So sánh đặc tính của phương pháp thiêu kết và ép nóng.. Các giai đoạn khác nhau theo th i gian cờủa cơ chế Orovan khi chuyển động l ch t trái qua ph i ệừả .... Độ ứ c ng Vickers của comp
Lý do l a ch tài
ng (Cu) là kim lo i có tính d n, dn nhit tc ng dng r ng rãi trong v t li u k thu b c ng và kh chu mài mòn không cao làm h n ch kh d ng c a chúng Vì v y, v n
n c nhi u nhà nghiên c u v v t li u trong và
ng h p kim hóa ho c làm n ch t o vt liu t h p compozit
Trong nhc và công ngh nano nói chung và v t liu nano kim lo i nói riêng phát tri n m nh m ng ch t o các nanocompozit n n kim lo i (NMMCs) siêu nh , siêu b n, siêu c
ng nhu ci v i v t li u Chúng không ch c i thi n
tính ch b c ch), tính ch t v t lí
d d n nhii cho vt li u các thu c tính m i
u so v i v t li u kim lo i truy n th b d n
n, d n nhi t trong nh tính cao, ch u nhi t t t và b n nn
Cu b ng các h t nano TiC là m ng nghiên c u r t có tri n v ng V m t
, tính ch t c a NMMCs còn ph thu c m nh vào s phân b , liên k t gi a n n - c t V i compozit c t h p nh m b o các tính ch n kim b
a ch t ng h p NMMCs n n Cu c t nano TiC
n kim b t truy n th ng cho s n ph m v i t tr ng
x p còn khou này h n ch tính ch c và tính dn c a v t li c i thi n tính ch t c a v t li công ngh
c ch ch t o compozit Cu- c So v i
:luy n kim b t, th n hay t ng h p t lan
u nhi ng, r ti n và có kh ng qui mô s n xu t l n K t h v i p p thiêu k t n plasma ta có quy trình t s n xu t v t li u compozit n n kim lo i vào nhu c u th c ti n c a v t li u, v i mong mu n làm sáng t m t s lý thuy t c a công ngh , v Nghiên c u ch t o h v t li u Cu-TiC b ng ứ ế ạ ệ ậ ệ ằ phương pháp nghiền cơ họ c và thiêu k ết xung điệ n plasma c l a chn gi i quy t trong b n lu n án này
M a lu
Ma b n lu nh quy trình công ngh ch t o vt liu compozit Cu-TiC thông qua n pha t p nano TiC và công ngh t ch o nhm m r ng kh ng d ng c a compozit n c m
T ng quan v compozit n n kim lo i (MMCs) và compozit c t kích
Nghiên c u ch nghi c t t o c u trúc compozit TiC phân b u trên n n Cu
Nghiên c u tính ch t và t chc c a nano-compozit Cu-TiC d ng b t
Nghiên c u ch thiêu k t: nhi thiêu k t, th i gian gi nhi t, t c
Kho sát tính ch- lý c a v t li u compozit d ng kh i
Khái ni m v compozit n n kim lo i
Compozit n n kim lo i là lo i v t lit kim loc kt h p v i v t li ng không ph i là kim lo cho ta v t li u m i có nh c tính k thu t h p d n riêng c tài quan tâm ca r t nhi u nhà nghiên c u trong c, trong s công trình công b
Compozit nng, compozit d ng l p, compozit d n t t,
c nano, kim lo i x p vi mô và compozit sinh h c
n xu t và ng d ng r ng rãi Chúng ch y u bao g m s i g m ho c c t h t v i n n là kim lo i nh M t s v t l u k thuc công nh g m kim lo i WC-Co có tính cht c t g n so v i v t li u c t g t truyn thng [5]
Các dng g c a MMCs bao g m các v t li p kim cùng tinh k ng, h p kim hóa b n phân tán b ng oxit, h p
m n i b t c n v c duy trì trong su t quá trình gia công [6] và ngay c khi nhi cao
y, có th n kim lo i (MMCs) là v t li u t hp gia hai ho c m t vài c u t t m t c u t là kim lo i ho c h p kim S k t h c thi t k Các c u t ít ho c không hòa tan vào nhau
MMCs nt công ngh c bi i thi n hi u su khí, trang b quân s tiên ti n t ng l c phát tri n nguyên v t li u Trong quá trình phát tri n này, tính kinh t c c i thi n và kh i hóa m r t qu c k a t th nhng kinh nghic trong sn xut, k thu t và các ng du ph c v cho quân s ] [7
T i l i chi phí thêm thng, nguyên li thi k vt t lilà do các lý do sau:
- d ng cách thi t k v t li có th m r ng ranh i các thugi n c a nhóm v t li u chính M t ví d h i riêng c a kim lo nh bi E chia cho t tr (E này là m hi d ng, trong các ng d ng k t c u gi i h - n d ng t n bi i h - n trng c a các thành ph n tuy n tính
i b c Hi n nay, các v t li u kim lo i k thut và h p kim chính có giá tr g n gi 26 MJkg-1
t qua gi i h n này trong v t li u kim lo i là thay th m t ph n b ng các pha
c hình thành t nh ng nguyên t kim lo i, v i các nguyên t c a các nguyên t trong b ng h ng tu n hoàn Mendeleev có liên k th t ch t ch v i nhau Ví d là các g 2 O3, B4O, SiC ho c các d ng thù hình c a cacbon (ví d
- Lý do th hai, công ngh t c mng th tích oxit hoc cacbit thêm vào m t s kim lo i quan tr ng S t là m t v t li u n n
ng th y và d k t h p v i r t nhi u các cacbit, nitrit ho c (hi b và khí oxy hòa tan trong kim lo i l ng Còn nhôm l ng,
c l i không hòa tan cacbon thêm cacbit vào nh ng kim lo i này là t u này x y ra
cho nhôm v i các oxit ho c nitrit Hay nói cách khác, công ngh MMCs n nhôm, mangan hong có kh o ra nhng c u trúc và tính ch u trúc và tính ch t c a h p kim s t [4]
- Lý do th ba là m t s m thy MMCs mà ht ít kim lo i: m t s pha, m t s g c bi t, có nh ng tính ch t t d ng m n ho c siêu m n Có th y r ng, g m s th c micro bng kh t g c tính d n nhi t r t t t Cacbon
y, d ng m n nó r t b n, c ng và d n nhi t r t t Mang nhm này vào các pha không kim lo i d ng mi, dng t m, màng ho c h t) trong v t li m c a n n
Tht v y, kim lo i d n t ng, b ng ch u v i môi
MMCs th n s k t h p t hi t gia tính chc và tính ch t v t lí c a v t li u So v i h p kim cùng thành ph n, MMCs cho tính d n nhi t và d n cao, kh ng mài mòn t i nh ng kh c nghi t c a môi
ng, tính chp và chng th b n m i và kh
ng n t v t b c v i h p kim và h s giãn n nhit (CTE) th p Ví d n bi B4C có th p th neutron trong ph n ng h t nhân Do n n kim lo và ch i n hình b ng v t li u g m s ) có tính ch hn, nhi t và v t lý khác nhau r t l n, nên tính ch t c a MMCs có th thay
i trong d i r ng gi a kim lo i và v t li u g m s i vi c ch tc bi t và cho phép ng d ng v t li mt ph m vi r ng Ví d tính cht nhi n có th i t ph m vi kim lo i sang ph m vi ceramic b u ch nh thành ph n theo th tích ch n, thù hình và s phân b m t cách h p lý [7]
Trong hai th p k qua MMCs c ng d ng nhi i hóa Nhng ng d ng quan tr ng c a MMCs vào h thng b (ôtô và tàu h a), v t li u nhi , các ngành công nghip s n xu t, gi h t n nhihi c tính k t c u cao, ch u mài mòn t t, tính d n nhi n t t Nhi u v thách thc v m t k thuc kh c ph t nn - cu chnh và phân b thành ph n n n c t k ch t c tính b n hóa hc và x lý b m t Hi n nay, MMCs là m t khoa h c công ngh v t li u m i, m t khác nó còn là ngành công nghi p quan tr c phát tri n c vê chi u sâu và b r ng [7]
V t li c ch t o t hai c u t n và c t M i c u t có m t vai trò và tính ch t v t o ra
6 m v t li u có tính ch t t ng h p, t p ht p các tính chm c a các c u t thành ph n
Tùy vào m d ng thì có lo i v t li u n ch t o vt liu k t c u, c u t n ng là các v t li b n riêng cao, t ng nh tr
titan, nhôm, magiê và các h p kim c ng yêu c u v v t liu b n nóng, v t li u ch ng s d ng v t li u n n là các kim lo i có nhinóng chp kim c a chúng, r t ít khi s d ng các h p ch s t làm v t li u n b n riêng nh và d b ôxi hóa
R t nhi u các ng d ng c a v t lic tìm hi u và nghiên c u trên th gic th hi n qua vi c s d ng l n các v t li u n n kim loi và vt lic hóa b n Các v t li u n n Ag, Al, Be, Co, Cu, Fe, Mg, Ni
c s n xut và s d ng r ng rãi
n n nhôm và h p kim c m là t trng nh, ch n t, công ngh ch t c ng d ch t o piston Compozit n n titan và h p kim titan do có t ng nh tr b n riêng, mô
i l n (80÷100 GPa), chu mài mòn tc s d ng nhi u n l c, tuabin, cánh máy nén
Các lo i n b ng b ng các h t
c tính ch t trung gian gi a h p kim c c quan tâm nghiên c u và n xu t (hãng ASEA- u qu kinh t và m r c t g t c a thép gió c n
Hiên nay, DRA chi m t ng kh ng ln nht trong th ng (chim 69% t ng kh ng s n ph m c a MMCs) MMCs n ng chi m 25% t ng s n ph m trên th ng và m t kh c s n xu t trên n n s t và titan [8]
Compozit n ng và hng do có kh n nhi t t t nên
c s d ch t o thi t b i nhi t và thi t b nhi
7 này vc dùng ch y s n xu t v t li i than, tim
n do có kh d n t t Bên c c s d ng trong các lo i b c t
c, hình dáng và cách s p x p c a c t vào n n mà c t
c chia làm ba lo i: c t s i - râu, c t h t, c t c u trúc Trong th c t ng s d ng compozit n n kim lo i c t h t Compozit c t h t còn g i là compozit hoá bn phân tán, to ra các ch n s i v trí c a các c u t trong v t li u C t là các h t nh i cao, nhi nóng ch y cao, kh ng riêng nh tác v i n t: Al2O3, B4C, BeO, C, graphite, Mo, NbC, SiC, TaC, TiB, TiB2, TiC, W và WC Khng riêng ln nht trong nhóm s n ph m này là SiC, ti p theo Al2O3 và TiC [50] Hu h t các v t li u MMCs s d ng r ng không liên t c, m c dù có các ng d ng cho MMCs v i graphite s i, SiC và s i Al2O3
C t h t Al2O3 có nhi nóng ch y cao, t ng nhtr c ng cao Ct h c ng cao, ch u nhi t t t, ch ng u mài mòn t t, có tính bán d n, nhi nóng ch 3 SiC, Al2O3 là v t li u quan trng nh t trong t o g m công nghi p ch
C c b c s d ch t o d ng c c t và các chi ti t tron C t s ng s d ng là các lo i s i, râu c a các nguyên t hay các ch t có nhi nóng ch
Khái ni m v nanocompozit n n kim lo i
Nguyên lý hóa b n c a NMMCs c t h t
M u c b n c a v t li u b ng cách gic c a h t b t hóa b n cho nên vi c xem xét lý thuy t hóa b n phân tán là c n thi t t nguyên t c chung c a vi c hóa b n chính là s c n tr c a l ch S có m t c a pha phân tán trong n kh ng l i bi n d ng d o c a v t li a hóa b n b ng pha phân tán trong v t li u Ta c n phân bi t rõ hóa b n phân tán và bi n c ng phân tán (hay còn g i là s hóa già) Khi hóa già các h t phân tán s c tit ra t dung d ch r n và ph thu c nhi t H p kim hóa già ng thái cân tr b ng gi nh, khi nhi n nh s chuy n sang m t c u trúc khác, chuy n hóa thành pha cân b icùng hòa tan vào trong n n t o thành dung d ch r i v i hp kim hóa b n b ng pha phân tán, pha
i n n và t n t i trong n n c nhi cao Tính
p hoàn toàn c a pha phân tán cùng v i n ng hp kim lo i n n có oxít khó nóng ch y ho c kim lo i th hai không hòa tan Ví d h p kim h - Ag ng h p hóa b i v i hai pha không hòa tan vào nhau, s phân b pha phân tán trong n n ngay c khi nhi i, lý do này có th gi
Các pha phân tán không khu ch tán vào pha n v n chuy n ch d n tích t c l i các h t ti t ra trong h p kim hóa già khi nhi l n lên tích t l i khi nâng cao nhi b ng quá trình khuy ch tán
Tính nh nhing h c c a các h t phân tán không gi ng nhau nh
ép s d hóa b n v t li b n c a h p kim hóa già ch nhi t i 0,5Tnc Trong khi h p kim hoá b n phân tán có th làm vi c
nhi cao c th i b nhi cao
Hình 2.2 Sự phụ thuộc ứng suất bên trong tạo thành xung quanh cốt hạt vào khoảng cách
Trong hp kim hóa b n b ng pha phân tán các h t hóa b d ng c n tr chuy ng c a l ch S c n tr này làm cho l ch chuy ng có th là c t, có th di chuy n vòng qua h t hóa b n ng h p khi mà m ng tinh th c a h t k h t c v i m ng tinh th c a n n thì m t c a l ch có th t Ntính k t h p c u trúc c a n n v i các h thì xung quanh các h t s xut hi mn t ng ng su t c a l cho các l ch có th ng ng su t này, c n ph i
ng ng su t c n mng j- eff c thc hin trên hình 2.2
Khi xu t hi ng ng su t xung quanh h t có th ng kính d c a h ng kính hi u d ng d ff các h t r n phân tán giá tr G.b (G - t, b - i n các l ch có th chuyng trong m ng tinh th c a h t, ng su t vào cn ph i b n giá tr s j - j S phân chia b m t c a h t và n
t, n u các h t có c u trúc tr t t thì bên trong nó b m c
c t ng mà nó c n cho c ng h s xu t hi n biên gi bên ngoài do c u trúc h t tr t t S d ch
12 chuyi vi c t o thành c p l c th hin qua hình 2.3
Hình 2.3 Sự tạo thành mặt phẳng mới trên ranh giới hạt nền và bề mặt ranh - giới pha ngược (đường ) khi lệch cắt qua các hạt có cấu trúc ổn định -
ng h p này tr l c có tr s nh i vì biên gi i pha
c xu t hi n sau l n qua c a l ch th nh t, nó bi n m i tác d ng c a l ch ti p theo và tr t b t u l c khôi ph c Hi ng c t các h t mà h th t c a nó không phù h p v i h th t c a n n, s x p ch ng này s kích thích m nh t h t c a h t ng su t riêng c a l ch c n ph i l n ng su t d ch chuy n t h i ch c a n n có th b h p th xu t hi n m t l n n m t phía khác c a h t Trong chng mc i v i quá trình gi c y), và nó ch nhng h t không k t h p r t bé so v ng kính 10-6 mm
ng su t ch ng l i s t là r t l n khi các h t k t h p x y ra Khi các ph n t k t h p vng ng su t l n ho c khi các h t không k t h p có chi u
ng không c t ngang mà l n s c n tr d ch chuy n l ch c a n n Phù h p v ng l ch ôm vòng các h t không b c t và b u ncong a cho t i khi các ph n lân c n c a l ch không gi b lôi kéo và không b h y c minh ha :
Hình 2.4 Các giai đoạn khác nhau theo thời gian của cơ chế Orovan khi chuyển động lệch từ trái qua phải
Lng i l ch Ving su t t có th biu th qua m i quan h sau:
Mô hình Oroval mô t m t cách g ng su t S ng sut ch u c a bi n d ng d o (vùng d o t vi) S hóa b n khi bi n d ng l là do vi c xu t hi n các vòng l n ho c t o thành l ch b sung
nhi th p v i các h ng ng su t mu là i l ch Oroval, chúng d ch chuy n khi xut hi n cân b u này mô t n t xon
t qua theo chi u ngang c ng ng su i l ch di d i trong mt ngang và cu i cùng b t t
ng h p khi các h t phân tán không gây ra s xu t hi n trong n n c ng ng su t bi n d ng, có th có m t khác c a l qua các h phân tán v i s t t ngang c c b trên các l t, nh ng c u t
14 xo c t o thành mà chúng b u n cong khi g p nhau b hút và b y t o nên
Hình 2.5.Sự tạo thành các vòng khuyến lăng trụ do kết quả của hai sự trượt qua (a - h) của vòng khuyến lêch xuất hiện, tương ứng với cơ chế Orovan (đối với lệch biên)
Hình 2.6.Sự uốn của các hạt khi trượt qua trong quá trình tạo thành a, vòng khuyến lăng trụ ủ ệch và trượ c a l t b, v ng khuy n cỏ ế ủa hai lưng kính
n chú ý r ng các biên gi i c a pha có th là ngu n phát ra l ch, ngay c khi bi n d ng nh khi quá trình hóa b n x y ra nhi p Vith c kho sát các quá trình x y ra nhi p bth n t
c giá tr gi i h n phù h p v ng kính dk: nh ng h t
ng kính l c l ch, còn v i các h t có
ng kính nh b l ch c t (hình 2.7)
Hình 2.7 Sự thay đổi ứng suất dịch chuyển khi cắt đứt (s ) với sự tạo thành bộ đôi lệch (p ) và khi đi vòng (o ) phụ thuộc vào đường kính hạt d
Trong c ng h p nêu trên quá trình x y ra v ng tiêu hao là nh nhng kính t i h n c a h c tính theo công thc sau:
: G M - Môđun trượ ủt c a n n ề τ kt - ng suỨ ất trượ ớ ạt t i h n b - Véc tơ Bugger
Qua công thng kính t i h n d k t l ngh ch v i ng su t t i h n
thu c vào c u trúc c a pha hóa b n, d ng liên k t và ng su t biên gii pha gi a pha hóa b n và n n V i m t s ôxit, cacbit kim lo i và h t không
16 k t h p, giá tr t quá 10-n 10-5 mm còn thông
ng là 10-4 mm Các k t qu này khi áp d ng cho các h p kim thiêu k t ta thy nó phù h p v i các giá tr c nghi th m.
Hình 2.8 Sơ đồ tương tác lệch và pha thứ 3 [1]
Trong vt liu nanocompozit, các ph n t c t hóa b n trong n n kim lo i d o b bao b c b i l ch và tr thành các kh i bi n d ng trong các n n Khi trên m t c a mình l ch g p ph n t hoá b n, nó có th t qua tr ng i b ng cách c t h t hot L ch có th c các ph n t hóa b n b ng cách c t ngang theo hình 2.8 M t ph ng l ch trong n n và h ng không trùng nhau, do v y s d ch chuy n c a l ch qua h t gây nên s n d bi ng l n trong m ng Khi c t qua h t xu t hi c chuy n và s tích t c a các mng ph Do v y s c t qua các h t b i các l ch c n m ng ln s hóa b cho v t li u C t h t x y ra khi l ch
ng: h t d ng c u, nh , li n m ng, m m Hóa b n trong v t li u ph thu c vào kho ng cách gi a các ph n t ng kính c a h t d và t phn th tích c a c t V B :
ng h y ra khi l ch không th xâm nh p vào h t (li n m ng, l n mà không ho c ít li n m ng, nh mà c ng và l
ng l ch s u n cong gi a các h t v i bán kính (L-d)/2 r
17 l i các vòng l ch bao quanh h Orowan ng su t c n thi l ch u n quanh h t ph thu c vào b n ch t, s c L y gii h i c a ng su t c n thi m r ng nút m ng, gi i h n ch y c a n n là G M /1000, gii h n trên s là G M /30 Thay vào công th Bruger c hóa b n hi u qu khi kho ng cách c a các ph n t n m trong kho B c ph n t phân
c t s m chuy n ti p gi ng v i kích c t i h n c a pha c t dth Do v y, s l a ch n s l n c a d quynh và v i d>d th, s u n, còn d