Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu đàn hồi hệ NiTi

Header Page of 89 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu tôi, số liệu kết trung thực chưa công bố công trình sở khác dạng luận án Footer Page of 89 Header Page of 89 ii LỜI CẢM ƠN Tác giả uận án xin ch n thành cảm ơn Th y giáo iệu án kim oại Viện hoa h c ô giáo ộ môn h c vật thuật vật iệu Viện Đào tạo Sau Đại h c, Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nội đ ng nghiệp đ tạo m i u kiện thuận ợi đóng góp ý kiến qu áu cho tác giả suốt trình h c tập hoàn thành uận án Để có kết nghiên cứu này, cố gắng nỗ lực thân, tác giả xin t ng iết ơn s u sắc nh t đến Th y giáo hướng d n khoa h c: ng TS S TS Tr n V n guy n Đặng Thủy – ộ môn h c vật iệu án kim oại đ tận t nh đ nh hướng hướng d n tạo u kiện tốt nh t gi p đ tác giả suốt thời gian h c tập hoàn thành uận án Tác giả xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu đ tài Khoa h c Công nghệ c p Bộ m số -01- ) đ gi p đ tác giả có số liệu thực nghiệm, hoàn thành luận án Tác giả xin ch n thành cảm ơn gi p đ , tạo u kiện bạn bè; động viên, tạo m i u kiện v vật ch t, tinh th n gia đ nh người thân suốt thời gian h c tập hoàn thành uận án Tác giả xin chân thành cảm ơn m i gi p đ qu áu Thanh Footer Page of 89 Header Page of 89 iii MỤC LỤC Đ i ii iii UV V T T T vii ác từ viết tắt vii ác k hiệu vii NG BIỂU ix Đ T x Đ U ựa ch n đ tài c đ ch đ tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu hương pháp nghiên cứu ngh a khoa h c thực ti n đ tài hững kết đạt điểm đ tài ố c c uận án T T U V T U S U Đ iTi V iới thiệu chung v vật iệu siêu đàn h i Vật iệu siêu đàn h i n n đ ng Vật iệu siêu đàn h i n n sắt Vật iệu siêu đàn h i iTi n n iTi T nh h nh nghiên cứu chế tạo ứng d ng vật iệu siêu đàn h i iTi xốp 10 T nh h nh nghiên cứu chế tạo ứng d ng vật iệu iTi xốp giới 10 T nh h nh nghiên cứu chế tạo vật iệu iTi xốp Việt am 11 Yêu c u vật iệu iTi xốp ứng d ng àm miếng đệm đốt sống nh n tạo 12 ác phương pháp chế tạo vật iệu iTi xốp 12 hế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp thiêu kết thông thường thiêu kết chân không 13 hế tạo vật iệu iTi xốp hế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp hợp kim hóa h c 13 ng phương pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truy n 14 Footer Page of 89 Header Page of 89 iv hế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp thiêu kết xung plasma 15 hế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp p nóng đẳng t nh 15 ựa ch n phương pháp đ xu t sơ đ công nghệ chế tạo vật iệu iTi xốp với u kiện th nghiệm Việt am 17 ết uận chương 18 S T UY T V T V T US UĐ iTi 19 thuyết iến dạng vật iệu siêu đàn h i 19 huyển iến pha vật liệu siêu đàn h i 19 iệu ứng nhớ h nh 24 n ng siêu đàn h i 25 ột số yếu tố ảnh hưởng đến t nh ch t h c vật iệu siêu đàn h i iTi 28 nh hưởng t ệ hóa h c i Ti 28 nh hưởng phương pháp chế tạo 29 nh hưởng độ xốp 30 nh hưởng x sở nhiệt 30 thuyết phương pháp S S chế tạo vật iệu 31 iới thiệu chung v phương pháp S S 31 hiệt động h c t nh n đ nh phương pháp S S 33 ác thông số công nghệ ảnh hưởng đến phản ứng S S 38 ch thước hạt an đ u hỗn hợp ột ch t phản ứng 38 Sự n n chặt hỗn hợp ột an đ u ch t phản ứng 45 nh hưởng hàm ượng ch t pha o ng 46 hiệt độ nung sơ ộ 48 hương pháp m i a k ch hoạt phản ứng 50 uá tr nh hoạt hóa h c hỗn hợp ột an đ u 52 ết uận chương 53 V T T U 55 hương pháp nghiên cứu 55 hương pháp xác đ nh thành ph n pha vật liệu 55 hương pháp xác đ nh độ xốp vật iệu đóng ánh độ xốp sản ph m nhận sau phản ứng SHS 56 Footer Page of 89 Header Page of 89 v hương pháp xác đ nh thay đ i hình thái hạt bột trước sau tr nh hoạt hóa h c, phân bố lỗ xốp c u trúc lỗ xốp 57 hương pháp xác đ nh tính ch t h c vật liệu NiTi xốp nhận sau phản ứng S S sau x nhiệt 57 hương pháp so sánh đối chứng 59 hương pháp ph n t ch nhiệt vi sai 60 Thiết chế tạo vật iệu 60 Thiết phối liệu 60 3.2.2 Thiết b trộn đ ng đ u hóa thành ph n thiết b hoạt hóa h c hỗn hợp ột i – Ti 61 3.2.3 Thiết b ép đóng ánh hỗn hợp bột i-Ti an đ u 63 3.2.4 Hệ thống thiết b phản ứng SHS 63 Thiết ph c v tr nh chế tạo m u vật iệu iTi xốp 65 ết uận chương 66 U T V T US UĐ iTi X 67 Vật iệu an đ u 67 ột i Ti an đ u 67 4.1.2 Tính toán phối liệu 68 4.1.3 Hoạt hóa h c/trộn đ ng đ u hóa thành ph n 68 p đóng ánh nung sơ ộ 70 4.2 Phản ứng SHS 71 Trường hợp m u hỗn hợp ột ch trộn đ ng đ u hoạt hóa h c với thời gian tMA < 1,5h 71 4.2.1.1 Hiện tượng 71 4.2.1.2 Kết phân tích thành ph n pha 73 Trường hợp m u hỗn hợp bột an đ u hoạt hóa h c thời gian tMA  1,5h) 78 4.2.2.1 Hiện tượng 78 4.2.2.2 Kết phân tích thành ph n pha 80 4.2.3 Độ xốp, hình thái lỗ xốp sản ph m vật iệu iTi sau phản ứng SHS 83 4.2.3.1 Mặt cắt, mặt g y sản ph m vật iệu iTi xốp chế tạo ng phương pháp SHS 83 Độ xốp vật iệu iTi xốp chế tạo ng phương pháp S S 87 ết uận chương 91 Footer Page of 89 Header Page of 89 vi Đ T T T T V T U iTi X V S 93 ác t nh ch t h c vật iệu iTi xốp chế tạo ng phương pháp SHS – MA 93 5.1.1 Các tính ch t h c vật iệu iTi xốp chế tạo ng phương pháp S S – MA không x lý nhiệt 93 5.1 – ác t nh ch t h c vật iệu có x iTi xốp chế tạo ng phương pháp S S nhiệt 97 Đánh giá khả n ng siêu đàn h i vật liệu NiTi xốp chế tạo ng phương pháp SHS – MA 101 5.2.1 Kết phân tích ph XRD 101 ết ph n t ch nhiệt vi sai 104 So sánh kết đạt với kết đ công ố giới 109 ác kết so sánh v độ xốp k ch thước ỗ xốp 109 So sánh v t nh ch t h c 112 ng d ng chế th miếng đệm đốt ưng nh n tạo từ vật iệu iTi xốp chế tạo ng phương pháp S S – MA 116 5.4.1 Miếng đệm đốt sống nh n tạo yêu c u 116 hế th miếng đệm đốt sống nh n tạo 119 ết uận chương 122 K T LU N 124 TÀI LI U THAM KH O 126 T Đ U 132 133 Footer Page of 89 Header Page of 89 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT C Nitinol: ợp kim iTi Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory) SHS: hản ứng nhiệt độ cao tự an truy n Se f-propagating High-temperature Synthesis) ợp kim hóa h c MA: echanica oying) Thiêu kết ch n không Vacuum Sintering) VS: SMAs: Vật iệu nhớ h nh Shape Memory Alloys) Đông đặc nhanh RS: apid So idification) p nóng đẳng t nh Hot Isostatic Pressing) HIP: CF-HIP: p nóng đẳng t nh Capsule Free-Hot Isostatic Pressing) CS: Thiêu kết thông thường Conventional Sintering) SPS: Thiêu kết xung p asma Spark Plasma Sintering) actenxit g y nên ởi ứng su t (Stress-Induced Mactenxit) SIM: hản ứng trạng thái rắn Solid State Reaction) SSR: Đ c án MIM: ng Melting Injection Mold) MA: oạt hóa h c Mechanical Activation) EDX: h tán sắc n ng ượng tia ơn-ghen (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) SEM: nh hiển vi điện t qu t Scanning ectron XRD: h nhi u xạ tia ơn-ghen (X-ray Diffraction) DSC: h n t ch nhiệt vi sai Đ ifferentia Scanning a orimetry) : Đại h c Bách Khoa PTN: Phòng thí nghiệm C A: Pha Austenit M: Pha Mactenxit B2: 9’: iểu mạng ập phương iểu mạng đơn nghiêng Mt : Song tinh Mactenxit Md : Song tinh actenxit iến dạng Ms: hiệt độ đ u actenxit Mf: hiệt độ kết th c actenxit Footer Page of 89 icrocopy) Header Page of 89 viii As: hiệt độ đ u ustenit Af: hiệt độ kết th c ustenit s: ng su t đ u iến dạng song tinh f: ng su t kết th c iến dạng song tinh M s : hiệt độ đ u chuyển iến actenxit có tải tr ng tác d ng) M f : hiệt độ kết th c chuyển iến actenxit có tải tr ng tác d ng) A s : hiệt độ đ u chuyển iến ustenit có tải tr ng tác d ng) A f : hiệt độ kết th c chuyển iến ustenit có tải tr ng tác d ng) Mf: ng su t đ u chuyển iến actenxit nhiệt độ xác đ nh) Ms: ng su t kết th c chuyển iến actenxit nhiệt độ xác đ nh) Af: ng su t đ u chuyển iến ustenit nhiệt độ xác đ nh) As: ng su t kết th c chuyển iến ustenit nhiệt độ xác đ nh) T: hiệt độ t a phản ứng Tc: hiệt độ cháy Tig: hiệt độ m i T0: hiệt độ môi trường Tp: hiệt độ nung sơ ộ Tad: hiệt độ đoạn nhiệt a k ch hoạt phản ứng k: Độ d n nhiệt keff: Độ d n nhiệt hiệu d ng Cp : hiệt dung riêng : T tr ng V: Tốc độ an truy n sóng cháy tốc độ cháy) E: ng ượng hoạt hóa cho phản ứng R: ng số kh tưởng D0: ệ số khuếch tán Deff: ệ số khuếch tán hiệu d ng r0: ch thước hạt kim oại an đ u rr: ch thước hạt kim oại không : Footer Page of 89 Độ xốp chảy ng Header Page of 89 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU B ng 1.1 Một số tính ch t h c ản vật iệu siêu đàn h i iTi đặc B ng 1.2 t nh khả n ng ph c h i iến dạng vật iệu iTi có độ xốp 8÷60% B ng 2.1 Một vài hợp ch t điển h nh chế tạo ng phương pháp S S 33 B ng 3.1 T nh n ng k thuật kính hiển vi điện t quét Hitachi S-4800 58 B ng 4.1 Chế độ hoạt hóa h c hỗn hợp bột i-Ti an đ u 68 ết so sánh độ xốp sản ph m vật iệu siêu đàn h i iTi xốp đ tài uận án thực với công ố trước đ y s d ng phương pháp S S) 109 So sánh khác phương pháp chế tạo vật iệu iTi xốp 111 Footer Page of 89 ch thước miếng đệm x có mặt phẳng song song 118 ch thước miếng đệm x có mặt phẳng không song song 118 ch thước miếng đệm 118 Header Page 10 of 89 x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tháp chuông với dây ch ng ứng x vật iệu siêu đàn h i n n sắt Hình 1.2 Giản đ trạng thái Ni – Ti nh c u tr c tế vi vật iệu NiTi xốp Hình 1.4 Sơ đ tr nh chế tạo vật iệu iTi xốp b ng phương pháp thiêu kết thông thường thiêu kết chân không 13 Hình 1.5 Sơ đ tr nh chế tạo vật liệu NiTi xốp b ng phương pháp hợp kim hóa h c 14 Hình 1.6 Sơ đ tr nh chế tạo vật iệu iTi xốp b ng phương pháp phản ứng nhiệt độ cao tự lan truy n 15 Sơ đ tr nh chế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp thiêu kết xung plasma 16 Sơ đ tr nh chế tạo vật iệu iTi xốp ng phương pháp p nóng đẳng t nh 17 Hình 1.9 Đ xu t sơ đ công nghệ chế tạo vật iệu S S– iTi xốp b ng phương pháp kết hợp u kiện th nghiệm Việt am 17 Đường cong ứng su t – biến dạng vật liệu siêu đàn h i 19 iTi c u tr c ustenit pha iTi c u tr c actenxit 9’ vật liệu siêu đàn h i 20 iểu di n hiệu ứng nhớ hình vật liệu siêu đàn h i thể tr nh iến dạng song tinh actenxit ch t tải 21 iểu di n hiệu ứng nhớ hình vật liệu siêu đàn h i nung nóng không tải 22 Nhiệt độ chuyển biến pha có tải 22 Đường ch t tải hiệu ứng siêu đàn h i 23 Biểu đ ứng su t – biến dạng siêu đàn h i 24 iểu đ ứng su t – biến dạng – nhiệt độ vật liệu nhớ hình NiTi 25 Giản đ pha hai đường tải tr ng siêu đàn h i 26 Chu trình ch t tải siêu đàn h i 27 Hình 2.11 nh hưởng thành ph n Ni (% nguyên t ) đến nhiệt độ chuyển biến pha c u tr c actenxit Footer Page 10 of 89 s vật liệu siêu đàn h i NiTi 28 Header Page 135 of 89 119 5.4.2 C m ua kết thực nghiệm ph n t ch nhận th y nhiệt độ nung sơ ộ thời gian hoạt hóa h c ảnh hưởng r t ớn đến khả n ng xảy phản ứng khuếch tán i Ti tạo pha iTi mong muốn Đ ng thời nhiệt độ nung sơ ộ c n ảnh hưởng trực tiếp đến t ng độ xốp h nh thái ỗ xốp sản ph m vật iệu ác kết thực nghiệm c ng cho th y m i m i iTi nhận a k ch hoạt phản ứng S S với nhiệt độ a ựa ch n cố đ nh Tig = 2000 th : hản ứng S S i Ti xảy d dàng nh t thời gian hoạt hóa h c tMA = h Để đảm ảo độ xốp t ệ ỗ xốp hở k ch thước ỗ xốp ph n ố ỗ xốp đ ng đ u mặt g y ngang d c m u nhiệt độ nung sơ ộ ựa ch n Tp = 300 ph hợp nh t hiệt độ x sản ph m vật iệu iTi xốp nhận sau phản ứng S S ựa ch n Tn = 500 thời gian h c ng đem ại t nh ch t h c tốt nh t V vật iệu siêu đàn h i pháp kết hợp S S – chế độ có độ xốp t iTi xốp chế tạo ng phương ệ ỗ xốp hở k ch thước ỗ xốp ph n ố ỗ xốp c ng t nh cho ph p đảm ảo yêu c u vật iệu ứng d ng nh vực y sinh Từ uận án đ xu t quy tr nh công nghệ chế tạo th nghiệm miếng đệm đốt sống nh n tạo từ vật iệu siêu đàn h i pháp S S h nh iTi xốp chế tạo ng phương ố ệ t t t Ni t ệ – 50%Ti b t t Gia công ơb rb ệ ơb (Tp = 300C) tr d = 20mm h = 40÷45mm ệ SHS (Tig = 2000C) ế ệ t ốt ệt Tn = 500C; tn = 4h ật ệ ố nh h ố Gia công t ỉ h NT ố Footer Page 135 of 89 h h h h ằ đ h h đố số SHS – MA h Header Page 136 of 89 120 u sản ph m vật iệu siêu đàn h i iTi xốp nhận sau tr nh phản ứng S S u kiện có h nh dạng k ch thước h nh u m u nở ph ng theo chi u ngang chi u hướng k nh) mà ch có t ng chi u dài d c tr c sóng cháy an truy n) tương tự kết th nghiệm trước đ y siêu đàn h i iTi xốp h u hết không chảy ng ph a đ u m i ảnh hưởng nhiệt độ cháy ớn đ triệt tiêu xốp c ng c p u kiện ác m u sản ph m vật iệu a k ch hoạt phản ứng ác m u sản ph m vật iệu iTi tưởng để chế tạo th nghiệm m u miếng đệm đốt sống nh n tạo tiêu chu n nh Sả h Th Nh sê đ h h hồ N T ố đ họ MA = h; sơ ộ Tp = 300C; Nh độ 25 ự độ h ằ đ h p = 40MPa; k hh h h SHS-MA: Tig = 2000C 25 11 11 11 11 6° đ a nh h B -0911 h h đ b đ đố số Sau chế tạo phôi m u vật iệu siêu đàn h i công kh máy cắt d y T h h B -0911 [68] iTi xốp tiến hành gia h c vật iệu án kim oại trường Đ BKHN) để đạt h nh dạng k ch thước theo m u miếng đệm đốt sống nh n tạo tiêu chu n yêu c u ác m u miếng đệm đốt sống nh n tạo ựa ch n chế tạo th nghiệm theo tiêu chu n hàng Footer Page 136 of 89 iorthex nc anada à: -0911 m u -0911 [68] Header Page 137 of 89 121 (có k ch thước h nh u miếng đệm nh n tạo ) Đ y m u miếng đệm đốt sống ưng nh n tạo - có mặt phẳng song song ch ng s d ng để thay cho miếng đệm đốt sống người đoạn thẳng sống ưng đoạn không ảnh hưởng nhi u ởi c i xuống thể người vận động Trong m u miếng đệm nh n tạo tương đối nh m khoảng 6 - có mặt nghiêng so với mặt ngang góc óc nh g i góc n ưng Đ y m u miếng đệm s d ng thay miếng đệm đốt sống người v tr ch u ảnh hưởng nhi u thể vận động ng a c i người nh H h a B -0911 b B -0911 đ đố số h s Sau gia công thô máy cắt d y h nh kh ê 3) m u phôi miếng đệm đốt sống nh n tạo tiếp t c gia công tinh ch nh đạt h nh dạng h nh 5.34 ết cuối c ng tr nh gia công kh đ nhận miếng đệm đốt sống nh n tạo tương tự tài iệu đ công ố [ tạo trước đ y Footer Page 137 of 89 8] v miếng đệm đốt sống nh n Header Page 138 of 89 122 đ đố số h PLB002-0911 s kh h hỉ h đ đố số h PLB004-0911 s kh h hỉ h nh 34 H h đ đố số h gia công đ h h h sau h hỉ h K Các tính ch t h c sản ph m vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp nhận sau chế tạo ng phương pháp kết hợp SHS – MA sau: * Khi m u không x nhiệt: Mức độ biến dạng < 3,0 ph c h i biến dạng khoảng 1,2%) H u hết m u th đ u b nứt, b v trình biến dạng nén Giới hạn b n nén vật iệu siêu đàn h i NiTi xốp khoảng b = 130÷200MPa, chúng ph thuộc vào độ xốp m u ô đun đàn h i đạt khoảng E = 6,5÷7,8GPa ch ng c ng ph thuộc vào độ xốp m u Đường cong ứng su t – biến dạng xu t điểm chuyển biến tương đối rõ nét, chuyển biến chuyển biến từ pha mạng tinh thể Austenit thành pha iTi c u tr c mạng tinh thể iTi c u tr c 9’ Mactenxit ng su t chuyển iến pha dao động khoảng Ms = 80÷120MPa * Sau x lý nhiệt (ở nhiệt độ Tn = 400÷500C thời gian tn = 4÷5h) t nh vật iệu siêu đàn h i NiTi xốp đ có chuyển biến r rệt: Mức độ biến dạng t ng lên so với trước x lý nhiệt đạt khoảng khả n ng ph c h i biến dạng t ng ên đáng kể, 2,5% so với 1,2%) Sản ph m tương đối dai, d biến dạng h u Footer Page 138 of 89 Header Page 139 of 89 123 hết không b nứt, v sau trình biến dạng Giới hạn b n nén m u t ng ên đáng kể b  a ô đun đàn h i vật iệu có thay đ i không đáng kể khoảng E = 6,1÷7,0GPa ng su t gây nên chuyển biến từ pha iTi c u tr c mạng tinh thể ustenit kiểu mạng ập phương)  pha iTi c u tr c mạng tinh thể 9’ actenxit kiểu mạng đơn nghiêng) khoảng Ms = 85÷130MPa Kết phân tích ph nhi u xạ XRD m u sản ph m iTi sau iến dạng cho th y, tác d ng tải tr ng h c đ có hình thành pha NiTi c u tr c mạng tinh thể 9’ actenxit kiểu mạng đơn nghiêng) từ pha NiTi c u tr c mạng tinh thể Austenit kiểu mạng ập phương) an đ u Chuyển biến thông qua pha trung gian Ni4Ti3 Kết phân tích DSC cho th y có chuyển biến ngược ại từ pha NiTi c u tr c mạng tinh thể 9’ actenxit thành pha iTi an đ u khoảng  ustenit đ nh p c nhiệt đường eat- ow điểm uốn ên phải p c nhiệt kết th c chuyển iến) Af = 47C Kết hợp với đường cong ứng su t – biến dạng khẳng đ nh vật liệu iTi xốp đ tài chế tạo đ thể r n t hiệu ứng siêu đàn h i Các kết phù hợp với công ố lý thuyết thực nghiệm trước đ y v hệ vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp Trên sở ph n t ch đánh giá kết đạt đ tài đ th nghiệm chế tạo miếng đệm đốt sống nh n tạo m u - m u -0911) ết cho th y sản ph m đáp ứng yêu c u ản miếng đệm đốt sống nh n tạo tài iệu đ công ố Footer Page 139 of 89 Header Page 140 of 89 124 KẾT LUẬN ết nghiên cứu uận án đạt được: 1- Vật iệu siêu đàn h i iTi xốp oại vật iệu với t nh ch t đặc iệt n đ u tiên nghiên cứu chế tạo Việt am n đ u tiên phương pháp kết hợp hoạt hóa h c 2- ) phản ứng nhiệt độ cao tự an truy n S S) ứng d ng để chế tạo vật iệu siêu đàn h i iTi xốp Thành tựu thật chưa công ố giới ác kết nghiên cứu ảnh hưởng hoạt hóa h c đến phản ứng S S ch t ượng sản ph m vật iệu đ n m S công ố ội ngh quốc tế STS n thứ t chức iTi xốp ng cốc Thái an 3- uận án xác đ nh thông số công nghệ ch nh mi n khảo sát để chế tạo vật iệu siêu đàn h i iTi xốp ng phương pháp S S – MA Đ àm r ảnh hưởng thông số công nghệ đến tr nh S S – t nh ch t ản vật iệu siêu đàn h i iTi xốp từ đ đưa chế độ công nghệ chế tạo ph hợp: - Thành ph n vật iệu an đ u i– Ti t nh theo m hạt ột Ti khoảng hạt ột i khoảng nguyên t ); k ch thước m; - Thời gian hoạt hóa h c th ch hợp đảm ảo phản ứng S S i Ti xảy n đ nh à: tMA  1,5h; - p ực p đóng ánh khối m u iTi an đ u: p p = 40÷120MPa; - hiệt độ nung sơ ộ khối m u iTi sau p đóng ánh à: Tp = 250÷600 ; nhiệt độ m i a k ch hoạt phản ứng S S Tig  2000C Với thông số công nghệ phản ứng S S ột i ột Ti độ tinh khiết 99,9%) đ xảy hoàn toàn ỗ xốp ph n ố đ ng đ u mặt cắt d c mặt cắt ngang m u có k ch thước khoảng m T ng độ xốp trung siêu đàn h i iTi xốp nhận khoảng nh vật iệu dao động khoảng 7%) t ệ ỗ xốp hở đạt > - ng phương pháp th n n h c ph n t ch ph X ứng su t – iến dạng cho th y m u vật iệu qua x thời gian x thông qua đường cong nhiệt nhiệt độ h có t nh thay đ i mạnh so với m u chưa qua x iến dạng t ng ên đạt khoảng so với khoảng c ng t ng ên đáng kể đạt khoảng so với khoảng  nhiệt: mức độ ); khả n ng ph c h i iến dạng ); giới hạn n n n đạt b > a; điểm chuyển iến pha đ th ứng su t – iến dạng r n t; mô đun đàn h i h u không thay đ i: Footer Page 140 of 89 = GPa; Header Page 141 of 89 ng phương pháp ph n t ch nhiệt vi sai 100 125 với tốc độ nung 10 9’ C  ustenit  pha iTi c u tr c mạng tinh actenxit) c n sau nung nóng đ có chuyển iến pha ngược ại từ pha iTi c u tr c mạng tinh thể 9’ actenxit  pha đ nh p c nhiệt nhiệt độ khoảng 4- nhiệt độ khoảng ph đ xác đ nh được: sau iến dạng đ có chuyển iến pha thuận từ pha iTi c u tr c mạng tinh thể thể S iTi c u tr c mạng tinh thể ustenit) C ng d ng kết nghiên cứu đ chế tạo th thành công hai dạng sản ph m miếng đệm đốt sống nh n tạo m hiệu Footer Page 141 of 89 - -0911) Header Page 142 of 89 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO ệ tế [1] N h ê ệt h hoa h c ông nghệ h p ộ sê đ – 2012 S: hồ h N -Ti; áo cáo t ng kết Đ tài - - ) ội ệ tế [2] A.A.Zenin, A.G.Merzhanov and G.A.Nersisyan; Thermal wave structure in SHS process (by the example of boride synthesis); Dokl Akad Nauk SSSR, 250, 1980, pp 880 [3] A Bansiddhi, T.D Sargeant, S.I Stupp, D.C Dunand; Porous NiTi for bone implants: A review (Riview); Acta Biomaterialia 4, 2008, pp 773 – 782 [4] A Bansiddhi, D.C Dunand; Shape-memory NiTi foams produced by replication of NaCl space-holders; Acta Biomaterialia 4, 2008, pp 1996 – 2007 [5] A.C KNEISSL, E UNTERWEGER, M BRUNCKO, G LOJEN, K MEHRABI, H SCHERNGELL; Microstructure and properties of niti and CuAlNi shape memory alloys; Association of Metallurgical Engineers of Serbia (MjoM), pp 89 – 100 [6] A.D Bratchikov, A.G Merzhanov, V.I Itin, V.N Khachin, E.F Dudarev, V.E Gyunter, V.M Maslov and D.B Chernov; Self-propagating high-temperature synthesis of titanium nickelide; Plenum Publishing Corporation, 1980, pp 5–8 [7] A.G Merzhanov; Combustion processes that synthesize materials; J Materials Processing Technology 56, 1996, pp 222 – 241 [8] A.G Merzhanov, V.M Shkiro and I.P Borovinskaya; U.S Pat No.37226643, 1973 [9] A.K Chaubey, B.K Mishra, N.K Mukhopadhyay, P.S Mukherjee; Effect of compact density and preheating temperature of the Al–Ti–C preform on the fabrication of in situ Mg–TiC composites; J Mater Sci 45, 2001, pp 1507–1513 [10] ACTIPORETM ACF; Cervical Fusion System Anterior Surgical Technique Manual; BIORTHEX Inc (ActiporeTM Technology), CANADA [11] Arvind Varma and Alexander S Mukasyan; Combustion Synthesis of Advanced Materials: Fundamentals and Applications; Korean J Chem Eng., 21(2), 2004, pp.527–536 [12] Arvind Varma and Jean-Pascal Lebrat; Combustion synthesis of advanced materials, Chemical Engineering Science, Vol 47, No 9–11, 1992, pp 2179–2194 [13] B.Y Li, L.J Rong, Y.Y Li, V.E Gjunter; Synthesis of porous Ni–Ti shape-memory alloys by self-propagating high-temperature synthesis: reaction mechanism and anisotropy in pore structure; Act Mater 48, 2000, pp 3895–3904 Footer Page 142 of 89 Header Page 143 of 89 127 [14] B Yuan, C.Y Chung, P Huang, M Zhu; Superelastic properties of porous TiNi shape memory alloys prepared by hot isostatic pressing; Materials Science and Engineering A 438–440, 2006, pp 657 – 660 [15] B Yuan, X.P Zhang, C.Y Chung, M.Q Zeng, M Zhu; A Comparative Study of the Porous TiNi Shape-Memory Alloys Fabricated by Three Different Processes; Metallurgical and Materials Transactions A, Vol 37A, 2006, pp 755 – 761 [16] Bikramjit Basu; Some fundamentals on Spark Plasma Sintering as a processing tool to fabricate Biomaterials; Indian Institute of Technology Kanpur [17] Bing-Yun Li, Li-Jian Rong, Xing-Hong Luo, and Yi-Yi Li; Transformation Behavior of Sintered Porous NiTi Alloys; Metallurgical and Materials Transactions A, Vol 30A, 1999, pp 2753 – 2756 [18] Bing-Yun Li, Li-Jian Rong, Yi-Yi Li, V.E Gjunter; A recent development in producing porous Ni-Ti shape memory alloys; Intermetallics 8, 2000, pp 881–884 [19] C.A Hsu, W.H Wang, Y.F Hsu, W.P Rehbach; Th fi martensite in Cu–11.38wt.%Al–0.43wt.%Be shape memory alloys; Journal of Alloys and Compounds 474, 2009, pp 455 – 462 [20] Christian Greiner, Scott M Oppenheimer, David C Dunand; High strength, low stiffness, porous NiTi with super-elastic properties; Acta Biomaterialia 1, 2005, pp.705–716 [21] Christian Leinenbach; Development and optimization of novel low cost Fe-based shape memory alloys; (http://www.empa.ch/deparments/advanced/joining/metal) [22] Clive Barnes; Shape Memory and Superelastic Alloys: Copper Applications in Innovative Technology [23] C.L Chu, C.Y Chung, P.H Lin, S.D Wang; Fabrication of porous NiTi shape memory alloy for hard tissue implants by combustion synthesis; Materials Science and Engineering A366, 2004, pp 114 – 119 [24] C.L Yeh, W.Y Sung; Synthesis of NiTi intermetallics by self-propagating combustion; J Alloys and Compounds 376, 2004, pp 79–88 [25] C Suryanarayana; Mechanical alloying and milling; Progress in Materials Science 46, 2001, pp – 184 [26] D Helm; Pseudoelastic Behavior of Shape Memory Alloys: Constitutive Theory and fi h Parameters Using Neural Networks; TECHNISCHE MECHANIK, Band 25, Heft 1, 2005, pp 39 – 58 [27] Dimitris C Lagoudas (Editor); Shape Memory Alloys: Modeling and Engineering Applications; Springer, 2008 Footer Page 143 of 89 Header Page 144 of 89 128 [28] D.S Li, Y.P Zhang, X Ma, X.P Zhang; Space-holder engineered porous NiTi shape memory alloys with improved pore characteristics and mechanical properties; J Alloys and Compounds 474, 2009, pp L1 – L5 [29] Elio Sacco; Shape Memory Alloys: Modeling and applications; Dipartimento di Meccanica, Strutture, A & T., University of Cassino [30] GEORGE B KAUFFMAN, ISAAC MAYO; The Story of NiTi: The Serendipitous Discovery of the Memory Metal and Its Applications; THE CHEMICAL EDUCATOR, Vol 2, No 2, 1997, pp – 21 [31] G F Bastin, G D Rieck; Diffusion in the titanium-nickel system: II Calcula-tions of chemical and intrinsic diffusion coefficients; Metallurgical Transactions B, Vol 5, Issue 8, 1974, pp 1827–1831 [32] G.F Bastin, G.D Rieck; Diffusion in the titanium-nickel system: I Occurrence and growth of the various intermetallic compounds; Metallurgical Transactions B, Vol 5, Issue 8, 1974, pp 1817–1826 [33] http://www.mizanmedikal.com/orta_3.htm [34] H Sadiq, M.B Wong, R Al-Mahaidi and X.L Zhao; The effects of heat treatment on the recovery stresses of shape memory alloys; SMART MATERIALS AND STRUCTURES (IOP Publishing), Vol.19, 2010 [35] J.A Puszynski; Thermochemistry and kinetics, in: A.W Weimer (Ed.), Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing; Chapman & Hall, London, 1997, pp 183–228 [36] J.C Hey and A.P Jardine; Shape memory TiNi synthesis from elemental powders; Materials Science and Engineering, A188, 1994, pp 291 – 300 [37] J Frenzel, E.P George, A Dlouhy, Ch Somsen, M.F.-X Wagner, G Eggeler; fl N s h s s s N T sh s; Acta Materialia 58, 2010, pp 3444–3458 [38] J.H YANG, H CHEN, and C.M WAYMAN; Development of Fe-Based Shape Memory Alloys Associated with Face-Centered Cubic-Hexagonal Close-Packed Martensitic Transformations" Part I Shape Memory Behavior; Metalurgical Transactions, Vol 23A, 1992, pp 1731 – 1737 [39] J Laeng, Z Xiu, X Xu, X Sun, H Ru, Y Liu; Phase formation of Ni–Ti via solid state reaction; Phys Scr Vol 129, 2007, pp 250 – 254 [40] John J Moore, H.J Feng; Combustion synthesis of advanced materials; Progres in Materials Science 39, 1995, pp 243–275 Footer Page 144 of 89 Header Page 145 of 89 129 [41] Kashinath C Patil, S.T Aruna, Tanu Mimani; Combustion synthesis: an update; Current Opinion in Solid State and Materials Science 6, 2002, pp 507–512 [42] K Otsuka, X Ren; Physical metallurgy of Ti–Ni-based shape memory alloys; Progress inMaterials Science 50, 2005, pp 511–678 [43] L.G Machado and M.A Savi; Medical applications of shape memory alloys (Review); Brazilian J Medical and Biological Research, Vol 36, 2003, pp 683 – 691 [44] Lixiang Zhang, Zhiguo Wang; Thermal investigation of fabricating porous NiTi SMA by SHS; Exper Thermal and Fluid Science 32, 2008, pp 1255–1263 [45] Maria A Morris; Microstructural influence on ductility and shape memory effect of some modified Cu-Ni-Al alloys; Scripta Metallurgica et Materialia (Pergamon Press plc), Vol.25, 1991, pp 1409 – 1414 [46] Masoud Motavalli, Christoph Czaderski, Andrea Bergamini and Lars Janke; Application of shape memory alloys in civil engineering: Past, present and future; (www.SolidDocument.com) [47] M Adeli, S.H Seyedein, M.R Aboutalebi, M Kobashi, N Kanetake; A study on the combustion synthesis of titanium aluminide in the self-propagating mode; J Alloys and Compounds 497, 2010, pp 100–104 [48] Mehulkumar S Patel; Localized current activated sintering of titanium nickelides; San Diego State University, 2011 [49] M.M Reyhani and P.G McCormick; Mechanical and shape memory behaviour in an Fe–Mn–Si–Cr–Ni alloy; Mater Science and Engineering A, Vol 160, 1993, pp 57–61 [50] M Panico, L.C Brinson; Computational modeling of porous shape memory alloys; International Journal of Solids and Structures 45, 2008, pp 5613–5626 [51] Nimesis Intelligent Materials (www.nimesis.com) [52] NiTi for Medical Devices; AMS INTERNATIONAL [53] P.A Rhein; J Spacecraft and Rockets 6, 1969, pp 1328 [54] P Bassani, P Giuliani, A Tuissi, and C Zanotti; Thermomechanical Properties of Porous NiTi Alloy Produced by SHS; J Materials Engineering and Performance, Vol 18, 2009, pp 594 – 598 [55] P Mossino; Some aspects in self-propagating high-temperature synthesis (Review); Ceramics International 30, 2004, pp 311–332 [56] Reginald DesRoches; Application of Shape Memory Alloys Using OpenSEES; OpenSEES Developer Symposium, Richmond, CA, 2005 Footer Page 145 of 89 Header Page 146 of 89 [57] R Schneevoigt, 130 A Haase, V.L Eckardt, W Harzer, C Bourauel; Laboratory analysis of superelastic NiTi compression springs; Medical Engineering & Physics, Vol 21, No 2, 1999, pp 119 – 125 [58] R Tomasi, Z.A Munir; Effect of particle size on the reaction wave propagation in the combustion synthesis of Al2O3–ZrO2–Nb composites; J The American Ceramic Society 82 (8), 1999, pp 1985–1992 [59] S.A Hosseini, S.K Sadrnezhaad, A Ekrami; Phase transformation behavior of porous NiTi alloy fabricated by powder metallurgical method; Materials Science and Engineering C 29 (2009), pp 2203 – 2207 [60] Sirikul Wisutmethangoon, Nipon Denmud, Lek Sikong and Weerawan Suttisripok; Influence of compaction pressure on the morphology and phase evolution of porous NiTi alloy prepared by SHS technique; Songklanakarin J Sci Technol., Vol 30 (6), 2008, pp 761 – 765 [61] S.K Sadrnezhaad and A.R Selahi; Effect of Mechanical Alloying and Sintering on Ni-Ti Powders; Mater and Manufacturing Processes, Vol 19 No 3, 2004, pp 475–486 [62] S.L Chu, X.J Yang, D.H Fu, L.Y Zhang, C.Y Li, Z.D Cui; Stress – strain behavior of porous NiTi alloys prepared by powder sintering; Materials Science and Engineering, A408, 2005, pp 264 – 268 [63] S.L Wu, X.M Liu, P.K Chu, C.Y Chung, C.L Chu, K.W.K Yeung; Phase transformation behavior of porous NiTi alloys fabricated by capsule-free hot isostatic pressing; Journal of Alloys and Compounds 449, 2008, pp 139 – 143 [64] S.L Zhu, X.J Yang, F Hu, S.H Deng, Z.D Cui; Processing of porous TiNi shape memory alloy from elemental powders by Ar-sintering; Materials Letters 58, 2004, pp 2369 – 2373 [65] S.M Tang, C.Y Chung and W.G Liu; Preparation of Cu–Ni–Al-based Shape Memory Alloys by Mechanical Alloying and Powder Metallurgy Method; Journal of Materials Processing Technology 63, 1997, pp 307 – 312 [66] Stefano Curiotto; Undercooling and phase transformations in Cu-based alloys (Thesis of Doctorate); U V ST STU T – 2006) [67] Takashi TODAKA, Yuji TSUCHIDA, Masato ENOKIZONO and Tsugunori KANADA; Reaserchs on Development of Iron-based Ferromagnetic Shape Memory Alloys; pp 25 – 32 [68] The ACTIPORETM PLF Lumbar Fusion System; Surgical Technique Manual Posterior Approach; BIORTHEX Inc (ActiporeTM Technology), CANADA Footer Page 146 of 89 Header Page 147 of 89 131 [69] T.W Duerig, A.R Pelton, D Stöckel; The Use of Superelasticity in Medicine; NiTi Devices & Components, Inc., Fremont, CA, USA [70] U Sari, T Kirindi; Effects of deformation on microstructure and mechanical properties of a Cu–Al–Ni shape memory alloy; Mater Charac 59, 2008, pp 920 – 929 [71] V.I Itin, V.E Gyunter, S.A Shabalovskaya, and R.L.C Sachdeva; Mechanical Properties and Shape Memory of Porous NiTi; Mater Charac 32, 1994, pp 179 – 187 [72] W Pilarczyk, R Nowosielski, A Pilarczyk, P Sakiewicz; A production attempt of Ni50Ti50 and Ni52Ti41Nb7 alloys by mechanical alloying method; Archievs of Materials Science and Engineering, Vol 47, No 1, 2011, pp 19 – 26 [73] Xi Wang; Crystallization and Martensitic Transformation Behavior of NiTi Shape Memory Alloy Thin Films; Harvard University, 2007 [74] Ying Zhao, Minoru Taya; Processing of porous NiTi by spark plasma sintering method; SPIE Proceedings, Vol 6170 (Smart Structures and Materials), 2006 [75] Ying Zhao, Minoru Taya, Yansheng Kang, Akira Kawasaki; Compression behavior of porous NiTi shape memory alloy; Acta Materialia 53, 2005, pp 337 – 343 [76] Y Sutou, T Omori, K Yamauchi, N Ono, R Kainuma, K Ishida; Effect of grain size and texture on pseudoelasticity in Cu–Al–Mn-based shape memory wire; Acta Materialia 53, 2005, pp 4121 – 4133 [77] Z Li, Z.Y Pan, N Tang, Y.B Jiang, N Liu, M Fang, F Zheng; Cu–Al–Ni–Mn shape memory alloy processed by mechanical alloying and powder metallurgy; Materials Science and Engineering A 417, 2006, pp 225 – 229 [78] Zuhair A MUNIR and Umberto A TAMBURINI; Self-propagating exothermic reactions: The synthesis of high-temperature materials by combustion; Amsterdam, NorthHolland, 1998 [79] Bing-Yun Li, Li-Jian Rong and Yi-Yi Li; Porous NiTi alloy prepared from elemental powder sintering; J Mater Res., Vol.13, No.10, 1998, pp 2847 – 2851 [80] Dimitris C Lagoudas and Eric L Vandygriff; Processing and Characterization of NiTi Porous SMA by Elevated Pressure Sintering; J Intelligent Material Systems and Structures, Vol.13, 2002, pp 837 – 850 [81] S.L Zhu, X.J Yang, F Hu, S.H Deng, Z.D Cui; Processing of porous TiNi shape memory alloy from elemental powders by Ar-sintering; Materials Letters 58, 2004, pp 2369 – 2373 Footer Page 147 of 89 Header Page 148 of 89 132 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN han [1] H Ký Thanh nh Thư oàng h Thủy; Ch tạo v t li u Nitinol xốp bằ ong Tr n V n h ng guy n Đặng hản ng nhi t tự lan truy n (SHS); Tạp chí Khoa h c Công nghệ Kim loại, số 36 (6/2011), trang 46–50 [ ] guy n Đặng Thủy đ hh h h k h han nh Thư, Nk Thanh; Tr n V n T h ng; H h ố inol; Proceedings of the Congress on Foundry & Metallurgical Science and Technology, Hanoi (11/2011), trang 49–54 [3] Ho Ky Thanh, Phan Anh Thu, Hoang Long, Tran Van Dung, Nguyen Dang Thuy; Fabrication of Porous Nitinol by Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS); International Coference on Science and Technology (45th Anniversary of Electric Power University), Hanoi (11/2011), trang 699–704 [4] Nguyen Dang Thuy, Nguyen Van Cuong, Nguyen Ngoc Trung, Ho Ky Thanh, Tran Van Dung; Amorphization and self propagating high temperature reaction of titanium and nickel during nitinol synthesis; Proceeding of The 4th AUN – SEED Net Regional Conference on Materials, Hanoi (12/2011), trang 99–103 [5] Thanh Ho Ky, Dung Tran Van, Thuy Nguyen Dang; Effects of Mechanical Activation on Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) of Porous NiTi; Proceeding of The Second International Symposium on Technology Sustainability, ISTS – 2012, Bangkok, Thailand (11/2012), trang 83–86 [6] H Ký Thanh, Tr n V n V n iếu, Nguy n Huy Hoàng; h h p NiTi xốp bằ ng hh h guy n Đặng Thủy, Tr n Đức Th nh độ ng c a nhi hương sơ ộ đ n trình t ng SHS; Tạp chí Khoa h c Công nghệ Đại h c Thái Nguyên, tập 99, số 11 (12/2012), trang 39–43 [ ] Tr n V n h h ng guy n Đặng Thủy đ hh hh họ ; Tạp ch h Thanh kh h h hoa h c k NT guy n V n ằ ông nghệ Đại h c Thái h ường; h guyên tập h k số (3/2013), trang 111–115 [8] Tr n V n Huy Hoàng; Cơ ng H Ký Thanh, Nguy n Đặng Thủy h N inol ố h ằ hương V n h h iếu, Nguy n SHS; Tạp chí Khoa h c Công nghệ Kim loại, số 48 (6/2013), trang 47–50 Thanh Tr n V n [9] hồ h N T ố ằ h h ng k Kim loại, số 53 (4/2014), trang 24–28 Footer Page 148 of 89 guy n Đặng Thủy; T h kh h sê đ ; Tạp chí Khoa h c Công nghệ Header Page 149 of 89 133 PHỤ LỤC ết t ệ ết t ệ C Footer Page 149 of 89 ậ ết ố ơt t t ật ệ ... h c vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp chế tạo b ng phương pháp SHS – MA Đ Vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp với m c đ ch ứng d ng làm vật liệu y sinh (miếng đệm đốt sống nh n tạo) : công nghệ chế tạo. .. iện có a dạng vật iệu siêu đàn h i s d ng ph iến Đó à: - Vật iệu siêu đàn h i n n đ ng - Vật iệu siêu đàn h i n n sắt - Vật iệu siêu đàn h i NiTi n n NiTi 1.1.1 V Vật liệu siêu đàn h i n n đ... v việc tiếp cận hướng nghiên cứu nh m àm chủ công nghệ chế tạo vật liệu y sinh kể vật iệu siêu đàn h i hệ iTi xốp) cực k quan tr ng Việc nghiên cứu công nghệ chế tạo hệ vật iệu nhen nhóm Việt