Ảnh hưởng của nguyên tố y đến quá trình vô định hình hóa và độ bền nhiệt của hệ hợp kim al82fe16 xni2yx x 0 2 4 chế tạo bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ảnh hưởng nguyên tố Y đến trình vơ định hình hóa độ bền nhiệt hệ hợp kim Al82Fe16-xNi2Yx (x = 0, 2, 4) chế tạo phương pháp hợp kim hóa học NGUYỄN MINH DƯƠNG duong.nm20202193M@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học Vật liệu Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hoàng Việt Viện: Khoa học Kỹ thuật Vật liệu HÀ NỘI, 08/2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Minh Dương Đề tài luận văn: Ảnh hưởng nguyên tố Y đến trình vơ định hình hóa độ bền nhiệt hệ hợp kim Al82Fe16-xNi2Yx (x = 0, 2, 4) chế tạo phương pháp hợp kim hóa học Chuyên ngành: Khoa học Vật liệu Mã số SV: 20202193M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày / / 2022 với nội dung sau: - Điểu chỉnh nội dung phần tổng quan ngắn phù hợp hơn; - Điều chỉnh lỗi tả, trình bày hình ảnh trích dẫn, đánh số trích dẫn phù hợp hơn; - Điều chỉnh nội dung liên quan đến cường độ nghiền khách quan, phù hợp hơn; - Điều chỉnh nội dung phần kết luận ngắn gọn phù hợp Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2022 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Đề tài: Ảnh hưởng ngun tố Y đến q trình vơ định hình hóa độ bền nhiệt hệ hợp kim Al82Fe16-xNi2Yx (x = 0, 2, 4) chế tạo phương pháp hợp kim hóa học Tác giả luận văn: Nguyễn Minh Dương Mã học viên: 20202193M Khóa: 2020B Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt Bộ mơn: Kỹ thuật Gang thép Viện: Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên i i Lời cảm ơn Lời xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Hồng Việt - Bộ mơn Kỹ thuật Gang thép - Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ tơi hoàn thành nghiên cứu luận văn Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban lãnh đạo quý thầy cô, cán trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu suốt trình học tập nghiên cứu vừa qua tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi truyền thụ lại kiến thức, kinh nghiệm quý báu nghành Vật liệu để tơi hồn thành chương trình Thạc sĩ Khoa học Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nghiên cứu hỗ trợ phần kinh phí đề tài cấp Bộ Công thương ĐT.BO.107/21, đề tài trọng điểm cấp trường T2020-TÐ-007 đề tài cấp Quỹ Phát triển Khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) mã đề tài 103.02-2017.366 ii i Lời cam đoan Tôi, Nguyễn Minh Dương xin cam đoan: “Luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt” Các kết nêu báo cáo luận văn trung thực, không chép cơng trình khác Hà Nội, ngày 25 tháng 08 năm 2022 Học viên Nguyễn Minh Dương iv Tóm tắt nội dung luận văn Trong năm gần đây, hợp kim hóa học sử dụng thành công để sản xuất hợp kim vô định hình, đặc biệt hợp kim sở Al-TM Al-TM-RE với hàm lượng nguyên tử Al 80% Vật liệu vơ định hình chế tạo phương pháp nghiền học quan tâm đầu tư nghiên cứu phát triển có ưu điểm bật tính chất cơ, lý tính,… ứng dụng ngành cơng nghiệp qn sự, y tế, công nghiệp ô tô, công nghệ máy tính, điện tử, lượng mơi trường,… Trong luận văn này, hệ hợp kim vơ định hình Al 82Fe16-xNi2Yx (x = 0, 2, 4) tổng hợp thành cơng phương pháp hợp kim hóa học; với việc tìm ảnh hưởng nguyên tố Y đến q trình vơ định hình hóa độ bền nhiệt hệ hợp kim Al 82Fe16-xNi2Yx (x = 0, 2, 4) Học viên Nguyễn Minh Dương v MỤC LỤC Lời cảm ơn iii Lời cam đoan iv Tóm tắt nội dung luận văn v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG xi KÝ HIỆU - VIẾT TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN Vật liệu vơ định hình Định nghĩa phân loại vật liệu vơ định hình Các phương pháp chế tạo vật liệu vô định hình Tính chất vơ định hình kim loại Hợp kim hóa học Định nghĩa giai đoạn hợp kim hóa học .4 Lịch sử phát triển phương pháp hợp kim hóa học Ưu điểm ứng dụng phương pháp hợp kim hóa học Thiết bị hợp kim hóa học .8 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 Đặc trưng tính chất vật liệu vơ định hình 11 Đặc trưng vật liệu vô định hình 11 Chuyển pha tinh thể - vơ định hình 14 Cơ chế tạo hợp kim vơ định hình phương pháp nghiền học .15 Cơ chế tạo hợp kim máy nghiền bi hành tinh 15 Sự phát triển cấu trúc theo thời gian 17 Sự phát triển hình thái hạt 17 Sự thay đổi cấu trúc 21 Lịch sử phát triển hợp kim vơ định hình sở Al 22 Các yếu tố ảnh hưởng việc chế tạo hợp kim vơ định hình phương pháp học 25 Môi trường tang nghiền 25 Tỷ lệ khối lượng bi nghiền bột 26 Lựa chọn chất trợ nghiền 27 Lựa chọn cường độ nghiền 29 CHƯƠNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 33 Nguyên liệu ban đầu 33 Thiết bị hợp kim hóa phân tích 35 vi Máy nghiền bi hành tinh 35 Nhiễu xạ tia X 36 Đặc trưng hình dạng hạt bột 38 Đặc trưng nhiệt lý mẫu - phân tích nhiệt lượng quét vi sai 38 Phân tích phân bố kích thước hạt máy phân tích hạt Laser 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ CỦA NGHIÊN CỨU 41 Đặc trưng cấu trúc - nhiễu xạ tia X 41 Đặc trưng nhiễu xạ tia X hợp kim Al82Fe16Ni2 41 Đặc trưng nhiễu xạ tia X hợp kim Al82Fe14Ni2Y2 43 Đặc trưng nhiễu xạ tia X hợp kim Al82Fe12Ni2Y4 44 Đặc trưng kích thước hạt 46 Đặc trưng kích thước hợp kim vơ định hình Al 82Fe16Ni2 46 Đặc trưng kích thước hạt hợp kim vơ định hình Al82Fe14Ni2Y2 46 Đặc trưng kích thước hạt hợp kim vơ định hình Al82Fe12Ni2Y4 47 Đặc trưng hình dạng hạt 50 Hợp kim Al82Fe16Ni2 50 Hợp kim Al82Fe14Ni2Y2 55 Hợp kim Al82Fe12Ni2Y4 59 Tính ổn định nhiệt 62 Kết luận 63 Kết nghiên cứu 63 Kết luận ảnh hưởng Y 64 Cơng trình khoa học cơng bố 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ 69 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Năm loại mạng (các dạng cạnh, xếp chặt ngẫu nhiên cầu cứng) cấu trúc trật tự gần theo mơ hình Bernal [7] Hình 1.2 Độ bền giá trị giới hạn đàn hồi loại vật liệu khác [9] Hình 1.3 Mối quan hệ mô đun Young độ bền kéo vô định hình kim loại khối [10] Hình 1.4 Giai đoạn đầu trình hợp kim hóa học Hình 1.5 Giai đoạn trung gian q trình kợp kim hóa học .5 Hình 1.6 Giai đoạn cuối q trình hợp kim hóa học .5 Hình 1.7 Lộ trình phát triển áp dụng phương pháp nghiền [16] Hình 1.8 Máy nghiền hành tinh Fritsch Puluerisette .8 Hình 1.9 Máy nghiền bi theo phương ngang truyền thống [17] Hình 1.10 Máy nghiền bi theo phương ngang điều khiển lực từ [17] Hình 1.11 Hai loại máy nghiền bi kiểu rung [17] 10 Hình 1.12 Máy nghiền cọ mịn lượng cao [17] 10 Hình 2.1 Sự thay đổi nhiệt dung riêng (A) độ nhớt (B) theo nhiệt độ tinh thể thể vô định hình [1] 12 Hình 2.2 Sự thay đổi thể tích thể thủy tinh theo tốc độ làm nguội nung nóng lại [19] 12 Hình 2.3 Đường phân tích nhiệt DSC mẫu vật liệu polyethylene terephthalate khoảng 50 đến 300°C [20] 13 Hình 2.4 Nguyên lý tạo thể vơ định hình phản ứng trạng thái rắn [16] 14 Hình 2.5 Bi-bột-bi va chạm hỗn hợp bột suốt trình nghiền .15 Hình 2.6 Cấu trúc phân lớp hình thành q trình hợp kim hóa học 16 Hình 2.7 Sơ đồ mô tả chuyển động bi bên máy nghiền bi [17] 16 Hình 2.8 Hình thái hạt bột sau khoảng thời gian nghiền khác [17] 17 Hình 2.9 Sự so sánh ảnh tán xạ ngược tổ chức tế vi hỗn hợp nghiền học hợp kim hóa Al thực tế mơ hình hóa tổ chức tế vi lý thuyết hỗn hợp nghiền giai đoạn bắt đầu [17] 18 Hình 2.10 Sự biến đổi thành phần hàm phụ thuộc vào kích thước hạt thời gian nghiền với nguyên tố Ni [17] 19 viii Hình 2.11 Sự so sánh ảnh tán xạ ngược tổ chức tế vi hỗn hợp nghiền học hợp kim hóa Al thực tế mơ hình hóa tổ chức tế vi lý thuyết hỗn hợp nghiền giai đoạn bắt trung gian [17] 20 Hình 2.12 Sự so sánh ảnh tán xạ ngược tổ chức tế vi hỗn hợp nghiền học hợp kim hóa Al thực tế mơ hình hóa tổ chức tế vi lý thuyết hỗn hợp nghiền giai đoạn cuối [17] 20 Hình 2.13 Mối quan hệ độ dày tới hạn phần tử TM RE chọn cho Al-TM-RE (TM = Ni, Co, Fe, RE = Ce, Y, La, Gd) [12] 25 Hình 2.14 Ảnh hưởng tỷ số bi-bột đến độ cứng bột [17] 26 Hình 2.15 Sự thay đổi đường kính hạt trung bình theo thời gian nghiền [17] 28 Hình 2.16 Cân động pha vơ định hình hệ Ni10Zr7 sử dụng máy nghiền hành tinh [17] 30 Hình 2.17 Sự phát triển pha vơ định hàm phụ thuộc vào thời gian nghiền mức cường độ nghiền khác [17] 31 Hình 2.18 Đồ thị nghiền để nguyên tử hóa hồn tồn sử dụng máy nghiền rung [17] 31 Hình 2.19 Sự biến đổi độ cứng Vickers tỉ số cường độ đỉnh mẫu nén đẳng tĩnh nóng Ti3Al/TiAl [17] 32 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm 33 Hình 3.2 Cân điện tử số DH-8068 (20g sai số 0.001g) 34 Hình 3.3 Máy nghiền hành tinh hệ thống tang nghiền làm nguội nước 35 Hình 3.4 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X Siemens D5000 diffractometer 36 Hình 3.5 Mơ tả q trình nhiễu xạ - định luật Bragg 37 Hình 3.6 Thiết bị phát xạ trường JSM - 7600F 38 Hình 3.7 Thiết bị phân tích nhiệt vi sai Setaram Labsys Evo S60/58988 39 Hình 3.8 Máy phân tích cấp hạt laser LA-960 40 Hình 4.1 Đặc trưng nhiễu xạ bột kim loại nguyên liệu ban đầu 41 Hình 4.2 Đặc trưng nhiễu xạ tia X Al82Fe16Ni2 sau 5h 42 Hình 4.3 Đặc trưng nhiễu xạ tia X hợp kim Al82Fe16Ni2 q trình hợp kim hóa 42 Hình 4.4 Đặc trưng nhiễu xạ tia X Al82Fe14Ni2Y2 sau 5h nghiền ban đầu 43 Hình 4.5 Đặc trưng nhiễu xạ tia X Al82Fe14Ni2Y2 60h nghiền 44 Hình 4.6 Đặc trưng nhiễu xạ tia X Al82Fe12Ni2Y4 sau 5h nghiền ban đầu 45 Hình 4.7 Đặc trưng nhiễu xạ tia X Al82Fe12Ni2Y4 sau 100h nghiền 45 Hình 4.8 Kết phân tích cấp hạt Al82Fe16Ni2 sau 60h 46 Hình 4.9 Kết phân tích cấp hạt Al82Fe14Ni2Y2 sau 60h 47 ix