Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ AlTMRE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trang 2Công trình này được hoàn thành tại
Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Hoàng Việt
Phản biện 1: ……… Phản biện 2: ……… Phản biện 3: ………
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1 Thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách khoa Hà Nội
2 Thư viện Quốc gia Việt Nam
Trang 3vô định hình cao gấp hai đến ba lần so với hợp kim Al thông thường Hợp kim vô định hình chế tạo bằng kỹ thuật làm nguội nhanh thường
bị giới hạn trong phạm vi kích thước từ vài milimét đến vài centimet
do tốc độ làm nguội tối thiểu cần thiết để làm quá nguội mà không trải qua quá trình tinh thể hóa Gần đây các phương pháp luyện kim bột đã được sử dụng để khắc phục các hạn chế về kích thước và hình dạng của vật liệu vô định hình khi tạo khối Phương pháp hợp kim hóa cơ học có một số ưu điểm để chế tạo hợp kim vô định hình như lựa chọn thành phần vật liệu, 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
Hiện nay rất ít các nghiên cứu tổng hợp hợp kim vô định hình cơ
sở Al bằng phương pháp hợp kim hóa nghiền cơ học tại Việt Nam và
ít công trình công bố trên thế giới về hệ hợp kim Al-Fe-Ni,
Al-Fe-Ni-Y và Al-Fe-Ti-Al-Fe-Ni-Y Sự ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến độ ổn định nhiệt của hợp kim vô định hình cũng như tương quan giữa cấu trúc và tính chất từ của hợp kim cũng là chủ đề thú vị cần nghiên cứu Giả tinh thể (QC - Quasicrystal) là chất rắn có đối xứng bị cấm trong tinh thể học đối với tinh thể học cổ điển, chẳng hạn như đối xứng trục bậc 5, bậc 8, bậc 10 và bậc 12 Do trật tự giả tuần hoàn
Trang 4(quasiperiodic) và đối xứng khối đều 20 mặt (icosahedral), vật liệu QC
có sự kết hợp độc đáo của các tính chất như độ cứng cao, năng lượng
bề mặt thấp, chống mài mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ và độ dẫn điện thấp Với độ cứng cao và ma sát thấp, và lớp phủ cách nhiệt, vật liệu QC Al-Cu-Fe phù hợp cho các ứng dụng phủ khác nhau, bao gồm cả lớp phủ chống mài mòn Sử dụng QC làm pha gia cường trong vật liệu compozit nền kim loại có thể duy trì độ bền cao, tăng độ dẻo dai và giảm hệ số ma sát và tỷ số mài mòn QC còn có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng trên toàn thế giới Việc tổng hợp vật liệu QC có tính chất từ mềm mở ra một số khả năng ứng dụng quan trọng cho các ngành công nghiệp điện và điện tử như làm cuộn cảm, máy biến áp, máy điện và mạch chuyển mạch
Có nhiều công bố trên thế giới về hệ hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ chế tạo bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học kết hợp
xử lý nhiệt tạo ra pha QC Các nghiên cứu tập trung vào sự thay đổi cấu trúc trong quá trình nghiền và xử lý nhiệt tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào làm rõ mối tương quan giữa cấu trúc, hàm lượng pha và tính chất từ của hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ Trong nước chưa có nghiên cứu nào công bố chế tạo hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ bằng phương pháp hợp kim hóa nghiền cơ học và xử lý nhiệt
Dựa trên tình hình nghiên cứu trên, luận án “Tổng hợp vật liệu phi tinh thể hệ Al-TM/RE bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học”
đã được lựa chọn và thực hiện
2 Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là:
• Tổng hợp hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ vô định hình hoàn toàn bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học Nghiên cứu sự ảnh hưởng của cường độ nghiền đến quá trình vô định hình hóa, sự thay đổi cấu trúc, tính chất từ và độ ổn định nhiệt của hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến độ ổn định nhiệt hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ khi thay thế 2% nguyên tử kim loại đất hiếm Y và nguyên tử kim loại chuyển tiếp Ti cho kim loại Ni Nghiên cứu sự ảnh hưởng của giá trị nhiệt trộn âm giữa các cặp nguyên tố kim loại đến sự hình thành cấu trúc vô định hình trong hệ hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂
và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂
Trang 5• Tổng hợp hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Cu₁₅ sử dụng phương pháp hợp kim hóa cơ học và xử lý nhiệt Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc và tổ chức vi mô của hỗn hợp bột nguyên tố Al,
Cu và Fe trong quá trình nghiền và xử lý nhiệt, và mối tương quan giữa cấu trúc và tính chất từ của hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng của luận án là các hệ vật liệu vô định hình cơ sở nhôm Al₈₂Fe₁₄(Ni₄/Ni₂Y₂/Ti₂Y₂), và hệ vật liệu giả tinh thể cơ sở nhôm Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ Trong khuôn khổ thời gian 03 năm nghiên cứu sinh học tập tại Đại học Bách khoa Hà Nội, nghiên cứu sinh đã xác định một phạm vi nghiên cứu cụ thể cho luận án và tập trung vào những vấn đề sau đây:
a) Đối với hệ hợp kim vô định hình cơ sở nhôm hệ Al₈₂Fe₁₄(Ni₄/Ni₂Y₂/Ti₂Y₂):
• Tổng hợp hệ hợp kim bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học, khảo sát sự thay đổi thông số nghiền (tốc độ nghiền, thời gian nghiền) đến quá trình vô định hình hóa của hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ từ đó tìm ra thông số nghiền tối ưu để chế tạo hợp kim vô định hình cơ sở Al sử dụng máy nghiền hành tinh kiểu AGO-II
• Tiến hành thay thế nguyên tố đất hiếm (Y) và cặp nguyên
tố đất hiếm-kim loại chuyển tiếp (Y-Ti) cho nguyên tố Ni trong hệ hợp kim (Al₈₂Fe₁₄Ni4), từ đó nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay thế nguyên tố đất hiếm Y và cặp nguyên tố Y-Ti kim cho kim loại Ni đến độ ổn định nhiệt của hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄
• Nghiên cứu quá trình vô định hình hóa của hệ hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂ chế tạo bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học đồng thời khảo sát mối tương quan giữa tính chất từ và cấu trúc vi mô của bột nghiền hệ hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂ và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂
b) Đối với hệ hợp kim giả tinh thể cơ sở nhôm hệ Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅
• Tiến hành tổng hợp hệ hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ bằng phương pháp nghiền cơ học năng lượng cao và kết
Trang 6hợp với xử lý nhiệt (ủ nhiệt) Khảo sát chế độ nghiền và ủ nhiệt của hệ hợp kim Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ nhằm tăng hàm lượng pha giả tinh thể i-QC và nghiên cứu các tính chất của hợp kim Song song đó, phân tích hình thái và tổ chức vi mô của bột sau quá trình nghiền và ủ nhiệt, và giải thích mối quan hệ giữa tỷ phần pha và tính chất từ của pha giả tinh thể tạo thành sau nghiền cơ học và ủ nhiệt của hệ hợp kim Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅
4 Những đóng góp mới của luận án
Ý nghĩa khoa học
• Tổng hợp thành công hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ vô định hình hoàn toàn bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học Tìm được thông số nghiền tối ưu chế tạo hợp kim cơ sở Al Nâng cao độ ổn định nhiệt của hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ khi thay thế nguyên tử Y và Ti cho nguyên tử Ni Giải thích khả năng hình thành thể vô định hình tổng hợp bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học chủ yếu là giá trị nhiệt trộn âm giữa các cặp nguyên tố trong các hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂ và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂ Làm sáng tỏ mối tương quan giữa giữa tính chất từ và cấu trúc vi mô của bột nghiền hệ hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂ và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂
• Chế tạo thành công hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học và xử lý nhiệt Đã nâng cao hàm lượng pha i-QC khi nghiền và ủ nhiệt hợp kim
hệ Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ Làm rõ mối quan hệ cấu trúc, tỷ phần pha
và tính chất từ của hệ hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅
Ý nghĩa thực tiễn
• Chế tạo thành công hợp kim VĐH cơ sở Al bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học với các thành phần Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂ và Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂
• Xây dựng được quy trình nghiền hợp kim hóa cơ học chế tạo bột hợp kim vô định hình cơ sở Al Sản phẩm bột VĐH được sử dụng để chế tạo hợp kim VĐH dạng khối có độ bền cao gấp 2-3 lần hợp kim Al thông thường
Trang 7• Đánh giá ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm và kim loại chuyển tiếp đến các quá trình vô định hình hóa và tinh thể hóa
• Chế tạo thành công hợp kim giả tinh thể cơ sở Al với thành phần Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ có cấu trúc khác biệt so với hợp kim Al tinh thể bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học và
ủ nhiệt Xác định được quy trình nghiền và ủ nhiệt để hình thành hợp kim giả tinh thể cơ sở Al
• Bột QC là nguyên liệu chế tạo các lớp phủ của dụng cụ nhà bếp, là chất gia cường tạo vật liệu tổ hợp
• Tìm ra quy trình chế tạo hợp kim vô định hình cơ sở Al
và giả tinh thể cơ sở Al nhằm áp dụng vào thực tế sản xuất
Việc tổng hợp hợp kim vô định hình và giả tinh thể cơ sở Al bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học và xử lý nhiệt giúp rút ngắn thời gian chế tạo mẫu, giảm chi phí sản xuất, thân thiện với môi trường Phương pháp đơn giản và dễ chế tạo ở quy mô lớn áp dụng vào thực
tế sản xuất Tất cả quá trình đều được thực hiện trên các thiết bị của Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho thấy tính khả thi và khả năng ứng dụng cao vào các lĩnh vực công nghệ trong nước
5 Bố cục của luận án
Luận án bao gồm phần mở đầu, 3 chương chính và phần kết luận cấu trúc cụ thể như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan vật liệu phi tinh thể
Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp phân tích
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận chung
B Nội dung chính của luận án
Chương 1 Tổng quan vật liệu phi tinh thể
1.1 Vật liệu cấu trúc vô định hình
1.1.1 Giới thiệu
Trang 8Khác với chất rắn tinh thể với các nguyên tử (hoặc ion, phân tử) sắp xếp theo một trật tự nhất định, chất rắn vô định hình (VĐH) chúng sắp xếp hỗn loạn
1.1.2 Phân loại vật liệu vô định hình
Nhiều loại hợp kim VĐH được chế tạo từ những năm 1960 Hợp kim VĐH có dạng băng mỏng, dạng bột hoặc dạng khối được phân
loại thành hai nhóm là kim loại - á kim có các nguyên tử kim loại chiếm
khoảng 80% và các nguyên tử á kim (B, C, P và Si) chiếm khoảng
20% và kim loại - kim loại chỉ có các nguyên tử kim loại
1.1.3 Các đặc trưng của vật liệu cấu trúc VĐH
a Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg)
b Nhiệt dung riêng và độ nhớt của vật liệu VĐH
1.1.4 Cấu trúc của thủy tinh kim loại
Nhiều cách tiếp cận khác nhau đã được sử dụng để cố gắng xây dựng các mô hình cấu trúc VĐH gần đúng bao gồm: mô hình vi tinh thể (microcrystalline), mô hình mạng ngẫu nhiên liên tục (CRN - continuous random network), mô hình xếp chặt các nguyên tử (DRP- dense random packing) và mô hình đa cạnh đều (polyhedral)
1.1.5 Các tính chất của thủy tinh kim loại
Thủy tinh kim loại không có cấu trúc tinh thể, nên cũng không có các khuyết tật tinh thể như biên giới hạt và lệch mạng Không có những khuyết tật này, thủy tinh kim loại có thể có các đặc tính đặc biệt như
độ bền cao, khả năng chống ăn mòn cao và đặc tính từ mềm Các tính chất cơ học của thủy tinh kim loại kết hợp độ bền cao của thép với giới hạn đàn hồi cao của polyme Các giá trị độ bền của BMG đã tổng hợp thường cao hơn hai hoặc ba lần so với các hợp kim thông thường Ví
dụ, BMG cơ sở Al và Ti có độ bền kéo là 1500 và 2200 MPa, trong khi các hợp kim Al và Ti tinh thể thông thường có độ bền kéo tương ứng là 500 và 100 Mpa
1.1.6 Khả năng hình thành thể thủy tinh (GFA)
Một thông số quan trọng để dự đoán GFA của hợp kim là nhiệt độ chuyển pha thủy tinh rút gọn (Reduced glass transition temperature -
Trg) Trg càng cao, thì độ nhớt càng cao, kim loại lỏng dễ dàng đông đặc thành trạng thái thủy tinh với tốc độ nguội tới hạn thấp Ngoài Trg,
Trang 9một tham số khác được sử dụng để xác định khả năng hình thành thể thủy tinh của hợp kim là độ quá nguội, ΔT = Tₓ₁ − Tg Trong đó Tₓ₁ là nhiệt độ bắt đầu tinh thể hóa và Tg là nhiệt độ chuyển pha thủy tinh
ΔT là độ rộng của khoảng quá nguội Nếu khoảng quá nguội rộng (ΔT lớn) thì độ ổn định nhiệt của vật liệu VĐH tốt
1.1.7 Tiêu chí Inoue hình thành vật liệu khối cấu trúc VĐH
Dựa trên dữ liệu tổng hợp BMG bằng phương pháp nguội nhanh, Inoue đã xây dựng ba quy tắc thực nghiệm cơ bản về sự hình thành vật liệu BMG như sau:
bộ phận xe đạp, dụng cụ lặn biển, thiết bị câu cá và các ứng dụng hàng hải
1.1.9 Các phương pháp chế tạo vật liệu vô định hình
Nhiều hệ hợp kim VĐH đã được tổng hợp sử dụng các phương pháp như lắng đọng hơi vật lý, nguội nhanh, chiếu xạ, khuếch tán và hợp kim hóa cơ học
1.2 Giả tinh thể
1.2.1 Khái niệm
Giả tinh thể (QC) là một dạng khác biệt của chất rắn, khác với các vật liệu tinh thể và VĐH do cấu trúc có trật tự mới, giả chu kỳ và đối xứng bị cấm trong tinh thể học cổ điển (như bậc 5, 8, 10 và 12)
1.2.2 Cấu trúc của QC
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
mẫu có được không trùng với hình mẫu ban đầu Chính nhờ đối xứng
Trang 10tịnh tiến mà trong tinh thể thông thường ô đơn vị được sắp xếp đều
đặn và có chu kỳ QC có đối xứng trục bậc 5
Cấu trúc giả chu kỳ ba chiều
Hình 1.1 (A) Hình thoi nhọn (AR- acute rhombus) và hình thoi tù (OR- obtuse rhombus) được gọi là hình thoi vàng, trong đó tỉ số các đường chéo
là τ (B) Một khối tam diện hình thoi (rhombic triacontahedron) được tạo bởi 10 AR và 10 OR và một khối tứ diện được tạo bởi 20 AR (C) Sáu vectơ
cơ sở được sử dụng để chỉ số mạng của các giả tinh thể khối đều 20 mặt
1.2.3 Các dạng (biến thể -variation) của QC
a QC ba chiều
Về tính đối xứng, cho đến nay chỉ có một QC ba chiều được phát hiện là iQC Đây là QC được nghiên cứu rộng rãi nhất trong số tất cả các QC đã được tìm thấy
và tạo ra QC có vùng đơn đô-men lớn với trật tự cấu trúc cao để thực hiện các phép đo chính xác Cả hai đặc tính đều rất quan trọng để xác minh rằng QC là một dạng chất rắn mới khác với cả chất rắn tinh thể
và VĐH
1.2.4 Tính chất và ứng dụng
Do cấu trúc nguyên tử độc đáo của QC bao gồm các các tính chất nổi bật như độ cứng cao, khả năng chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát thấp, cách nhiệt và cách điện cao, và năng lượng bề mặt cao Các hợp kim này QC thích hợp cho các ứng dụng làm lớp phủ chống mài mòn,
Trang 11lớp phủ không nhớt, công nghiệp thực phẩm, lớp phủ cách nhiệt, lớp phủ chống ăn mòn, ngành y tế, làm gia cường cho vật liệu tổ hợp nền
polyme và nền kim loại, lưu trữ hy-đrô, v.v
1.2.5 Một số phương pháp chế tạo QC
- Nguội nhanh trên bánh quay (Melt Spinning)
- Phương pháp phủ (coating method)
- Phương pháp hợp kim hóa cơ học (Mechanical alloying)
1.3 Tổng kết chương
Tóm tắt chương 1
Trong nội dung của chương 1 đã trình bày cơ sở lý thuyết về một
số vấn đề cơ bản như sau:
• Đã phân tích về cấu trúc, tính chất cũng như ứng dụng của hệ hợp kim VĐH và hợp kim QC Đối với hợp kim cô định hình, khả năng hình thành thể thủy tinh và cấu trúc của thủy tinh kim loại đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp và phân tích hợp kim VĐH
• Đối với hợp kim QC, cấu trúc của QC là rất đặc biệt và cần nghiên cứu chuyên sâu, bằng những phân tích về lý thuyết đã đưa gia về cấu trúc giả chu kì hai chiều, ba chiều, có thể làm
rõ những đặc điểm mà từ đó có thể hỗ trợ lựa trọn các chế độ
xử lý phù hợp và ứng dụng vào những lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp
• Phương pháp tổng hợp hợp kim hóa cơ học (MA) là phù hợp với tổng hợp hợp kim VĐH cũng như QC do những ưu điểm như giá thành thấp, kiểm soát quá trình dễ dàng, tiết kiệm nhiên liệu và hơn nữa là có thể ứng dụng vào sản xuất hàng loạt Khi tổng hợp hợp kim QC còn cần thêm bước xử lý nhiệt
Do đó, việc lựa chọn chế độ và các phân tích liên quan có thể giúp quá trình tổng hợp trở nên dễ dàng và có hiệu quả cao
• Trình bày tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đối với
hệ VĐH Al-Fe-TM/RE và giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅
o Hệ hợp kim VĐH Al-Fe-TM/RE: quá trình vô định hình hóa, GFA dựa trên qui tắc bSán thực nghiệm của Inoue, cơ chế đối với quá trình vô định hình hóa chế tạo bằng phương pháp MA vẫn chưa được giải thích thỏa đáng
Trang 12o Hệ hợp kim giả tinh thể Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅: quá trình nghiền ở thời gian ngắn, tính chất từ của hợp kim giả tinh thể chế tạo thông qua 2 bước: MA và xử lý nhiệt chưa được nghiên cứu
Chương 2 Thực nghiệm và phương pháp phân tích
2.1 Nguyên liệu ban đầu
Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm bột Al, Fe, Ni
và Y PCA sử dụng cho nghiên cứu này là dung dịch n-hexan và a-xít stearic
2.2 Thiết bị nghiền
Nghiền hợp kim vô định hình
Quy trình thực nghiệm như sau:
1 Mẫu bột ban đầu được định lượng với thành phần hợp thức Al-Fe-TM(RE) (TM: Ni, Ti, RE: Y) như sau: Al₈₂Fe₁₄Ni₄, Al₈₂Fe₁₄Ni₂Y₂, Al₈₂Fe₁₄Ti₂Y₂
2 Chuẩn bị tang nghiền cho quá trình nghiền hợp kim hóa cơ học Bột và bi được cho vào tang nghiền, tỷ lệ bi:bột sử dụng
là 20:1, sau đó sử dụng 50ml n-Hexan được bổ sung làm chất trợ nghiền (PCA)
3 Hút chân không và nạp khí Ar
4 Hỗn hợp được hợp kim hóa cơ học trong máy nghiền bi hành tinh, mẫu được nghiền liên tục theo các khoảng thời gian: 5h, 10h, 20h, 40h và 60h ở tốc độ nghiền khác dã chọn (250 rpm
và 350 rpm)
Nghiền hợp kim giả tinh thể
Quy trình thực nghiệm như sau:
1 Mẫu bột ban đầu được cân với thành phần hợp thức Al-Cu-Fe,
cụ thể là Al65Cu20Fe15
Chuẩn bị tang nghiền cho quá trình nghiền cơ học Bột và bi được cho vào tang nghiền, tỷ lệ bi:bột sử dụng là 20:1, sử dụng 3% khối lượng a-xít stearic làm chất trợ nghiền
2 Hút chân không và nạp khí Ar
3 Hỗn hợp được nghiền cơ học sử dụng máy nghiền bi hành tinh, mẫu được nghiền liên tục theo các khoảng thời gian: 5, 15, 30,
45, 60 phút, 2h, 5h ở tốc độ nghiền 500 rpm
Trang 132.3 Thiết bị hợp kim hóa và phân tích:
- Máy nghiền bi hành tinh
Trong luận án này, Hợp kim cơ sở Al cấu trúc VĐH và QC được tổng hợp bằng máy nghiền bi hành tinh 2 tang quay, kiểu AGO-II
2.4 Thiết bị phân tích
Các phương pháp đặc trưng mẫu trong luận án:
- Nhiễu xạ tia X và xử lý dữ liệu XRD
- Đặc trưng hình thái học hạt bột
- Đặc trưng nhiệt của mẫu - phân tích nhiệt lượng quét vi sai
- Phân tích sự phân bố kích thước hạt bằng máy phân tích hạt Laser
- Thiết bị đo từ - từ kế mẫu rung VSM
Chương 3 Kết quả và thảo luận
3.1 Tổng hợp hợp kim vô định hình bằng phương pháp hợp kim hóa cơ học
3.1.1 Quá trình vô định hình hóa của hợp kim cơ sở Al 3.1.1.1 Sự thay đổi tổ chức và cấu trúc của hợp kim
Trong kỹ thuật MA, tác động của va chạm bi lên hỗn hợp các hạt bột dẫn đến hiện tượng hàn nguội và phân mảnh Sự dịch chuyển của đường cong phân bố kích thước tích lũy sang trái (Hình 3.5), cho thấy kích thước hạt chuyển sang phạm vi micron nhỏ hơn (< 19,4 μm và 14,6 ở phần thể tích 90% đối với bột nghiền lần lượt ở tốc độ 250 và
350 rpm)
Trang 14Hình 3.5 Sự phân bố kích thước hạt của bột hợp kim Al₈₂Fe₁₄Ni₄ được
nghiền ở (a) 250 rpm và (b) 350 rpm
Hình 3.8 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột nghiền với tốc độ
250 và 350 rpmvới thời gian nghiền khác nhau Sau 5h nghiền, các píc nhiễu xạ đặc trưng cho các kim loại ban đầu Al, Fe và Ni tương tự nhau khi nghiền ở tốc độ khác nhau Tuy nhiên, với bột hợp kim nghiền ở tốc độ 350 rpm, các píc nhiễu xạ mở rộng hơn so với bột nghiền ở tốc độ 250 rpm Khi tăng thời gian nghiền lên 10 h, xuất hiện một píc khuếch tán rộng tương ứng với pha VĐH trong phạm vi 2θ: 40-50° đối với bột được nghiền ở tốc độ 350 rpm Với tốc độ nghiền thấp hơn 250 rpm thì sau 20 h nghiền mới thấy píc của pha vô định hình Do năng lượng nghiền thấp hơn của bột được nghiền ở tốc độ
250 rpm so với bột nghiền ở tốc độ 350 rpm nên quá trình VĐH của bột nghiền 250 rpm chậm hơn Các píc nhiễu xạ của Al biến mất trên giản đồ nhiễu xạ tia X đối với mẫu 250 và 350 rpm sau 40 h và 20h, tương ứng Sau 60h MA, chỉ còn duy nhất 1 quầng khuếch tán đặc trưng cho vật liệu VĐH hoàn toàn
Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X của bột Al₈₂Fe₁₄Ni₄ ở các thời gian nghiền khác nhau với tốc độ nghiền (a) 250 rpm và (b) 350 rpm
