Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp nền cu cốt hạt phân tán nano

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các kết quả và số liệu trình bày trong luận án hoàn toàn trung thực và kết quả nghiên cứu của luận án chưa từng được công bố trên bất kỳ công trình nào khác ngoài công trình của tác giả. Hà Nội, ngày 06 tháng 5 năm 2019 TM tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. Trần Văn Dũng Nguyễn Đức Duy i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS.

TS Trần Văn Dũng, người đã tận tình hướng dẫn về chuyên môn, giúp đỡ, động viên và cho những lời khuyên hết sức bổ ích trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Đặng Thủy đã giúp đỡ, chỉ dẫn và đóng góp những ý kiến xác thực trong quá trình nghiên cứu để tôi hoàn chỉnh luận án của mình. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Cơ học vật liệu và Cán kim loại - Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trường Cao đẳng Cơ khí - Luyện kim đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập, nghiên cứu giúp tôi hoàn thành bản luận án này.

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến các nhà khoa học, các thầy giáo, các phòng thí nghiệm, cơ sở thực nghiệm và các bạn đồng nghiệp đã dành thời gian đọc phản biện, đóng góp ý kiến và trao đổi các nội dung chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tiễn để tôi hoàn thành luận án của mình, cũng như giúp tôi định hướng nghiên cứu trong tương lai. Tác giả xin chân thành ghi nhớ và gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp những người đã chia sẻ, giúp đỡ, động viên tinh thần trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày 06 tháng 5 năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Đức Duy ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ và đồ thị Mở đầu 1. Lý do lựa chọn đề tài 1 2.

Mục đích nghiên cứu 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 2 6.

Những kết quả đạt được và những đóng góp mới của luận án 3 7. Bố cục của luận án 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỔ HỢP NỀN ĐỒNG (Cu) BỀN 5 NHIỆT, ĐỘ DẪN ĐIỆN CAO 1.1 Khái quát chung về vật liệu tổ hợp 5 1.1 Khái niệm về vật liệu tổ hợp 5 1.2 Phân loại vật liệu tổ hợp 5 1.2 Vật liệu tổ hợp nền kim loại 6 1.1 Thành phần cấu tạo 7 1.2 Các dạng liên kết nền - cốt 7 1.3 Vật liệu tổ hợp nền Đồng (Cu) cốt hạt phân tán 8 1.1 Đồng (Cu) - kim loại có điện dẫn cao 9 1.2 Lý thuyết hóa bền phân tán 15 1.3 Vật liệu tổ hợp cốt hạt 18 1.4 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ lý tính của vật liệu tiếp điểm 21 1.5 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nền Cu bền nhiệt, độ dẫn điện cao 22 1.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nền Cu bền nhiệt, độ dẫn điện 22 cao trên thế giới 1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nền Cu bền nhiệt, độ dẫn điện 23 cao tại Việt Nam 1.6 Kết luận chương 1 26 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP Cu - Al2O3 BẰNG 27 PHƯƠNG PHÁP CƠ - HOÁ 2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình nghiền cơ - hoá 27 2.1 Sự phát triển của phương pháp nghiền trong luyện kim bột 27 2.2 Cơ chế của quá trình nghiền trong luyện kim bột 27 2.3 Quá trình nghiền cơ - hóa tổng hợp vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 34 2.2 Lý thuyết quá trình ép - thiêu kết vật liệu tổ hợp 35 2.1 Ép tạo hình hỗn hợp bột vật liệu tổ hợp 35 2.2 Quá trình thiêu kết 36 2.3 Công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp Cu cốt hạt Al2O3 phân tán bằng phương pháp 38 cơ - hoá kết hợp 2.1 Phân tích lựa chọn phương pháp công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp nền Cu 38 cốt hạt Al2O3 phân tán 2.2 Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 bằng phương pháp cơ 39 - hóa 2.4 Kết luận chương 2 41 CHƯƠNG 3.

VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 42 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP Cu - Al2O3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ - HOÁ 3.1 Vật liệu thí nghiệm 42 3.2 Thiết bị thí nghiệm 42 3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân 46 tán nano Al2O3 3.1 Công đoạn nghiền cơ – hoá 47 3.2 Công đoạn ép tạo hình 49 3.3 Công đoạn thiêu kết 50 3.4 Xác định một số tính chất công nghệ của vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 50 3.4 Kết luận chương 3 52 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN 53 TÍNH CHẤT VÀ TỔ CHỨC TẾ VI CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP Cu - Al2O3 4.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 53 4.1 Giới thiệu phương pháp 53 4.2 Phương án tổ chức thực nghiệm 54 4.3 Xây dựng mối quan hệ toán học giữa các thông số công nghệ và tính chất 55 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com của vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 4.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến một số tính chất của vật liệu tổ hợp 63 Cu - Al2O3 4.1 Kết quả thực nghiệm xác định tính chất của vật liệu tổ hợp Cu - 5vol.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ xốp của vật liệu tổ hợp Cu - 64 5vol.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ cứng của vật liệu tổ hợp Cu - 67 5vol.4 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ dẫn điện của vật liệu tổ hợp 70 Cu - 5vol.3 Tổ chức tế vi của vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 74 4.1 Sự hình thành pha nano Al2O3 phân tán trong nền Cu 74 4.2 Kết quả quá trình hoàn nguyên - thiêu kết của vật liệu tổ hợp Cu - 81 5vol. Tổ chức tế vi của vật liệu tổ hợp Cu - 5vol.4 Kết luận chương 4 84 CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THỬ ĐIỆN CỰC HÀN TỪ VẬT LIỆU 86 TỔ HỢP Cu - Al2O3 5.1 Khái quát về vật liệu chế tạo điện cực hàn 87 5.1 Một số loại vật liệu thường dùng chế tạo điện cực hàn 87 5.2 Yêu cầu đối với vật liệu điện cực hàn điểm 87 5.2 Nghiên cứu khảo sát thiết bị sử dụng điện cực hàn từ vật liệu tổ hợp Cu - Al2O3 87 5.3 Chế tạo thử điện cực hàn từ vật liệu tổ hợp Cu - 5vol.1 Phương án thiết kế chế tạo điện cực hàn 89 5.2 Chế tạo điện cực hàn điểm 91 5.4 Kết luận chương 5 92 Kết luận chung của luận án 93 Tài liệu tham khảo 94 Danh mục các công trình đã công bố 98 Phụ lục: Xác nhận chất lượng thử nghiệm điện cực hàn 99 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MMC Metal Matrix Composite Vật liệu composite nền kim loại XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét EDS Energy Dispersive Spectrometry Phổ tán xạ năng lượng IACS International Annealed Copper Standard Độ dẫn điện tiêu chuẩn đồng ủ quốc tế HV Vickers Hardness Độ cứng tế vi HRB Rockwell Hardness, Scale B Độ cứng Rockwell, thang B vol.% Volume percent Phần trăm thể tích wt.% Weight percent Phần trăm khối lượng HVĐT Hiển vi điện tử VLTH Vật liệu tổ hợp NXB Nhà xuất bản vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật liệu tổ hợp Cu-1,6% WC trước và sau biến dạng [49] 12 Bảng 1.2 Tính chất một số vật liệu tổ hợp Cu-TiB2 sau khi thiêu kết xung plasma [9] 13 Bảng 1.3 Tính chất vật liệu tổ hợp Cu-4,5% TiB2 chế tạo bằng phương pháp phối hợp 14 nghiền trộn cơ học với phản ứng tự sinh nhiệt và thiêu kết xung plasma [9] Bảng 1.4 Tính chất một số vật liệu tổ hợp Cu- TiB2 sau khi thiêu kết xung plasma [9] 14 Bảng 1.5 So sánh một số tính chất của vật liệu tổ hợp nền Cu và một số vật liệu điện 15 cực khác [8] Bảng 3.1 Khối lượng riêng phần của hỗn hợp vật liệu bột ban đầu 47 Bảng 4.1 Điều kiện thí nghiệm được chọn 55 Bảng 4.2 Ma trận kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm tổng hợp chế tạo vật 56 liệu tổ hợp Cu-5vol.3 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm hàm độ xốp của vật 59 liệu tổ hợp Cu-5vol.4 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm hàm độ cứng của 60 vật liệu tổ hợp Cu-5vol.5 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm hàm độ dẫn điện của 62 vật liệu tổ hợp Cu-5vol.6 Tính chất của vật liệu tổ hợp Cu-5vol.%Al2O3 phụ thuộc vào các thông số 64 công nghệ ép - thiêu kết vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DAMH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân loại vật liệu tổ hợp theo hình dạng cốt 6 Hình 1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất đến độ dẫn điện của Cu 10 Hình 1.3 Cơ tính và tính dẫn điện của Cu nguyên chất [32] 10 Hình 1.4 Độ cứng của vật liệu tổ hợp Cu-5% TiC [36] 12 Hình 1.5 Ảnh TEM của vật liệu tổ hợp Cu-5% TiC ép chảy [36] 12 Hình 1.6 Trình tự chuyển động của lệch 17 Hình 1.7 Ảnh SEM của vật liệu sau khi Cu tan thành bột VLTH Cu-5% Al2O3 và sự 20 hình thành Al2O3 khi xử lý nhiệt: a- 8500C; b- 11000C; c- 8500C; d- 11000 C [16] Hình 1.9 Sơ đồ công nghê ̣ nấu luyện vâ ̣t liê ̣u điê ̣n cực hàn trong lò hở [2] 24 Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ nấu luyện vật liệu điện cực hàn bằng phương pháp nhiệt 25 nhôm và nhiệt magiê [7] Hình 2.1 Sự va chạm của bi nghiền - hỗn hợp bột - bi nghiền trong quá trình hợp kim 29 hóa cơ học Hình 2.2 Mối quan hệ giữa độ bền liên kết và sức căng biến dạng [13] 29 Hình 2.