Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cán tới độ bền liên kết bimetal thép 11KII đồng thau LCu 10 làm tiếp điểm điện

Các dạng tương tác giữa các lớp trong vật liệu Bimetal Theo đặc điểm liên kết giữa các lớp của Bimetal có thể phân thành ba dạng cơ bản sau: 1- Không hoà tan lẫn nhau và không tạo thành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CÁN TỚI ĐỘ BỀN LIÊN KẾT BIMETAL: THÉP

11k Π- LCuZn10 LÀM TIẾP ĐIỂM ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Cao Thành Trung

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ

CÔNG NGHỆ CÁN TỚI ĐỘ BỀN LIÊN KẾT

BIMETAL: THÉP 11kΠ- LCuZn10 LÀM TIẾP ĐIỂM

ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2010

MụC LụC Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5

CHƯƠNG 1 TổNG QUAN QUá TRìNH NGHIÊN CứU

Và CHế TạO BIMETAL LàM TIếP ĐIểM

9

1.1 Vật liệu Bimetal 9

1.1.1 Đặc điểm chung của vật liệu Bimetal 9

1.1.2 Phân loại vật liệu Bimetal 10

1.1.3 Các dạng tương tác giữa các lớp của Bimetal 11

1.1.4 Các kiểu liên kết giữa các lớp vật liệu Bimetal 11

1.2 Vật liệu Bimetal làm tiếp điểm 14

1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật về vật liệu Bimetal làm tiếp điểm 14 1.2.2 Các tính chất của vật liệu Bimetal làm tiếp điểm 15 1.3 Các phương pháp chế tạo Bimetal làm tiếp điểm 16

1.3.1 Phương pháp chế tạo liên kết ở thể lỏng 17

1.3.2 Phương pháp tạo liên kết ở thể rắn 19

1.4 Quá trình nghiên cứu sản xuất Bimetal bằng phương pháp cán 22 1.4.1 Hiện tượng vật lý tại mặt liên kết khi biến dạng Bimetal

23 1.4.2 ảnh hưởng của các thông số công nghệ 31

1.5 Công nghệ sản xuất băng Bimetal phôi làm tiếp điểm 34

1.5.1 Quy trình chung 34

1.5.2 Đề xuất quy trình công nghệ 35 1.6 Các kết luận, mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 38 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 41

2.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm Bimetal 41 2.1.1 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 41 2.1.2 Phương pháp xác định độ bền và độ bền liên kết

theotoàn bộ bề mặt tiếp xúc của băng Bimetal 11K

Π-LCuZn10

42

2.1.3 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi 45 2.2 Thiết bị và phương pháp tiến hành thí nghiệm 49 2.2.1 Thiết bị thí nghiệm 49 2.2.2 Nội dung nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm 50

CHƯƠNG 3 nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng

thời của các thông số công nghệ cán tới

độ bền liên kết kim loại kép

51

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ

bản đến độ bền liên kết và độ đồng đều biến dạng

49

3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tổng lượng biến dạng

đến độ bền liên kết Bimetal thép 11K Π-LCuZn10

51

3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến

độ liên kết Bimetal thép 11K Π-LCuZn10

52

3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ đến

độ bền liên kết Bimetal thép 11K Π-LCuZn10

53

3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời các thông số công

nghệ đến độ bền liên kết kim loại kép

53

3.2.1 Chọn các thông số công nghệ cơ bản có ảnh

hưởng quyết định đến độ bền liên kết kim loại kép

53

3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 54 3.2.3 Chọn mô hình và xây dựng ma trận thùc nghiệm 55 3.2.4 Phương trình tính toán kiểm tra tính thống kê 62 3.2 5 Kiểm tra sự bằng nhau của phương sai 64 3.2.6 Kiểm tra các hệ số 64 3.2.7 Kiểm tra sự phù hợp của mô hình 66 3.3 Phân tích mô hình nhận được và sự ảnh hưởng đồng thời

của các thông số công nghệ cán cơ bản , nhiệt luyện tới độ

bền liên kết kim loại kép

67

3.4 Thí nghiệm tối ưu hoá miền thông số công nghệ 74

CHƯƠNG 4 KếT LUậN Và KIếN NGHị

4.1 Kết luận 79

4.2 Kiến nghị 80

TàI LIệU THAM KHảO

PHụ LụC

81

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần húa học thộp hợp kim 11KΠ

Bảng 1.2 Thành phần húa học đồng thau (LCuZn10)

Bảng 1.3 Kết quả đo độ bền liên kết của các mẫu khác nhau

Bảng 1.4 Kết quả khi gia công ở nhiệt độ và lượng biến dạng khác nhau giữa các thép hợp kim và thép cácbon thấp

Bảng 2.1 Cỏc thiết bị sử dụng trong quỏ trỡnh làm thớ nghiệm

Bảng 3.1 Bảng khảo sát của các yếu tố ảnh hưởng

Bảng 3.2 Bảng chuyển biến từ Zj sang xj

Bảng 3.3 Ma trận cấu trỳc ( F) quy hoạch thực nghiệm

Bảng 3.4 Kết quả thớ nghiệm 3 mẫu ở tõm

Bảng 3.5 So sỏnh giỏ trị b với phương sai

Bảng 3.6 Bảng kết quả tính toán các thông số công nghệ

Bảng 4.1 Bảng kết quả đo độ bền liên kết của các mẫu thí nghiệm

Hỡnh 1.13 Sơ đồ quá trình nghiên cứu bimetal

Hỡnh 1.13 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bimetal làm tiếp điểm điện bằng

Hỡnh 2.6 Chày và Cối để gỏ mẫu

Hỡnh 2.7 Thiết bị đo độ bền liờn kết

Hỡnh 2.8 Thiết bị đo độ cứng tế vi

Hỡnh 2.9: Thiết bị hiển vi quang học

Hỡnh 2.10 Mỏy cỏn 2 trục

Hỡnh 2.11 Lũ ủ điện trở

Hình 3.1 Mô hình nghiên cứu

Hình 3.2 Mô hình quy hoạch thực nghiệm

Hình 3.3 Mẫu đo độ bền liên kết

Hình 3.4 Mẫu 1 với ε= 40% , T=780 0C, t= 240 phút (phóng đại 500 lần) Hình 3.5 Mẫu 2 với ε= 80% , T=780 0C, t= 240 phút (phóng đại 500 lần) Hình 3.6 Mẫu 3 với ε= 84% , T=730 0C, t= 180 phút (phóng đại 500 lần) Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ ủ và thời gian ủ đến độ bền liên kết của Bimetal( ε = 40%)

Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ ủ và thời gian ủ đến độ bền liên kết của Bimetal( ε = 60%)

Hình 3.9 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ ủ và thời gian ủ đến độ bền liên kết của Bimetal ( ε = 80%)

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian ủ và lượng biến dạng đến

Mở ĐầU Kim loại kép không chỉ thay thế các kim loại quý hiếm mà còn là phương pháp để tạo ra vật liệu mới cho các ngành công nghiệp, ứmg dụng trong các lĩnh vực mũi nhọm Vì vậy các kim loại kép khác nhau trong đó có kim loại kép:thép 11KΠ- đồng và hợp kim đồng có ứng dụng rộng rãi trong các ngành điện, điện tử, hoá học và nhiều ngành công nghệ kỹ thuật mũi nhọn khác Tuy nhiên công nghệ sản xuất kim loại kép bằng phương pháp cán còn tồn tại nhiều vấn đề về lý thuyết và công nghệ nhất định để thu được kim loại kép có độ bền theo ý muốn Những tồn tại này chính là do việc phát triển lý thuyết sản xuất kim loại kép chưa đầy đủ, những ứng dụng của nó trong việc sản xuất các chi tiết còn tồn tại những vấn đề không nhỏ Nhiệm vụ cơ bản khi sản xuất kim loại kép mới là ở chỗ đáp ứng được độ bền liên kết trên toàn bộ

bề măt tiếp xúc của các kim loại thành phần Rõ ràng là độ bền liên kết kim loại kép trước tiên phụ thuộc vào tính chất hoá lý của các kim loại và hợp kim thành phần và các thông số công nghệ của phương pháp sản xuất nó.Những yếu tố công nghệ cơ bản khi cán kim loại kép là lượng ép, nhiệt độ cán và chế

độ ủ Sự ảnh hưởng của các thông số này tới độ bền liên kết kim loại kép: thép 11KΠ- đồng và hợp kim đồng cho tới nay chưa giải quyết được hoàn hảo

Những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm chỉ ra rằng nâng cao độ bền liên kết của kim loại kép chỉ có thể đạt được khi tối ưu hoá các thông số công nghệ cán và công nghệ ủ kim loại kép

Mục đích nghiên cứu của đề tài này là: nhận được mô hình toán học biểu diễn độ bền liên kết kim loại kép phụ thuộc vào các thông số công nghệ cán và chế độ ủ trên cơ sở đó tìm ra các thông số công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng khi sản xuất kim loại kép: thép 11KΠ- đồng và hợp kim đồng khi thực hiện đề tài này các thí nghiệm được tiến hành trên máy cán φ100 và chế

độ ủ được thực hiện trong lò buồng điện trở tai phòng thí nghiệm bộ môn CHVL& Cán kim loại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

LuËn v¨n ®−îc tr×nh bµy trong 4 ch−¬ng:

Ch−¬ng 1: Tæng quan qu¸ tr×nh nghiªn cøu v¹t liÖu Bimetal

Ph¹m V¨n Dòng

CHƯƠNG 1 TổNG QUAN QUá TRìNH NGHIÊN CứU Và CHế

TạO BIMETAL LàM TIếP ĐIểM

Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp không chỉ những ngành mũi nhọn như hàng không, vũ trụ mà còn cả những ngành công nghiệp truyền thống như điện, điện tử, điện lạnh, chế tạo máy, xây dựng, hóa học, đòi hỏi phải có những vật liệu mới có tính chất ưu việt hơn những vật liệu thông thường Kim loại và hợp kim thuần túy chỉ có những tính chất cơ lý xác định Khó có kim loại và hợp kim nào lại có cùng một lúc có được tất cả các tính chất cơ lý tính tốt, mặc dù ngày nay tồn tại một số lượng kim loại và hợp kim, xong không phải lúc nào cũng đáp ứng được những yêu cầu đặt ra Như một quy luật tất yếu, các loại vật liệu mới ra đời, trong đó có vật liệu kim loại kép (Bimetal) đã ra đời Vật liệu Bimetal có khả năng kết hợp tính chất của nhiều vật liệu khác nhau vào trong cùng một vật liệu và tạo ra những vật liệu có tính chất hoàn toàn mới, thỏa mãn cùng một lúc nhiều yêu cầu công nghệ Công nghệ chế tạo Bimetal khá đơn giản, không quá phức tạp hơn nữa lại đáp ứng được yêu cầu về giảm kích thước, trọng lượng của các thiết bị, tiết kiệm được các kim loại quý hiếm đắt tiền Vì vậy vật liệu Bimetal thu hút

được khá nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuẩt và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế

1.1 Vật liệu Bimetal

1.1.1 Đặc điểm chung của vật liệu Bimetal

Bimetal là vật liệu không đồng nhất, được tạo bởi hai hay nhiều thành phần kim loại liên kết bền chắc với nhau, trong đó có ít nhất một thành phần trội hơn về thể tích là một kim loại hoặc một hợp kim

Bimetal là một vật liệu nhiều pha, các pha tạo nên Bimetal thường rất khác nhau về bản chất ( vật liệu chống ăn mòn, chống ma sát), không hòa tan vào nhau và phân cách bằng biên giới pha Pha liên tục trong toàn khối vật liệu và

trội hơn so với các pha khác về thể tích được gọi là pha nền Pha phân bố gián

đoạn trong toàn khối vật liệu hoặc ít hơn pha khác về thể tích được gọi là pha dán, pha phủ hoặc pha cốt Trong Bimetal tỉ lệ hình dáng và kích thước cũng như sự phân bố của pha nền và pha cốt tuân theo thiết kế định trước nhằm đảm bảo độ bền liên kết Bimetal, đảm bảo độ bền công nghệ cũng như tiết kiệm kim loại

Tính chất của các pha thành phần được kết hợp lại với nhau để tạo ra tính chất chung của vật liệu Tuy vậy, tính chất của vật liệu tạo ra không bao hàm tất cả các tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn các tính chất cần thiết và phát huy các tính chất đó

1.1.2 Phân loại vật liệu Bimetal

Theo lĩnh vực ứng dụng Bimetal kim loại có thể chia thành năm nhóm sau:

a Bimetal chống gỉ:

Là loại Bimetal có nền là thép Cácbon hoặc thép hợp kim thấp, lớp phủ là kim loại chống gỉ: Đồng, Niken, Nhôm, Titan, các hợp kim nhôm, hợp kim Titan và một số hợp kim khác Độ dày của lớp phủ chiếm khoảng 5 ữ 25% chiều dày tổng cộng

b Bimetal chống ma sát:

Là loại Bimetal có lớp nền là thép và lớp dán là hợp kim chống ma sát cơ

sở nhôm hoặc cơ sở đồng Loại này thường được dùng để chế tạo các dạng bạc lót trục, độ dày của lớp dán chiếm khoảng 25ữ45% chiều dày tổng

c Bimetal tự mài sắc:

Là loại Bimetal có cấu tạo bởi những kim loại và hợp kim có độ bền cao

được dùng để chế tạo bàn gạt đất, gầu xúc đất đá, lưỡi cày, máy ủi, máy nông nghiệp

d Bimetal tiếp điểm:

Là loại Bimetal lớp vật liệu dán phải có tính dẫn điện, nhiệt tốt, độ bền cao, có nhiệt độ hoá mềm và nhiệt độ làm việc lâu dài cao, khả năng chống ăn mòn tốt Vật liệu làm tiếp điểm được làm bằng những vật liệu có tính tiếp xúc

thích hợp, như: Ag, Au, Pt, hợp kim Ag, vật liệu tổ hợp trên cơ sở Ag, Pladium, hợp kim Au, Pt, hợp kim có mạ Ag, Au, Pt,

Ag-e Bimetal dụng cụ và chống mài mòn:

Là loại Bimetal có lớp nền là thép Cácbon có độ dai cao, lớp phủ là thép dụng cụ hợp kim cao hoặc các hợp kim cứng Loại này được ứng dụng để chế tạo dao cắt kim loại, da, giấy, Độ dày của lớp dán chiếm khoảng 30% chiều dày tổng cộng

f Bimetal nhiệt:

Là loại Bimetal được chế tạo bởi ít nhất 2 thành phần có độ dãn nở nhiệt khác nhau Thành phần có độ dãn nở nhiệt nhỏ gọi là thành phần bị động, thành phần kia là phần chủ động Bimetal nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong

kỹ thuật điện, nhiệt, đo lường và điều khiển Thành phần bị động như: FeCr17, FeNi36, FeNi38, FeNi42, FeNi46, FeNi50 Thành phần chủ động như: FeCr18Ni8, FeCr18Ni10, FeNi19Cr2, FeNi22Cr3, FeNi25Cr8

1.1.3 Các dạng tương tác giữa các lớp trong vật liệu Bimetal

Theo đặc điểm liên kết giữa các lớp của Bimetal có thể phân thành ba dạng cơ bản sau:

1- Không hoà tan lẫn nhau và không tạo thành hợp chất hoá học;

2- Có tương tác tạo dung dịch rắn với độ hoà tan nhỏ nhưng không tạo hợp chất hoá học Đa số Bimetal kim loại đều thuộc loại này;

3- Có phản ứng tạo hợp chất hoá học

Tuỳ thuộc vào sự tương tác giữa các lớp vật liệu sẽ hình thành nên mối liên kết nhất định Độ bền của vật liệu chịu ảnh hưởng rất lớn vào độ bền liên kết giữa các lớp vật liệu đó

1.1.4 Các kiểu liên kết giữa các lớp vật liệu Bimetal

a Liên kết cơ học

Đây là loại liên kết thuần tuý về cơ học giữa các lớp vật liệu thông qua độ nhám bề mặt hoặc do lực ma sát Vật liệu tổ hợp (VLTH) sợi có liên kết dạng này thường kém bền khi chịu lực nén dọc hoặc kéo ngang sợi

b Liên kết nhờ thấm ướt

Loại liên kết này thực hiện nhờ năng lượng sức căng bề mặt Đối với các VLTH tạo ra theo kiểu liên kết cơ học, khi tiến hành quy trình chế tạo, nếu pha nền được nung chảy và dính ướt với cốt thì bao giờ cũng xảy ra quá trình khuếch tán hoà tan lẫn nhau giữa chúng dù là nhỏ Sức căng bề mặt trên ranh giới giữa các lớp vật liệu sau khi pha nền đông đặc chính là yếu tố quyết định

độ bền của kiểu liên kết này

c Liên kết phản ứng

Liên kết phản ứng xuất hiện khi trên ranh giới giữa các lớp vật liệu xảy ra phản ứng tạo hợp chất hoá học dạng Mfx Đặc tính của hợp chất mới tạo thành này ảnh hưởng quyết định đến độ bền liên kết giữa các lớp vật liệu

d Liên kết phản ứng phân đoạn

Đặc điểm của liên kết này là phản ứng hoá học tổng thể xảy ra theo nhiều giai đoạn, trong đó có một giai đoạn khống chế tốc độ tạo ra liên kết giữa các lớp vật liệu

e Liên kết ôxit

Liên kết dạng này là một dạng đặc biệt của liên kết phản ứng, đặc trưng cho VLTH kim loại - ôxit Đây là dạng liên kết tạo ra các dạng sản phẩm phản ứng ở dạng màng ôxit (MOx)

g Liên kết hỗn hợp

Liên kết dạng này là hỗn hợp các kiểu liên kết, tương tác giữa các lớp vật liệu phụ thuộc mạnh vào quá trình công nghệ hoặc điều kiện sử dụng

Hình 1.1 Sơ đồ các dạng liên kết cơ bản

a Liên kết cơ học; b Liên kết thấm ướt; c Liên kết phản ứng;

d Liên kết phản ứng phân đoạn; e Liên kết ôxit

Tóm lại, độ bền liên kiết giữa các lớp của vật liệu Bimetal phải đủ lớn để

đảm bảo cho vật liệu không bị bong, tróc khi làm việc với tải trọng cơ nhiệt Để vật liệu Bimetal làm việc ổn định và chắc chắn thì độ bền liên kết giữa các thành phần phải đạt tới một giới hạn nhất định Độ bền liên kết phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như chọn vật liệu, chất lượng xử lý bề mặt, phương pháp chế tạo, điều kiện tạo dính kết cũng như việc xử lý sau khi tạo dính kết

Việc kết hợp các kim loại và hợp kim thích hợp với nhau cùng với việc lựa chọn chiều dày và vị trí tương đối của các thành phần trong tổ hợp đã cho phép tạo ra vô số Bimetal dạng lớp có các tính chất vật lý, hoá học và công nghệ như mong muốn

Trong số các Bimetal đã được sản xuất trước hết phải kể đến loại Bimetal

có nền là thép Cácbon hoặc thép hợp kim thấp được dán hoặc phủ bằng lớp thép không gỉ, kim loại màu, thép dụng cụ hoặc kim loại quý hiếm Trong những trường hợp này kim loại nền là thép Cácbon hoặc hợp kim thấp sẽ gánh chịu tải trọng cơ học còn lớp phủ sẽ gánh chịu ăn mòn hoá học, ma sát, mài mòn, chịu nhiệt do cơ học hoặc do tác dụng nhiệt Ngày nay nhu cầu về vật

liệu Bimetal trên toàn thế giới lên tới hàng triệu tấn/năm trong đó phần lớn là

các loại thép cán và mạ

1.2 Vật liệu bimetal làm tiếp điểm

1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật về vật liệu Bimetal làm tiếp điểm

11KΠ 0,07ữ0,14 0,03 0,25ữ0,5 0,03 0,04 0,15 0,25 0,25

b Vật liệu dán: Đồng thau (LCuZn10)

Bảng 1.2.Thành phần hóa học đồng thau (LCu10)

c Yêu cầu kỹ thuật:

Để đảm bảo cho tiếp điểm có độ dẫn điện cao, dẫn nhiệt tốt, không bị oxy

hóa, có độ kết tinh và nóng chảy cao, có độ bền cơ cao, có đủ độ dẻo và dễ gia

công cơ hoặc gia công bằng áp lực khi chế tạo thì:

+ Độ cứng sau ủ của đồng thau đạt 75ữ110 HB

+ Độ cứng sau ủ của thép 11K Π đạt 180ữ250 HB

+ Độ cứng sau ủ của lớp liên kết đồng thau và thép 11K Π đạt

150ữ180 HB

1.2.2 Các tính chất của vật liệu Bimetal làm tiếp điểm

Các vật liệu tiếp điểm điện chủ yếu được chế tạo từ các kim loại sạch và hợp kim cúa chúng Thời gian gần đây, trước yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, độ tin cậy, các vật liệu tiếp điểm điện truyền thống tỏ ra không đáp ứng

được các yêu cầu đó

Phương pháp biến dạng đồng thời hai hay nhiều kim loại cùng lúc là một trong các biện pháp để tạo ra vật liệu tiếp điểm điện Các tiếp điểm điện chế tạo bằng phương pháp này có khả năng tổng hợp được các tính chất khác nhau từ các cấu tử thành phần trong một loại vật liệu, chúng đã dần thay thế các tiếp điểm chế tạo bằng các kim loại truyền thống như Ag, Au, Cu, oxit

đồng.Ngoài ra còn cải thiện được các tính chất khác như tính bền mòn, tính bền chảy, đồng thời giảm được tiêu hao vật liệu

Tiếp điểm điện làm việc trong môi trường khắc nghiệt, tải trọng lớn, chịu dòng điện lớn, nhiệt độ hồ quang cao.Ngoài ra tiếp điểm còn tiếp xúc với môi trường không khí do đó dễ bị ăn mòn và tạo ra một lớp sản phẩm ăn mòn bao phủ trên bề mặt của tiếp điểm, làm giảm tính dẫn điện do điện trở tiếp xúc tăng lên Ngoài sự ăn mòn trong không khí, tiếp điểm điện còn chịu sự sói mòn do tia lửa điện xuất hiện giữa các bề mặt tiếp xúc khi đóng ngắt mạch

điện Khi điện trở tăng lên, tiếp điểm điện bị nung nóng làm nóng chảy cục bộ vật liệu trên một vùng tiếp điểm, nhất là với các điện cực hàn thì điều này xảy

4 Có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ hoá hơi cao

5 Có độ bền nén cao để có thể chịu được áp suất nén lớn

6 Có độ bền đối với hồ quang điện ( đối với tiép điểm đóng ngắt mạch) Cho đến nay chưa có một lý thuyết nào giải thích rõ về hành vi của tiếp

điểm đóng ngắt mạch, ví dụ chưa biết ảnh hưởng của cấu trúc phân tán đến

đặc tính hồ quang điện và cũng như lượng cháy hao của vật liệu trong quá trình chuyển mạch Các vật liệu trong môi trường ăn mòn có thể tạo ra một lớp phủ và ảnh hưởng của lớp phủ biểu hiện qua việc thay đổi các thoong số cơ học và các thông số điện còn chưa được nghiên cứu đầy đủ Chưa thấy rõ được

sự phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu với tính chát cơ học của tiếp

điểm Chính vì vậy không thể đề ra được các yêu cầu tương đối một cách khoa học đối với chúng

1.3 Các phương pháp chế tạo Bimetal làm tiếp điểm

Bimetal làm tiếp điểm có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau theo khối lượng kích thước, tính chất, yêu cầu kỹ thuật mà lựa chon phương pháp nào cho phù hợp và kinh tế nhất Các phương pháp sản xuất Bimetal dạng lớp có thể phân chia thành hai nhóm sau:

- Tạo liên kết ở thể lỏng (lỏng - lỏng hoặc rắn – lỏng);

đơn chiếc (nếu sản xuất bằng phương pháp cán dính hoặc ép chảy thì không kinh tế), thường dùng phương pháp hàn đắp

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phương pháp mạ nhúng

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn đắp plasma

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn chảy

c Phương pháp phun phủ

Phương pháp này chủ yếu để tạo nên lớp chống mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt hoặc nhằm mục đích đặc biệt khác như trang sức, dẫn điện, dẫn nhiệt, cách nhiệt, Hầu hết các kim loại, các bít, borit đều có thể phun lên bề mặt của các vật liệu kim loại khác, song trong thực tế thường phun nhôm, kẽm, đồng, thiếc, đồng thanh, đồng thau, các bít, borit lên bề mặt thép.Thiết bị phun là các súng phun: súng phun ngọn lửa, súng phun hồ quang, súng phun plasma

Hinhf 1.10: Sơ đồ nguyên lý phương pháp phun phủ và súng phun ngọn lửa

d Phương pháp tạo lớp phủ mỏng:Bao gồm các phương pháp mạ và bốc hơi

Mạ có thể là toàn bộ hoặc cục bộ, chiều dày lớp mạ thường trong khoảng 0,5ữ20àm Phủ bằng mạ được ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật như mạ

Ni, Cr, Cu, Zn, Sn, Pb, Au, Ag, Cd v.v Phương pháp bốc hơi có thể tạo ra lớp phủ từ mấy A0 đến hàng milimét thông qua sự ngưng tụ của kim loại đem phủ dưới dạng hơi lên bề mặt của kim loại nền trong chân không Phương pháp vật

lý (PVD - Physical Vapour Deposition) và phương pháp hoá học (CVD - Chemical Vapour Deposition)

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý phương

pháp bốc hơi vật lý

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý phương pháp bốc hơi hoá học

1.3.2 Tạo liên kết ở thể rắn

Sử dụng các phương pháp tạo liên kết bằng hàn ép, cán dính, nổ dính Điểm chung của các phương pháp này là liên kết giữa các lớp được tạo ra trong điều kiện nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao dưới tác dụng của áp lực Điều kiện để

có thể sản xuất băng Bimetal bằng các phương pháp này là các kim loại thành phần phải có đầy đủ tính dẻo nguội và nóng ở mức độ cần thiết

a Chế tạo Bimetal bằng phương pháp cán dính từ các băng kim loại:

đem cán, nhờ áp lực cán và các quá trình khuếch tán xảy ra mà dẫn đến dính kết trên bề mặt ranh giới giữa các thành phần Trong cán nguội thì tấm hoặc băng kim loại được cán dính với nhau ngay ở nhiệt độ thường hoặc cao hơn nhiệt độ thường một chút Số lần cán có thể ≥1, với lượng ép lớn (50-80%) sau

đó đem ủ khuếch tán nhằm tạo liên kết giữa các lớp bền chặt hơn

+ So với cán nóng thì cán nguội có những ưu điểm sau đây:

- Tránh được hiện tượng ôxy hoá bề mặt giữa các lớp băng kim loại;

- Tránh được việc tạo thành những hợp chất hoá học, pha liên kim loại, quá trình khuếch tán không mong muốn, tiết ra các pha dòn mà ở nhiệt độ cao thường xảy ra, tất cả những điều đó đều làm giảm mạnh độ bền liên kết giữa các thành phần;

- Có thể khống chế tỷ lệ chiều dày giữa các lớp một cách chính xác, chất lượng sản phẩm cao;

- Cho phép sản xuất băng kim loại nhiều lớp một cách liên tục;

- Năng suất cao;

- Một số vật liệu Bimetal không thể sản xuất bằng cán nóng được như

Al với thép thì có thể cán nguội

+ Nhược điểm của cán nguội:

Do phương pháp cán nguội đòi hỏi lượng ép lớn để tạo dính kết nên nó chỉ thích hợp với việc sản xuất băng mỏng cỡ nhỏ và trung bình (b = 400-600mm) Để đạt được mối liên kết bền vững giữa các thành phần thì điều kiện tiên quyết là những bề mặt liên kết của vật liệu phải được làm sạch bằng các phương pháp hoá học hoặc cơ học như tẩy rửa bằng axít, mài, chải, tẩy dầu mỡ v.v Những bề mặt này phải được giữ sạch cho đến khi ép hoặc cán dính Khi cán nóng nhất thiết phải áp dụng các biện pháp ngăn ngừa oxy hoá ở nhiệt độ cao như bao gói bằng thép tấm, hàn phôi thành hộp hoặc gia nhiệt trong lò có khí bảo vệ

Để tạo được liên kết bền chắc giữa các thành phần ở nhiệt độ cao thì nhiệt

độ phải chọn sao cho các quá trình khuếch tán lẫn nhau của các thành phần

được xảy ra một cách mạnh mẽ Đối với những thành phần mà giữa chúng

không hoặc chỉ rất hạn chế tạo thành dung dịch đặc thì người ta thường dùng một lớp trung gian để tạo liên kết

Tránh ảnh hường xấu (tróc, bong) do chênh lệch quá lớn về độ lớn về tính dẻo hoặc độ giãn nở nhiệt giữa vật liệu nền và vật liệu phủ Thường chọn những vật liệu có tính tương đồng về cấu trúc mạng

Hình 1.14 Cấu tạo phôi hộp cán nóng

c Chế tạo Bimetal bằng phương pháp nổ dính:

1

Hình 1.16 Sơ đồ phương pháp nổ dính 1- Vật liệu nền; 2- Vật liệu phủ; 3- Thuốc nổ;

độ bền biến dạng của chúng quá chênh lệch Ví dụ liên kết Al-Thép; Mo, hoặc

Ti với thép Mối liên kết được tạo ra ở đây nhờ dòng tia và sóng kim loại xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa các thành phần khi nổ

1.4 Quá trình nghiên cứu sản xuất Bimetal bằng phương pháp cán

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình nghiên cứu Bimetal

Cỏc kết quả nghiờn cứu trong sản xuất Bimetal bằng

phương phỏp cỏn

Hiện tượng vật lý tại mặt

liờn kết khi biến dạng

Bimetal

Ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ đến

độ bền liờn kết

Giải thớch hiện tượng và nguyờn nhõn dẫn tới liờn kết trong Bimetal

Tối ưu húa cỏc thụng số

cụng nghệ

- Muốn đánh giá khả năng liên kết Bimetal, tối ưu hóa công nghệ chế tạo Bimetal bằng phương pháp cán, cần tìm hiểu :

+ Các hiện tượng vật lý trên bề mặt

+ ảnh hưởng của các thông số chế tạo

1.4.1 Hiện tượng vật lý tại mặt liên kết khi biến dạng Bimetal

a Hiện tượng vật lý tại mặt liên kết khi cùng biến dạng kim loại kép:

Hiện tượng tạo liên kết kim loại ở pha rắn đã được nghiên cứu khi xem xét sự tác dụng qua lại của vật thể trong dịch chuyển có ma sát Các nghiên cứu của các nhà bác học về điều kiện tự nhiên và cơ cấu hình thành liên kết kim loại ở trạng thái rắn đã được phản ánh ở một loạt các giả thiết sau:

- Hiện tượng kết tinh lại: Khi biến dạng với tốc độ nhất định, ở vùng tiếp xúc nhiệt độ kết tinh lại của các kim loại thành phần giảm đi và xẩy ra hiện tượng chúng cùng kết tinh, khi ấy ở vùng tiếp xúc xuất hiện “các hạt chung” và các hạt này thiết lập độ bền liên kết

- Hiện tượng tạo màng ôxit: Khi liên kết các lớp kim loại, trên bề mặt kim loại luôn tồn tại lớp ôxit kim loại mỏng cản trở tạo liên kết Cho nên sự móc dính giữa hai kim loại thành phần trong một vài trường hợp đòi hỏi sự phá

vỡ các lớp, các màng ôxit và tạo ra bề mặt sạch lý tưởng Trong quá trình cán màng ôxit bị phá huỷ tạo ra từng điểm liên kết ở trên bề mặt của chúng Vì vậy, màng ôxit mỏng có vai trò nhất định trong việc tạo liên kết kim loại kép bằng phương pháp cán

- Liên kết kim loại Bimetal (kép) phụ thuộc chủ yếu vào cơ lý tính của kim loại thành phần và các mạng tinh thể của các kim loại khác nhau

- Hiện tượng khuếch tán trên bề mặt tiếp xúc - Lasco.N.P và Karancop N.P: Khi biến dạng bằng áp lực lớn sẽ gây nên hiện tượng sinh nhiệt, tạo nên

sự khuếch tán của các nguyên tử kim loại thành phần, tạo ra sự dính kết

- Sự chảy dẻo trong vùng tiếp xúc – Actpob.E.U: Do sự biến dạng không

đồng đều của các phần tử nhỏ và chính nó là nguồn gốc và do sự dịch chuyển

của lệch dẫn tới việc tạo liên kết của các kim loại Khi đó khả năng của kim loại với việc tạo liên kết phụ thuộc vào tính dẻo và trở kháng biến dạng của chúng

- Thuyết năng lượng - A.P Cêmenôp: Giả thuyết này cho rằng khi năng lượng của các nguyên tử đạt được giá trị nào đó thì tạo nên thế năng liên kết giữa các bề mặt vật lý tiếp xúc và chính nó đã tạo nên liên kết kim loại

- Theo ông Krasylin IU.L và Xôrôrôp.M.K ở công trình [15, 25] đã đưa

ra quan niệm khi xét khả năng liên kết kim loại ở pha rắn gồm 3 quá trình: Quá trình biến dạng dẻo giữa các bề mặt tiếp xúc tạo liên kết kim loại nghĩa là dịch chuyển khoảng cách giữa các bề mặt tiếp xúc gần bằng khoảng cách tác dụng các lực nguyên tử; Tạo được các trung tâm năng động của bề mặt tiếp xúc mà ở đó xuất hiện các lệch và tạo nên các trường ứng suất đàn hồi; Năng lượng ấy đủ để tạo nên liên kết kim loại

- Theo ông Karakaorôp.E.C trong công trình [22] đã đưa ra phân tích lý thuyết và kết quả thực nghiệm quá trình hóa lý xẩy ra ở vùng liên kết, chứng minh mô hình ba giai đoạn: Quá trình tạo bề mặt liên kết vật lý; Quá trình đẩy mạnh bề mặt tiếp xúc; Quá trình tạo liên kết

Phân tích tất cả kết quả của các giả thiết trên ta thấy rằng mỗi giả thiết chỉ giải thích được sự liên kết ở một khía cạnh nào đó chứ chưa đưa ra một giả thiết thuyết phục hoặc giải thích rõ ràng được hiện tượng liên kết Hơn nữa, những nghiên cứu lý thuyết ngày nay không trả lời được những câu hỏi về lượng, về sự phụ thuộc độ bền liên kết với thành phần hóa học của các kim loại thành phần và các yếu tố khác của công nghệ có thể biến đổi trong khoảng rộng Chính vì vậy đến nay, các nghiên cứu về quá trình công nghệ tạo liên kết kim loại kép đều được hình thành do kết quả nghiên cứu thực nghiệm

b ảnh hưởng bởi trạng thái bề mặt tiếp xúc và thành phần hóa học của kim loại thành phần

Trạng thái bề mặt tiếp xúc được đặc trưng bởi các thông số hình học, sự khác nhau của các màng ôxit, các lớp hữu cơ, nước, khí, dầu, các vết bẩn khác nhau do tự nhiên cũng như trạng thái cấu trúc của chúng Các thông số hình học liên quan đến độ sóng bề mặt, độ nhẵn bề mặt, qua thực nghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc vĩ mô và vi mô ảnh hưởng tới độ bền liên kết cho phép đưa ra kết luận nâng cao độ sạch và gia công chính xác bề mặt

đưa tới hiện tượng tạo liên kết tốt

Các công trình [27,28,34] chỉ ra rằng độ nhấp nhô bề mặt tiếp xúc ảnh hưởng tới việc chảy dẻo của kim loại và chính nó tạo ra bề mặt tiếp xúc vật lý

và cho phép nhận được độ bền liên kết tốt Tuy nhiên, khi cán kim loại kép mỏng với bề mặt nhấp nhô cũng có thể đưa tới nguyên nhân phá vỡ bề mặt tiếp xúc và chính nó là nguyên nhân phá vỡ sự liên kết, tồn tại thường xuyên trên

bề mặt liên kết các màng

ảnh hưởng của các màng ôxit ở bề mặt tiếp xúc ở điều kiện thường theo quy luật chung, màng ôxit này không dày, tuy nhiên các màng ôxit tự nhiên này khó bị phá vỡ khi biến dạng dẻo kim loại kép và khó khăn cho việc tạo bề mặt sạch lý tưởng Trong điều kiện thực tế để tạo được bề mặt tiếp xúc lý tưởng cần phải phủ lên bề mặt tiếp xúc của các kim loại liên kết một màng giòn, màng ấy cho khả năng tạo liên kết và loại trừ các màng hữu cơ và các vết bẩn ở vùng tiếp xúc khi cán kim loại kép

Trong công trình [33] nhấn mạnh rằng, khả năng ảnh hưởng không tốt tới quá trình tạo liên kết kim loại kép là vết bẩn hữu cơ như dàu, mỡ, màng axit trên bề mặt tiếp xúc Các chất này làm bẩn bề mặt tiếp xúc, tạo nên các đốm, các màng mỏng và có liên kết khá tốt với các nguyên tử trên bề mặt khi biến dạng dẻo các cặp kim loại này, các màng bẩn hữu cơ đó chảy và có thể làm bẩn toàn bộ bề mặt tiếp xúc và ngăn trở tạo liên kết kim loại Vì vậy, làm sạch các chất hữu cơ trên bề mặt tiếp xúc kim loại là một nguyên công bắt buộc đối với bất kì cặp kim loại kép nào, cho nên để tạo điều kiện liên kiết kim loại một cách bền vững, bề mặt tiếp xúc đòi hỏi phải sạch các chất hữu cơ và vô cơ

Người ta cũng chỉ ra rằng trạng thái bề mặt tiếp xúc cần được mài hoặc phay, bào các thí nghiệm nghiên cứu những ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc ở Maxcro và Mimcro tới độ bền liên kết khi biến dạng đồng thời cho các

kết quả khác nhau

M.H Бoяpшuнoв và U.U Зaмopyeвa đã tiến hành các thí nghiệm ở nhiệt

độ 8000C-9000Cgiữa thép - Cu ở dạng hình trụ, với các trạng thái bề mặt tiếp xúc khác nhau theo độ sạch cấp 1, 2 (gia công bằng tiện) theo cấp 3 (gia công bằng mài) thì các tác giả đã đưa ra kết quả theo định luợng về độ bền liên kết

đối với từng trường hợp Lưa ý rằng độ sạch càng lớn (mài) thì cho độ bền liên kết tốt hơn ở công trình [31] khi nghiên cứu về biến dạng kim loại bằng cán nóng phôi 4 lớp đối xứng có cấu tạo lớp nền là thép CT2-Ti và bề mặt được chuẩn bị theo 3 phương án, mài, phay, và đánh sạch bằng chổi sắt quay, tẩy rửa bằng hoá học Các kết quả về mặt định luợng về ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc tới độ bền liên kết không xác định được, tuy nhiên các ông cũng chỉ ra rằng các bề mặt tiếp xúc cần phải làm sạch theo bước cuối là tẩy rửa và đánh sạch bằng chổi sắt quay Có thể kết luận rằng khi tạo nên bề mạt tiếp xúc với

độ phẳng lớn hơn khi mài thì không ảnh hưởng đến khả năng liên kết lớn, các thí nghiệm do các tác giả khác nhau đưa ra khi cán phôi nóng kim loại kép, thép - Ni cũng cho kết quả tương tự

Trong điều kiện sản xuất mục đích này có thể thực hiện được bằng gia công cơ khí (phay, bào, làm sạch bằng chổi sắt, tảy bằng sút, axit, thậm chí bằng sóng siêu âm) Phổ biến hơn cả là nguyên công chuẩn bị bề mặt tiếp xúc

là tẩy, rửa băng sút, axit sau đó làm sạch bằng chổi sắt

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ bền liên kết kim loại là thành phần hóa học của các kim loại thành phần

Trong công trình [35] đã chứng minh điều đó bằng cách thêm một số tạp chất và nguyên tố hợp kim hóa ở trong kim loại và hợp kim đã gây khó khăn cho việc tạo liên kết và đòi hỏi phải nâng cao lượng ép khi biến dạng mới tạo

được độ liên kết bền vững Theo kết quả của công trình [23] một vài nguyên tố hợp kim mà các nguyên tố hợp kim hóa tồn tại ở dạng từng phần, thí dụ đối vớp hợp kim chì tồn tại ở dạng hạt, dây, khi tạo liên kết loại này với thép thì các hạt, dây sẽ cản trở quá trình tạo liên kết Kết quả cũng nhận được tương tự khi thêm 5% thiếc và đồng vào hợp kim chì khả năng tạo liên kết cũng khó xẩy ra, thậm chí khi biến dạng lên đến hơn 90%, [19]

Thành phần hoá học của các lớp kim loại biểu hiện bởi trạng thái bề mặt tiếp xúc, giá trị biến dạng, nhiệt độ khi gia công, độ bền liên kết này đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và trong điều kiện công nghiệp (sản xuất) Các nghiên cứu này ở các khía cạnh khác nhau trong điều kiện khác nhau, tuy nhiên chưa đáp ứng được các yêu cầu đặt ra, nhưng chất lượng và một loạt các yếu tố ảnh hưởng tới nó cũng được nghiên cứu bằng thực nghiệm Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hoá học đến độ bền liên kết

đã được công bố ở công trình [14, 29, 38, 28]

Vì thành phần hoá học xác định tính dẻo của kim loại và đặc tính của màng bề mặt liên kết và xác định quá trình khuếch tán,… ảnh hưởng của nó tới độ bền liên kết rất phức tạp, thực nghiệm chỉ ra rằng phương pháp nhận

được liên kết từ các kim loại đồng nhất ở nhiệt độ không bằng nhau

Các giá trị biến dạng có được sự liên kết ở các điều kiện khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện thí nghiệm và trạng thái bề mặt của lớp liên kết và chính các thành phần hoá học của kim loại tạo ra các độ bền khác nhau Cái chung nhất nhận được qua các thí nghiệm này là các kim loại có độ dẻo lớn và trở kháng biến dạng nhỏ thì xuất hiện khả năng liên kết lớn hơn

Bảng 1.3 Kết quả độ bền liên kết của các kim loại khác nhau

Khả năng liên kết ở các kim loại khác nhau ở nhiệt độ phòng: giá trị biến dạng tạo liên kết (MPa)

VD: khi tạo dính kết của hai tấm Al thì phải có độ biến dạng là 55%, Cu- Cucần 73,7% nh−ng khi tạo dính kết giữa Cu-Al cần 55%

- Để tạo dính kết các kim loại khác nhau một kim loại ở tinh thể rắn một kim loại ở thể lỏng thì độ bền liên kết đ−ợc xác định bằng khả năng của kim

loại ấy ở thể hoà tan trong tinh thể lỏng hoặc tinh thể rắn và khả năng tạo chất phi kim ở chất liên kết các kim loại ở trạng thai rắn lỏng như Cu, Pb cho độ bền kim loại gần với độ bền của kim loại mềm hơn còn các kim loại hoà tan

được với nhau ở trạng thái rắn hay lỏng như Zn-Sn; Ni-Cu thì lớp liên kết xác

định bởi tính chất của kim loại ở biên giới liên kết có tính đẳng hướng

Độ bền liên kết lớn nhất được đánh dấu bởi các liên kết tạo nên ở biên giới của kim loại ấy như Fe-Al; Fe-Zn vì các chất này khác nhau ở chỗ là nó

có độ giòn lớn Đặc tính được chỉ ra do sự tác động qua lại của các kim loai khác nhau có ý nghĩa lớn khi biến dạng Khi cùng biến dạng các kim loại ở nhiệt độ cao tính dẻo của chúng tạo nên điều kiên thuận lợi cho quá trình khuếch tán

ảnh hưởng của thành phần hoá học đối với khả năng liên kết khi biến dạng được nghiên cứu trong công trình [14] khi nấu luyện thép C thấp với các nguyên tố hợp kim khác nhau như : Cr, Ti, P,Si, Mn, Bo thì khi dùng làm phôi chế tạo Bimetal biến dạng đòi hỏi ở nhiệt độ cao 800oCữ 900oC và độ bền liên kết không lớn Cũng trên cơ sở này các tác giả ở [14] cũng nhận được các giá trị khác nhau theo các yếu tố hợp kim hoá ở Fe thứ tự Al, Si, Ti, Cr, Mn Có thể do ảnh hưởng của các chất hợp kim hoá mà các tác giả chỉ ra rằng các oxit trên bề mắt do các hợp kim hoá tạo nên.Các thí nghiệm của E.U Actpo về khả năng biến dạng của các thép khác [30] chỉ rõ rằngkhả năng tạo liên kết với thép Cacbon thấp như CT2 với các thép hợp kim giảm đi với sự tăng lên của các chất hợp kim hoá đặc biệt là trong biến dạng ở nhiệt độ thấp với lượng biến dạng nhỏ

Các phân tích về thực nghiệm cho kết luận như sau:

+ Khả năng tạo liên kết phụ thuộc vào thành phần hoá học có thể giả thích được nhờ sự biến đổi tính dẻo của kim loại và đồng thời quyết định tính chất của màng kim loại lớp bề mặt khi tiếp xúc làm cho tính chất của kim loại khác nhau và tạo nên các hợp chất ở lớp chuyển tiếp

ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong liên kết giữa thép hợp kim

và thép Cacbon thấp (CT2) khi gia công ở nhiệt độ và lượng biến dạng khác nhau, được biểu thị trong bảng 1.4

Bảng1.4 Kết quả khi gia công ở nhiệt độ và lượng biến dạng khác nhau giữa các thép hợp kim và thép Cacbon thấp (CT2)

Độ bền liên kết sau biến dạng

Càng ngày các thí nghiệm và thực tế càng chứng minh rằng vấn đề ảnh hưởng của thành phần hoá học tới độ liên kết cho ta cái nhìn chính xác hơn về cơ cấu ảnh hưởng của thành phần hoá học và tính chất hoá lí của các kim loại trong các điều kiện khác nhau Một đánh giá tương đối chính xác, ảnh hưởng của tính chất hoá học tới độ bền liên kết kim loại, E.U Actpo đưa ra ở công trình [32] ông cho rằng kim loại nào có tính dẻo lớn và trở kháng biến dạng nhỏ thì có khả năng tạo liên kết lớn, và đã đưa ra các thông số để đánh giá nó

là quan hệ giữa độ cứng và độ giai va đập (HB/δ) khi tăng tỉ số này thì khả

năng tạo liên kết giảm đi và đã được thực nghiện chứng minh

Phân tích bằng thực nghiệm cho phép đi đến kết luận sự phụ thuộc của thành phần hóa học tới khả năng tạo liên kết có thể giải thích được bằng sự tương ứng với sự biến cứng, tính dẻo và tính chất giữa các bề mặt tiếp xúc của các kim loại khác nhau hoặc sự tạo nên liên kết ở bề mặt tiếp xúc của các nguyên tố hợp kim hóa với kim loại thành phần Thành phần hóa học liên quan chặt chẽ với khả năng tạo liên kết, giải quyết tốt vấn đề này có ý nghĩa đầu tiên khi sản xuất kim loại kép bất kỳ nào bằng phương pháp đó

1.4.2 ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Quá trình cơ bản để xác lập độ bền liên kết kim loại kép ở trạng thái rắn là biến dạng dẻo Nó cho phép tạo nên bề mặt vật lý, trung tâm liên kết và loại trừ ở vùng liên kết các màng ôxit Điều kiện của biến dạng dẻo là áp lực, thời gian tác dụng của nó, nhiệt độ biến dạng, hệ số biến dạng và tốc độ biến dạng

và một loại các yếu tố khác ảnh hưởng của các thông số này tới độ bền liên kết rất phức tạp và có tác động khác nhau Hiện nay, để xác định các thông số công nghệ cơ bản khi sản xuất một kim loại kép này hoặc một kim loại kép khác thông thường qua các nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông

số công nghệ tới chất lượng kim loại kép đã được các nhà bác học Liên Xô cũ,

Mỹ, Nhật trước đây nghiên cứu và đã được ghi vào lý thuyết cơ bản công

nghệ sản xuất kim loại kép như Pablop.I.M, Actpo E.U, Apkulit, Briza.B.N, Zasuka, Đặc tính chung của các công trình này là liên quan đến vấn đề công nghệ sản xuất kim loại kép, các tác giả đã đưa ra những thông số cơ bản với mức độ khác nhau ảnh hưởng đến độ bền liên kết kim loại kép như giá trị của lượng ép tương đối, nhiệt độ khi cùng biến dạng

+ ảnh hưởng của lượng ép tương đối tới độ bền liên kết: Theo nghiên cứu bằng thực nghiệm của hai tác giả Actpoв E.И, Чичкaнoв A.И [14] thì sự

ảnh hưởng của lượng ép tương đối từ 20- 80% đến độ bền liên kết của thép và thép hợp kim Kết quả nhận được chỉ ra rằng khi tăng lượng ép tương đối độ bền liên kết tăng lên và được xác định bằng giá trị nhất định khi biến dạng

đồng thời độ bền liên kết của kim loại kép được tạo ra Kết quả tương tự cũng nhận được bởi các tác giả Paвлoв I.M và Brin V.N khi cán kim loại kép thép

và Titan Nghiên cứu cán Bimetal thép 08KΠ với hợp kim nhôm ACM bằng phương pháp cán nguội với lượng ép khác nhau các tác giả cũng chứng minh

được độ bền liên kết kim loại kép được tạo ra khi lượng ép tương đối từ 55% Trong các công trình thống kê trên cần để ý rằng khi cán với lượng ép 50-60% hoặc > 80% cho một lần cán thường được cán ở các máy cán có

30-đường kính lớn Ngoài ra độ bền liên kết kim loại kép còn phụ thuộc vào tổng lượng biến dạng Phân tích các kết quả nhận được qua các công trình nghiên cứu có thể đưa ra kết luận như sau: Hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm chưa

đưa ra được giá trị tối ưu của hệ số biến dạng đối với từng kim loại kép cụ thể

mà ở đó độ bền kim loại kép đạt giá trị lớn nhất

+ ảnh hưởng của mức độ biến dạng: ở công trình [20] bằng nghiên cứu thực nghiệm đưa ra ảnh hưởng độ biến dạng đến độ bền liên kết và nhấn mạnh rằng khi cán với số lần cán nhỏ với lượng ép lớn đặc biệt là ở lần cán đầu tiên thì tăng khả năng tạo liên kết Trong công trình [20, 31, 37] khi tăng lượng ép cán kim loại kép, sự khác nhau về biến dạng các lớp giảm đi và sự đồng đều biến dạng được cân bằng và cũng làm giảm đi sự chảy dẻo của bề mặt của lớp

này trên bề mặt lớp kia Và chính nó là yếu tố đầu tiên để bảo vệ liên kết vừa

được tạo thành Công trình [31] cũng nhấn mạnh với lượng ép nhỏ thì độ đồng

đều biến dạng của các lớp là nhỏ và sự biến dạng không đồng đều lớn Chính

độ không đồng đều này phá vỡ liên kết vừa tạo được trước đó Vấn đề ảnh hưởng của độ biến dạng tới độ bền liên kết kim loại kép liên quan chặt chẽ với nhiệt độ cán và thời gian giữ ở nhiệt độ ấy Công trình [17] khuyên rằng nếu cán với một lần nung nhất định nên cán với số lần cán nhỏ nhưng lượng ép lớn,

điều đó sẽ tạo điều kiện biến dạng ở nhiệt độ lớn hơn và tương ứng với quy luật sẽ làm giảm sự khác biệt tính chất của các kim loại thành phần và đương nhiên sẽ làm cho sự biến dạng đồng đều giữa các lớp tốt hơn Các yếu tố ảnh hưởng tới sự biến dạng không đồng đều là trở kháng biến dạng của các kim loại thành phần, phương pháp chuẩn bị phôi kim loại, hình dáng của vùng biến dạng, lực ma sát giữa các lớp với nhau và giữa các lớp với trục cán Sự biến dạng không đồng đều giữa các lớp phụ thuộc vào quan hệ, tính chất cơ lý tính của các kim loại thành phần, vào sơ đồ chảy dẻo của kim loại vùng biến dạng, các thông số vùng biến dạng, quan hệ chiều dày giữa các lớp, thứ tự chuẩn bị phôi kim loại kép cũng như lực ma sát giữa các lớp và giữa các lớp với trục cán Các yếu tố này đều có ảnh hưởng nhất định tới độ bền liên kết kim loại kép

+ ảnh hưởng của nhiệt độ nung: Trong các công trình [35, 13, 14] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khi cùng biến dạng kim loại kép khác nhau

đã chỉ ra rằng đối với phần lớn kim loại kép khi nâng cao nhiệt độ nung, giảm

được lượng biến dạng tạo liên kết và tăng được độ bền liên kết Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền liên kết được chỉ ra khá kỹ ở công trình [16, 21] khi cán nóng kim loại kép với lớp bảo vệ hoặc trong môi trường chân không cùng với sự khuếch tán hoàn toàn Trong trường hợp này, nhiệt độ đó tạo nên khả năng khuếch tán và giúp cho việc dính kết tốt Trong công trình [36] cũng nhận được hiện tượng tương tự khi sản xuất kim loại kép thép và hợp

kim Al AMG5B bằng phương pháp biến dạng khi nung nóng ở nhiệt độ 4500C

độ bền liên kết kim loại kép tăng lên, đặc biệt nhấn mạnh khi tăng nhiệt độ cán kim loại kép thép - Al trên nhiệt độ giới hạn (500-5500C) độ bền liên kết giảm đi do kết quả tạo nên các liên kết phi kim, giòn ở biên giới giữa các lớp Nung phôi kim loại kép tới nhiệt độ giới hạn để gia công nhiệt hay cán có thể giảm độ bền liên kết, hiện tượng này có thể quan sát được ở kim loại kép mà thành phần của nó khi nung tạo nên các liên kết kim loại giòn

+ ảnh hưởng của chế độ ủ: Trong hướng nghiên cứu này cần nhấn mạnh công trình [24, 36] đề cập đến sự biến đổi của độ bền liên kết kim loại kép, thép không gỉ X18H10T- hợp kim AGM6 phụ thuộc vào chế độ ủ Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ bền liên kết tăng lên khi tăng nhiệt độ ủ và sau

đó giảm mạnh nếu nhiệt độ ủ tăng hơn 5500C, thực tế độ bền có thể bằng không Từ các công trình này, các tác giả chỉ ra độ bền liên kết giảm khi nung kim loại kép (thép và nhôm) cao hơn (500-5500C), nó cũng xuất hiện ở vùng tiếp xúc lớp trung gian giòn tạo nên do kết quả của quá trình khuếch tán Khi ủ kim loại kép cao hơn nhiệt độ tới hạn thì các kim loại thành phần tạo nên các dung dịch rắn làm giảm đi độ bền liên kết Do kết quả giải phóng các nguyên

tố và hợp chất cũng như Các-bít tự do trên biên giới phân cách kim loại, điều

đó được nghiên cứu ở [13, 16] Các hiện tượng này, quan sát được ở các kim loại kép Cacbon thấp và thép không gỉ khi gia công nhiệt Các kết quả nghiên cứu ở trên đã chỉ ra rằng khi chọn chế độ ủ kim loại kép để bảo vệ và nâng cao

độ bền liên kết, phải nắm được toàn bộ các quá trình xẩy ra ở biên giới các lớp khi gia công nhiệt đối với từng kim loại kép cụ thể

1.5 Công nghệ sản xuất băng Bimetal phôi làm tiếp điểm

1.5.1 Quy trình chung

Qua phân tích các kết quả công trình nghiên cứu thấy rằng độ bền liên kết kim loại kép phụ thuộc đầu tiên vào lượng biến dạng tương đối và chế độ gia công nhiệt để nhận được một kim loại kép bất kỳ với độ bền liên kết bền vững, thường ứng dụng các bước sơ đồ công nghệ sau:

Chuẩn bị bề mặt trước khi cán, cùng biến dạng phôi kim loại kép và ủ kim loại kép

Các công trình này liên quan tới nghiên cứu tổng hợp các yếu tố công nghệ cùng tác dụng tới độ bền liên kết kim loại kép không nhiều

Quá trình tạo liên kết kim loại kép bền vững bao gồm hai quá trình chính: Quá trình biến dạng đồng thời để tạo nên trung tâm liên kết đầu tiên và quá trình ủ kim loại kép để tăng độ bền liên kết nhờ các nguyên tố khuếch tán vào nhau của kim loại thành phần

1.5.2 Đề suất quy trình công nghệ

Đó sản xuất băng Bimetal làm tiếp điểm có rất nhiều phương pháp: Đúc, Cán dính nhiều lớp kim loại, Hàn ép, Nổ dính, Tráng, Mạ, Phun phủ, Việc lựa chọn phương pháp nào cũng đem lại hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm Bimetal

Qua tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp sản xuất băng Bimetal làm tiếp điểm trên, tác giả nhận thấy mỗi phương pháp có thể sử dụng trong những trường hợp cụ thể

xong phương pháp đem lại hiệu quả cao là “phương pháp cán nóng băng kim loại kép”, mặt hạn chế nói chung của phương pháp này là: Các phế phẩm

bị bong, trượt thường gặp trong quá trình sản xuất

Nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm phôi Bimetal làm tiếp điểm và nâng cao hiệu quả kinh tế tác giả đề xuất quy trình công nghệ áp dụng phương pháp biến dạng dẻo kim loại kép ở trạng thái nóng (cán bó nóng).theo sơ đồ sau:

Hình 1.6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Bimetal làm tiếp điểm bằng phương pháp cán bó kim loại

Để nâng cao độ bền liên kết, bề mặt của nền và dán phải được làm sạch sao cho không còn gỉ, không còn màng ôxit, dầu mỡ và các chất bẩn khác Thép 11K Π và đồng thau được cắt từ phôi tấm, phay hết lớp ôxy hóa, tẩy rửa bằng dung dịch xút sau đố được làm sạch bằng chổi sắt quay Bề mặt của lớp nền và lớp dán cần được phay với bước phay nhỏ, bề mặt phải được làm nhẵn

c Xếp bó

Phôi sau khi được làm sạch tiến hành xếp bó, nơi xếp bó phải sạch sẽ, tránh bụi bẩn Sau đó tiến hành dùng nước thủy tinh và bột đất sét phủ kín các mép giữa hai lớp Yêu cầu không có vết nứt ở các mép phủ Mục đích của việc phủ kín các mép nhằm tránh hiện tượng ôxy hóa giữa hai bề mặt tiếp xúc

e Cán ép

Đây là quá trình biến dạng dẻo kim loại nhằm tạo mối liên kết giữa hai vật liệu đồng thời tạo sản phẩm có độ dày theo yêu cầu Phôi Bimetal được cán theo đúng quy trình công nghệ cán Với tổng lượng biến dạng từ 40ữ80%

f ủ

Sau khi cán xong phôi Bimetal được đem ủ để bảo vệ và nâng cao độ bền liên kết Nhiệt độ ủ từ 680ữ780 0C, thời gian ủ từ 2ữ4 giờ, trong môi trường bảo vệ (trong hộp than bột)

Sản phẩm sau khi được tinh chỉnh phải tiến hành kiểm tra, nếu đạt theo yêu cầu đề ra về kích thước cũng như về độ đồng đều hai lớp, độ bền kéo, độ bền liên kết, mới cho đóng bó nhập kho

1.6 Các kết luận, mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Từ phân tích kết quả công trình nghiên cứu thấy rằng độ bền liên kết kim loại kép phụ thuộc đầu tiên vào lượng biến dạng tương đối và chế độ gia công nhiệt Để nhận được một kim loại kép bất kỳ với độ bền liên kết bền vững nên ứng dụng sơ đồ các bước công nghệ sau: chuẩn bị bề mặt trước khi cán, cùng biến dạng phôi kim loại kép và ủ kim loại kép Qua nghiên cứu các công trình nghiên cứu ở phần tổng quan tài liệu cũng cho phép ta kết luận công trình liên quan tới nghiên cứu tổng hợp các yếu tố công nghệ cùng tác dụng tới độ bền liên kết kim loại kép không nhiều

Như vậy là quá trình biến dạng dẻo là phương pháp chủ yếu tạo liên kết kim loại kép ở trạng thái rắn và đáp ứng độ bền liên kết

Sự biến dạng không đồng đều giữa các lớp kim loại kép là kết quả của biến dạng đồng thời các kim loại và hợp kim khác nhau, nó có ảnh hưởng nhất

định tới độ bền liên kết kim loại kép Đối với từng nó có giá trị xác định mà ở

đó độ bền liên kết kim loại kép có giá trị lớn nhất

Khi cùng biến dạng nên tạo được bề mặt vật lý lý tưởng và trung tâm liên kết đồng thời cũng được loại trừ ở vùng liên kết màng oxit Điều kiện biến dạng dẻo được biểu thị bằng áp lực , thời gian và nhiệt độ , lượng biến dạng tương đối, tốc độ biến dạng tất cả thông số này tác động đến độ bền liên kết kim loại kép (thép 11KΠ- Đồng thau (LCu10) chưa được giải quyết hoàn toàn

Phần lớn các công trình nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở nghiên cứu ảmh hưởng của các thông số công nghệ khác nhau tới độ bền liên kết kim loại kép, các công trình nghiên cứu này chỉ nhằm đưa ra một sơ đồ công nghệ cán kim loại kép cụ thể Từ kết quả nghiên cứu vấn đề độ bền liên kết kim loại kép là tăng lượng biến dạng Nhưng phương pháp này cũng dẫn tới hiện tượng biến