ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM bột CHẾ tạo vật LIỆU MA sát nền bột sắt làm má PHANH tàu vận tải ĐƯỜNG sắt

Đoàn Đình Phương 2,b 1Viện Nghiên cứu Cơ khí 2Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam a haminhhunggs@gmail.com; b phuongdd@ims.vast.ac.vn TÓM TẮT Bài báo giới thiệu một s

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT CHẾ TẠO VẬT LIỆU MA SÁT

NỀN BỘT SẮT LÀM MÁ PHANH TÀU VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT

APPLICATION OF POWDER METALLURGY TECHNOLOGY FOR

MANUFACTURING FRICTION MATERIALS WITH IRON POWDER FOUNDATION

TO MAKE BRAKE PADS OF TRAIN IN RAILWAY TRANSPORTATION

PGS TS Hà Minh Hùng (1,a) , TS Đoàn Đình Phương (2,b)

1Viện Nghiên cứu Cơ khí

2Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam

a haminhhunggs@gmail.com; b phuongdd@ims.vast.ac.vn

TÓM TẮT

Bài báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu hợp kim ma sát trên cơ sở nền bột sắt, ứng dụng làm phanh tàu vận tải khoáng sản đường sắt trên khai trường

mỏ tỉnh Quảng Ninh nhằm thay thế vật liệu gang đúc truyền thống Tính chất cơ lý của vật liệu chế thử phụ thuộc vào hàm lượng các thành phần phối liệu bột nguyên liệu, chế độ ép tạo hình, thiêu kết và biến dạng ép nóng làm cơ sở khoa học để điều chỉnh công nghệ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cần thiết Các tiêu chí chính đánh giá chất lượng vật liệu hợp kim ma sát luyện kim bột nền sắt báo gồm: độ xốp, mật độ trung bình, độ cứng tải trọng nhỏ và ảnh tổ chức tế vi mẫu

ở trạng thái sau thiêu kết

Từ khóa: luyện kim bột (LKB); hợp kim ma sát trên cơ sở nền bột sắt (HKMSFe);

q uy hoạch thực nghiệm (QHTN)

ABTRACT

This article introduces some experimental research results when manufacturing alloy friction materials on the basic of iron powder foundation, for application of making brake pads

of mineral transportation train in mining field of Quang Ninh province, in order to replace cast iron – the traditional materials The mechanical properties of testing materials depend on the concentration of the mixed powder material components, forming mode and sintering in several experimental planning modes, as the scientific basis to adjust the technology in consistent with the necessary technical requirements The main criteria for assessing the quality of the alloy friction materials with the iron powder metallurgy foundation include: The average porosity and corresponding density, small weight hardness and microstructure of the tested sample in the phase after pressing-sintering

Key words: iron powder metallurgy; alloy friction materials on the basic of iron powder

foundation; experimental planning, experimental planing

Ở các nước công nghiệp phát triển trên thế giới như: Đức, Pháp, Mỹ, Nhật Bản, Nga,

có hệ thống đường sắt vận tải hàng hóa và hành khách (kể cả các tuyến đường tàu cao tốc) chiếm tỷ trọng lớn trong ngành giao thông vận tải Trước đây, các má phanh trong hệ thống phanh trên toa xe thường được chế tạo bằng vật liệu gang chịu mòn cao (gang xám, gang giun vermicular graphit) Má phanh tàu vận tải đường sắt là chi tiết làm vật hy sinh hết sức quan trọng trong bộ đôi ma sát khô với bánh xe goòng, làm việc ở điều kiện nhiệt độ cao và dưới áp lực rất lớn, nên bị mòn rất nhanh và phải thay thế thường xuyên mới đảm bảo trong an toàn chạy tàu Đặc biệt là đối với các tàu cao tốc hiện nay sử dụng vật liệu composit kim loại có độ cứng thấp, nhưng khả năng chịu mòn cao bởi do có chứa các chất bôi trơn rắn, làm việc tốt ở điều kiện ma sát khô để làm má phanh Hai nhóm vật liệu ma sát được chế tạo bằng công

nghệ luyện kim bột (LKB) trên cơ sở nền bột đồng và bột sắt đều có tính năng vượt trội hơn gang hợp kim là chịu nhiệt, chịu mài mòn cao được sử dụng phổ biến làm má phanh cho các toa tàu khách và tàu vận tải đường sắt, có thể tra cứu trong tài liệu đã công bố [1] Gần đây, có nhiều nghiên cứu cơ bản về phát triển tính năng của vật liệu ma sát LKB làm việc ở nhiệt độ cao đến 11000C nhờ đưa vào hỗn hợp bột nguyên liệu với hàm lượng khác nhau của các thành phần pha trộn như Al2O3 [4], [5] hoặc SiO2 [3], đồng - thiếc [1], [2], [6], [11]

Ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ LKB để chế tạo các chi tiết máy làm việc ở điều kiện chống ma sát dưới tải trọng cao và vật liệu ma sát đang được nhiều nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Cơ khí thuộc Bộ Công thương [7], [8], [11], Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [9], Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Viện Phát triển Kỹ thuật Công nghệ tiên tiến (IDAT) thuộc Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam [12], triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm và có nhiều kết quả khả quan, có thể tiếp tục nghiên cứu phát triển hướng tới thử nghiệm trên quy mô pi-lốt Với ý tưởng đưa công nghệ LKB vào một số nghiên cứu ứng dụng trên thực tế phục vụ các ngành công nghiệp khai thác mỏ

ở nước ta, bài báo này giới thiệu khái quát một vài kết quả chế thử vật liệu hợp kim ma sát trên

cơ sở nền bột sắt (HKMSFe) ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm mục đích sử dụng làm má phanh đầu máy tàu vận tải khoáng sản bằng đường sắt thay thế cho vật liệu gang đúc (Hình 1)

2 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM

Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu tham khảo, lựa chọn hệ vật liệu HKMSFe có các thành phần chính gồm: 71%Fe + 6 %Cu + 6 %Cgr + 10 %SiO2 + 7% phụ gia kết dính và chất bôi trơn rắn Pb, Sn, Zn,… còn lại Bột nguyên liệu trước và sau khi nghiền trộn được chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định hình thái, cũng như sự đồng đều hóa của các bột thành phần Áp dụng công nghệ ép tạo hình và thiêu kết trong môi trường khí bảo vệ để tạo phôi vật liệu HKMSFe Mật độ trung bình tính toán theo lý thuyết của vật liệu này ở trạng thái đặc xít (không có lỗ xốp) tương ứng với thành phần hóa học đã chọn là ρt.b= 6,56436g/cm3

Điều kiện quy hoạch thực nghiệm (QHTN) chọn như sau: bột nguyên liệu được nghiền trộn trên máy trộn năng lượng cao trong thời gian từ 1,5 h đến 2,5 h, sau đó được ép tạo hình mẫu hình trụ trên máy ép thủy lực 300 T với áp lực ép cho trong khoảng p = từ 250 ÷ 350 MPa Sử dụng lò thiêu kết có nguồn cấp khí hydro Nhiệt độ thiêu kết giữ đẳng nhiệt thử trong khoảng Tt.k = 950 ÷ 1050OC trong thời gian tt.k = 1,5 ÷ 2,5 giờ Hàm mục tiêu đánh giá chất lượng là mật độ và độ xốp trung bình tương ứng, độ cứng tải trọng nhỏ HV0,02và tổ chức

tế vi vật liệu sau thiêu kết Sử dụng phương pháp hiển vi quang học, SEM-EDX để nghiên cứu cấu trúc vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1, đồng thời xác định thành phần tại một số tiểu vùng cấu trúc đặc biệt Các trang thiết bị nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm của Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) và Trung tâm nghiên cứu vật liệu (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội) đều đạt chuẩn kiểm định chuyên ngành, đáp ứng yêu cầu phối hợp nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ của Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến (IDAT) để thực hiện các thí nghiệm đề ra

Hình 1 Ảnh chụp chi tiết guốc phanh (a) sử dụng cho đầu máy tàu vận tải khoáng sản bằng

đường sắt trên khai trường mỏ Quảng Ninh (b) [11]

3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

Hình thái các bột nguyên liệu chính tham gia vào thành phần hỗn hợp nghiền trộn được thể hiện qua ảnh SEM và kết quả phân tích XRD như sau: Bột đồng hợp kim – Hình 2; Bột graphit – Hình 3; Bột SiO2 – Hình 4; Bột hợp kim nhôm– Hình 5; Bột Fe – Hình 6 Sau khi nghiền trộn trên máy nghiền năng lượng cao, bột nguyên liệu đầu vào cho ép tạo hình mẫu thí nghiệm sau khi trộn với thời gian 1,5 giờ có hình thái cho trên Hình 7 Từ đó cho thấy: các bột cấu thành hỗn hợp bột nguyên liệu đầu vào ép tạo hình qua nghiền trộn đều mịn hạt hơn và phân bố khá đồng đều Kết quả X-ray bột nguyên liệu sau nghiền trộn cho thấy sự có mặt của các nguyên tố tham gia vào quá trình nghiền trộn

3.2 Mật độ và độ xốp trung bình vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1

Mật độ và độ xốp trung bình của các mẫu vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1 được xác định bằng phương pháp cân thủy tĩnh Kết quả thực nghiệm trong Bảng 1 cho thấy trong lô thí nghiệm số 1, 2, 3 - QHTN mật độ trung bình của HKMSFe có giá trị trong khoảng ρt.b = 3,8067 ÷ 4,7526 g/cm3, còn độ xốp trung bình tương ứng là: γt.b = 40,0746 ÷ 25,8142% Sau khi điều chỉnh tăng áp lực ép tạo hình và thời gian thiêu kết (mẫu số 14*, 17* và 18*) ta thấy mật độ tăng, còn độ xốp giảm đáng kể Điều đó dẫn đến tăng cơ tính vật liệu HKMSFe ngay

cả sau khi ép – thiêu kết

a)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot HK Cu

06-0658 (D) - Aluminum Copper Magnesium - AlCuMg - Y: 12.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0686 (*) - Lead, syn - Pb - Y: 2.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0657 (D) - Copper Zinc - CuZn - Y: 4.96 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Hung-Vien NCCK-Bot HK Cu(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/14 10:26:57

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

2-Theta - Scale

b) Hình 2 Ảnh SEM (a) và kết quả X-ray (b) bột hợp kim đồng trước khi nghiền trộn

a)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot graphite

06 0221 (D) K li it 1Md Al2Si2O5(OH)4 Y 1 09 % d b 1 000 WL 1 54056 02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 2.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 20.31 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Hung-Vien NCCK-Bot Graphite(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/11/14 15:52:12

0 100 300 500 700 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000

2-Theta - Scale

1 d=

b)

Hình 3 Ảnh SEM (a) và kết quả X-ray (b) bột graphit trước khi nghiền trộn

a)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot SiO2

33-1161 (D) - Quartz syn - SiO2 - Y: 4364 % - d x by: 1000 - WL: 154056 File: Hung-Vien NCCK-Bot SiO2(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/14 11:48:36

0 1000 2000 3000

2-Theta - Scale

b)

a)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot Al2O3

04-0787 (*) - Aluminum, syn [NR] - Al - Y: 13.02 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0673 (*) - Tin, syn - Sn - Y: 3.56 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Hung-Vien NCCK-Bot Al2O3(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/14 11:11:06

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

2-Theta - Scale

b)

a)

04-0836 (*) - Copper, syn - Cu - Y: 3.35 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - Y: 17.12 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Hung-Vien NCCK-Bot sat lo nho.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 11/24/11 11:03:59

0 100 200 300 400

2-Theta - Scale

b)

Hình 6 Ảnh SEM (a) và kết quả X-ray (b) bột sắt trước khi nghiền trộn

a)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot Fe+HK Cu+graphite+SiO2

02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 0.74 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0787 (*) - Aluminum, syn [NR] - Al - Y: 4.04 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 10.34 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0658 (D) - Aluminum Copper Magnesium - AlCuMg - Y: 2.33 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0657 (D) - Copper Zinc - CuZn - Y: 5.29 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Hung-Vien NCCK-Bot Fe+HKCu+Graphite+SiO2(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/11/14 15:08:38

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

2-Theta - Scale

b)

Bảng 1 Kết quả thí nghiệm QHTN tạo mẫu vật liệu HKMSFe (thiêu kết lần 1)

STT Mã số P,

MPa

T,

0C

t, phút

Mật độ, ρt.b, g/cm3

Độ xốp,

γt.b, % Ghi chú

4 100 300 950 90 3,9204 38,2847 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 9a

6 120 300 1050 90 4,1666 34,4090 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 9b

8 210 350 1000 90 4,2670 32,8285 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 9c

9 220 350 1050 90 4,3125 32,1123 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 9d 14* 111 300 1000 120 4,3515 31,4983 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 10a 17* 212 350 1000 150 4,6807 26,3160 Ảnh tổ chức tế vi ở Hình 10b

Theo các số liệu ở Bảng 1, nhóm tác giả đã xây dựng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ chính là (p, MPa), (Tt.k,OC) và (tt.k, phút) và hàm mục tiêu độ xốp trung bình (γt.b, %), mật độ trung bình tương ứng (ρt.b, g/cm3) như cho trên Hình 8a,b

a)

b)

Hình 8 Sự phụ thuộc của độ xốp (a) và mật độ (b) của vật liệu HKMSFe sau ép – thiêu

kết lần 1 vào chế độ ép tạo hình và thiêu kết [11]

Từ việc phân tích kết quả thí nghiệm nêu trên thấy rõ độ xốp vật liệu thiêu kết lần 1 còn lớn, còn mật độ thấp, do đó để tăng cơ tính của nó cần tiến hành công đoạn ép nóng lại lần 2 Mức độ biến dạng tổng cộng quá trình ép nóng cần khảo sát trong khoảng εΣi = 12,5 ÷ 50% để đạt được yêu cầu độ xốp và mật độ tương ứng cần thiết trên sản phẩm guốc phanh luyện kim bột của Liên bang Nga [1]

3.3 Độ cứng tế vi vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1

Kết quả đo độ cứng tế vi dưới tải trọng nhỏ (HV0,02) trên một số mẫu vật liệu HKMSFe điển hình có thể tham khảo trong công trình [8] Ở đây nêu một số thí nghiệm điển hình đối với mẫu nhận được trong Bảng 1 khi đo với tải trọng P = 2 N, thời gian giữ tải t = 10 s:

- Mẫu số 4: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng ở Hình 9a Độ cứng tế vi trung bình nhận được

đo tại các lớp và tiểu vùng cấu trúc khác nhau của mảnh ghép HKMSFe có giá trị đạt trong khoảng HV0,02 = 206 ÷ 314 (tương đương với HRC = 12,4 ÷ 31,5);

- Mẫu số 6: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng ở Hình 9b Độ cứng tế vi trung bình nhận được đạt trong khoảng HV0,02 = 208 ÷ 327 (tương đương HRC = 12,8 ÷ 33,0);

- Mẫu số 7: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng ở Hình 9c Độ cứng tế vi trung bình nhận được đạt trong khoảng HV0,02 = 235 ÷ 367 (tương đương với HRC = 19,2 ÷ 37,0);

- Mẫu số 9: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng ở Hình 9d Độ cứng tế vi trung bình nhận được đạt trong khoảng HV0,02 = 235 ÷ 370 (tương đương với HRC = 19,2 ÷ 37,0);

Từ đó có nhận xét: độ cứng tế vi trung bình của một số mẫu điển hình khảo sát đo tại các tiểu vùng cấu trúc đặc trưng khác nhau có xu hướng tăng dần theo chiều tăng của áp lực

ép bột tạo hình theo thứ tự mẫu số 4 → mẫu số 6 → mẫu số 7 → mẫu số 9 Hiện tượng này có thể được giải thích do khi áp lực ép tạo hình tăng, độ xít chặt vật liệu thiêu kết tăng, dẫn đến

độ cứng trung bình tăng (xem Hình 9a÷d và Hình 10a,b ở mục 3.4 dưới đây)

Trong số các thí nghiệm trên, chọn 06 mẫu điển hình để nghiên cứu khảo sát tổ chức

tế vi của chúng trên kính hiển vi quang học, kết quả cho trên Hình 9a÷d và Hình 10a,b Các ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1 ở đây cho thấy trên mỗi một mẫu thí nghiệm thì độ cứng tại các tiểu vùng cấu trúc điển hình khác nhau có giá trị khác nhau: tại những tiểu vùng lỗ xốp (màu đen đậm) hoặc có hàm lượng tích tụ nhiều graphit và nguyên tố hợp kim mềm (màu xám sáng hơn) thì độ cứng thấp, còn ở những tiểu vùng cấu trúc là pha nền sắt hoặc hợp chất liên kim loại (màu sáng trắng hoặc nâu hồng) thì độ cứng

có giá trị cao hơn

a) Mẫu số 4; b) Mẫu số 6; c) Mẫu số 7; d) Mẫu số 9

a) b)

công nghệ, x100: a) Mẫu số 14; b) Mẫu số 17

001

001

10 µm

a)

keV

001

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

l KKesc

Ti Ti

C C

b)

tại tiểu vùng cấu trúc 001 - mẫu No7 (34,73%O; 5,15%Al; 28,36%Si; 28,36%Ca;

3,77%Mn; 15,5%Fe)

003

003

10 µm

a)

keV

003

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Cr Cr

b)

tại tiểu vùng cấu trúc 003 - mẫu No7 (4,87%C; 7,25%Cu; 86,95%Fe)

005

005

30 µm

a)

keV

005

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

b)

tại tiểu vùng cấu trúc 005 - mẫu No7 (45,23%O; 9,58%Al; 28,91%Si; 7,22%Ca;

2,28%Ti; 2,17%Mn; 0,94%Fe)

005 005

20 µm

a)

keV

005

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

b)

Hình 14 Ảnh SEM (a) và kết quả phân tích EDX (b) vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1

tại tiểu vùng cấu trúc 005 (mẫu No9: 4,0%C; 5,61%Cu; 90,4%Fe)

SEM-EDX

Ngoài các tiêu chí đánh giá chất lượng vật liệu HKMSFe bằng phương pháp hiển vi quang học nói trên, kết quả phân tích SEM-EDX tại một số tiểu vùng cấu trúc đặc trưng là những vị trí khảo sát cục bộ của vật liệu HKMSFe (Hình 11 ÷ 14) cho ta thấy thành phần vật liệu ở đó đóng vai trò quyết định đến độ cứng tải trọng nhỏ nhận được tương ứng

Từ kết quả khảo sát cấu trúc tế vi vật liệu HKMSFe bằng phương pháp hiển vi quang học, việc phân tích SEM-EDX tại các tiểu vùng đặc trưng của nó là cần thiết và được thực hiện tại Trung tâm COMFA – Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) Kết quả thí nghiệm cho trên các Hình 11 ÷ 14 góp phần giải thích sự khác nhau của độ cứng tế vi nhận được trên các mẫu khảo sát [11]

- Phân tích kết quả nhận được ở Hình 11 cho thấy: thành phần vật liệu HKMSFe mẫu số

7 tại tiểu vùng cấu trúc 001 có hàm lượng nguyên tử ô-xy lớn (34,73 % O), tiếp đó là canxy (28,36 % Ca) và silic (28,36 % Si), còn sắt chỉ có 15,5 % Fe, rồi đến nhôm (5,15% Al) và măng-gan (3,77 % Mn) Đối với hợp chất này độ cứng chỉ đạt giá trị thấp;

- Từ Hình 12 thấy rõ: thành phần vật liệu HKMSFe cũng trên mẫu số 7, nhưng tại tiểu vùng cấu trúc 003 có hàm lượng nguyên tố cacbon không lớn (4,87 %C), tiếp đó là đồng (7,25

% Cu), còn sắt chiếm tỷ trọng lớn (86,95 % Fe) Ở đây không phát hiện thấy các nguyên tố như

ô-xy và tạp chất khác, điều đó đảm bảo độ cứng vật liệu đạt giá trị cao;

- Đối với tiểu vùng cấu trúc 005 của mẫu số 7 (Hình 13): thành phần vật liệu HKMSFe

có hàm lượng nguyên tử ô-xy rất lớn (45,23 % O), sau đó là silic (28,91 % Si), tiếp đến là nhôm (9,58% Al) và can xy (7,22 % Ca), rồi đến titan (2,28 % Ti) và măng-gan (2,17 %

Mn), còn sắt chỉ có 0,94 % Độ cứng vật liệu ở đây cũng thấp tương tự như tại tiểu vùng

001 đã xét ở Hình 11 trên đây;

- Kết quả phân tích trên Hình 14: thành phần vật liệu HKMSFe tại tiểu vùng cấu trúc

003 có hàm lượng nguyên tố cacbon không lớn (4,0 % C), tiếp đó là đồng (5,61 % Cu), còn sắt chiếm tỷ trọng lớn (90,4 % Fe) Ở đây cũng giống như tại tiểu vùng 003 (mẫu No.7) không phát hiện thấy các nguyên tố như ô-xy và tạp chất khác, điều đó đảm bảo độ cứng vật liệu đạt giá trị cao;

- Các tiểu vùng cấu trúc đặc trưng của vật liệu HKMSFe trên là liên kim hoặc hợp chất của những nguyên tố phát hiện được với khối lượng tương ứng bằng phương pháp phân tích SEM-EDX

Đã thực nghiệm chế tạo thành công vật liệu hợp kim ma sát luyện kim bột trên cơ sở nền bột sắt với hàm lượng 71% Fe pha trộn với các nguyên tố Sn, Pb, Cgr, SiO2 và phụ gia khác (% khối lượng), phụ gia kết dính còn lại trong điều kiện trang thiết luyện kim bột hiện có

ở Việt Nam ở quy mô phòng thí nghiệm;

Tổng hợp các tiêu chí giám định về thành phần hóa học bột nguyên liệu đầu vào ép thiêu kết, tính chất cơ – lý và tổ chức vật liệu sau thiêu kết lần 1 cho thấy HKMSFe chế thử tại Việt Nam có đặc tính kỹ thuật tương đối tốt;

Kiến nghị cần đầu tư cho các nghiên cứu phát triển ở mức cao hơn về vấn đề này một cách có hệ thống, đặc biệt là việc xác định khả năng chịu mài mòn ở điều kiện ma sát khô trong môi trường không khí nhiệt ẩm mô phỏng điều kiện làm việc thực tế của hệ thống phanh đầu máy tàu vận tải khoáng sản đường sắt Từ đó sẽ làm cơ sở khoa học cho việc làm chủ công nghệ ở quy mô sản xuất thử nghiệm trong điều kiện Việt Nam với mục tiêu hình thành doanh nghiệp KHCN vệ tinh của nền Công nghiệp hỗ trợ Cơ khí chế tạo Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Федорченко И.М и другие, Свойства порошков, металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов, Киев, Издат-вo: Наукова думка, 1978, 183 c.;

[2] J M Tura, A Traveria, M D de Castellarm, J Pujadas, J Blouet, R Gras, H.G Magham P.Belair, T Hanau, A Romero, Frictionanl properties and wear of molybdenum coating and a bronze (Cu – 10%Sn) with friction modifier fillers, Elsevier Science S.A., 1995;

[3] Xiang Xiong, Jie Chen, Pinping Yao, Shipeng Li, Baiyun Huang, Friction and behaviors and mechanisms of Fe and SiO2 in Cu-based P/M friction materials, 2006, From www.sciencedirect.com;

[4] Mustafa Boz, Adem Kurt, The effect of Al2O3 on the friction perfomence of automotive brake friction materialsi, 2007, From www.slsevier.com.locate.triboint;

[5] A Shrestha, R Asthana, T K Laksonen, and M Singh, Synthesis and Characterization

of Air-Sintered Al2O3-Bronze Composites, 2009, From www.sciencedirect.com;

[6] Bekir Unlu, Enver Atik, Evaluation of effect of alloy elements copper based CuSn10

and CuSn30 bearings on tribological and mechanical properties, Journal of Alloys and Compounds, 2009, From www.elsevier.com/locate/jallcom;

[7] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo bánh răng máy

công cụ (m = 2, Z = 28), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số KHCN05.06 (Chuyên đề KHCN05.06-03), Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2000, Hà Nội, 120 trang;

[8] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo tay biên xe máy HONDA -C100/110 (Phần 2: HD-GF6), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số

KHCN05.06 (Chuyên đề KHCN05.06-05), Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2000, 246 trang;

[9] Trần Quốc Lập, Phạm Thảo, Vũ Lai Hoàng, Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền sắt – mác ФMK-11, Hội thảo khoa học toàn quốc Công nghệ vật liệu và bề

mặt – Thái Nguyên - 2008, Tạp chí KH&CN Đại học Thái Nguyên, số 4(48), trang 68-72;

[10] Hà Minh Hùng, Vũ Thanh Sơn, Nghiên cứu vật liệu hợp kim bột ma sát trên cơ sở nền sắt

ứng dụng trong chế tạo cơ khí, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 3, T3/2014, 2014, trang 115-122;

[11] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phối hợp luyện kim bột và xử lý bề mặt để chế tạo vật liệu hợp kim ma sát nền bột sắt làm guốc phanh tàu vận tải khoáng

sản đường sắt, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ Công Thương mã số 106.14RD/HĐ-KHCN, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2014;

[12] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu tổng quan và xây dựng Thuyết minh đề tài và khảo sát một

số loại bạc trượt bimetal, trimetal thép – hợp kim đồng chịu mòn để lựa chọn công nghệ phù hợp ở Việt Nam dùng cho động cơ đến 250 mã lực, Báo cáo chuyên đề thuộc đề tài

NCKH cấp Liên hiệp Hội Việt Nam mã số 61/LHHVN, Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến (IDAT), Hà Nội, 2014