Luận án tiến sĩ kỹ thuật vật liệu nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu compozit nền al ti cốt hạt al2o3 in situ

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN .II DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT V DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ VI DANH MỤC CÁC BẢNG IX LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ COMPOZIT NỀN KIM LOẠI 1.1 COMPOZIT NỀN KIM LOẠI 1.1.1 Khái quát compozit 1.1.2 Khái niệm compozit kim loại 1.1.3 Tính chất MMCs 1.1.4 Chế tạo MMCs 10 1.2 HỢP KIM NHÔM TITAN 15 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ COMPOZIT NỀN Al-Ti 18 1.3.1 Nghiên cứu nước 18 1.3.2 Nghiên cứu nước 21 1.4 ỨNG DỤNG CỦA COMPOZIT NỀN Al-Ti 22 CHƯƠNG 2: 24 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ TẠO COMPOZIT NỀN AL-TI 24 2.1 NHIỆT ĐỘNG HỌC 24 2.2 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 26 2.2.1 Nghiền trộn học 26 2.2.2 Tạo hình vật liệu compozit 32 2.2.3 Nguyên lý trình thiêu kết 35 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 40 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 3.2.1 Quy trình nghiên cứu 40 3.2.2 Nguyên vật liệu 41 3.2.3 Kỹ thuật chế tạo 43 3.2.4 Thiết bị nghiên cứu 44 3.2.5 Phương pháp nghiên cứu 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN NGHIỀN 51 4.1.1 Compozit Al-Ti/Al2O3 nghiền 54 4.1.2 Compozit Al-Ti/Al2O3 nghiền 55 4.1.3 Compozit Al-Ti/Al2O3 nghiền 58 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THIÊU KẾT 61 4.2.1 Compozit Al-Ti/Al2O3 thiêu kết 650oC 61 4.2.2 Compozit Al-Ti/Al2O3 thiêu kết 850oC 64 4.2.3 Chế tạo compozit AlTi cốt hạt Al2O3 in-situ 68 4.2.4 Chế tạo compozit AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ 70 4.3 CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU 77 4.3.1 Độ xốp vật liệu 77 4.3.2 Độ cứng vật liệu 82 iii 4.3.3 Độ dai phá hủy vật liệu 85 4.4 CẢI THIỆN CƠ TÍNH CỦA COMPOZIT NỀN AlTi3 CỐT HẠT Al2O3 90 4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết 91 4.4.2 Ảnh hưởng thời gian titan bổ sung 91 4.4.3 Ảnh hưởng lượng titan bổ sung 91 4.4.4 Cơ tính vật liệu bổ sung titan 92 4.5 ĐỘ CỨNG CỦA COMPOZIT AlTi3/Al2O3 Ở NHIỆT ĐỘ CAO 93 KẾT LUẬN 98 KIẾN NGHỊ 99 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 106 PHỤ LỤC I iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Compozit DRA DRTi DTA E EDS HV HVĐTQ HVQH lptm lgxc MA MM MMCs NMMCs PL SEM SHS SPS XRD    Vật liệu tổ hợp Compozit cốt sợi nhôm không liên tục (Discontinuously Reinforced Al) Compozit cốt sợi titan không liên tục (Discontinuously Reinforced Ti) Nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) Mô đun đàn hồi, Pa Phổ phân tán lượng tia X (Energy Dispersive Spectrometry) Độ cứng Vickers (Vickers Hardness) Hiển vi điện tử quét Hiển vi quang học Lập phương tâm mặt Lục giác xếp chặt Hợp kim hóa học (Mechanical Alloying) Nghiền học (Mechanical Milling) Compozit kim loại (Metal Matrix Composite) Nano compozit kim loại (Nano Metal Matrix Composite) Phụ lục Hiển vi điện tử quét/HVĐTQ (Scanning Electron Microscopy) Self-propagating high-temperature synthesis (phương pháp phản ứng tự lan truyền) Thiêu kết xung plasma (Spark Plasma Sintering) Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) Hệ số giãn nở nhiệt Mật độ, g/cm3 Hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tính chất vật lý học vật liệu compozit so với hợp kim thường sử dụng nhơm thép [7] Hình 1.2 Các loại vật liệu composite kim loại hay sử dụng [7] Hình 1.3 Độ cứng riêng so với độ bền riêng vật liệu kết cấu [12] Hình 1.4 Mặt cắt thể gia cường chọn lọc ống lót xilanh nhơm đúc MMC [12] Hình 1.5 Quan hệ khả chống lại biến dạng học nhiệt biến dạng số vật liệu [16] Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ chế tạo vật liệu MMCs [11, 12] Hình 1.7 Quy trình cơng nghệ luyện kim bột [25] Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ phương pháp đúc khuấy [25, 33] Hình 1.9 Sơ đồ cơng nghệ phương pháp đúc thẩm thấu [25] Hình 1.10 Giản đồ cân pha hệ Ti-Al [41, 42, 43, 44] Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể: (a) TiAl3, (b) Ti3Al, (c) TiAl [41, 42, 43] Hình 2.1 Giản đồ phụ thuộc lượng tự vào nhiệt độ [80, 82, 83, 84, 85] Hình 2.2 Sự va chạm bi nghiền - hỗn hợp bột - bi nghiền trình nghiền trộn học [89, 90] Hình 2.3 Mối quan hệ độ bền liên kết sức căng biến dạng [90] Hình 2.4 Các giai đoạn trình nghiền trộn học vật liệu dẻo - dẻo [90] Hình 2.5 Các giai đoạn trình nghiền trộn học vật liệu dẻo – dịn [90] Hình 2.6 Sơ đồ khn ép [25] Hình 2.7 Các giai đoạn ép vật liệu bột [25] Hình 2.8 Đường cong biến đổi mật độ vật liệu bột compozit hạt trình ép tạo hình [25] Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý bề mặt tiếp xúc hỗn hợp vật liệu bột trước (a) sau thiêu kết (b) Hình 2.10 Các tượng xảy tác động động lực thiêu kết [75] Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ Hình 3.2 Ảnh HVĐTQ bột nhơm Hình 3.3 Ảnh HVĐTQ bột titan điơxit Hình 3.4 Khn ép mẫu mẫu sau ép Hình 3.5 Giản đồ thiêu kết mẫu compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ Hình 3.6 Máy nghiền hành tinh NQM – Hình 3.7 Tang bi nghiền Hình 3.8 Máy ép thủy lực Hình 3.9 Lị nung Lenton Hình 3.10 Nhiễu xạ kế tia X Rigaku, Smart Lab Hình 3.11 Thiết bị phân tích tổ chức hiển vi quang học Hình 3.12 HVĐTQ, JSM7001FD vi 10 11 13 14 16 17 25 27 28 29 29 32 33 33 35 36 41 42 42 43 44 45 45 45 45 46 47 47 Hình 3.13 Thiết bị đo độ cứng HV (Vickers HMV-1 tester) Hình 3.14 Cân phân tích Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X hỗn hợp bột sau nghiền hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 Hình 4.2 Ảnh HVĐTQ hỗn hợp với thời gian nghiền khác hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 Hình 4.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.5 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.6 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.8 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.9 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit nghiền, thiêu kết 650oC Hình 4.11 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 650oC Hình 4.12 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 650oC Hình 4.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.14 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.15 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.16 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.17 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.18 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 Hình 4.19 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu AlTi/Al2O3 nghiền Hình 4.20 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.21 Phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu AlTi/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.22 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền Hình 4.23 Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 650oC Hình 4.24 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết ở 650oC Hình 4.25 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 750oC Hình 4.26 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 750oC Hình 4.27 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 850oC Hình 4.28 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền vii 48 49 52 53 54 56 56 57 59 59 60 62 63 63 64 65 65 66 67 67 68 69 70 71 72 72 73 74 74 75 Hình 4.29 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 750oC Hình 4.30 Bản đồ phổ phân tán lượng tia X hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền thiêu kết 850oC Hình 4.31 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền Hình 4.32 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 Hình 4.33 Mối quan hệ độ xốp thời gian nghiền compozit AlTi/Al2O3 Hình 4.34 Ảnh HVĐTQ rỗ khí hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.35 Mối quan hệ độ xốp nhiệt độ thiêu kết compozit AlTi/Al2O3 Hình 4.36 Ảnh HVĐTQ vết lõm mũi đâm tạo đo độ cứng compozit Al-Ti/Al2O3 Hình 4.37 Mối quan hệ độ cứng thời gian nghiền compozit AlTi/Al2O3 Hình 4.38 Mối quan hệ độ cứng nhiệt độ thiêu kết compozit AlTi/Al2O3 Hình 4.39 Ảnh HVĐTQ vết nứt mũi đâm tạo đo độ dai phá hủy compozit Al-Ti/Al2O3 Hình 4.40 Ảnh hưởng thời gian nghiền đến độ dai phá hủy compozit Al-Ti/Al2O3 Hình 4.41 Ảnh HVĐTQ vết nứt mũi đâm tạo đo độ dai phá hủy hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.42 Ảnh HVĐTQ lan truyền vết nứt hệ vật liệu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 4.43 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết đến độ dai phá hủy compozit Al-Ti/Al2O3 Hình 4.44 Giản đồ độ cứng vật liệu có bổ sung titan Hình 4.45 Ảnh HVĐTQ hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.46 Ảnh mũi đâm đo độ cứng Vicker nhiệt độ cao hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 Hình 4.47 Giản đồ mối quan hệ độ cứng nhiệt độ đo hệ vật liệu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 4.48 Giản đồ mối quan hệ độ cứng nhiệt độ đo viii 75 76 76 77 78 79 80 82 83 84 85 86 87 88 89 92 93 94 94 95 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý, học hợp kim titan Ti-MMC [7] Bảng 1.2 Tính chất vật lý hệ Ti-Al [41, 42, 43] Bảng 1.3 Tính chất hợp kim biến dạng “орmо” [42] Bảng 2.1 Năng lượng tự phản ứng theo nhiệt độ Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật bột nhôm Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật bột TiO2 Bảng 3.3 Thành phần phối liệu hỗn hợp theo phản ứng Bảng 4.1 Bảng thông số công nghệ chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ ix 16 17 24 41 42 43 90 LỜI MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Cùng với phát triển khoa học cơng nghệ nói chung, khoa học cơng nghệ vật liệu có phát triển mạnh mẽ Bởi lẽ, vật liệu yếu tố thiết yếu định phát triển công nghiệp quốc gia Công nghiệp phát triển, yêu cầu chất lượng vật liệu cao, trình độ cơng nghệ sản xuất vật liệu đại Vì vậy, khoa học công nghệ cần liên tục đổi mới, tiếp thu sáng tạo phương pháp công nghệ tiên tiến, đại cách kịp thời nhằm góp phần tích cực, có hiệu vào nghiệp Cơng nghiệp hoá, Hiện đại hoá đất nước, đồng thời hội nhập bước với nước khu vực giới Sự đổi cơng nghệ, có phát triển cơng nghệ vật liệu, địi hỏi khách quan trước yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội Việt Nam Trước thực tế đó, lĩnh vực cơng nghệ vật liệu, bên cạnh công nghệ truyền thống cần phải phát triển cơng nghệ nhằm chế tạo vật liệu có tính chất đặc biệt, có khả đảm bảo tính ổn định cho thiết bị máy móc đại làm việc điều kiện khắc nghiệt Như quy luật tất yếu, nhiều loại vật liệu đời Vật liệu compozit đời xu hướng phát triển ngày có vị trí quan trọng nhiều lĩnh vực công nghiệp kinh tế quốc dân quốc phòng Compozit kết hợp nhiều tính chất ưu việt loại vật liệu khác tạo tính chất hồn tồn có khả thỏa mãn u cầu đa dạng phong phú công nghiệp phát triển tương lai với tính đặc biệt như: độ bền cao, tỉ trọng thấp, chịu mài mòn, làm việc điều kiện áp suất, nhiệt độ cao số tính khác mà vật liệu truyền thống khơng có Do đó, compozit nói chung vật liệu compozit kim loại nói riêng ngày thu hút quan tâm nhà nghiên cứu, nhà sản xuất ứng dụng rộng rãi để thay dần vật liệu truyền thống nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân Compozit sở pha Al-Ti mang lại cho vật liệu tính chất đặc trưng độ cứng vững cao, tỉ trọng thấp, khả chống oxi hóa độ bền cải thiện mạnh… với có mặt cốt hạt tăng bền Al2O3 hướng nghiên cứu có triển vọng ứng dụng ngành cơng nghiệp tiên tiến hàng không, ô tô, y sinh Ở nước ta, việc nghiên cứu chế tạo compozit, đặc biệt compozit kim loại hạn chế Việc nghiên cứu compozit kim loại, phát triển theo hai hướng chính, là: nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu nghiên cứu cơng nghệ tạo hình chi tiết, sản phẩm từ compozit kim loại Có thể nói, lĩnh vực nghiên cứu vật liệu tiềm năng, đầy triển vọng Căn vào nhu cầu thực tiễn vật liệu mong muốn làm sáng tỏ số sở lý thuyết hệ compozit kim loại nói chung compozit Al-Ti cốt Al2O3 nói riêng vào thực tiễn, vấn đề “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ” đề tài lựa chọn giải luận án Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu luận án xác định quy trình cơng nghệ chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ, khảo sát số tính chất vật liệu nhận Để đạt mục tiêu đó, luận án cần thực nội dung sau: - Tổng quan compozit kim loại compozit sở Al-Ti Nhiệt động học phản ứng in-situ xảy trình chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp in-situ - Chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp in-situ - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nghiền nhiệt độ thiêu kết đến hình thành pha vật liệu - Khảo sát số tính chất vật liệu nhiệt độ phịng nhiệt độ tương đối cao Ảnh hưởng điều kiện chế tạo đến tính chất vật liệu Đối tượng nghiên cứu luận án là: Compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm sở hệ thống thiết bị thí nghiệm Bộ mơn Vật liệu Công nghệ đúc - Viện khoa học Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trường Đại học Doshisha – Kyoto – Nhật Bản - Sử dụng số phương pháp chế tạo phân tích vật liệu nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét (HVĐTQ), đo độ xốp, đo độ cứng, đo độ dai phá hủy … - Sử dụng so sánh liệu để đối chứng Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Nghiên cứu chế tạo compozit kim loại hướng nghiên cứu tiếp cận với công nghệ sản xuất vật liệu tiên tiến giới có tiềm ứng dụng thực tế Tại Việt Nam bắt đầu quan tâm đến hệ vật liệu chưa có nghiên cứu cách đầy đủ hệ thống việc chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp in-situ Vật liệu nhà nghiên cứu nước quốc tế quan tâm Compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ nghiên cứu chế tạo có tính chất cơng nghệ đáp ứng vật liệu kỹ thuật chế tạo chi tiết yêu cầu làm việc điều kiện khắc nghiệt có đặc tính ưu việt hơn, giá thành giảm Có khả triển khai thực tiễn sản xuất Việc nghiên cứu có hệ thống số tính chất đặc trưng, ưu việt compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ khẳng định ưu so với phương pháp khác hiệu tăng bền vật liệu liên kim Al-Ti cốt hạt Al2O3 Những kết đạt đóng góp luận án Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ hướng nghiên cứu đại, lần đầu thực Việt Nam có vài cơng bố chưa đầy đủ giới Xây dựng, lựa chọn hệ thống thiết bị thực nghiệm, phân tích kiểm tra đánh giá số tính chất đặc trưng vật liệu phù hợp với điều kiện thực tiễn để tiến hành trình chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ Những đóng góp luận án: Chế tạo thành công compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp insitu Đây hướng nghiên cứu đại, công nghệ thiết bị chế tạo đơn giản dễ thực điều kiện thực tiễn Việt Nam Thiết lập quy trình cơng nghệ chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp in-situ Xác định chế phản ứng xảy chế tạo compozit Al- Ti cốt hạt Al2O3 phương pháp in-situ Xác định tính compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 so với vật liệu khác nhiệt độ phòng nhiệt độ tương đối cao Compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 chế tạo khẳng định có tính cơng nghệ đáp ứng yêu cầu chế tạo chi tiết kỹ thuật làm việc nhiệt độ tương đối cao Bố cục luận án Luận án trình bày với nội dung sau: Mở đầu Chương Tổng quan compozit kim loại Chương Cơ sở lý thuyết chế tạo compozit Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ Chương Nội dung phương pháp nghiên cứu Chương Kết thảo luận Kết luận Kiến nghị Tài liệu tham khảo Danh mục cơng trình cơng bố luận án Phụ lục Do thời gian, thiết bị nghiên cứu trình độ cịn hạn chế định nên luận án chắn nhiều thiếu sót Rất mong góp ý chuyên gia đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn [88] Jerry G Baetz, “Metal Matrix Composites: Their Time Has Come,” Aerospace America (November 1998), pp 14–16 [89] D.L Zhang (2004), Processing of advanced materials using high-energy mechanical milling, Progress in Materials Science 49, pp 537-560 [90] C Suryanarayana (2001), Mechanical alloying and milling, Progress in Materials Science 46, 1-184 [91] J S Benjamin (1970), Metallurgical Transaction Volume 1, Issue 10, pp 2943– 2951 [92] A S Edelstein (1998), Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, USA [93] Fais A and Maizza G (2008), Densification of AISI M2 high speed steel by means of capacitor discharge sintering (CDS), Journal of Materials Processing Technology, Vol 202, Issues 1-3, pp 70-75 [94] Carl C Koch (2002), Nanostructure material, Noys Publication, New York, USA [95] Benjamin J and John S (1992), Advances in powder metallurgy, Proceedings of the Novel Powder Metallurgy, San Francisco, CA, USA, Metal Powder Industries Federation, Princeton, NJ 7, pp 155-168 [96] George D Quinn, Jonathan Salem, Isa Bar-on, Kyu Cho, Michael Foley, Ho Fang (1992), Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Room Temperature, J Res Natl Inst Stand Technol 97, 579 [97] Karl Ulrich Kainer (2006), Basics of Metal Matrix Composites, Metal Matrix Composites: Custom‐made Materials for Automotive and Aerospace Engineering, pp 1-54 [98] Tiêu chuẩn quốc gia (2009), TCVN 8189 : 2009, Bộ KHCN [99] Huynh Xuan Khoa, Sunwoo Bae, Sangwon Bae, Byeong-woo Kim, and Ji Soon Kim (2014), Planetary Ball Mill Process in Aspect of Milling Energy, J Kor Powd Met Inst., Vol 21, No [100] N Burgio, A Iasonna, M Magini, S Martelli and F Padella (1991), Mechanical Alloying of the Fe-Zr System Correlation between Input Energy and End Products, Nuovo Cimento, 13 [101] Pietro Galizia, Giovanni Maizza, Carmen Galassi (2016), Heating rate dependence of anatase to rutile transformation, Processing and Application of Ceramics 10, pp 235–241 [102] Daria V Lazurenko, Vyacheslav I Mali, Ivan A Bataev, Alexander Thoemmes, Anatoly A Bataev, Albert i Popelukh, Alexander G Anisimov, and Natalia S Belousova (2015), “Metal-Intermetallic Laminate Ti-Al3Ti Composites Produced by Spark Plasma Sintering of Titanium and Aluminum Foils Enclosed in Titanium Shells” Metallurgical and Materials Transactions A, Volume 46, Issue 9, pp.4326-4334 [103] Đỗ Minh Nghiệp, Trần Quốc Thắng (2012), Độ dẻo & độ bền kim loại, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 105 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Tran Duc Huy, Hiroshi Fujiwara, Reo Yoshida, Do Thanh Binh and Hiroyuki Miyamoto (2014) Microstructure and Mechanical Properties of TiAl3/Al2O3 in situ Composite by Combustion Process Journal of Materials Transactions, Vol 55, No 7, pp 1091-1093 Do Thanh Binh, Tran Duc Huy, Tran Viet Thuong, Hiroyuki Miyamoto (2016) Microstructure and mechanical properties of insitu Al2O3 reinforced Ti-Al composite Journal of science & technology technical universities, ISSN 2354-1083, No 112, pp 76-79 Do Thanh Binh, Tran Thi Thuy, Tran Duc Huy, Tran Viet Thuong (2016) Effect of milling time and sintering process on fabrication of Ti3Al composite with Al2O3 reinforcement in situ Hội thảo khoa học cấp quốc gia Luyện kim công nghệ tiên tiến, ISBN: 978-604-95-0019-0, pp 107 – 112 Do Thanh Binh, Tran Duc Huy (2015) Relationship between mechanical properties and microtructure of AlTi3 and Al3Ti base composite The 5th International workshop on nanotechnology and application, 11 -14 November 2015 - Vung Tau, Vietnam Do Thanh Binh, Tran Duc Huy, Tran Viet Thuong, Hiroshi Fijiwara, Hiroyuki Miyamoto (2014) Relationship between mechanical properties and microstructure of Ti-Al based composite AUN/SEED-NET Regional Conference on Materials Engineering 2014 Do Thanh Binh, Tran Duc Huy, Tran Viet Thuong (2017), Ảnh hưởng hàm lượng thời gian titan bổ sung trình chế tạo vật liệu composite Ti3Al cốt hạt Al2O3 in-situ, Hội nghị vật liệu công nghệ nano tiên tiến - WANN2017, ISBN: 978-604-95-0298-9, pp 43-49 Do Thanh Binh, Tran Viet Thuong, Le Minh Hai, Tran Duc Huy, Hiroyuki Miyamoto (2018), Microstructure and Mechanical Properties of TiAl/Al2O3 In situ Composite by Combustion Process, ICPMAT 2018, pp 155 Binh Do Thanh, Huy Tran Duc, Thuong Tran Viet, Binh Duong Ngoc, Hiroyuki Miyamoto (2021), Fabrication, Microstructure, and Microhardness at high temperature of in situ synthesized Ti3Al/Al2O3 composites, Metals 11, No 4, 617 106 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tính tốn nhiệt động học phản ứng Phụ lục 1.1 Thông số nhiệt động Bảng 1.1.PL: Bảng thông số nhiệt động H0298 S0298 Cp G0298 KJ.mol-1 J.mol-1.K-1 J.mol-1.K-1 KJ.mol-1 Ti 30.7 24.94 Al 28.33 21.39 TiO2 -944.7 50.33 55.02 -889.5 Al2O3 -1675.7 50.92 79.04 -1582.3 TiAl -75.4 52.3 46.52 -76,868 Ti Al3 -146.4 94.6 90.5 -188,01 Ti3Al -98.3 114.22 124.57 -139,499 Hợp chất Phụ lục 1.2 Phương trình tính tốn theo phản ứng 13Al + 3TiO2 = 3Al3Ti + 2Al2O3 Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −952462 + 42,89𝑇 + 13,55𝑇𝑙𝑛𝑇 2.1 7Al + 3TiO2 = 3AlTi + 2Al2O3 Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −738389 − 24,3𝑇 + 17,15𝑇𝑙𝑛𝑇 2.2 5Al + 3TiO2 = AlTi3 + 2Al2O3 Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −617770 + 147,84𝑇 − 10,64𝑇𝑙𝑛𝑇 2.3 4Al + 3TiO2 = 3Ti + 2Al2O3 Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −512019 − 48,3𝑇 + 17,72𝑇𝑙𝑛𝑇 2.4 3Al + Ti = Al3Ti Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −146814 + 30,4𝑇 − 1,39𝑇𝑙𝑛𝑇 2.5 Al3Ti + 2Ti = 3AlTi Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −79555,6 − 6,39𝑇 + 0,82𝑇𝑙𝑛𝑇 2.6 AlTi + 2Ti = AlTi3 Phương trình: ∆𝐺𝑇 = −31294,7 + 188,14𝑇 − 28,17𝑇𝑙𝑛𝑇 2.7 i Phụ lục 2: Tỉ lệ – cốt Phụ lục 2.1 Tỉ lệ cốt mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 2.1.PL Ảnh HVĐTQ mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Bảng 2.1.PL Tỉ lệ cốt mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % 55 45 11 25 75 21 10 90 65 35 12 15 85 22 12 88 45 55 13 16 84 23 20 80 20 80 14 35 65 24 85 15 35 65 15 25 75 25 50 50 25 75 16 30 70 26 15 85 35 65 17 25 75 27 20 80 30 70 18 28 72 28 35 65 40 60 19 85 15 29 25 75 10 20 80 20 65 35 30 65 35 35.20 64.80 % Trung bình ii Phụ lục 2.2 Tỉ lệ cốt mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 2.2.PL Ảnh HVĐTQ mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Bảng 2.2.PL Tỉ lệ cốt mẫu Al3Ti/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % 28 72 11 26 74 21 80 20 40 60 12 26 74 22 50 50 20 80 13 12 88 23 15 85 10 90 14 15 85 24 85 15 5 95 15 20 80 25 20 80 12 88 16 75 25 26 65 35 70 30 17 85 15 27 80 20 35 65 18 90 10 28 40 60 25 75 19 95 29 12 88 10 25 75 20 12 88 30 75 25 38.60 61.40 % Trung bình iii Phụ lục 2.3 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 2.3.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Bảng 2.3.PL Tỉ lệ cốt mẫu AlTi/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % 45 55 11 45 55 21 45 55 15 85 12 25 75 22 30 70 60 40 13 15 85 23 20 80 50 50 14 55 45 24 35 65 35 65 15 30 70 25 20 80 45 55 16 60 40 26 25 75 50 50 17 85 15 27 65 35 45 55 18 50 50 28 32 68 55 45 19 30 70 29 45 55 10 45 55 20 45 55 30 40 60 41.40 58.60 % Trung bình iv Phụ lục 2.4 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 Phụ lục 2.4.1 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 650oC Hình 2.4.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 650oC Bảng 2.4.PL Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 650oC Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % 50 50 11 27 73 21 30 70 70 30 12 55 45 22 30 70 70 30 13 25 75 23 36 64 45 55 14 85 15 24 60 40 30 70 15 35 65 25 85 15 55 45 16 52 48 26 15 85 75 25 17 60 40 27 92 45 55 18 60 40 28 20 80 65 35 19 50 50 29 20 80 10 52 48 20 62 38 30 18 82 46.33 53.67 % Trung bình v Phụ lục 2.4.2 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Hình 2.5.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Bảng 2.5.PL Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 750oC Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % Ô số Cốt, % Nền, % 50 50 11 60 40 21 30 70 85 15 12 85 15 22 75 25 92 13 55 45 23 40 60 55 45 14 45 55 24 65 35 70 30 15 40 60 25 45 55 65 35 16 85 15 26 15 85 25 75 17 50 50 27 35 65 20 80 18 65 35 28 40 60 55 45 19 80 20 29 65 35 10 45 55 20 45 55 30 85 15 55.57 44.43 % Trung bình vi Phụ lục 2.4.2 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC 001 002 003 004 005 Hình 2.6.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Hình 2.7.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC vị trí 001 vii Hình 2.8.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC vị trí 002 Hình 2.9.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC vị trí 003 viii Hình 2.10.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC vị trí 004 Hình 2.11.PL Ảnh HVĐTQ mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC vị trí 005 ix Bảng 2.6 Thống kê tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC điểm Vị trí 001 Ô Cốt Nền Vị trí 002 Ô Cốt Nền Vị trí 003 Ơ Cốt Nền Vị trí 004 Ơ Cốt Nền Vị trí 005 Ơ Cốt Nền 80 20 100 100 100 30 70 90 10 95 95 80 20 95 60 40 50 50 96 100 88 12 30 70 100 100 90 10 65 35 95 5 10 90 60 40 55 45 20 80 55 45 50 50 80 20 100 100 45 55 95 95 89 11 85 15 65 35 100 85 15 30 70 100 25 75 50 50 45 55 70 30 100 10 30 70 10 100 10 10 90 10 80 20 10 100 11 40 60 11 30 70 11 50 50 11 100 11 95 12 80 20 12 25 75 12 90 10 12 100 12 25 75 13 95 13 95 13 90 10 13 100 13 85 15 14 100 14 85 15 14 100 14 95 14 10 90 15 70 30 15 95 15 100 15 70 30 15 65 35 16 70 30 16 15 85 16 25 75 16 100 16 60 40 17 100 17 20 80 17 85 15 17 100 17 75 25 18 80 20 18 65 35 18 90 10 18 20 80 18 10 90 19 60 40 19 80 20 19 85 15 19 100 19 10 90 20 70 30 20 25 75 20 90 10 20 95 20 15 85 21 90 10 21 95 21 20 80 21 100 21 40 60 22 85 15 22 20 80 22 80 20 22 75 25 22 100 23 60 40 23 90 10 23 70 30 23 40 60 23 20 80 24 90 10 24 95 24 75 25 24 60 40 24 95 25 70 30 25 35 65 25 20 80 25 85 15 25 30 70 26 95 26 100 26 30 70 26 100 26 100 27 90 10 27 10 90 27 10 90 27 15 85 27 45 55 28 75 25 28 95 28 100 28 75 25 28 100 29 80 20 29 60 40 29 85 15 29 70 30 29 20 80 30 Trung bình, % 75 25 30 100 30 80 20 30 10 90 30 40 60 71.67 28.33 47.17 52.83 64.70 35.30 76.80 23.20 38.43 61.57 x Bảng 2.7 Tỉ lệ cốt mẫu AlTi3/Al2O3 nghiền, thiêu kết 850oC Vị trí Cốt, % Nền, % 001 71.67 28.33 002 47.17 52.83 003 64.70 35.30 004 76.80 23.20 005 38.43 61.57 Trung bình, % 59.75 40.25 Phụ lục 3: Cải thiện tính compozit AlTi3/Al2O3 Phụ lục 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết AlTi3 Hình 3.1.PL Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu bổ sung 9Ti, thời gian bổ sung titan 15 phút xi Hình 3.2.PL Ảnh HVĐTQ mẫu vật liệu bổ sung 9Ti, thời gian bổ sung titan 15 phút, thiêu kết 850oC Phụ lục 3.2 Ảnh hưởng thời gian titan bổ sung AlTi3 Hình 3.3.PL Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu bổ sung 6Ti, thiêu kết 750oC xii Phụ lục 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng titan bổ sung AlTi3 Hình 3.4.PL Giản đồ nhiễu xạ tia X thiêu kết 750oC, thời gian bổ sung titan 15 phút xiii