8. Bố cục của luận án
2.3.2.Tham số cấu trúc
2.3. Các thông số ảnh hưởng đến độ nhớt khi tạo hình xúc biến
2.3.2.Tham số cấu trúc
Thay đổi của độ kết tụ chịu tác động trực tiếp của tốc độ biến dạng khi vật liệu ở trạng thái bán lỏng (hình 2.7) [9], [63]. Trong quá trình biến dạng, cấu trúc vật liệu thay đổi do biến dạng vừa có tác dụng đẩy các hạt lại gần nhau, thúc đẩy quá trình dính kết vừa phá vỡ các liên kết đã có từ trước giữa các hạt. Vì vậy, là tham số đặc trưng cho mức độ kết tụ trong tổ chức tế vi và có thể nhận các giá trị từ 0 đến 1: = 1 tương ứng với trạng thái các hạt liên kết với nhau tạo thành khung 3D liên tục. Ngược lại, nếu = 0 khung bị phá vỡ hoàn toàn, tương ứng với các hạt pha rắn lơ lửng trong nền pha lỏng, hình thành trạng thái huyền phù của các hỗn hợp rắn-lỏng.
C
Hình 2.7. Quan hệ giữa tốc độ biến dạng và tham số cấu trúc [62]
Sự thay đổi của tham số cấu trúc có thể được biểu thị bằng một phương trình vi phân mô tả động học giữa sự dính kết của các hạt pha rắn và sự phá huỷ các liên kết do biến dạng cắt. Theo Atkinson, H. V. [9], mối quan hệ đó được mô tả theo phương trình (2.12): d a 1 b c d dt trong đó a, b, c và d là các hằng số cho một hệ bán lỏng. (2.12)
Nhận xét: cách tiếp cận này tồn tại hai nhược điểm: không phản ánh được sự khác nhau giữa ứng xử của mô hình 3D chặt chẽ và của mô hình 3D lỏng lẻo và không mô tả được kết tụ không liên tục (kết tụ suspension).
Chen và Fan [17] đã phát triển mô hình vi cấu trúc mô (khắc phục hai nhược điểm trên) mô tả quan hệ giữa độ nhớt và tỷ phần pha rắn hiệu dụng với ứng xử lưu biến của kim loại bán lỏng trong điều kiện dòng cắt đơn giản. Theo mô hình đó, hỗn hợp rắn lỏng được coi như một chất lưu (huyền phù) trong đó các hạt rắn hình cầu có độ gắn kết thấp được phân tán trong nền pha lỏng. Theo tài liệu này, tham số cấu trúc được định nghĩa là số lượng trung bình của các hạt trong mỗi cụm kết tụ. Trong trường hợp dòng cắt đơn giản, tham số cấu trúc () được sử dụng để mô tả trạng thái kết tụ và phân tán. Thông qua tỷ phần
phần pha lỏng bị giam giữ trong hạt pha rắn (2.13), độ nhớt có có thể được biểu diễn như là hàm của tham số cấu trúc (2.14).
f eff 1 1 A f (2.13) s s eff 5 (2.14)
Trong đó là độ nhớt tức thời, o là độ nhớt của nền lỏng (khi tỷ phần pha rắn hiệu dụng = 0), A là tham số mô hình liên quan đến chế độ đông đặc, A giảm khi khối lượng riêng tăng (phần không gian được lấp đầy bởi các hạt rắn). Tham số A được biểu thị bằng một phương trình tuyến tính (A = 3,395
– 4,96*fs, trong đó fs là tỷ phần pha rắn) cho hợp kim Sn15%Pb [18] và tỷ phần pha rắn hiệu dụng được coi là tổng của tỷ phần pha rắn thực và tỷ phần pha lỏng bị giam giữ trong các hạt pha rắn. Phương trình (2.13) cho biết mối quan hệ giữa tỷ phần pha rắn hiệu dụng, tỷ phần pha rắn thực tế và hình thái kết tụ. Phương trình (2.14) là độ nhớt của hợp kim bán lỏng là một hàm của độ nhớt nền lỏng và tỷ phần phần pha rắn hiệu dụng. Các thông số khác chỉ ảnh hưởng gián tiếp đến độ nhớt thông qua việc thay đổi tỷ phần pha rắn hiệu dụng.