễu xạ máy tính tạo giả tinh thể khối 20 mặt quan sát dọc theo phương đối xứng trục bậc Đối xứng cạnh hồn hảo xung quanh tâm ảnh mẫu trải rộng đến vô cách đưa thừa số đồng dạng vô tỷ � =( )/2, tỷ số vàng [5] Hình 1.2 Các khối (plantonic) liệu chúng cho ta mạng tinh thể ba chiều có tính tuần hồn? [9] .4 Hình 1.3 (a) Các hình M C Escher mơ tả phép tịnh tiến phép quay + phép đối xứng tịnh tiến (b) Năm mạng phẳng phù hợp với xếp chặt để tạo mạng vô hạn (c) Mạng mặt phẳng đối xứng trục bậc tạo xếp chặt; nhiên hai số chất rắn khối 20 mặt khối 12 mặt mặt đối xứng trục bậc bí ấn.[9] Hình 1.4 Ảnh hiển vi điện tử mẫu nhiễu xạ tương ứng thể đối xứng trục bậc 10 [9] Hình 1.5 Đối xứng 20 mặt (hình bóng) cho biết diện trục bậc 3, 5, phần mẫu nhiễu xạ cho thấy có mặt đối xứng 20 mặt [9] Hình 1.6 Một phần mẫu nhiễu xạ điện tử làm bật đường hình cạnh bị "cấm" mẫu nhiễu xạ [9] .7 Hình 1.7 Logo Ames Lab, cho thấy đơn hạt giả tinh thể 10 cạnh đơn hạt giả tinh thể khối 20 mặt [6, 10] .8 Hình 1.8 Hợp kim giả tinh thể Al, Cu, Fe cho thấy cấu tạo thống với đối xứng khối 20 mặt [6, 11] .9 Hình 1.9 Tín hiệu phân tán lượng phân tán không đàn hồi neutron giả tinh thể AlPdMn, đo vector sóng khác nhau, vị trí khơng gian đảo mà cách xa đỉnh cực đại Bragg mạnh [6, 16] .11 Hình 1.10 Mật độ dao động trạng thái giả tinh thể khối 20 mặt AlPdMn [6, 16] 11 Hình 1.11 Biểu đồ độ dẫn nhiệt so với nhiệt độ mẫu giả tinh thể AlFeCu 20 mặt, so với Zircon [6, 16] .12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Tổ chức tế vi bột Al65Cu20Fe15 nghiền tốc độ nghiền 500 vòng/phút với thời gian nghiền 15 phút, 30 phút kiểm tra đặc trưng hình thái bề mặt sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM), thấy hình 4.6 Từ kết cho thấy, thành phần nguyên tố khác cho thấy mức độ biến dạng dẻo khác không quan sát pha giả tinh thể nào, điều hoàn toàn phù hợp với kết XRD Như thấy, sau thời gian nghiền 15 phút, trình hàn nguội chiếm ưu hợp kim hóa học, hệ hợp kim Al-Cu-Fe hệ hợp kim dẻo dẻo nên thời gian nghiền hạt bột bị làm phẳng hình thành cấu trúc dải dẹt, kích thước hạt lúc tăng lên Ban đầu hạt Al Cu bị biến dạng giới hạn chảy chúng thấp (giới hạn chảy Al 240 MPa Cu 138 MPa), thấy hình 4.6 (a) Khi tiếp tục tăng thời gian nghiền tăng lên 30 phút, giai đoạn q trình hợp kim hóa học xảy ra, lúc trình hàn nguội phân mảnh liên tục diễn Do trình phân mảnh bắt đầu, hạt lúc bắt đầu mịn nhiên trình hàn nguội phân mảnh xảy liên tục nên có hạt chưa phân mảnh hồn tồn có hạt thơ, thấy hình 4.6 (b) Trong giai đoạn này, khuyết tật tinh thể bắt đầu hình thành tăng lên tạo thành đường khuếch tán ngắn Và ảnh hưởng va chạm bi, bột tang nghiền dẫn đến tăng nhiệt độ tạo điều kiện cho trình khuếch tán xảy Khi tăng thời gian nghiền lên đến 1h, lúc trình phân mảnh chiếm ưu thế, hạt trở nên mịn hẳn bắt đầu hình thành cấu trúc phiến trở nên khó quan sát hình 4.6 (c) Lúc này, khoảng cách lớp phân tán nhỏ, hạt đạt đến độ bão hịa tích lũy lượng biến dạng, cho thấy q trình hợp kim hóa bắt đầu xảy thời gian Trong nghiên cứu khác Dilermando Nagle Travessa cộng [53], hợp kim Al-Cu-Fe với thành phần Al 65Cu20Fe15 nghiền máy nghiền bi lượng cao khoảng thời gian 1h, 2h, 3h 5h với tỷ lệ bi/ bột GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 106 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano 10:1 với 1% chất trợ nghiền axit stearic Kết phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu nghiên cứu cho thấy thời gian nghiền tăng lên, hình thành cấu trúc phiến hạt trở nên khó quan sát Trong nghiên cứu này, kết nhiễu xạ tia X cho thấy pha không xác định chủ yếu nghiền 2h, 3h 5h Hơn kích thước hạt tinh thể nhỏ đáng kể, nghiền đến 5h hạt nguyên tố giảm có xu hướng hàn nguội lại 4.3.2 Phổ tán xạ lượng tia X Trong nghiên cứu này, dùng kỹ thuật phân tích phổ tán xạ lượng tia X (EDS) để phân tích thành phần nguyên tố vùng bề mặt mẫu quét mẫu sau nghiền 30 phút Như biết, phương pháp phân tích phổ tán xạ lượng tia X phương pháp dựa tương tác nguồn phát tia X mẫu Khả đặc trưng phần lớn nguyên tắc nguyên tố có cấu trúc nguyên tử cho phép tập hợp đỉnh phổ phát xạ điện từ (đây nguyên tắc phương pháp phổ) Nguyên lý phương pháp sử dụng chùm hạt mang điện cao electron, proton chùm tia X tương tác với mẫu, chùm tia tới kích thích điện tử phân lớp bên trong, đẩy khỏi phân lớp tạo lỗ trống nơi có điện tử Và sau electron vùng cao thay lỗ trống chênh lệch lượng phân lớp có lượng cao thấp giải phóng lượng dạng tia X GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 107 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 108 Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Hình 4.72 Phổ tán xạ lượng tia X mẫu bột nghiền 30 phút với tốc độ nghiền 500rpm Hình 4.7 kết phổ tán xạ lượng tia X (EDS) mẫu bột Al65Cu20Fe15 nghiền thời gian 30 phút Ở đây, có khác biệt nhỏ thành phần bột nghiền 30 phút với tốc độ nghiền 500 vòng/phút, ngoại trừ thay đổi hàm lượng Cu Mặc dù trình nghiền thực mơi trường khí trơ (Ar), nhiên mẫu sau nghiền có hoạt tính hóa học GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 109 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano cao nên trình bảo quản lấy mẫu để kiểm tra môi trường ẩm bị hấp thụ khơng khí lên bề mặt nên có lẫn tạp chất oxi q trình nghiền có sử dụng chất trợ nghiền 2,5% axit stearic nên thành phần mẫu xuất tạp chất cacbon Tỷ phần nguyên tố thể bảng 4.2 Bảng 4.13 Phần trăm khối lượng nguyên tố bột nghiền 30 phút tốc độ nghiền 500 vòng/phút EDS Phổ tán xạ Phổ tán xạ Phổ tán xạ Thành phần phần trăm khối lượng nguyên tố (%wt) Al Cu Fe C O 68.36 19.69 4.23 4.00 3.73 64.71 25.61 3.59 3.78 2.31 68.21 14.95 6.28 4.45 6.11 Ta thu phần trăm khối lượng nguyên tố bảng 4.3 khơng có tạp chất mẫu Kết cho thấy có oxy Cacbon hàm lượng Fe Cu giảm Al tăng lên Kết bảng 4.3 khơng có oxy cacbon ta thấy hàm lượng Fe Cu tăng lên hàm lượng Al giảm Dựa vào kết đó, ta thấy hàm lượng oxy cacbon ảnh hưởng đáng kể đến hình thành chuyển biến pha nghiền Do đó, ta thấy có sai khác so với thành phần ban đầu phân tích EDS phân tích phần trăm nguyên tố có bề mặt tiếp tục nghiên cứu để xác định thành phần phần trăm cách xác GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 110 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Bảng 4.14 Phần trăm khối lượng nguyên tố bột nghiền 30 phút tốc độ nghiền 500 vịng/phút (% wt) trường hợp khơng có oxy cacbon EDS Phần trăm khối lượng nguyên tố Al Cu Fe Phổ tán xạ 45.2 34.0 20.8 Phổ tán xạ 45.7 33.1 21.2 Phổ tán xạ 45.3 41.4 13.3 4.4 Kết phân tích nhiệt vi sai (DTA) Để phân tích đặc trưng tính chất nhiệt mẫu sau nghiền, nghiên cứu sử dụng kĩ thuật phân tích nhiệt vi sai (DTA) cho mẫu sau nghiền thời gian 15 phút, 30 phút, 1h 2h với tốc độ nâng nhiệt 20 ℃/ phút gia nhiệt đến 1000℃ Như biết, kĩ thuật DTA, vật liệu cần nghiên cứu vật liệu chuẩn trải qua trình nhiệt giống hệt nhau, (làm mát gia nhiệt) kỹ thuật ghi lại chênh lệch nhiệt độ mẫu vật chuẩn Và chênh lệch nhiệt độ vẽ lại thành đường cong DTA biểu đồ nhiệt GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 111 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Hình 4.73 Đường cong DTA thu trình gia nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 1000℃ bột nghiền 15 phút, 30 phút, 1h 2h với tốc độ nghiền 500 rpm Trên hình 4.8 đường cong DTA thu trình nâng nhiệt liên tục từ nhiệt độ phòng lên đến 1000℃ với tốc độ gia nhiệt 20℃/phút cho mẫu Al65Cu20Fe15 nghiền 15 phút, 30 phút, 1h 2h với tốc độ nghiền 500rpm Ta nhận thấy đường cong DTA mẫu 30 phút có đỉnh tỏa nhiệt 316 ℃ Các đỉnh tỏa nhiệt khác đường cong DTA mẫu 15 phút, 30 phút 1h cho thấy đỉnh tỏa nhiệt nhỏ 623 ℃, 608 ℃ 579 ℃ Giản đồ pha giả-2 nguyên Al3Fe-Al2Cu (λ-θ) nghiên cứu [37] có phản ứng tinh pha θ pha ω nhiệt độ 585℃, nhiệt độ nóng chảy pha θ 585℃ Điều cho thấy rằng, gia nhiệt đến nhiệt độ 623 ℃, GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 112 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano pha θ hình thành trước tiên từ nguyên tố Al Cu trình khuếch tán trước đạt đến nhiệt độ nóng chảy sau bắt đầu nóng chảy Cuối pha ω hình thành từ pha lỏng dẫn đến đỉnh tỏa nhiệt lớn nhiệt độ 600 ℃ Do rõ ràng đỉnh thu nhiệt bột nghiền 30 phút khoảng 723℃ tương ứng với phân hủy pha i Kết cho thấy, giả tinh thể có điểm nóng chảy 723℃ Đỉnh thu nhiệt tương ứng với phản ứng tổng hợp diễn giai đioạn không quan sát thấy phân tách đỉnh, cho thấy hợp kim Al65Cu20Fe15 có cấu trúc chủ yếu pha Đỉnh tỏa nhiệt 920 ℃, xảy phản ứng bao tinh pha i pha lỏng tạo thành pha β Kỹ thuật phân tích nhiệt vi sai (DTA) nghiên cứu Dilermando Nagle Travessa cộng [53] nghiên cứu khác hợp kim giả tinh thể Al65Cu20Fe15 Các mẫu nghiền 1h, 2h, 3h 5h phương pháp nghiền bi lượng cao sau đem phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC) với tốc độ nâng nhiệt 40K/ phút Tổng quan cho thấy có đỉnh tỏa nhiệt 150℃ cho mẫu nghiền 1h Và đỉnh giảm sau 2h không tăng thời gian nghiền lên Và đỉnh liên quan đến hình thành pha, giảm thời gian nghiền tăng lên, pha θ hình thành trực tiếp từ trình nghiền dựa vào giản đồ XRD nghiên cứu Cũng nghiên cứu D.N Travessa quan sát thấy đỉnh tỏa nhiệt 350 ℃ bột nghiền đỉnh xuất thời gian nghiền dài liên quan đến hình thành pha ω pha ω xác định hình thành đồng thời pha ψ pha β đỉnh tỏa nhiệt có lượng cao quan sát tất lần nghiền 432 ℃ đến 458℃ liên quan đến hình thành hai pha Và cuối nghiên cứu tác giả này, mẫu nghiền có xuất đỉnh thu nhiệt 540 ℃ 585 ℃ liên quan đến phản ứng tổng hơp pha θ Al tương ứng GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 113 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, nhóm sinh viên nghiên cứu hình thành pha giả tinh thể hợp kim Al-Cu-Fe với thành phần Al 65Cu20Fe15 kiểm tra đánh giá đặc tính hợp kim, tóm tắt kết sau: Đường cong DTA mẫu nghiền 30 phút với tốc độ nghiền 500 vòng/phút Al65Cu20Fe15 cho thấy hai đỉnh tỏa nhiệt 608℃ 920℃ đỉnh thu nhiệt 723℃ Đỉnh thu nhiệt 723 ℃ tương ứng với phân hủy pha i Đỉnh tỏa nhiệt 920℃ phản ứng bao tinh pha i với pha lỏng hình thành pha β Kết q phân tích hình thái bề mặt mẫu sau nghiền 15 phút, 30 phút cho thấy Khi thời gian nghiền 15 phút, trình hàn nguội chiếm ưu thế, lúc hạt có cấu trúc hình dải dẹt Khi nghiền đến 30 phút, lúc bắt đầu diễn trình phân mảnh, hạt bắt đầu nhỏ mịn nhiên số hạt thô, Khi tăng thời gian nghiền lên đến trình phân mảnh chiếm ưu hoàn toàn lúc hạt trở nên mịn hẳn khó quan sát cho thấy trình hợp kim hóa bắt đầu xảy Pha giả tinh thể khơng hình thành trực tiếp từ q trình nghiền khơng hình thành ủ nhiệt độ thấp thời gian ngắn Các pha giả tinh thể hình thành mẫu nghiền 30 phút ủ 600℃ đến 800 thời gian mà không xuất ủ nhiệt độ 500℃ 15 phút Ở nhiệt độ 600 ℃ 700℃, pha giả tinh thể hình thành với lượng nhiều Tuy nhiên ủ nhiệt lên đến 800℃, lượng pha giả tinh thể giảm đi, điều giải thích khơng đồng thành phần hóa học dẫn đến lượng pha giả tinh thể bị giảm dần GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 114 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E Huttunen-Saarivirta, "Microstructure, fabrication and properties of quasicrystalline Al–Cu–Fe alloys: a review," Journal of Alloys and Compounds, vol 363, no 1, pp 154-178, 2004/01/28/ 2004 [2] W Callister, "Materials Science and Engineering: An Introduction," p 871, 2000 [3] C Giacovazzo, H.L Monaco, D Viterbo, F Scordari, and G Gilli, Fundamentals of Crystallography (no Oxford: University Press) 1992 [4] D Shechtman and C I Lang, "Mater Res Soc Bull 11," pp 40-42, 1997 [5] J Sordelet and J M Dubois, "Mater Res Soc Bull 11," pp 34-37, 1997 [6] S Jazbec, "The Properties and Applications of Quasicrytal," University of Ljubljana, LjubljanaDecember,2009 [7] J Hafner and C Opin, "Solid State Mater,Sci 4," pp 289-294, 1999 [8] K h v c nghệ (26/12/2011) Available: https://tiasang.com.vn/khoa-hoccong-nghe/gia-tinh-the-4761 [9] T N G Row, "Quasticrystals: A New State of Matter," pp 264-274, 2013 [10] (06.12.2009) Available: http://www.quasi.iastate.edu/Hot %20graphics/Canfield%20white%20AL/Slide1.jpg [11] (06.12.09) Available: http://www.answers.com/topic/quasicrystal [12] (06/12/2009) Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Quasicrystal [13] E Macia, J.-M Dubois, and P Thiel, "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry," 2008 [14] P A and P Dubois J.M., "6th Int Conf o Quasicrystals, Eds.: C Janot & Mosseri " World Scientific, p 586, 1995 [15] e a Boudard M and J P Condens, "Matter (1995) 7299; and Phys Scripta T57 (1995) 84." [16] C Janot, "Conductivity in quasicrystals via hierarchically variable-range hopping," Physical Review B, vol 53, no 1, pp 181-191, 01/01/ 1996 [17] Dubois J.M and e al, "Mater Res 73," p 38, 1992 GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 115 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano [18] M A Chernikov, A Bianchi, and H R Ott, "Low-temperature thermal conductivity of icosahedral " Physical Review B, vol 51, no 1, pp 153-158, 01/01/ 1995 [19] U Mizutani, Introduction to the Electron Theory of Metals Cambridge: Cambridge University Press, 2001 [20] S Roche, G Trambly de Laissardière, and D Mayou, "Electronic transport properties of quasicrystals," Journal of Mathematical Physics, vol 38, no 4, pp 1794-1822, 1997/04/01 1997 [21] Z M Stadnik, Physical Properties of Quasicrystals, ed (Springer Series in Solid-State Sciences) Springer, Berlin, Heidelberg, 1999, pp XVI, 443 [22] A Carlsson, "And now quasi-semiconductors?," Nature, vol 353, no 6339, pp 15-16, 1991/09/01 1991 S Martin, A F Hebard, A R Kortan, and F A Thiel, "Transport properties of Al65Cu15Co20 and Al70Ni15Co15 decagonal quasicrystals [23] " Physical Review Letters, vol 67, no 6, pp 719-722, 08/05/ 1991 [24] I R Fisher et al., "On the growth of decagonal Al-Ni-Co quasicrystals from the ternary melt," Philosophical Magazine B, vol 79, no 3, pp 425-434, 1999/03/01 1999 [25] E Belin-Ferré, "Quasicrystals, Materials Research Society Symposium Proceedings," vol 553, no Materials Research Society, p 347, 1999 [26] E Maciá and F Dominguez-Adame, Electrons, Phonons and Excitons in Low Dimensional Aperiodic Systems Editorial Complutense, Madrid 2000 [27] N F Mott, "Conduction in non-crystalline materials," The Philosophical Magazine: A Journal of Theoretical Experimental and Applied Physics, vol 19, no 160, pp 835-852, 1969/04/01 1969 [28] U Mizutani, "Role of the pseudogap in the electron transport of quasicrystals and their approximants," Journal of Physics: Condensed Matter, vol 10, no 21, pp 4609-4623, 1998/06/01 1998 [29] J.-M Dubois, P Brunet, W Costin, and A Merstallinger, "Friction and fretting on quasicrystals under vacuum," Journal of Non-Crystalline Solids, vol 334, pp 475-480, 03/01 2004 [30] J S Wu, V Brien, P Brunet, C Dong, and J M Dubois, "Electron microscopy study of scratch-induced surface microstructures in an Al-Cu-Fe icosahedral quasicrystal," Philosophical Magazine A, vol 80, no 7, pp 16451655, 2000/07/01 2000 GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 116 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano [31] B D Biggs, S J Poon, and N R Munirathnam, "Stable Al-Cu-Ru icosahedral crystals: A new class of electronic alloys," Physical Review Letters, vol 65, no 21, pp 2700-2703, 11/19/ 1990 [32] A Inoue et al., in New Horizons in Quasicrystals, Research and Applications: World Scientific, Singapore, 1996, pp 256-263 [33] M Yoshimura and A P Tsai, "Quasicrystal application on catalyst," Journal of Alloys and Compounds, vol 342, no 1, pp 451-454, 2002/08/14/ 2002 [34] A P Tsai and M Yoshimura, "Highly active quasicrystalline Al-Cu-Fe catalyst for steam reforming of methanol," Applied Catalysis A: General, vol 214, no 2, pp 237-241, 2001/06/29/ 2001 [35] T Tanabe, S Kameoka, and A P Tsai, "A novel catalyst fabricated from Al– Cu–Fe quasicrystal for steam reforming of methanol," Catalysis Today, vol 111, no 3, pp 153-157, 2006/02/15/ 2006 [36] S Kameoka, T Tanabe, and A P Tsai, "Al–Cu–Fe quasicrystals for steam reforming of methanol: a new form of copper catalysts," Catalysis Today, vol 93-95, pp 23-26, 2004/09/01/ 2004 [37] F Faudot, A Quivy, Y Calvayrac, D Gratias, and M Harmelin, "About the AlCuFe icosahedral phase formation," Materials Science and Engineering: A, vol 133, pp 383-387, 1991/03/15/ 1991 [38] Y Yokoyama, K Fukaura, H Sunada, R Note, K Hiraga, and A Inoue, "Production of single Al64Cu23Fe13 icosahedral quasicrystal with the Czochralski method," Materials Science and Engineering: A, vol 294-296, pp 68-73, 2000/12/15/ 2000 [39] A Waseda, K Kimura, and H Ino, "Phase Transitions of Al–Cu–Fe Face-Centered Icosahedral Quasicrystals," Materials Transactions, JIM, vol 34, no 2, pp 169-177, 1993 [40] G Rosas and R Perez, "On the relationships between isothermal phase diagrams and quasicrystalline phase transformations in AlCuFe alloys," Materials Science and Engineering: A, vol 298, no 1, pp 79-83, 2001/01/31/ 2001 [41] G Rosas and R Perez, "On the nature of quasicrystal phase transitions in AlCuFe alloys," Materials Letters, vol 36, no 1, pp 229-234, 1998/07/01/ 1998 [42] G Rosas and R Perez, "On the transformations of the ψ-AlCuFe icosahedral phase," Materials Letters, vol 47, no 4, pp 225-230, 2001/02/01/ 2001 GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 117 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano [43] Ö Rapp, "Electronic transport properties of quasicrystals: the unique case of the magnetoresistance," Materials Science and Engineering: A, vol 294-296, pp 458-463, 2000/12/15/ 2000 [44] K Kimura, H Yamane, T Hashimoto, and S Takeuchi, "Preparation and electrical properties of aluminium-based ternary and quaternary quasicrystals," Materials Science and Engineering, vol 99, no 1, pp 435-438, 1988/03/01/ 1988 [45] R Tamura, A Waseda, K Kimura, and H Ino, "Electrical conductivity and Hall effect of AlCuRu and AlCuFe quasi-crystals," Materials Science and Engineering: A, vol 181-182, pp 794-797, 1994/05/15/ 1994 [46] C V Landauro and H Solbrig, "Temperature dependence of the electronic transport in Al–Cu–Fe phases," Materials Science and Engineering: A, vol 294-296, pp 600-603, 2000/12/15/ 2000 [47] C Janot, "The Properties and Applications of Quasicrystals," Europhysics News, vol 27, pp 60-64, 1996 [48] C J Jenks and P A Thiel, "Surface Properties of Quasicrystals," MRS Bulletin, vol 22, no 11, pp 55-58, 1997 [49] E Giacometti, N Baluc, J Bonneville, and J Rabier, "Microindentation of Al-Cu-Fe icosahedral quasicrystal," (in English), vol 41, 1999-10-08 1999 [50] E Maciá Barber, "Chemical Bonding and Physical Properties in Quasicrystals and Their Related Approximant Phases: Known Facts and Current Perspectives," Applied Sciences, vol 9, no 10, 2019 [51] U Mizutani, Hume-Rothery Rules for Structurally Complex Alloy Phases 1st ed ed Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2010 [52] U Mizutani and H Sato, "The Physics of the Hume-Rothery Electron Concentration Rule," Crystals, vol 7, no 1, 2017 [53] D N Travessa, K R Cardoso, W W M J Junior, and W J Botta, "The formation of quasicrystal phase in Al-Cu-Fe system by mechanical alloying," Mat Res, 2012 [54] J E and and L Schultz, "Formation of quasicrystals by mechanical alloying," Apply Physic Letter, vol 55, p 117, 1989 [55] V Aghaali, T Ebadzadeh, Z Karimi, A Kazemzadeh, and E Marzbanrad, "Effect of mechanical alloying and preheating treatment on the phase transformation of the Al–Cu–Fe compacts annealed by microwave radiation," GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 118 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Journal of Materials Research and Technology, vol 12, pp 749-759, 2021/05/01/ 2021 [56] V Srinivas, P Barua, and B S Murty, "On icosahedral phase formation in mechanically alloyed Al70Cu20Fe10," Materials Science and Engineering: A, vol 294-296, pp 65-67, 2000/12/15/ 2000 [57] T P Yadav, N K Mukhopadhyay, R S Tiwari, and O N Srivastava, "Studies on the formation and stability of nano-crystalline Al50Cu28Fe22 alloy synthesized through high-energy ball milling," Materials Science and Engineering: A, vol 393, no 1, pp 366-373, 2005/02/25/ 2005 [58] F Ali et al., "Mechanically driven phase transformation in single phase Al62.5Cu25Fe12.5 quasi-crystals: Effect of milling intensity," Acta Materialia, vol 61, no 10, pp 3819-3830, 2013/06/01/ 2013 [59] L Lü and M O Lai, Mechanical Alloying, ed 1998 [60] P S Gilman and J S Benjamin, Anll Rev ,lyfater Sc, vol 13, p 279, 1983 [61] E Arzt and L Schultz, "New materials by mechanical alloying techniques," Materials and Manufacturing Processes, vol 6, no 4, pp 733-736, 1991/01/01 1991 [62] J S Benjamin, "Novel Powder Processing Adv In Powder Metall," Publ Metal Powder Inductries 155, vol 7, no Proc of the 1992 Powder Metallurgy World Congr., San Francisco CA USA 21-26 lune (1992, 1992 [63] R M D a C C Koch, "Scripta Me tall," vol 21, p 305, 1987 [64] S Zhang., K A Khor, and L Lu, J Mater PrOc Tech, vol 48, p 779, 1995 [65] R M Davis., B T McDermott, and c c Koch, Metall Trans, vol 19A, p 2867, 1988 [66] Dokyol Lee, M Y J Cheng, C N J Wagner, and A J Ardell, "Structural comparison of amorphous Cu50Zr50 alloys prepared by proton irradiation, melt spinning, and mechanical alloying," vol 64, no Journal of Applied Physics, p 4772, 1988 [67] R Sundaresan and F H Froes, "Mechanical Alloying," JOM, vol 39, no 8, pp 22-27, 1987/08/01 1987 [68] K Murakami, K Mino, H Harada, and H K D H Bhadeshia, "Nonuniform recrystallization in a mechanically alloyed nickel-base superalloy," Metallurgical Transactions A, vol 24, no 5, pp 1049-1055, 1993/05/01 1993 GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 119 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano [69] W Sha and H K D K H Bhadeshia, "Characterization of mechanically alloyed oxide dispersion-strengthened nickel-base superalloy MA760," Metallurgical and Materials Transactions A, vol 25, no 4, pp 705-714, 1994/04/01 1994 [70] M S El-Eskandarany, in Mechanical Alloying ,Nanotechnology, Materials Science and Powder Metallurgy (Second Edition), M S El-Eskandarany, Ed Oxford: William Andrew Publishing, 2015 [71] C Suryanarayana, Mechanical Alloying And Milling, 1st Edition ed Physical Sciences, 2004, p 488 [72] S Amirkhanlou, M Ketabchi, and N Parvin, "Nanocrystalline/nanoparticle ZnO synthesized by high energy ball milling process," Materials Letters, vol 86, pp 122-124, 2012/11/01/ 2012 [73] C H Lee, T Fukunaga, and U Mizutani, "Temperature dependence of mechanical alloying and grinding in Ni-Zr, Cu-Ta and Fe-B alloy systems," Materials Science and Engineering: A, vol 134, pp 1334-1337, 1991/03/25/ 1991 [74] P R Soni, "APPLICATIONS," in Mechanical Alloying: Fundamentals and Applications: Cambridge International Science Publishi, 1999, p 105 [75] WIkipedia Nhôm Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh %C3%B4m#:~:text=Nh%C3%B4m%20l%C3%A0%20t%C3%AAn%20m %E1%BB%99t%20nguy%C3%AAn,l%E1%BB%9Bp%20r%E1%BA%AFn %20c%E1%BB%A7a%20Tr%C3%A1i%20%C4%90%E1%BA%A5t [76] WIkipedia Sắt Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFt [77] WIkipedia Đồng %C4%90%E1%BB%93ng [78] M Project Available: https://materialsproject.org/ [79] Bragg's law Available: astr.gsu.edu/hbase/quantum/bragg.html [80] WIkipedia Origin (data and analysis software) https://en.wikipedia.org/wiki/Origin_(data_analysis_software) [81] [82] N Dăobelin, Profex BGMN User Manual 3.8.0 ed February 20, 2016, p 84 L M Zhang and R Lück, "Phase diagram of the Al-Cu-Fe quasicrystalforming alloy system I Liquidus surface and phase equilibria with liquid," Zeitschrift für Metallkunde, v.94, 91-97 (2003), vol 94, 02/01 2003 GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 120 Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/ http://hyperphysics.phyAvailable: ... trình thực đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, người sát cánh ủng hộ động viên em suốt 4,5 năm học tập trường q trình thực đồ án Tóm tắt nội dung đồ án Trong... Ngành: Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Khoá: 62 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh Giảng viên duyệt đồ án: ………………………………………………………… Nội dung đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hình thành... (Hình 1.10) [6] GVHD: PGS TS Nguyễn Thị Hoàng Oanh 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vật liệu tiên tiến cấu trúc nano Hình 1.9 Tín hiệu phân tán lượng phân tán không đàn hồi neutron giả tinh thể AlPdMn, đo vector