Nghiên cứu chế tạo hợp kim trung gian al b nhằm cải thiện độ dẫn điện của nhôm làm cáp điện

1 Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH HOÀNG SƠN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN Al-B NHẰM CẢI THIỆN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA NHÔM LÀM CÁP ĐIỆN Chuyên ngành: Công nghệ Vật Liệu Kim Loại & Hợp Kim LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng năm 2011 HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký ) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký ) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký ) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày …… tháng ……… năm……… Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn Bộ mơn quản lý chuyên ngành GVHD: TS Huỳnh Công Khanh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh Phúc Tp HCM, ngày …… tháng …… năm ……… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Minh Hoàng Sơn Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/09/1986 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu Kim Loại & Hợp Kim MSHV: 09030638 I - TÊN ĐỀ TÀI: II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ tên): CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh LỜI CÁM ƠN Trong trình nghiên cứu thực luận văn, việc gặp phải khó khăn điều khó tránh Vì để hồn thành luận văn này, nổ lực thân cịn có giúp đỡ khơng nhỏ người xung quanh tơi Tơi thật tỏ lịng biết ơn điều Tơi chân thành cảm ơn:  Ba, mẹ, gia đình người thân tạo điều kiện thuận lợi tốt cho để thực luận văn  Thầy TS Huỳnh Công Khanh tận tình giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn  Ban lãnh đạo, Bùi Mộng Khanh - nhà máy sản xuất dây cáp điện Tín Thành tạo điều kiện cho thực tốt luận văn  Các thầy cô giảng viên khoa Công Nghệ Vật Liệu nói riêng trường ĐH Bách Khoa nói chung cung cấp cho tơi tảng kiến thức giá trị suốt quãng thời gian học tập trường  Các bạn khoa nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu góp phần tạo nên nội dung Luận văn  Và cuối tác giả tài liệu sử dụng để thực Luận văn, cung cấp thơng tin cập nhật xác, giúp ích nhiều cho tơi hồn thành Luận văn Một lần tơi chân thành cảm ơn với lịng biết ơn sâu sắc nhất! Học viên thực Nguyễn Minh Hoàng Sơn HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Q trình nghiên cứu chế tạo hợp kim trung gian Al-B thực cách cho hỗn hợp axit boric H3BO3 cryolit Na3AlF6 sấy khô vào nhôm lỏng để tạo thành pha borit nhôm AlB2 AlB12 Trong luận văn này, hợp kim Al-B tạo thành nhiệt độ khác từ 1000 – 12700C 30 phút, sau đưa phân tích thành phần hóa học trước sau nấu máy phát xạ nguyên tử, kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử quét Kết phân tích cho thấy hợp kim chế tạo có thành phần B nằm khoảng 0.5 – 1.5% tức tương đương mác AlB1 Trung Quốc Sau đó, xử lý nhơm thị trường (98.9% Al) hợp kim trung gian Al-B chế tạo cách đưa hợp kim Al-B vào 7207500C khuấy trộn 10 phút đúc thỏi, cán nóng kéo nguội thành dây 4.5mm Thành phần hóa học, tổ chức tế vi, độ dẫn điện tính nhơm trước sau biến tính hợp kim trung gian Al-B kiểm tra máy phân tích phát xạ nguyên tử, kính hiển vi quang học, cầu đo điện trở máy thử kéo Kết cho thấy hàm lượng kim loại chuyển tiếp có hại Cr, V, Ti, Zr nhơm giảm đáng kể, cải thiện phần nhiều tính cán độ dẫn điện nhôm thị trường nguyên tố B tạo pha boric kết tủa tách khỏi dung dịch rắn nhơm HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh MỤC LỤC Trang bìa Mẫu nhận xét đánh giá luận văn Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ .3 Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn thạc sĩ Mục lục Chương 1: Tổng Quan 14 1.1 Giới thiệu chung đề tài: 14 1.1.1 Giới thiệu chung độ dẫn điện yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện kim loại: 14 1.1.1.1 Giới thiệu chung độ dẫn điện: 14 1.1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện kim loại : 18 1.1.1.3 Ảnh hưởng nguyên tố tạp chất đến điện trở suất nhôm 23 1.1.2 Giới thiệu chung hợp kim trung gian Al-B: 27 1.1.2.1 Các phương pháp chế tạo hợp kim trung gian Al-B: 28 1.1.2.2 Ứng dụng hợp kim trung gian Al-B: 34 1.1.2.3 Một số hợp kim trung gian Al-B thị trường 43 1.1.2.4 Tình hình sản xuất hợp kim trung gian Al-B nước 44 1.2 Lý hình thành đề tài: 45 1.3 Mục tiêu đề tài: 46 1.4 Ý nghĩa tính đề tài: .46 1.5 Hướng nghiên cứu đề tài: 47 1.6 Phạm vi đối tượng nghiên cứu: 47 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 48 2.1 Nhiệt động lực học trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-B: 48 2.1.1 Giản đồ pha Al-B: 48 2.1.2 Giản đồ pha oxit nhôm – cryolit 51 HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh 2.1.3 Tương tác hệ Na3AlF6 – Al2O3 – B2O3: 52 2.2 Quá trình hình thành pha boric hợp kim trung gian Al-B: 53 2.3 Phân tích nhiệt động lực học hình thành borit kim loại chuyển tiếp nhôm lỏng: 55 2.4 Tính tốn q trình nhiệt động lực học hệ Al-B: 56 Chương 3: Phương pháp nghiên cứu 62 3.1 Phương pháp nghiên cứu: 62 3.2 Nơi thí nghiệm điều kiện thí nghiệm 62 3.3 Nguyên vật liệu dùng thí nghiệm: 63 3.4 Trang thiết bị dùng thí nghiệm: 64 3.5 Điều kiện nhiệt động trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-B: 71 3.6 Nghiên cứu nấu luyện hợp kim trung gian Al-B từ axit boric: 73 3.6.1 Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian Al-B: 73 3.6.2 Giải thích quy trình nấu luyện: 74 3.6.3 Trình tự thí nghiệm: 75 3.7 Nghiên cứu xử lý nhôm thương phẩm hợp kim trung gian Al-B để cải thiện độ dẫn điện nhôm làm dây cáp điện: 77 3.7.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nhôm thị trường chứa nhiều tạp chất kim loại chuyển tiếp hợp kim trung gian Al-B: 77 3.7.2.Giải thích qui trình xử lý nhôm thị trường hợp kim trung gian Al-B 77 3.7.3 Trình tự thí nghiệm: 78 Chương 4: Kết bàn luận 80 4.1 Kết công nghệ chế tạo hợp kim trung gian Al-B .80 4.1.1 Kết trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-B đợt 80 4.1.2 Kết trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-B đợt 81 4.1.3 Kết trình nấu luyện hợp kim trung gian Al-B đợt 82 4.2 Kết trình xử lý nhơm thị trường hợp kim trung gian Al-B: 87 4.2.1 Kết trình xử lý nhôm thị trường đợt 1: 87 4.2.2 Kết q trình xử lý nhơm thị trường đợt 2: 88 HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh Chương 5: Kết luận kiến nghị 96 5.1 Kết luận: 96 5.2 Kiến nghị: .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 99 HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc vùng lượng điện tử vật rắn 15 Hình 1.2 Quan hệ phụ thuộc độ dẫn điện nhơm có độ cao hàm lượng tạp chất nhôm 24 Hình 1.3 Ảnh hưởng B đến độ dẫn điện nhôm chứa tạp chất Ti, Fe tạp chất khác 24 Hình 1.4 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến độ dẫn điện nhơm 25 Hình 1.5 Các giai đoạn biến tính hình thành pha boric 27 Hình 1.6 Phổ DSC KBF4 30 Hình 1.7 Phổ XRD hỗn hợn bột Al/KBF4 30 Hình 1.8 Mặt cắt ngang thỏi nhơm sau q trình nấu luyện 32 Hình 1.9 Pha AlB2 tỷ lệ cao chuẩn bị từ muối borax (a) oxit bo (b) 33 Hình 1.10 Sơ đồ dây chuyền đúc cán liên tục 35 Hình 1.11 Luật khn cán dây chuyền cán liên tục 35 Hình 1.12 Máng dẫn có đoạn eo hẹp .38 Hình 1.13 Các dạng hợp kim trung gian Al-B thị trường 43 Hình 2.1 Giản đồ pha Al-B 49 Hình 2.2 Giản đồ pha Al-B (vùng nhiệt độ cao) 50 Hình 2.3 Giản đồ pha Al2O3 – Na3AlF6 52 Hình 2.4 Hình chụp SEM kỹ thuật BEI hợp kim trung gian AlB3 cho thấy đám phân tử giàu B hợp kim 54 Hình 2.5 Nồng độ boric kim loại chuyển tiếp hệ Al-Zr-Ti-V-Cr-B có 75% lượng bo dư so với hệ số tỷ lượng yêu cầu 56 Hình 2.6 Hình ảnh quang học hệ Al-1%V-0.412%B nung chảy 7500C làm lạnh khơng khí 56 Hình 2.7 Vi cấu trúc hợp kim trung gian 57 Hình 2.8 Đường cong DSC chạy mẫu hợp kim 6.4% B 57 Hình 2.9 Mạng tinh thể AlB2 (a) AlB12 (b) 60 HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 10 Hình 2.10 Xác suất hình thành AlB2 AlB12 va chạm nguyên tử hỗn hợp 61 Hình 3.1 Nhơm thỏi dùng thí nghiệm 63 Hình 3.2 Bột axit boric H3BO3 63 Hình 3.3 Cryolit, muối NaCl KCl dùng thí nghiệm 64 Hình 3.4 Lị điện trở SiC dùng thí nghiệm 65 Hình 3.5 Nồi graphit dùng thí nghiệm 65 Hình 3.6 Lị graphit dùng dầu FO 65 Hình 3.7 Kính hiển vi quang học OLYMPUS GX 51 66 Hình 3.8 Máy phân tích phát xạ quang phổ SPECTROMAX 67 Hình 3.9 Máy quang phổ phát xạ plasma ICP PerkinElmer “Optima 5300DV” 68 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý máy nhiễu xạ tia X 69 Hình 3.11 Máy XRD D8 Advance Bruker 69 Hình 3.12 Cầu đo điện trở 70 Hình 3.13 Máy đo độ giãn dài giới hạn bền kéo 70 Hình 3.14 Cân điện tử 70 Hình 3.15 Lị sấy điện trở 70 Hình 3.16 Khn kim loại 71 Hình 3.17 Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian Al-B 73 Hình 3.18 Sơ đồ thiết bị nấu luyện hợp kim trung gian Al-B 74 Hình 3.19 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nhôm thị trường hợp kim trung gian Al-B 77 Hình 4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ Na3AlF6 : H3BO3 đến hàm lượng B hợp kim trung gian Al-B .83 Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng B hợp kim trung gian Al-B (với hàm lượng B tính tốn 3.5% 5.5%) 85 Hình 4.3 Ảnh hiển vi quang học mẫu hợp kim trung gian Al-B số 86 Hình 4.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu hợp kim trung gian Al-B số 87 Hình 4.5 Ảnh chụp tế vi mẫu thử nghiệm đợt mẻ 1, đợt mẻ 1, đợt mẻ đợt mẻ 89 HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 85 Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng B hợp kim trung gian Al-B (với hàm lượng B tính tốn 3.5% 5.5%) Từ hình 4.2 ta thấy, tăng nhiệt độ phản ứng, hàm lượng bo hợp kim trung gian Al-B tăng đạt mức cao nhiệt độ 1200oC (với hàm lượng B tính tốn 3.5%) 12500C (với hàm lượng B tính tốn 5.5%), sau hàm lượng bo hợp kim trung gian Al-B lại giảm xuống nhiệt độ tiếp tục tăng Ở nhiệt độ 1000 oC, thấp nhiệt độ nóng chảy crioloit (1009oC), hỗn hợp bột Na3AlF6-H3BO3 đưa vào nhơm lỏng có độ sệt cao nên phản ứng hoàn nguyên bo xảy chậm dẫn đến hàm lượng bo hợp kim trung gian thấp (0,29%) Khi tăng nhiệt độ phản ứng làm tăng độ chảy loãng hỗn hợp bột Na3AlF6-H3BO3, tăng khả hịa tan Al2O3 criolit, thúc đẩy phản ứng (4.4) xảy nhanh nên hàm lượng bo hợp kim trung gian Al-B tăng lên đạt mức cao 1200 oC Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao, lại làm tăng lượng cháy hao bo nên giảm hàm lượng bo hợp kim Bên cạnh hợp kim trung gian Al-B số 3, 5, 21, 23 24 (hàm lượng B tính tốn 5.5%) nấu luyện điều kiện tỷ lệ H3BO3 : Na3AlF6 = 6,6 : 1, thời gian phản ứng – 30 phút, tỷ lệ khối lượng H3BO3 : Na3AlF6 = : 3.17, HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 86 khác nhiệt độ phản ứng Hình 4.2 cho thấy ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hàm lượng bo hợp kim trung gian Al-B Qua hình 4.2 ta thấy, nhiệt độ 11000C hàm lượng B hòa tan vào nhôm lỏng 0.32% thấp khối lượng hỗn hợp bột đưa vào nhiều mà nhiệt độ không cao nên hỗn hợp bột sệt gây cản trở nhiều phản ứng hoàn nguyên bo Khi tăng nhiệt độ phản ứng làm tăng khả chảy loãng hỗn hợp nên tăng khả hoàn nguyên bo hàm lượng bo đạt cao 12500C, tiếp tục tăng nhiệt độ mức độ bo hòa tan vào nhôm thấp lượng cháy hao bo tăng Theo giản đồ trạng thái Al-B, nhiệt độ phịng, hợp kim Al-B có hàm lượng B < 44,5% chứa pha AlB2, không chứa pha AlB12 Tuy nhiên, tốc độ kết tinh khuôn kim loại tương đối nhanh, phản ứng bao tinh 975 oC: 5Al(l) + AlB12 (r)  6AlB2 (r) (4.5) chưa kịp xảy hoàn toàn nên hợp kim trung gian Al-B tồn hai pha AlB2 AlB12 Trên hình 4.3 ảnh hiển vi quang học hợp kim trung gian Al-B số 6, theo Tongmin Wang cộng [21], pha AlB2 có dạng dải dài, cịn pha AlB12 có dạng khối phân bố nhôm Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) hợp kim (hình 4.4) cho thấy dạng dải dài dạng khối boric Hình 4.3 Ảnh hiển vi quang học mẫu hợp kim trung gian Al-B số HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 87 Hình 4.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu hợp kim trung gian Al-B số 4.2 Kết q trình xử lý nhơm thị trường hợp kim trung gian AlB chế tạo được: 4.2.1 Kết q trình xử lý nhơm thị trường đợt (trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM): Qua trình xử lý nhơm khơng đạt u cầu độ dẫn điện hợp kim trung gian Al-B (mẻ 6) thơng qua thành phần hóa học kim loại chuyển tiếp trình bày bảng 4.4 Bảng 4.4 Thành phần hóa học kim loại chuyển tiếp mẫu trước sau biến tính 2’, 32’, 62 ’, 92’, 122’ STT Mẫu % Al %B % Cr % Ti %V % Zr – Trước biến tính 99.2 0.004 0.002 0.009 0.007 0.002 – Sau biến tính phút 99.2 0.03 < 0.001 < 0.001 0.003 0.001 – Sau biến tính 32 phút 99.0 0.032 0.002 0.006 0.002 0.002 – Sau biến tính 62 phút 99.1 0.029 < 0.001 < 0.001 0.001 0.001 – Sau biến tính 92 phút 99.1 > 0.036 0.001 0.014 0.013 0.002 – Sau biến tính 122 phút 99.1 > 0.036 < 0.001 0.01 0.01 0.002 Nhận xét: - Trước cho hợp kim trung gian Al-B vào nhơm lỏng hàm lượng ngun tố chuyển tiếp cao HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh 88 - Sau cho hợp kim trung gian Al-B vào khuấy trộn rót sau hai phút kim loại chuyển tiếp giảm nhiều - Hàm lượng kim loại chuyển tiếp sau khoảng thời gian 32 phút có thay đổi tăng lên chút khơng đáng kể ngoại trừ Vanadi - Sau khoảng thời gian 62 phút hầu hết kim loại chuyển tiếp giảm đến mức thấp - Sau 92 phút 122 phút hàm lượng số kim loại chuyển tiếp tăng lên hầu hết pha borit tạo kết tủa lắng xuống đáy nồi Kết luận: Sau thêm hợp kim trung gian Al-B, hàm lượng bo nhôm tăng từ 0.004% đến 0.029%, hàm lượng nguyên tố chuyển tiếp Ti, V, Cr, Zr nhôm giảm so với nhôm ban đầu giảm đến mức thấp sau 62 phút biến tính, nguyên tố phản ứng với bo tạo thành borit TiB2, VB2, CrB2, ZrB2 khơng hịa tan nhơm có tỷ trọng lớn nhôm [6-7] nên lắng xuống đáy nồi làm nhơm 4.2.2 Kết q trình xử lý nhôm thị trường đợt (Nhà máy sản xuất dây cáp điện Tín Thành): Bảng 4.5 thể thành phần hóa học nguyên tố tạp chất hàm lượng nhôm hợp kim trước sau biến tính hợp kim trung gian Al-B Bảng 4.5 Thành phần hóa học kim loại chuyển tiếp trước sau biến tính hợp kim trung gian Al-B Số Thứ tự % Al %B % Cr % Ti % Zr %V Đợt – mẻ 96.5 0.003 0.03 0.02 0.004 0.009 Đợt – mẻ 96.6 0.036 0.026 0.011 0.003 0.006 Đợt – mẻ 98.9 0.002 0.015 0.008 0.002 0.018 Đợt – mẻ 99.1 0.012 0.006 0.006 0.002 0.015 HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh 89 Theo bảng 4.5, lần chứng tỏ cho hợp kim trung gian Al-B vào nhôm lỏng có nguồn gốc từ thị trường, kim loại chuyển tiếp có hại giảm làm tăng độ cho nhôm kim loại chuyển tiếp loại bỏ khỏi dung dịch rắn nhôm dạng borit khơng hịa tan (ví dụ Cr từ 0.03% xuống 0.026%, V từ 0.009% xuống 0.006% nhôm tăng từ 96.5% lên 96.6%, 98.9% lên 99.1%) Hình 4.5 tổ chức tế vi nhôm trước (mẻ đợt – M1; mẻ đợt – M3) sau thêm hợp kim trung gian Al-B (mẻ đợt – M2; mẻ đợt – M4) Sau thêm hợp kim trung gian Al-B, tổ chức hạt nhôm M1 M2 khơng thay đổi kích thước hạt thơ to, góc cạnh hàm lượng tạp nhơm q nhiều (hơn 3.5% tạp) Cịn ảnh chụp tế vi M3 M4 cho thấy sau thêm hợp kim trung gian Al-B vào nhơm có độ cao (1.1% tạp), tổ chức hạt nhôm đều, khơng cịn góc cạnh, khơng cịn tinh thể nhánh nhôm trước thêm hợp kim trung gian Al-B (Ảnh M4) Điều chứng tỏ hợp kim trung gian Al-B có khả biến tính làm nhỏ hạt Hình 4.5 Ảnh chụp tế vi mẫu thử nghiệm đợt mẻ 1, đợt mẻ 1, đợt mẻ đợt mẻ HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 90 Mẫu dây nhơm sau q trình cán nóng kéo nguội từ phơi đúc đưa thử kéo, độ giãn dài điện trở suất máy thử sức kháng kéo cầu đo điện trở cơng ty Tín Thành cho bảng sau: Bảng 4.6 Điện trở suất đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Nhiệt độ thử Đường kính Điện trở suất qui đổi nghiệm (0C) dây (mm) 200C (Ω.mm2/m) 28.6 4.51 0.042306 28.5 4.50 0.043026 28.5 4.50 0.043094 Trung bình 28.53 4.5 0.042809 STT Bảng 4.7 Điện trở suất đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Nhiệt độ thử Đường kính Điện trở suất qui đổi nghiệm (0C) dây (mm) 200C (Ω.mm 2/m) 26.4 4.50 0.043288 26.4 4.49 0.042911 26.4 4.505 0.042111 Trung bình 26.4 4.498 0.042770 STT Bảng 4.8 Điện trở suất đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Nhiệt độ thử Đường kính Điện trở suất qui đổi nghiệm (0C) dây (mm) 200C (Ω.mm2/m) 28 4.49 0.035127 28 4.49 0.036829 28 4.50 0.035453 Trung bình 28 4.493 0.035803 STT HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 91 Bảng 4.9 Điện trở suất đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Nhiệt độ thử Đường kính Điện trở suất qui đổi nghiệm ( C) dây (mm) 20 0C (Ω.mm2/m) 25.8 4.505 0.032709 26 4.505 0.032683 26 4.505 0.031127 Trung bình 25.9 4.505 0.032173 STT Bảng 4.10 Độ giãn dài giới hạn bền kéo đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo STT Đường kính dây (mm) Độ giãn dài Giới hạn bền tương đối (%) kéo (N/mm 2) 4.51 296.6329 4.50 1.9 299.6473 4.50 1.9 299.5398 4.50 1.8 301.4355 Trung bình 4.50 1.9 299.3138 Bảng 4.11 Độ giãn dài giới hạn bền kéo đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Đường kính Độ giãn dài Giới hạn bền dây (mm) tương đối (%) kéo (N/mm 2) 4.49 2.8 286.4915 4.50 2.6 291.7232 4.49 2.8 287.1729 4.49 2.8 286.5843 Trung bình 4.49 2.75 287.9929 STT HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh 92 Bảng 4.12 Độ giãn dài giới hạn bền kéo đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo STT Đường kính dây (mm) Độ giãn dài Giới hạn bền tương đối (%) kéo (N/mm2) 4.49 211.0827 4.49 3.4 208.9758 4.50 206.722 4.50 208.7259 4.50 212.073 Trung bình 4.496 3.88 209.516 Bảng 4.13 Độ giãn dài giới hạn bền kéo đo từ dây 4.5 mm mẫu đợt mẻ kéo Đường kính Độ giãn dài Giới hạn bền dây (mm) tương đối (%) kéo (N/mm2) 4.505 4.5 195.126 4.505 4.5 195.7408 4.50 4.5 195.8663 4.50 196.328 4.50 4.8 194.636 Trung bình 4.5 4.66 195.539 STT Bảng 4.6 4.7 cho thấy thêm hợp kim trung gian Al-B (mẻ đợt 2), nhơm có điện trở suất 0.042770 (Ω.mm 2/m) giảm chút so với nhơm trước thêm bo (mẻ đợt 1) 0.042809 (Ω.mm2/m) khơng đáng kể Ngun nhân nhơm xử lý có hàm lượng tạp chất cao nguyên tố chuyển tiếp có hại nguyên tố tạp Fe Si…, mà điện trở suất giảm khơng nhiều HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 93 Cịn bảng 4.8 – 4.9 cho thấy thêm hợp kim trung gian Al-B (mẻ đợt 2), nhơm có điện trở suất 0.032173 (Ω.mm 2/m) nhỏ rõ rệt so với trước thêm hợp kim trung gian (mẻ đợt 1) 0.035803 (Ω.mm2/m) Đó đưa hợp kim trung gian vào nhôm, bo phản ứng với nguyên tố chuyển tiếp Ti, V, Cr, Zr tạo thành borit kim loại này, phần borit lắng xuống đáy nồi, phần cịn lại nằm nhơm khơng hịa tan dung dịch rắn nhơm kết tinh nên giảm sai lệch mạng tinh thể làm giảm điện trở suất nhơm Ngồi từ bảng 4.10 – 4.13 ta thấy độ giãn dài tương đối nhôm sau thêm hợp kim trung gian Al-B cao so với nhôm trước thêm hợp kim trung gian Al-B, giới hạn bền kéo thấp so với nhôm chưa thêm hợp kim trung gian Al-B Điều chứng tỏ trình biến tính hợp kim trung gian AlB làm tăng độ dẻo nhơm Hình 4.6 hình phơi cán mẻ đợt bị vỡ cán nóng với nhiệt độ nhiệt độ phôi cán làm dây điện Điều chứng tỏ hàm lượng tạp chất nhơm cao làm cho q trình cán nóng gặp khó khăn nhơm có nhiều tạp có nhiệt độ tinh thấp Nếu cán qua công đoạn kéo nguội, dây nhôm thường xuyên đứt có nhiều khuyết tật bị xước, nứt… hình 4.7 Tuy nhiên cho hợp kim trung gian Al-B vào (mẻ đợt 2) khả cán nóng cải thiện, phơi cán phơi kéo bị đứt khuyết tật Khả cán kéo đạt tốt mẻ đợt Khi kéo dây, dây nhôm thêm hợp kim trung gian (M4) có bề mặt bóng láng khơng bị đứt q trình kéo (hình 4.8) HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 94 Hình 4.6 Hình phơi cán bị vỡ cán nóng từ phơi cán đợt mẻ Hình 4.7 Một số khuyết tật dây 4.5 mm kéo từ phơi đúc đợt mẻ Hình 4.8 Dây 4.5 mm kéo từ phôi cán + kéo mẻ đợt HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 95 Hình 4.9 Dây 9.5mm 4.5 mm cán + kéo từ phôi đúc Kết luận: - Q trình xử lý nhơm thị trường hợp kim trung gian Al-B thực nhà máy sản xuất dây cáp điện Tín Thành tương đối thành cơng - Nhìn chung hàm lượng ngun tố kim loại chuyển tiếp Cr, Ti, V, Zr giảm sau cho hợp kim trung gian Al-B vào - Điện trở suất dây 4.5 mm kéo từ đợt mẻ có thay đổi giảm khơng đáng kể so với điện trở suất dây 4.5 mm kéo từ đợt mẻ - Điện trở suất dây 4.5 mm kéo từ đợt mẻ có thay đổi rõ rệt so với điện trở suất dây 4.5 mm kéo từ đợt mẻ - Quá trình cán kéo từ thỏi nhơm đợt mẻ khó khăn so với mẻ khác, dây kéo thường đứt ngang có nhiều khuyết tật chí bị vỡ nhiệt độ cán nhiệt độ cán thỏi nhôm chất lượng - Dây kéo từ phôi kéo mẻ đợt đạt nhất, không bị đứt trình kéo, bề mặt dây láng bóng bị khuyết tật - Tổ chức tế vi mẫu đợt mẻ mẫu đợt mẻ (Hình 4.5) tương đối khơng thay đổi nhiều, hạt cịn nhiều góc cạnh có dạng hình kết tinh nhánh - Tổ chức tế vi mẫu đợt mẻ mẫu đợt mẻ (Hình 4.5) có thay đổi rõ ràng Tổ chức hạt mẫu đợt mẻ góc cạnh hạt mẫu mẻ thơ to có nhiều phần dạng kết tinh nhánh HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 96 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận:  Hợp kim trung gian Al-B chế tạo tương đối thành công tương đương mác AlB1 Trung Quốc phản ứng nhôm lỏng lớp trợ dung che phủ cryolit nóng chảy với axit boric điều kiện nấu luyện sau: - Nhiệt độ nấu luyện : 1200 – 12500C - Thời gian nấu luyện: khoảng 30 phút (nếu > 30 phút hàm lượng B hòa tan vào nhơm cao hơn) - Tỉ lệ khối lượng oxit nhơm tạo thành q trình phản ứng / tổng khối lượng cryolit 1:8 để xỉ hòa tan tốt oxit nhôm sinh - Hỗn hợp cryolit axit boric phải cho vào vừa đủ lượng nhỏ để tránh làm oxit boric tạo pha thủy tinh gây cản trở việc hịa tan B vào nhơm lỏng  Hợp kim trung gian Al-B chế tạo xử lý phần nhôm thị trường, làm giảm điện trở suất đồng thời tăng khả cán cho thỏi nhôm nấu từ nguồn nhôm không đạt chất lượng (hàm lượng tạp cao) 5.2 Kiến nghị:  Tiếp tục khảo sát nhiệt độ cao 1300 0C – 1400 0C  Tiến hành nấu luyện với thời gian phản ứng dài 45 phút, 60 phút, 75 phút…  Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng hợp kim trung gian Al-B vào sản xuất để đạt hiệu với nguồn nguyên liệu đa dạng HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Công Dưỡng, “Vật Liệu Học”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1997 [2] Lê Công Dưỡng, “Kim Loại Học”, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1986 [3] Nguyễn Thị Chinh, “Nghiên cứu ảnh hưởng B đến điện trở suất nhôm”, Luận văn tốt nghiệp đại học khoa Công Nghệ Vật Liệu trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM , 2007 [4] “Aluminium Alloys – 8BAl Master Alloy for High Conductivity EC-Grade Aluminium from Metallurg Aluminium”, Website : www.azom.com, Source : Metallurg Aluminium [5] Sedat Karabay and Ibrahim Uzman, “Inoculation of transition elements by addition of AlB2 and AlB12 to decrease detrimental effect on the conductivity of 99,6% aluminium in CCL for manufacturing of conductor”, Journal of Materials Processing Technology, Volume 160, Issue 2, 20 March 2005, Pages 174-182 [6] Yucel Birol, “Production of Al-B alloy by heating Al/KBF4 powder blends”, Materials Institute, Marmara Research Center, TUBI˙TAK, Gebze, Kocaeli, Turkey [7] Yelda Demirsar, “Investigation of the reaction of boron oxit with aluminium power and method development for boron determination in the reaction mixture”, Thesis of Master of science in Chemistry, 2007 [8] A.C Hall and J Economy, “Preparing High – and Low – Aspect Ratio AlB2 Flakes from Borax or Boron Oxide”, 2000 [9] GB Patent 915693 [10] Changizi Ahmad, “Production and properties of in-situ aluminum titanium diboride composites formed by slag-metal reaction method”, Luận văn tốt nghiệp trường Middle East Technical University, 2005 [11] G K Sigworth, Metall Trans, A22, 1986, p 349 [12] G P Jones, J Pearson, Metall Trans A24, 1976, p.223 [13] Ihsan Barin, “Thermochemical Data of Pure Substances”, 1995 HVTH: Nguyễn Minh Hoàng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh 98 [14] I Maxwell, A Hellawell, Metall Trans 3, 1972, p.1487 [15] G.V Samsonov, V.A Neronov L.K Lamikhov, “The conditions, structure and some properties of phases in the Al-B system”, Institute of Physicochemical Foundations of Processing Raw Mineral Materials, Academy of Sciences of the U.S.S.R., Siberian Branch, Novosibirsk, 630091, Derzhavina 18 (U.S.S.R.) [16] Djordje Mirkovi´c, Joachim Gröbner, Rainer Schmid-Fetzer, Olga Fabrichnaya , Hans Leo Lukas “Experimental study and thermodynamic reassessment of the Al–B system”, Germany, 2004 [17] Xiaoming Wang, “The formation of AlB2 in an Al–B master alloy”, Department of Metals and Materials Engineering, McGill University, 3610 University Street, Montreal, Que., Canada H3A 2B2, 2005 [18] A Khaliq, M.A Rhamdhani, G.A Brooks, J Grandfield, “Thermodynamic Analysis of Transition Metal Borides Formation in Aluminium Melt”, High Temperature Processing Symposium 2011 Swinburne University of Technology [19] Jonas Fjellstedt, Anders E.W Jarfors, Talaat El-Benawy, “Experimental investigation and thermodynamic assessment of the Al-rich side of the Al-B system”, Material and Design, 2001 [20] PGS TS Phạm Kim Đĩnh, PGS TS Lê Xuân Khuông, “Nhiệt động học & động học ứng dụng”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [21] Tongmin Wang, Zongning Chen, Hongwang Fu, Jun Xu, Ying Fu and Tingju Li – “Grain refinning potency of Al-B master alloy on pure aluminium”, www.sciencedirect.com HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Cơng Khanh 99 PHỤ LỤC Bảng phân tích thành phần hóa học thỏi nhôm đúc liên tục Phiếu kết kiểm nghiệm thành phần hóa học mẫu pha trộn hợp kim trung gian Al-B nhôm Phiếu kết kiểm nghiệm thành phần hóa học nguyên tố trước sau xử lý nhôm không đạt chất lượng trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Phiếu kết kiểm nghiệm thành phần hóa học nguyên tố trước sau xử lý nhôm không đạt chất lượng công ty TNHH Thương Mại & Sản Xuất Tín Thành HVTH: Nguyễn Minh Hồng Sơn GVHD: TS Huỳnh Công Khanh ... thành tồn pha αAlB12, β3AlB12, AlB10 Họ đề xuất βAlB12 tác dụng với cacbon tạo thành hợp chất b? ??n AlB48C2 Tương tự AlB10 tạo với cacbon thành hợp chất b? ??n AlB24C4 αAlB12 AlB2 pha b? ??n Họ thừa nhận... hóa học hợp kim trung gian - Thành phần pha hợp kim trung gian - Tổ chức tế vi hợp kim trung gian Khảo sát khả biến tính làm tăng độ dẫn điện nhôm dẫn điện  Yếu tố đánh giá: - Độ dẫn điện nhôm. .. phương pháp sản suất hợp kim trung gian Al- B nghiên cứu rộng rãi giới như: a Sản xuất hợp kim trung gian Al- B từ muối halogen KBF4: Hợp kim trung gian Al- B sản xuất từ 99,7% nhôm thương phẩm tinh