Đặt vấn đề Trong chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đã định hướng phát triển nguồn điện từ mức chưa đáp ứng nhu cầu như hiện nay. Bên cạnh đó, Việt Nam được xem là nước có nguồn năng lượng điện giàu tiềm năng nhất, không chỉ ở khu vực Đông Nam Á mà còn trên thế giới. Ngày nay, nhu cầu sử dụng năng lượng điện rất lớn, do đó vấn đề tiết kiệm nguồn điện, nâng cao khả năng truyền tải cũng như tối ưu hóa các trang thiết bị phục vụ trong ngành điện là vô cùng cần thiết. Cốt nối là thiết bị, phụ kiện quan trọng dùng trong ngành điện có chức năng làm tăng khả năng dẫn điện giữa cáp điện với nhau và cáp điện với thiết bị.
Khi sử dụng, cốt nối luôn được bám chặt với cáp điện. Cốt nối được phân loại theo vật liệu chế tạo như: cốt nối đồng và cốt nối nhôm đồng. Cốt nối nhôm đồng là thiết bị được chế tạo từ hai tấm kim loại khác nhau, một tấm là nhôm, tấm kia là đồng hàn nối lại với nhau. Sau đó tấm kim loại nhôm – đồng được dập trong bộ khuôn thích hợp cho ra sản phẩm cốt nối nhôm – đồng.
Hiện tại, đa số các cốt nối chưa chế tạo được trong nước mà phải nhập từ nước ngoài với giá thành khá cao. Ứng dụng kỹ thuật hàn ma sát khuấy từ hai vật liệu nhôm và đồng có thể chế tạo được cốt nối này. Chính vì lý do đó mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, chế tạo nghiên cứu chế tạo cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al nhằm phục vụ tốt hơn cho nhu cầu của xã hội. Sự kết hợp giữa hai vật liệu đồng và nhôm tạo thành một loại composite mới, nó có thể khắc phục được một số khuyết điểm mà tự thân Cu và Al không khắc phục được, ví dụ như: khả năng chịu mài mòn cao, khả năng chịu nhiệt tốt.
Để kết hợp đồng và nhôm thành một khối thì có nhiều phương pháp khác nhau, ở đây phạm vi đề tài nghiên cứu là sự kết hợp giữa Nhôm A1050 và đồng C1100 và tiếp theo là chế tạo cốt nối. Hai vật liệu này có thành phần hóa học khá đơn giản và tương thích. Vì vậy phương pháp hàn hoặc cán đều khả thi, ở đây kỹ thuật hàn ma sát khuấy được áp dụng để tạo ra mối liên kết đồng nhôm. Về tỉ lệ phần trăm khối lượng của đồng và nhôm tùy thuộc vào yêu cầu, đặc LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 1 Luan van thù vị trí của thiết bị sử dụng trong ngành điện.
Từ các ưu điểm của vật liệu đã đề cập vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu chế tạo cốt nối song song (JBTL) là một hướng nghiên cứu tiềm năng, có ý nghĩa thực tiễn. Tính cấp thiết của đề tài Xuất phát từ những yêu cầu sử dụng điện các thiết bị điện ở nước ta và để phần nào giải quyết các tồn tại trên, việc nghiên cứu phát triển nghiên cứu chế tạo cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al giúp giảm được chi phí đáng kể khi sử dụng trong ngành điện. Với khả năng chống oxy hóa cao, cùng với độ bền cao, độ dẫn điện nên hợp kim nhôm A1050 và đồng đỏ C1100 được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực năng lượng cụ thể là ngành điện ở nước ta hiện nay.Tuy hiện nay đa số các cốt nối chưa chế tạo được trong nước mà phải nhập từ nước ngoài với giá thành khá cao. Đây là vấn đề chúng ta cần phải nghiên cứu chế tạo cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al.
Trong qua trình làm việc, cốt nối nói trên được dùng kẹp chặt với cáp điện (đầu nối đồng nối với cáp đồng, đầu nối nhôm nối với cáp nhôm) làm tăng khả năng dẫn điện giữa cáp điện với nhau và cáp điện với thiết bị. Việc tự chế tạo được cốt nối song song Cu/AL giúp đáp ứng một phần giảm bớt chi phí cho ngành điện phải nhập thiết bị từ nước ngoài. Do vậy, đề tài “nghiên cứu chế tạo cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al ” là một nghiên cứu nhằm đưa đến một giải pháp khả thi theo định hướng này góp phần phát triển nguồn thiết bị điện phục vụ cho nền kinh tế xã hội đất nước. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Dựa trên hàn ma sát khuấy và sự kết hợp giữa 2 vật liệu đồng và nhôm tạo thành để tiến hành nghiên cứu chế tạo cốt nối song song Cu/Al 3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Nghiên cứu chế tạo cốt nối song song từ tấm BIMETAL Cu/Al hướng tới chủ động chế tạo kết cấu đơn giản, chi phí thấp phục vụ cho nghành điện.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 2 Luan van 4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 4.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu chế tạo cốt nối song song từ tấm BIMETAL Cu/Al, sau đó kiểm nghiệm các tiêu chí cơ tính, tính dẫn điện.2 Mục tiêu cụ thể Để triển khai thực hiện mục tiêu chung trên, mục tiêu cụ thể được xác lập như sau: - Tổng quan tấm bimetal nhôm đồng. - Lựa chọn kết cấu đầu nối JBTL (JB-TL Cu-Al parallel-groove clamp). - Nghiên cứu chế tạo bộ khuôn và đồ gá phục vụ chế tạo cốt nối.
- Khảo sát đặc điểm cấu trúc của tấm bimetal nhôm/đồng (được chế tạo bằng công nghệ hàn ma sát). - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chế tạo cốt nối đến cấu trúc của cốt nối. - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chế tạo cốt nối đến cơ tính của cốt nối. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 5.1 Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ tập trung giải quyết vài vấn đề sau: - Lựa chọn kết cấu đầu nối JBTL (JB-TL Cu-Al parallel-groove clamp), sao cho việc chế tạo cốt nối đơn giản và khả thi bằng công nghệ dập tấm bimetal Cu/Al - Nghiên cứu chế tạo bộ khuôn dập và đồ gá phục vụ chế tạo cốt nối.
- Khảo sát đặc điểm cấu trúc của tấm bimetal nhôm/đồng (được chế tạo bằng công nghệ hàn ma sát). - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chế tạo cốt nối đến cấu trúc của cốt nối. - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chế tạo cốt nối đến cơ tính của cốt nối LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 3 Luan van Chương 1.1 Giới thiệu Tổng quan về tấm Bimetal Cu/Al Tấm bimetal Al/Cu là một vật liệu kỹ thuật mới, dựa trên nhu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau, được hình thành dựa vào công nghệ kỹ thuật tiên tiến như cán, hàn, phủ, nó được sử dụng cho tất cả các loại sản xuất linh kiện điện như: bộ phận ngắt mạch nhỏ, chuyển tiếp contactor, kết nối, chuyển mạch, và tản nhiệt ôtô, vv. Trong các ứng dụng điện, tấm Bimetal Cu/Al cho phép kết hợp vật liệu nhôm với đồng có điện trở thấp, với đặc tính ổn định hơn và chống ăn mòn trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn, độ cứng cao.
Nhiều ngành công nghiệp khác nhau không ngừng nỗ lực cải thiện khả năng cạnh tranh của mình, với các sản phẩm hiệu suất cao hơn được thực hiện với quy trình hiệu quả với tác động môi trường thấp. Hầu hết các phát triển được hỗ trợ bởi tối ưu hóa vật liệu đòi hỏi giải pháp tiên tiến cho sản xuất, trong đó việc kết hợp các vật liệu kỹ thuật khác nhau thường là quá trình thách thức nhất. Về phạm vi này, hàn khuấy ma sát (FSW) [ 1 ] là một kỹ thuật nối vật liệu trạng thái rắn hiện đại, mở ra khả năng sản xuất các mối nối của các vật liệu khác nhau mà phương pháp hàn nung chảy thông thường khó, hoặc thậm chí không thể làm được. Trong FSW, nhiệt chủ yếu được tạo ra bởi sự tiêu tán ma sát trong quá trình biến dạng dẻo bên trong, và do đó vật liệu không đạt đến nhiệt độ nóng chảy của chúng khi tự sinh nhiệt cục bộ giảm xuống do nhiệt độ tăng có xu hướng nóng chảy [ 3 , 4 ].
Điều này có nghĩa là khi FSW của các vật liệu khác nhau, nhiệt độ cục bộ là yếu tố cho phép biến dạng dẻo cục bộ do dụng cụ cứng, điều kiện gá lắp và các thông số quá trình áp đặt dựa trên kết quả từ việc theo dõi nhiệt độ trong suốt FSW của các mối hàn Al-Cu. Các mối nối lưỡng kim loại FSW chất lượng tốt hiện khả thi cho Al với thép [ 5 , 6 , 7] và Al và Cu [ 8 ]. Tránh các vấn đề phổ biến liên quan đến hàn nung chảy các kim loại khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ nung chảy không phù hợp, hình thành các hợp chất liên kim loại giòn rộng (IMC), khả năng hòa tan khí và độ méo cao, và ứng suất dư [ 2 ], FSW đã mở ra những khả năng mới trong tối ưu hóa thiết kế và sản LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 4 Luan van xuất các sản phẩm khác nhau. Đặc biệt, các ứng dụng điện như cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al có thể nhận được những lợi ích đáng kể từ việc kết hợp vật liệu rẻ hơn và nhẹ hơn, chẳng hạn như cốt nối song song Cu/Al từ tấm BIMETAL Cu/Al có điện trở thấp hơn, có tính chất cơ học ổn định hơn và chống ăn mòn trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn.2 Các ứng dụng của Tấm bimetal Cu/Al.
Thiết bị đầu nối điện Cu/Al.1: Ứng dụng ngành điện [ 17] 1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Mehta KP, Badheka VJ (2016) [ 8 ] đánh giá về hàn khuấy ma sát khác nhau của đồng với nhôm: quy trình, đặc tính và các cấu trúc. Các thông số FSW như thiết kế dụng cụ, độ lệch chân dao, tốc độ quay, tốc độ hàn, góc nghiêng dụng cụ, và vị trí của vật liệu phôi Cu-Al khác nhau được tóm tắt trong bài báo này. Ngoài ra, các khuyết tật hàn, cấu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 5 Luan van trúc tế vi và sự tạo hợp chất đối với vật liệu Cu-Al bằng kỹ thuật FSW cũng đã được thảo luận trong bài báo này.
Napieralska-Juszczak E, Komeza K, Morganti F, Sykulski JK, Vega G, Zeroukhi Y (2017) [ 9 ] đo điện trở tiếp xúc cho dây dẫn đồng và nhôm. Điện trở suất được thiết lập bằng cách so sánh các phép đo của điện trở suất với các mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Tính không đồng nhất của tiếp xúc đã được và các kết quả được trình bày cho thấy sự phụ thuộc của điện trở tiếp xúc vào một số thông số.