Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc, từ tính của hợp kim vô định hình hệ Al-TM/RE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học

Vật liệu cấu trúc vô định hình

Nhiều cỏch tiếp cận khỏc nhau đó được sử dụng nhằm xây dựng các mô hình cấu trúc VĐH gần đúng bao gồm: (1) mô hình vi tinh thể (microcrystalline), (2) mô hình mạng ngẫu nhiên liên tục (CRN - continuous random network), (3) mô hình xếp chặt ngẫu nhiên các nguyên tử (DRP - dense random packing) và (4) mô hình đa cạnh đều (polyhedral) [4, 7-9]. Trong các thí nghiệm như vậy, Hình 1.14, khối kim loại nóng chảy đồng nhất sẽ biến dạng khi va chạm với đế làm nguội (“splat”) và đồng thời đông đặc (“nguội nhanh”). Vật liệu nóng chảy được điều khiển từ một vòi phun dưới dạng tia, khi va chạm với đĩa quay tạo thành một vũng kim loại lỏng. Hình dạng của vũng được hình thành dưới các lực phản tác dụng của dòng chảy tiếp tuyến của vật liệu và độ bám dính bề mặt. Do sự chênh lệch nhiệt độ lớn ở biên giới kim loại lỏng – đế, kim loại lỏng bên dưới đế đông đặc lại thành dải băng mỏng. Có thể kiểm soát tốt kích thước dải băng và tốc độ làm nguội bằng cách kiểm soát thích hợp áp lực kim loại lỏng, độ nghiêng vòi phun và đường kính vòi phun. Đầu mũi tên màum), được phát hiện có cấu trúc vô định hình.

Giả tinh thể

QC là một dạng cấu trúc có trật tự không mang tính tuần hoàn (mô hình không lặp lại trong không gian ba chiều - translational symmetry), điều này có nghĩa rằng khi dịch chuyển tịnh tiến thì hình ghép có được không trùng với hình ghép ban đầu. Một bước phát triển quan trọng trong quá trình tìm hiểu cấu trúc QC là ý tưởng theo đó một QC trong không gian 3 chiều (3D - 3 dimensions) có thể xây dựng bằng cách chiếu một mạng hoàn chỉnh của không gian 6 chiều xuống không gian con 3D ứng với không gian thực của QC. Nếu tang α là số hữu tỷ thì các điểm trên đường thẳng sẽ tạo thành gần đúng như cấu trúc có chu kỳ (periodic structure). Nếu W nhỏ, các điểm chiếu sẽ ít hơn và độ dài các đoạn thẳng L và S sẽ lớn hơn, và ngược lại. Kích thước của W chỉ làm thay đổi mật độ điểm chiếu hoặc độ dài của L và S. Nếu độ dốc giống nhau sẽ nhận được cùng một chuỗi giả chu kỳ và tỷ lệ độ dài, S/L. Chuỗi giả chu kỳ là một QC một chiều và một chuỗi tuần hoàn từ phép chiếu là một tinh thể gần đỳng. Sự khác biệt giữa hai chuỗi do thay đổi vị trí giữa L và S và được gọi là “lật phason”, đây là một loại khuyết tật trong QC. Trong đó LS quan sát được trong. cấu trúc giả chu kỳ được thay thế bằng SL trong cấu trúc gần đúng. Chu kỳ của cấu trúc gần đúng là LSLLS. Dãy 1D không có chu kỳ được nhúng vào không gian 2D. Trong không gian 2D có 1 lưới với chu kỳ tịnh tiến. Do cấu trúc giả chu kỳ một chiều có thể bắt nguồn từ cấu trúc tuần hoàn hai chiều, như Hình 1.22, QC được gọi là tinh thể trong không gian nhiều chiều hơn. Trong QC trật tự có quy luật tương tự trong chuỗi số Fibonacci và không có đối xứng tịnh tiến tương tự như trong chuỗi số Fibonacci không có số hạng trùng nhau. Chuỗi số Fibonacci là một dãy không bao giờ lặp lại, tuân theo một quy tắc toán học. Tỷ số các khoảng cách giữa các nguyên tử trong một QC liên quan đến chuỗi số Fibonacci và đến số τ) và (B) Hệ số góc (⅔) nhận.

Tập hợp các ô đơn vị đơn giản nhất cho cấu trúc giả chu kỳ ba chiều bao gồm các hình thoi nhọn và tù như trong Hình 1.26(A). Hai ô đơn vị này lần lượt đóng các vai trò như hình thoi nhọn và béo theo cách lát Penrose. Tất cả các mặt đều là những hình thoi giống hệt nhau, đó là một hình thoi vàng với tỉ số chiều dài của 2 đường chéo là τ) và (B) Hệ số góc (⅔) nhận. Các hợp kim này QC thích hợp cho các ứng dụng làm lớp phủ chống mài mòn, công nghiệp thực phẩm, lớp phủ cách nhiệt, lớp phủ chống ăn mòn, ngành y tế (Hình 1.32); làm gia cường cho vật liệu tổ hợp nền polyme và nền kim loại (Hình 1.33), lưu trữ hy-đrô, v.v. Một trong những điều quan trọng nhất ưu điểm của phương pháp phún xạ là nhiều vật liệu không thể tổng hợp trong quá trình hóa học xử lý hoặc yêu cầu nhiệt cao để bay hơi nhiệt có thể tạo thành lớp mỏng bằng phương pháp phún xạ.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Các hợp kim QC được quan tâm đặc biệt do cân bằng nhiệt động học và tính thuận nghịch của các điều kiện hình thành, có thể được chế tạo bằng các kỹ thuật luyện kim truyền thống, do đó hạ thấp chi phí [91, 96]. Trong số các hợp kim VĐH cơ sở Al, hợp kim Al-Fe đã thu hút được sự quan tâm về công nghệ vì chúng có độ bền riêng cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời ở nhiệt độ cao trong môi trường sunfua hóa, ô xi hóa và các bon hóa [103, 104]. Trong số các phương pháp này, MA cung cấp một số lợi thế để sản xuất hợp kim VĐH như lựa chọn thành phần vật liệu phù hợp, chi phí chế tạo thấp, kiểm soát quá trình dễ dàng hơn, tiết kiệm vật liệu, sản phẩm dạng bột dễ dàng tạo mẫu khối bằng các kỹ thuật thiêu kết và sản xuất hàng loạt [78].

Hiện nay các nghiên cứu về quá trình VĐH hóa bằng MA vẫn chưa đưa ra được cơ sở lý thuyết thống nhất giải thích về sự vô định hình hóa và sự thay đổi cấu trúc vật liệu hệ hợp kim Al-Fe theo thời gian của quá tình. Quá trình đông đặc nhanh có thể tạo ra sự mở rộng đáng kể về khả năng hòa tan rắn của các nguyên tố hợp kim vào kim loại cơ bản và tạo ra các cấu trúc không cân bằng mới, do đó cho phép tạo ra các giả tinh thể giả ổn định. Cho đến nay, chỉ thấy một số ít công trình đã nghiên cứu các tính chất từ, sự tiết pha của các pha và độ ổn định nhiệt của chúng, và sự phát triển cấu trúc và cấu trúc vi mô của hợp kim giả tinh thể Al Cu Fe do₆Mn₁₄ do Shechtman phát₅Cu₂₀Fe₁₅ ₂Fe₁₄Ni₄₀Fe₁₅ ₁₅Cu₂₀Fe₁₅ MA tổng hợp ở thời gian nghiền ngắn.