Nghiên cứu hiệu ứng nhớ hình của hợp kim nền ni ti

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tên đề tài NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHỚ HÌNH CỦA HỢP KIM NỀN Ni-Ti Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8.44.01.04 Học viên thực hiện: Lý Thị Phƣơng Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Viết Báu GS.TS Nguyễn Huy Dân THANH HÓA – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Thanh Hóa, tháng 10 năm 2021 Ngƣời cam đoan Lý Thị Phƣơng i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến PGS.TS Lê Viết Báu, trường Đại học Hồng Đức GS.TS Nguyễn Huy Dân, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô, đặc biệt thầy cô Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Khoa Khoa học Tự nhiên, Phòng quản lý sau Đại học trường Đại học Hồng Đức, bạn bè người thân động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Luận văn tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02-2019.344 Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam với đề tài mã số ĐLTE00.03/20-21 Thanh Hóa, tháng 10 năm 2021 Học viên Lý Thị Phƣơng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận Kết đạt Cấu trúc luận văn Ý nghĩa khoa học luận văn: Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHỚ HÌNH 1.1 Hiệu ứng nhớ hình dạng hợp kim 1.2 Cấu trúc tinh thể 1.3 Cơ chế biến đổi pha hợp kim nhớ hình 1.4 Các tính chất SMA: 11 1.4.1 Hiệu ứng nhớ hình: 11 1.4.2 Độ đàn hồi giả: 14 1.4.3 Đặc tính giảm chấn: 15 1.5 Quá trình phát triển nghiên cứu hợp kim nhớ hình 16 1.6 Ứng dụng hợp kim nhớ hình 19 1.6.1 Ứng dụng hàng không vũ trụ 19 1.6.2 Ứng dụng động ôto 20 1.6.3 Ứng dụng y khoa 21 1.6.4 Ứng dụng chế tạo Robot 22 iii Chƣơng 2: KỸ THUẬT THỰC NGHỆM 23 2.1 Một số phương pháp chế tạo hợp kim nhớ hình 23 2.1.1 Nóng chảy: 23 2.1.2 Xử lý nhiệt: 24 2.1.3 Luyện kim bột: 24 2.1.4 Phun nhiệt: 25 2.1.5 Chế tạo màng mỏng: 25 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu sử dụng 26 2.2.1 Chế tạo mẫu khối 26 2.2.2 Chế tạo mẫu băng 28 2.3 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất 30 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 30 2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 31 2.3.4 Phương pháp đo ứng suất-biến dạng 32 2.3.5 Phương pháp đo độ cứng Vickers 33 2.3.6 Phương pháp đo ăn mòn điện hóa 34 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1.1 Cấu trúc mẫu 35 3.2.2 Tính chất học hợp kim Ni-Ti 40 3.2.3 Khả chống ăn mòn hợp kim Ni-Ti 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu AS: Nhiệt độ bắt đầu pha austenite T: Khoảng nhiệt độ biến hình : Bán kính ngun tử trung bình Af: Nhiệt độ kết thúc pha autennites ci : Phần trăm nguyên tử nguyên tố thứ i Ecorr: Điện ăn mòn icorr: Mật độ dòng ăn mòn Md: Nhiệt độ mà martensite khơng cịn sinh ứng suất Mf: Nhiệt độ kết thúc pha martensite MS: Nhiệt độ bắt đầu pha martensite n: Thứ tự nguyên tố hợp kim R: Tốc độ nguội ri : Bán kính nguyên tử nguyên tố thứ i δ: Sự khác kích thước ngun tử θ: Góc nhiễu xạ tia X ζf Ứng suất cuối trạng thái ổn định ζs: Ứng suất ban đầu Danh mục chữ viết tắt CAM: Cu- Al-Mn CGV: Chevron hình học biến đổi DSC: Nhiệt lượng quét vi sai FDA: Cục Quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ FM: Sắt từ FMAN: Fe-Mn-Al-Ni v FNCATB: Fe-Ni-Co-Al-Ta-B HIP: Ép đẳng áp nóng HV: Độ cứng MEMS: Hệ thống vi điện tử MIM: Đúc phun kim loại MIS: Phẫu thuật xâm lấn tối thiểu MSMA: Hợp kim nhớ hình theo từ tính - Magnetic shape memory alloy NCMI: NiCoMnIn PM: Thuận từ RT: Biến đổi ngược SEM: Hiển vi điện tử quét SMA: Hợp kim nhớ hình - Shape Memory Alloy SME: Hiệu ứng nhớ hình - Shape Memory Effect UAV: Máy bay không người lái nhỏ VAR: Hồ quang chân khơng VĐH: Vơ định hình XRD: Nhiễu xạ tia X - X-ray diffraction vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông tin pha quan sát trình biến dạng Bảng 2.1: Ký hiệu mẫu tỷ lệ thành phần %mol nguyên tố mẫu (với A = Cr, Co, Nb Hf) 27 Bảng 3.1 Độ cứng Vicker mẫu nghiên cứu hợp kim entropy cao khác 40 Bảng 3.1 biểu diễn kết đo độ cứng mẫu hợp kim 41 Bảng 3.2 Sự khác kích thước nguyên tử (δ %) mẫu 42 Bảng 3.3 Các giá trị độ bền kéo, biến dạng kéo modul đàn hồi mẫu hợp kim 43 Bảng 3.4: Bảng thơng số điện hóa mẫu hợp kim dung dịch muối NaCl 3.5% 44 vii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Hình 1.1 Hiệu ứng nhớ hình dạng hợp kim [2] Hình 1.2 Sự biến đổi pha hợp kim nhớ hình dạng NiTi [5], [20] Hình 1.3 Cấu trúc pha ban đầu B2 (a), pha orthohombic B19, pha monoclinic martensite B19' Hình 1.4 Hình ảnh chuyển pha từ B2 (pha P) sang R hợp kim Ni-Ti [21] Hình 1.5: Giản đồ pha hệ Ni-Ti Hình 1.6 Giản đồ chiều dịch chuyển theo sức căng Hình 1.7 Hai chế trượt (a) kết cặp (b) 10 Hình 1.8 Quá trình song tinh martensite biến dạng 11 Hình 1.9: Biểu đồ ứng suất-biến dạng-nhiệt độ vật liệu nhớ hình 12 Hình 1.10 Đường cong ứng suất-biến dạng hợp kim Ni-Ti nhiệt độ khác 13 Hình 1.11 Giản đồ pha đường tải giả đàn hồi (trái) chu trình tải giả đàn hồi (phải) 14 Hình 1.12 Sự phụ thuộc nhiệt độ hệ số giảm chấn (trái) suất đàn hồi (phải) tần số 13Hz sức căng thang 10-4 16 Hình 1.13 Lịch sử trình phát hợp kim nhớ hình 19 Hình 1.14 Một số ứng dụng hợp kim nhớ hình y-sinh: Ống nong động mạch, neo xương, niềng 21 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu hồ quang 26 Hình 2.2 a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) bơm hút chân không, (2) buồng nấu mẫu, (3) tủ điều khiển, (4) bình khí Ar, (5) nguồn điện; b) Ảnh bên buồng nấu: (6) điện cực, (7) nồi nấu, (8) cần lật mẫu 27 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh đơn trục 28 Hình 2.4 Thiết bị phun băng nguội nhanh ZGK-1 (trái): (1) bơm hút viii chân không, (2) buồng mẫu, (3) nguồn phát cao tần; Bên buồng tạo băng (phải): (4) trống quay, (5) vòng cao tần, (6) ống thạch anh 28 Hình 2.5 Thiết bị Equinox D5000 30 Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử qt HITACHI S-4800 31 Hình 2.7 Thiết bị phân tích nhiệt vi sai DSC 32 Hình 2.8 Thiết bị đo ứng suất-biến dạng 32 Hình 2.9 Thiết bị đo độ cứng Vickers 33 Hình 2.10 Thiết bị đo ăn mịn điện hóa 34 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X đo nhiệt độ phòng mẫu băng hợp kim chế tạo 36 Hình 3.2 Đường cong DSC mẫu S2 (a), S4 (b), S5 (c) S6 (d) đo theo chiều tăng nhiệt độ 37 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu S3 đo 60, 80 100oC 38 Hình 3.4: Ảnh SEM bề mặt không tiếp xúc trống quay mẫu băng hợp kim S2, S4, S5 S7 40 Hình 3.5 Đường cong ứng suất biến dạng mẫu 42 Hình 3.6 Đường cong phân cực anot mẫu hợp kim dung dịch muối NaCl 3.5% 43 ix 2.3.6 Phương pháp đo ăn mịn điện hóa Khả chống ăn mòn mẫu khảo sát phép đo đường cong phân cực anôt (potentiodynamic polarization) Thiết bị đo điện hóa sử dụng hệ ba điện cực: Điện cực làm việc (W): mẫu hợp kim; Điện cực so sánh (R): điện cực Ag/AgCl/Cl- bão hòa (ESHE = 0,197 V) Điện cực đối (C): điện cực Pt Các phép đo điện hoá tiến hành dung dịch NaCl 3,5% với độ pH 7,14 nhiệt độ 36,5 ± 1°C Điện mạch hở (Eocp) đo 30 phút Các đường cong phân cực từ -0,25 V đến +0,5 V so với điện mạch hở (Eocp) với tốc độ quét mV/ s Phép đo ăn mịn điện hóa (hình 2.10) thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Hình 2.10 Thiết bị đo ăn mịn điện hóa 34 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.1 Cấu trúc mẫu Như chương trình bày, hệ hợp kim Ni-Ti có ba chuyển pha cấu trúc khác xảy Trong pha martensitic, hợp kim NiTi có cấu trúc đối xứng thấp tương ứng với kiểu cấu trúc B19’ Trong pha austenitic, NiTi có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có tính đối xứng cao tương ứng với kiểu cấu trúc B2 Pha martensite đặc trưng tinh thể giống dạng kim xếp theo hình xương cá Pha austenite thường có độ cứng cao pha martensite mềm hơn, dễ uốn có ứng suất thấp Trong số trường hợp, pha trung gian R với cấu trúc hình thoi có độ biến dạng độ trễ nhiệt độ thấp xuất hợp kim giàu Ni pha thêm số nguyên tố khác vào hợp kim, ví dụ trường hợp pha thêm Fe [23] Hình 3.1 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X đo nhiệt độ phòng mẫu băng hợp kim chế tạo Hình 3.1(a) cho thấy giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu S1 xuất hai vạch nhiễu xạ vị trí góc 2θ khoảng 44o 62o Các vạch nhiễu xạ phù hợp với pha B2 (ICDD PDF 00-018-0899), có cấu trúc thuộc hệ cubic với số mạng a ~ 2,99 Å, nhóm đối xứng khơng gian Pm3m Trong hai mẫu S2 S3 có cấu trúc kiểu B19’ (ICDD PDF 00-027-0344), có cấu trúc thuộc hệ monoclinic (a ~ 2,89 Å; b ~ 4,12 Å; c ~ 4,62 Å β ~ 96,8o), nhóm đối xứng khơng gian P21/m Cả hai pha B2 B19’ pha cấu trúc thường gặp pha martensite Hình 3.1(b) cho thấy giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu S4 có dấu hiệu đồng tồn hai pha B2 B19’ Trong mẫu S5, S6 S7 thể đặc trưng pha B2 Đỉnh đặc trưng pha B2 mẫu S4-S7 có dáng điệu hồn tồn khác so với mẫu S1 Có thể pha B2 mẫu tồn dạng nano tinh thể Tuy nhiên, đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho pha B2 mẫu S4, S5, S6 S7 có xu hướng dịch phía góc 2θ nhỏ tương ứng với A = Cr, Co, Nb Hf Sự dịch 35 vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha B2 mẫu cho có liên quan đến tăng bán kính ngun tử nguyên tố Cr, Co, Nb Hf pha thêm vào hợp kim Việc pha thêm nguyên tố Zr, Cu, Cr, Co, Nb Hf vào hợp kim không làm thay đổi số mạng, cải thiện tính mà cịn tạo hệ hợp kim có entropy cao đồng thời thể hiệu ứng nhớ hình dạng vùng nhiệt độ cao Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X đo nhiệt độ phòng mẫu băng hợp kim chế tạo Hình 3.2 trình bày đường cong DSC mẫu S2, S4, S5 S6 đo theo chiều nhiệt độ tăng dần Ta thấy rõ đường cong DSC mẫu xuất đỉnh tỏa nhiệt Các đỉnh tỏa nhiệt xảy nhiệt độ 65oC; 505oC; 624oC 632oC tương ứng với mẫu S2; S4; S5 S6 36 Hình 3.2 Đƣờng cong DSC mẫu S2 (a), S4 (b), S5 (c) S6 (d) đo theo chiều tăng nhiệt độ 37 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu S3 đo 60, 80 100oC Hình 3.3 trình bày minh họa giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu S3 đo nhiệt độ 60, 80 100oC Trong thí nghiệm này, mẫu băng dán lên Pt loại keo dẫn nhiệt Thanh Pt có vai trò bếp đốt dùng để gia tăng nhiệt độ cho mẫu Do vậy, giản đồ nhiễu xạ mẫu có xuất vạch nhiễu xạ đặc trưng Pt Trong vùng nhiệt độ 60oC, chưa quan sát thấy thay đổi giản đồ nhiễu xạ vật liệu Điều có nghĩa là, cấu trúc B19’ vật liệu hoàn toàn ổn định khoảng nhiệt độ thấp 60 oC Tuy nhiên, nhiệt độ mẫu cao 60oC, giản đồ nhiễu xạ xuất thêm vạch nhiễu xạ có cường độ mạnh vị trí góc 29,5; 42 61 o Các vạch tương ứng với pha B2 bàn luận Điều có nghĩa xảy chuyển pha cấu trúc tinh thể vật liệu khoảng nhiệt độ từ 60oC đến 80oC Kết hợp kết phân tích DTA nhiễu xạ tia X, cho đỉnh tỏa nhiệt 65oC quan sát đường cong DSC mẫu S2 đặc trưng liên quan đến chuyển pha cấu trúc từ B19’ sang B2 Kết phù hợp với kết thu Swiec cộng [26] nghiên cứu chuyển pha cấu trúc hệ hợp kim NiTi 38 Một điều thú vị pha thêm nguyên tố Zr, Cu, Cr, Co, Nb Hf vào hợp kim NiTi, quan sát thấy dấu hiệu liên quan đến chuyển pha cấu trúc vùng nhiệt độ cao (khoảng 500 - 650oC) Cụ thể, chuyển pha từ cấu trúc B19’ sang cấu trúc R xảy 505 oC sau tiếp tục chuyển từ cấu trúc R sang cấu trúc B2 525oC mẫu S4; chuyển pha từ cấu trúc B2 sang cấu trúc B19’ 624 oC 632oC mẫu S5 S6 tương ứng Theo Frenzel cộng [10], thay đổi hàm lượng Ni hợp kim gây ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất quan trọng cần thiết cho chuyển đổi martensitic phục hồi biến dạng Do đó, ảnh hưởng tỷ lệ thành phần nguyên tố hợp kim nên cấu trúc, SME đặc trưng tính chúng chủ đề cần nghiên cứu tỉ mỉ Từ kết nghiên cứu cho thấy mẫu làm nóng đến nhiệt độ dẫn đến biến đổi cấu trúc martensitic-austenitic vật liệu Đây điểm hệ hợp kim nhớ hình dạng Do đó, hiệu ứng nhớ hình dạng gọi hiệu ứng nhớ nhiệt Nhằm kiểm chứng SME mẫu chế tạo, lựa chọn số mẫu tiêu biểu gồm S1, S2 S3 Ban đầu, nhiệt độ phịng, mẫu có dạng phẳng Chúng tơi tác dụng lực tạo biến dạng cho chúng Các mẫu sau biến dạng đặt bếp đốt để gia tăng nhiệt độ Sự thay đổi hình dạng mẫu nhiệt độ tương ứng ghi nhận Đối với mẫu S4-S8, nhiệt độ chuyển pha cấu trúc chúng cao (>500oC) nên cần phải có thiết bị chuyên dụng quan sát thay đổi hình dạng (SME) chúng nhiệt độ cao Tổ chức tế vi mẫu S2 HESMAs S4, S5 S7 thể hình 3.4 kết tổ chức tế vi hoàn toàn phù hợp với kết phân tích ảnh nhiễu xạ tia X mà nhóm tiến hành nghiên cứu trước [6] Đối với mẫu S2, ta quan sát thấy rõ ràng biên giới hạt kích thước hạt khoảng từ (3-4) μm Điều cho thấy mẫu kết tinh hoàn toàn Đối với mẫu HESMAs trình kết tinh gần không xảy 39 xảy phần khơng quan sát biên giới hạt Sự khác tổ chức tế vi mẫu ảnh hưởng tới tính chất chúng nghiên cứu phần sau Hình 3.4: Ảnh SEM bề mặt không tiếp xúc trống quay mẫu băng hợp kim S2, S4, S5 S7 3.2.2 Tính chất học hợp kim Ni-Ti Bảng 3.1 Độ cứng Vicker mẫu nghiên cứu hợp kim entropy cao khác Mẫu Độ cứng (HV) Tài liệu tham khảo S2 398 Luận văn S4 856 Luận văn S5 708 Luận văn S6 674 Luận văn S7 583 Luận văn Ti40Zr10Ni40Co5Cu5 409 [4] Ti25Zr25Ni16.67Co16.67Cu16.67 538 [4] Ti30Zr10Hf10Ni30Co10Cu10 526 [4] 40 Bảng 3.1 biểu diễn kết đo độ cứng mẫu hợp kim Ta thấy mẫu S2 có độ cứng đạt 398 HV Sau pha thêm nguyên tố vào hợp kim NiTi ta thấy độ cứng mẫu hợp kim tăng đáng kể 500 HV Mẫu S7 có độ cứng thấp 583 HV cịn mẫu S4 có độ cứng cao 856 HV Mặt khác, thay nguyên tố Co, Nb, Hf, Cr, Cu Zr cho Ti Ni vị trí nút mạng tinh thể ban đầu dẫn tới biến dạng mạng tinh thể Điều đồng nghĩa với việc hình thành xơ lệch mạng dẫn tới tính mẫu cải thiện Sự biến dạng mạng tinh thể nghiêm trọng hệ nhị nguyên giả (TiZrHf)50 (NiCoCu)50 HEA coi lý chúng thể độ cứng cao nhiều giá trị giá trị liên kim loại B2 nhị nguyên thông thường Sự xô lệch biến dạng mạng tinh thể hình thành khác kích thước nguyên tử (δ) nguyên tố hợp kim δ xác định cơng thức [29]: δ= (1) Trong đó: δ khác kích thước nguyên tử (%) n thứ tự nguyên tố hợp kim ci phần trăm nguyên tử nguyên tố thứ i ri bán kính nguyên tử nguyên tố thứ i [17] bán kính ngun tử trung bình với Bảng 3.2 cho thấy giá trị khác kích thước nguyên tử (δ), giá trị độ cứng mẫu hợp kim entropy cao có xu tăng δ tăng lên Điều chứng minh biến dạng mạng tinh thể dẫn tới cải thiện tính hợp kim Các kết nghiên cứu trước cho thấy tương đồng độ cứng hợp kim entropy cao so với kết nghiên cứu liệt kê Bảng 3.2 41 Bảng 3.2 Sự khác kích thƣớc nguyên tử (δ %) mẫu Samples S2 S4 S5 S6 S7 δ (%) 4,33 9,66 9,62 9,08 10,25 Các đường cong ứng suất-biến dạng mẫu nghiên cứu thể hình 3.3 Các giá trị độ bền kéo, biến dạng kéo modul đàn hồi liệt kê bảng 3.3 Qua hình 3.5 cho thấy đường cong ứng suất biến dạng có vùng rõ ràng: vùng vùng đàn hồi tuyến tính; vùng vùng phá hủy Hình 3.5 Đƣờng cong ứng suất biến dạng mẫu Vùng đàn hồi tuyến tính vùng vật liệu có khả tự hồi phục sau q trính dỡ tải, tức sau trình dỡ tải vật liệu có khả quay trạng thái ban đầu hồn toàn phần, vùng phá hủy vùng tải trọng lớn vật liệu chịu trước hình thành vết nứt tế vi dẫn tới mẫu bị phá hủy Có thể thấy với đường cong ứng suất-biến dạng mẫu hợp kim không xuất vùng biến dạng dẻo Điều giúp mẫu ứng dụng rộng rãi vật liệu nhớ hình trình biến dạng dẻo phá vỡ liên kết nguyên tử trượt lệch 42 Bảng 3.3 Các giá trị độ bền kéo, biến dạng kéo modul đàn hồi mẫu hợp kim Biến dạng kéo (%) 0,8 Modul đàn hồi (MPa) S2 Độ bền kéo (MPa) 106,3 S5 399,5 0,692 275,4 S6 234,9 0,854 241,9 S7 669,2 0,899 288,2 Ký hiệu mẫu 56,4 Ta thấy hợp kim entropy cao S5, S6, S7 có độ bền kéo, biến dạng kéo modul đàn hồi cao so với mẫu S2 Các giá trị độ bền kéo modul đàn hồi mẫu S2, S6, S5, S7 tăng từ 106,3 MPa (S2) đến 669 MPa (S7) 56,4 MPa (S2) đến 288,2 (S7) Tuy nhiên, biến dạng kéo mẫu tăng không đáng kể từ đạt giá trị 0,8 %, 0,692%, 0,854%, 0,899% ứng với mẫu S2, S5, S6, S7 Điều chứng minh dựa hình thành pha austenite pha martansite giải thích Bên cạnh đó, khác kích thước bán kính ngun tử (δ) mẫu nguyên nhân dẫn tới cải thiện tính Cụ thể mẫu hợp kim entropy cao có δ cao hẳn so với mẫu S2 3.2.3 Khả chống ăn mòn hợp kim Ni-Ti S2 S4 S5 -0.4 Logi (mA) -0.8 S6 S7 -1.2 -1.6 -2 -2.4 -2.8 -3.2 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 E (V) -0.3 -0.2 -0.1 Hình 3.6 Đƣờng cong phân cực anot mẫu hợp kim dung 43 dịch muối NaCl 3.5% Hình 3.6 biểu diễn đường cong phân cực anot cho SMAs đo dung dịch nước NaCl 3,5 wt.% Điện ăn mòn Ecorr mật độ dịng ăn mịn icorr tính phương pháp ngoại suy Tafel đưa bảng 3.4 Ta thấy điện ăn mịn mẫu có xu hướng tăng lên từ -670 mV đến -330 mV tương ứng với mẫu S2, S7, S6, S5 S4 mật độ dòng ăn mòn chúng giảm từ giá trị 2,62 x 10-5 xuống 2,03 x 10-5 A/cm2 Điều có nghĩa khả chồng ăn mịn điện hố mẫu hợp kim HESMAs môi trường NaCl 3,5 % tăng lên đáng kể so với hợp kim NiTi (S2) Đối với hơp kim HESMAs mẫu S4, S5, S6 S7 có tăng điện ăn mịn lớn (từ -580 mV đến -330 mV) mật độ dòng ăn mịn có xu hướng giảm Bảng 3.4: Bảng thơng số điện hóa mẫu hợp kim dung dịch muối NaCl 3.5% Mẫu icorr (A/cm2) Ecorr (mV) S2 2.62 x 10-5 -670 S4 2,63 x 10-5 -330 S5 2,1 x 10-5 -370 S6 2,35 x 10-5 -480 S7 2,03 x 10-5 -580 44 KẾT LUẬN Một số hợp kim Ni-Ti chế tạo nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, hiệu ứng nhớ hình dạng Kết tồn pha martensite ứng với kiểu cấu trúc B19’ pha austenite ứng với kiểu cấu trúc B2 Sự chuyển pha cấu trúc từ B19’ sang B2 khoảng nhiệt độ 60-80oC quan sát kỹ thuật nhiễu xạ tia X nhiệt độ cao kỹ thuật DSC Khi pha thêm nguyên tố Zr, Cu, Cr, Co, Nb Hf, thu hợp kim Ni-Ti có điểm chuyển pha cấu trúc xảy vùng nhiệt độ cao (khoảng 500-650oC) Đồng thời quan sát thấy dấu hiệu chuyển pha trung gian B19’-R-B2 mẫu S4 (có pha thêm Zr, Cu Cr) Hiệu ứng nhớ hình dạng số mẫu quan sát cách trực tiếp vật liệu bị đốt nóng Các q trình hình thành pha khác biệt kích thước nguyên tử (δ) ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc, tính chất học ăn mòn chúng Tất tính chất học khả chống ăn mòn hợp kim tăng cường cách bổ sung nguyên tố nghiên cứu Độ cứng hợp kim tăng dần từ 583 HV đến 856 HV thêm nguyên tố theo thứ tự Hf, Nb, Co Cr Độ bền kéo, biến dạng kéo mô đun đàn hồi đồng thời đạt cực đại 669,2 MPa, 0,899% 288,2 MPa, tương ứng, Hf thêm vào hợp kim 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Abdelmoneim El Naggar and Maged A Youssef (2020), "Shape memory alloy heat activation: State of the art review", AIMS Materials Science, (7), pp.836-858 [2] Buehler W.J., Gilfrich J.V., Wiley R.C (1963), "Effect of low-temperature phase changes on the mechanical properties of alloys near composition TiNi", Appl Phys, (34), pp.1475 [3] Chekotu J C., Groarke R., O’Toole K., and Brabason D (2019), "Advances in Selective Laser Melting of Nitinol Shape Memory Alloy Part Production", Materials, (12), pp.809 [4] Chen H C, Chen J Y, Shen J Y (2020), "Microstructure and Mechanical Properties of (TiZrHf)50(NiCoCu)50 High Entropy Alloys", Met Mater Inter, (26), pp.617-629 [5] Cismasiu C (2010), "Shape Memory Alloys", Published in Croatia [6] Dan H N., Thanh D T., Thanh T P., Ngoc H N., Nuoi D D., Yen H Y., Dai V P (2019), “Investigation of Shape Memory Effect in Ni-Ti Based Alloys”, pp.152-155, Proceedings of The 10th National Conference of Solid State Physics and Materials Science, Quy Nhon University [7] Dimitris C Lagoudas (2008), Shape Memory Alloys: Modeling and Engineering Applications, Springer [8] Duerig T.W., Melton K.N., Stoeckel D., Wayman C.M (1990), Ngineering Aspects of Shape Memory A11oys, Butterworth-Heinemann [9] Firstov G.S., Kosorukova T.A., Koval Y.N., Odnosum V.V (2015), “High entropy shape memory alloys”, Materials Today: Proceedings 2S, pp.S499-S504 [10] Frenzel J., George E P., Dlouhy A., Somsen C., Wagner M F X., and Eggeler G (2010), "Influence of Ni on martensitic phase transformations in NiTi shape memory alloys", Acta Mater, (58), pp.3444 [11] Gallardo Fuentes J M., Gümpel P., & Strittmatter J (2002), "Phase Change Behavior of Nitinol Shape Memory Alloys", Advanced 46 Engineering Materials, (4), pp.437-452 [12] Jani J M., Leary M., Subic A., Gibson M A (2014), "A review of shape memory alloy research, applications and opportunities", Materials & Design, (56), pp.1078 [13] Johnson A.D and Martynov V.V., Proceedings (1997), International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies, pp 149, Pacific Grove, California [14] Johnson W.A., Domingue J.A and Reichman S.H., J de Physique, “Coll C4, Tome 42”, Supp 12, p C4-285 [15] Kainuma, R (2018), "Recent Progress in Shape Memory Alloys", Materials Transaction, (59), pp.327331 [16] Kajiwara S., Kikuchi T, Ogawa K., Matsunaga T and Miyszaki S (1997), Proceedings, pp.155, International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies ,Pacific Grove, California [17] Kneissl A.C., Unterweger E., Bruncko M., Lojen G., Mehrabi K., Scherngell H (2008), Microstructure and properties of NiTi and CuAlNi shape memory alloys, pp.89-100, Association of Metallurgical Engineers of Serbia (MJoM) [18] Krulevitch P., Ramsey P.B., Makowiecki D.M., Lee A.P., Johnson G.C and Northrup M.A (2018), Proceedings, pp 25, International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies, Pacific Grove, California [19] Lee J.H., Lee H.W., Ahn J.G., Chung H.K and Song K (1999), Proceedings, pp.33 International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies, Antwerp, Belgium [20] Lobo P S., Almeida J., Guerreiro L (2015), "Shape memory alloys behaviour: A review", Procedia Engineering, (114), pp.776 [21] Mantovani D (2000), "Shape Memory Alloys: Properties & Biomedical Applications", JOM, (52), pp.36-44 [22] Miyazaki S., Kimura S., Takei F., Miura T (1983), “Otsuka K and Suzuki Y”, Scripta Metall, (17), pp.1057 47 [23] Saedi S (2017), Shape Memory Behavior of Dense and Porous NiTi Alloys Fabricated by Selective Laser Melting, Ph.D Thesis, University of Kentucky, Lexington, KT, USA [24] Shaw, J A., Churchill, C B., & Iadicola, M A (2018), "Tips and tricks for characterzing shape memory alloy wire: Part 1- Differential scanning calorimential and basic phenomena", Experimental Techniques, (32), pp.55-62 [25] Sickinger A and Teter J.P (1999), Proceedings, MRS Fall Meeting [26] Swiec P., Zubko M., Lekston Z., Stroz D (2025), “Proceeding of the XXIII Conference on Applied Crystallography”, Krynica Zdroj, Poland, (9), pp.20-24 [27] Wipf H., Dietz M., Aslanisdis D., Serneels A and Mooreleghem W van (1999), Proceedings, International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies, pp 375 Antwerp, Belgium [28] You L., Chung C.Y., Han X.D and Gu H.D (1997), Proceedings, International Conference on Shape Memory and Super elasticity Technologies, pp 189, Pacific Grove, California [29] Zhang Y., Zhou Y., Lin J., Chen G., Liaw P (2018), "Solid-solution phase formation rules for multi-component alloys", Adv Eng Mat, (10), pp.53453 48