- TRẦN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG Ti BỔ SUNG ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU COMPOSITE HỆ AlTi3 CỐT Al2O3 IN-SITU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - TRẦN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG Ti BỔ SUNG ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LIỆU COMPOSITE HỆ AlTi3 CỐT Al2O3 IN-SITU Chuyên ngành: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. - Vật liệu composite. - Vật liệu composite trên cơ sở Ti-Al. - Tình hình nghiên cứu hệ vật liệu Al-Ti. - Nghiên cứu ngoài nƣớc về hệ vật liệu Al-Ti. - Phƣơng pháp tạo hình vật liệu bột. - Vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ. - Phƣơng pháp chế tạo vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ. - Các tính chất của vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ. - Một số ứng dụng của vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ. - Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu composite nền AlTi cốt hạt Al2O3 in-situ. - Thực nghiệm chế tạo vật liệu composite nền AlTi cốt hạt Al2O3 in-situ. - Công đoạn thiêu kết. - Nguyên vật liệu. - Kết quả Hiển vi quang học và SEM tổ chức tế vi sau nghiền – ép và thiêu kết khi bổ sung Titan theo phản ứng (2.3. - Ảnh hƣởng của thời gian bổ sung titan. - Kết quả tổ chức tế vi sau nghiền – ép và thiêu kết khi thay đổi thời gian bổ sung Titan theo các phản ứng. - 84 4 LỜI CẢM ƠN Luận văn này đƣợc thực hiện và hoàn thành tại bộ môn Vật liệu & Công nghệ đúc, Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội và Trƣờng cao đẳng Cơ khí - Luyện kim. - Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Vật liệu & Công nghệ đúc và Phòng thí nghiệm công nghệ vật liệu kim loại, Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tính chất của hợp kim biến dạng alpha-2. - Tính chất của hợp kim đúc gamma. - 18 Bảng 1.4.Tính chất của hợp kim biến dạng “орто. - Các loại vật liệu chế tạo động cơ tuabin khí (đến năm 2015. - Các loại vật liệu chế tạo động cơ tuabin khí (dự đoán đến năm 2025. - Các loại vật liệu chế tạo thân máy bay A350XWB. - 31 Hình 1.10. - 32 Hình 1.11. - Các giai đoạn quá trình nghiền trộn cơ học vật liệu dẻo - dẻo. - 33 Hình 1.12. - Các giai đoạn quá trình nghiền trộn cơ học vật liệu dẻo - dòn. - 34 Hình 1.13. - 34 Hình 1.14 . - 40 Hình 1.15. - 42 Hình 1.16. - 45 Hình 1.17. - Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in situ. - Giản đồ thiêu kết mẫu vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ. - 58 Hình 2.10. - 58 Hình 2.11. - 60 Hình 2.12. - 61 8 Hình 2.13. - 63 Hình 2.14. - 64 Hình 2.15. - 64 Hình 2.16. - Kết quả XRD mẫu nghiền theo phản ứng 2.1 và thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau. - Kết quả XRD mẫu nghiền theo phản ứng 2.2 và thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau. - 68 Hình 3.3.Kết quả XRD mẫu nghiền theo phản ứng 2.3 và thiêu kết ở nhiệt độ khác nhau. - 69 Hình 3.4a. - Tổ chức tế vi mẫu phản ứng (2.1. - 70 Hình 3.4b. - Tổ chức tế vi mẫu phản ứng (2.2. - 70 Hình 3.4c. - Tổ chức tế vi mẫu nghiền phản ứng 2.3 thiêu kết ở 850oC. - Kết quả EDS Mapping data mẫu nghiền phản ứng (2.3)- thời gian bổ sung Ti 15 phút, thiêu kết ở 850oC. - 73 Hình 3.7.Kết quả XRD mẫu nghiền theo phản ứng 2.2 và thiêu kết ở 750oC, theo thời gian bổ sung Titan. - Tổ chức tế vi của mẫu composite mẫu nghiền phản ứng (2.2)- thời gian bổ sung Ti (a. - Kết quả XRD mẫu nghiền theo phản ứng thiêu kết ở 750oC, thời gian bổ sung Titan 15 phút. - 76 Hình 3.10. - Tổ chức tế vi của mẫu nghiền theo phản ứng thiêu kết ở 750oC, thời gian bổ sung Titan 15 phút. - 77 Hình 3.11. - Giản đồ độ cứng của vật liệu khi thay đổi lƣợng Ti bổ sung. - 78 Hình 3.12. - Giản đồ độ cứng của vật liệu theo phản ứng (2.2) thời gian bổ sung Titan 15 phút khi thay đổi nhiệt độ thiêu. - 79 Hình 3.13. - Giản đồ độ cứng của vật liệu theo phản ứng (2.1) thiêu kết ở 750oC thời gian bổ sung Titan thay đổi. - 80 9 LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật luôn đi liền với sự phát triển của công nghệ vật liệu và sự ra đời của các vật liệu mới với những tính chất cơ, lý, hóa đặc biệt. - Trong những thập niên gần đây, vật liệu composite đƣợc thế giới hết sức quan tâm và đã dần thay thế các vật liệu truyền thống trong một số lĩnh vực. - Sử dụng vật liệu composite giúp làm tăng độ bền, độ cứng vững, khả năng chịu va đập, khả năng chịu hóa chất của rất nhiều kết cấu, chi tiết. - Đến nay, vật liệu composite đã có mặt trong hầu hết mọi lĩnh vực nhƣ công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, xây dựng hay các ngành công nghiệp nặng, hàng không vũ trụ, chế tạo tên lửa, năng lƣợng hạt nhân. - Trong những năm gần đây, hƣớng nghiên cứu về hệ vật liệu Al-Ti đã đƣợc các nhà khoa học trong nƣớc quan tâm nghiên cứu. - Tại Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội, đã có nhiều nghiên cứu về hệ vật liệu này và đã chế tạo thành công các nhóm vật liệu composite: Al3Ti - Al2O3, AlTi - Al2O3, AlTi3 - Al2O3 bằng công nghệ luyện kim bột, trong đó cốt hạt Al2O3 đƣợc hình thành trong quá trình chế tạo, do vậy các chỉ tiêu chất lƣợng của composite khá đồng nhất. - Với những kết quả này, mở ra triển vọng phát triển hệ vật liệu mới Al - Ti có những ứng dụng cụ thể phục vụ phát triển khoa học công nghệ và xây dựng nền công nghiệp Việt Nam. - Một trong những hƣớng ứng dụng hệ vật liệu composite nền AlTi3 cốt hạt Al2O3 in-situ là nhằm thay thế vật liệu làm van xả động cơ ô tô hiện nay. - Trong nghiên cứu này, đã chế tạo thành công vật liệu composite nền Al-Ti cốt hạt Al2O3 in-situ bằng phƣơng pháp luyện kim bột, Tuy nhiên, hệ vật liệu này lại tồn tại hạn chế nhƣ độ cứng quá cao, độ dai va đập thấp. - Nhằm cải thiện cơ tính của vật liệu hệ Al-Ti đã nghiên cứu có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau, nhƣng trong giới hạn của đề tài này tác giả xin đề xuất lựa chọn xem xét "Ảnh hưởng của lượng Ti bổ sung đến tính chất vật liệu composite hệ AlTi3 cốt Al2O3 in-situ" để nghiên cứu. - Vật liệu composite Vật liệu composite đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm và đƣợc con ngƣời sử dụng rất hiệu quả trong cuộc sống. - Ở Việt Nam, thuyền tre đan trát sơn ta trộn mùn cƣa, hoặc cách làm "nhà tranh, vách đất": lấy bùn trộn với rơm là những ví dụ về vật liệu composite [5]. - Mặc dù đƣợc hình thành từ rất lâu, nhƣng việc chế tạo vật liệu composite thực sự đƣợc chú ý trong khoảng 80 năm trở lại đây. - Năm 1950, chất lƣợng của vật liệu composite đƣợc nâng cao lên nhiều lần với sự ra đời của nhựa epoxy và hàng loạt sợi gia cƣờng nhƣ sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sợi silic...Từ năm 1970 đến nay, các chi tiết chế tạo từ composite nền chất dẻo và sợi gia cƣờng có độ bền cao đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo ôtô, vật liệu xây dựng và những ngành kỹ thuật cao nhƣ hàng không, vũ trụ, an ninh quốc phòng [5. - Đặc điểm của vật liệu composite Vật liệu composite có những đặc điểm chính nhƣ sau [6, 7, 8. - Là vật liệu nhiều pha, các pha tạo nên composite thƣờng rất khác nhau về bản chất, không hoà tan lẫn vào nhau, phân cách nhau bằng bề mặt phân chia pha. - Cấu tạo của vật liệu composite Vật liệu composite có cấu tạo gồm hai phần chính: nền và cốt [6, 7]. - Căn cứ vào nhiệt độ sử dụng sản phẩm composite ngƣời ta quyết định chọn nền chế tạo vật liệu composite. - Trong trƣờng hợp vật liệu chịu tải chu kỳ nền đóng vai trò quan trọng, vì khi phá huỷ mỏi vết nứt thƣờng bắt đầu từ nền. - Composite có chứa hai (hoặc nhiều hơn) vật liệu nền gọi là composite đa nền hoặc composite nền phức tạp. - Vật liệu cốt cần có mật độ nhỏ, độ bền riêng cao trong khoảng nhiệt độ làm việc, có tính công nghệ tốt, ít hoà tan vào nền, mô đun đàn hồi lớn. - Ngoài ra cũng yêu cầu vật liệu cốt có tính ổn định hoá học cao, không có chuyển biến pha trong vùng nhiệt độ làm việc, không gây độc trong môi trƣờng sử dụng. - Composite có chứa hai (hoặc nhiều hơn) vật liệu cốt gọi là composite đa cốt. - Vật liệu composite nói chung có độ bền riêng, độ cứng vững riêng, độ bền nhiệt cao, khả năng chống phá huỷ mỏi và tính chất khác hầu nhƣ cao hơn tất cả các hợp kim kết cấu phổ biến. - Vật liệu composite là loại thƣờng có độ bền riêng (Rm/g), độ cứng vững riêng (E/g) cao. - Ngoài ra vật liệu composite có tính chất mà từng thành phần riêng lẻ không thể có. - Tác dụng tƣơng hỗ giữa các vật liệu thành phần, hình dáng kích thƣớc và đặc điểm phân bố của chúng, đặc biệt là lực liên kết giữa pha nền và cốt có ý nghĩa hết sức quan trọng. - Trong vật liệu composite có tồn tại 3 loại liên kết chính sau: Liên kết cơ học - Mối liên kết thực hiện đơn thuần bởi lực ma sát và nêm cơ học giữa bề mặt nhấp nhô của nền (m) và cốt (f). - Vật liệu composite với liên kết này đƣợc chế tạo bằng cách tẩm sợi (cốt) bằng chất tạo nền ở dạng nóng chảy. - Trong trƣờng hợp này giới hạn bền của sợi cốt và của chính vật liệu composite giảm xuống đáng kể. - Ví dụ, giới bạn bền của cốt sợi silic cacbua trong composite nền titan, do tƣơng tác mạnh giữa nền và cốt đã giảm từ 320 xuống 210MPa, điều đó làm giảm khoảng 30% độ bền vật liệu composite. - Gốm là vật liệu có độ bền cao, chịu oxy hoá cao và duy trì đƣợc độ bền ở nhiệt độ cao (1650oC) nhƣng lại có độ bền kéo thấp, khả năng chịu va đập kém [5]. - 3) Composite nền cacbon/graphit: Là vật liệu có khả năng chịu nhiệt rất tốt, cứng, bền nhiệt đến 2.200oC, điển hình là composite cacbon - cacbon đƣợc sử dụng nhiều trong ngành hàng không, vũ trụ, hoá chất, dƣợc, y tế [9]
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt