Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PHẠM VĂN CƯỜNG NGHIEN CUU CHE TAO VA SU DUNG HỢP KIM TRUNG GIAN AI-5Ti-1B TRONG QUA TRINH BIEN TÍNH HỢP KIM NHÔM Chuyên ngành: Vật Liệu Kim Loại Và Hợp Kim Mã sô ngành: LUẬN VĂN THẠC SỸ THÀNH PHÓ HỒ CHÍ MINH 1-2011 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CONG NGHE VAT LIEU LUAN VAN THAC SY NGHIEN CUU CHE TAO VA SU DUNG HỢP KIM TRUNG GIAN AI-5Ti-1B TRONG QUA TRINH BIEN TINH HOP KIM NHOM GVHD : TS. HUYNH CONG KHANH Thực hiện : PHAM VAN CUONG MSHV : 00308430 THANH PHO HO CHi MINH 1-2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CONG HOA XÃ HỘI CHÚ NGHĨA VIỆT NAM PHONG DAO TAO SDH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp. năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM VĂN CƯỜNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22 tháng 09 năm 1985 Nơi sinh:Tp.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu Kim Loại MSHV: 00308430 I- TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO VÀ SỬ DỤNG HỢP KIM TRUNG GIAN AI-5Ti-1B TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH HỢP KIM NHÔM. I- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: © Ché tao hop kim trung gian Al-5Ti-IB.
e Khao sat khả năng biến tính của hợp kim trung gian lên hợp kim nhôm. HI- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:05/07/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:06/12/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến si HUYNH CONG KHANH CAN BO HUONG DAN CN BO MON (Học hàm, hoc vi, ho tén va chir ky) QL CHUYEN NGANH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày tháng năm TRUONG PHONG DT - SĐH TRUONG KHOA QL NGANH LỜI CẢM ƠN Với tắt cả lòng biết ơn, em xin gửi đến thầy Huỳnh Công Khanh lời cảm ơn chân thành, thầy đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ dạy để em có thê hoàn tất luận văn này. Cảm ơn các thầy cô của Khoa Công nghệ Vật Liệu - Đại học Bách Khoa TPHCM, đặc biệt là các thầy cô Bộ môn Công nghệ vật liệu kim loại và hợp kim đã tận tình giảng dạy, cho chúng em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Cảm ơn thầy Nguyễn Duy Thông đã luôn giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em làm việc tại Phòng Thí nghiệm nau luyện của Bộ môn Công nghệ vật liệu kim loại và hợp kim. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hà đã giúp đỡ chúng em, cho chúng em những lời khuyên trong quá trình thực hiện đề tài. Cảm ơn hai người bạn Nguyễn Thị Anh Thơ và Phạm Trọng An, cảm ơn các bạn Cao học CNVL08, đã luôn sát cánh bên tôi, giúp đỡ và chia sẻ với tôi những khó khăn trong học tập cũng như nghiên cứu. Cảm ơn gia đình đã luôn ở bên, giúp đỡ, động viên, truyền cho con nghị lực để con thêm vững tin vượt qua mọi trở ngại trong cuộc sống.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và chúc mọi người sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt. PHẠM VĂN CƯỜNG TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN. Thay thế các muối halogen trong công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B đã được nghiên cứu rất nhiều trong các năm qua, do các muối này có giá thành cao và sản phẩm thải ra của quá trình nấu luyện gây ô nhiễm môi trường. Trong nghiên cứu này, titan dioxit (TiO2) va axit boric (H3;BO3) da được sử dụng làm các tién chat dé cung cap titan và bo trong quá trình nấu luyện hợp kim trung gian Al5Ti1B thay thế cho các muối KBE¿ và K;TIFs, trong trợ dung cryolite.
Trong khoảng nhiệt độ từ 1000-1200 °C va voi tỷ lệ Al;Oz/NaaAIFs trong khoảng 1:2-1:8 hiệu suất thu hồi titan va bo cao ( 89-97%). Tuy nhién, khi ty 16 Al,O3/Na3AIF, dui 1:2 hoac nhiét dé nau luyén dui 1000 °C thi hiệu suất thu hồi titan và bo thấp, do nhôm oxit từ phản ứng hoàn nguyên titan và bo không được hòa tan vào xỉ trợ dung không nóng chảy hoàn toàn làm sệt xỉ cản trở quá trình hoàn nguyên. MỤC LỤC MỤC LLỤC.11 1e i DANH MỤC BẢNG. vii DANH MỤC HÌNH.
- 2-1 EEE11211211111211211111111 1111 1111111 viii CHUONG 1: MG DAU coeeecssscsssssssssssssssesssssssssscssessuesssesssesssesssesssecsuecssesssecsnecsseesees 1 1. TS nh HH TH HH E11 11111111 1111111111 rrke 1 1. Nhôm và hợp kim nhôm. Tính cấp thiết của để tài.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.- - 2 ©£©+£+EE+EE£EEEEESEEEEEEEEEEEkerkerrrrrk 3 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên CỨU.
¿<< E21 EE1 2k H1 TH ng gi, 3 1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp hồi cứu. Phương pháp thí nghiệm phân tích.
- Nấu luyện hợp kim trung gian AI5Ti1B. _ Biến tính hợp kim nhôm 6063 bằng hợp kim trung gian AISTi1B 1. TÍNH MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIÊN CỦA NGHIÊN CỨU HVTH:PHẠM VĂN CƯỜNG ii 1. Tính mới của đề tài.
Ý nghĩa của để tài. - Ý nghĩa lý luận của đề tài. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.--¿©2cccccvcccrreerrererreee 5 CHUONG II. TỎNG QUAN CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN VÀ BIẾN TÍNH ;I.
CÁC CÔNG NGHỆ CHẼ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN AI-5Ti-IB. Chế tạo hợp kim trung gian AISTI1B từ KBE¿ và K;TIEs. Chế tạo hợp kim trung gian AISTi1B từ hồn hop bot Ti va KBF. Chế tạo hợp kim trung gian AlSTIIB từ B;O; và K;TIEs.
Chế tạo hợp kim trung gian AlSTIIB ttr B03 và TIO;. Chế tạo HKTG AISTi1IB từ borax và K;TiF¿. LÝ THUYET CAC QUA TRINH BIEN TINH HOP KIM NHOM BANG 24060 16/0)2 57. Sự tạo mầm.
Mầm đồng thê. Tạo mầm dị thê. Tốc độ tạo mầm. Sự phát triển hạt.---25-©2+22kC2Ek221 221221 2E1zE.
Su phat triển hạt của hợp kim AI- TÌ. ----«<sc<sx<ece+ 15 HVTH:PHẠM VĂN CƯỜNG iii 2. Các mô hình của quá trình làm nhỏ mịn hạt bằng HKTG AI-Ti¡-B. Thuyết phần tử tạo mầm.
Thuyét gian d6 phan. Thuyét bao tinh khối. Lý thuyết ta0 MAM KEP. M6 hinh anh huréng ctia chat tan.
CƠ SỞ CÔNG NGHỆ NÂU LUYỆN HỢP KIM MÀU. Các quy tắc cơ bản. Bảo vệ kim loại lỏng khỏi sự tương tác của môi trường. Tỉnh luyện kim loại lỏng.---- «6 + tàn HH hp 27 2.
CÔNG NGHỆ NÂU NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM. Thanh phan va tạp chất của nhôm nguyên sinh. Nấu luyện nhôm và hợp kim nhôm. Tinh luyện nhôm và hợp kim nhôm.
CO SO LY THUYET QUA TRINH NAU LUYEN HOP KIM TRUNG ©0900. Giản đồ pha AI-B. Giản đồ pha AI-Ti. Giản đồ pha AI-Ti-B.¿-22ccc2Sccccxxrerrrrerrrrerrrree 35 HVTH:PHẠM VĂN CƯỜNG iv 2.
Độ hoà tan của các chat trong hệ xỉ Al;Os-NasAIEs. Độ hoà tan của AlzOs trong cryOÏIfe. Độ hoà tan của B;Os trong AlzOs-NaaAlEs. Độ hoà tan của TiO, trong AlzOs-NÑaaAEs.
NHIỆT ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH NÁU LUYỆN HKTG AI5Ti1B. Nguyên lý I nhiệt động học. Định luật II nhiệt động lực học. TH TH nh HH 42 2.
Năng lượng tự dO. Phương trình đẳng nhiệt Van”t Hoff. Phương trình đẳng áp Van”t HofF. Định luật Raoult.
Định luật Henry .---- - + cv vn nh HT ngàng nếp 47 2. HOÀN NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT KỊM. 49 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. HOA CHAT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM.
Hoá chất thí nghiệm. Thiết bị và dụng cụ thí nghiỆm .- ¿5 6S +vsEsereeeeserse 53 HVTH:PHAM VAN CUONG Vv 3. PHUONG PHAP THUC NGHIEM. Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian AI5Ti1B.
Giải thích quy trình .- «6 << St vn HH TH ng ri, 55 3. Đánh giá khả năng làm nhỏ mịn hạt tỉnh thể của hợp kim trung gian AI5TiIB. Biến tính hợp kim nhôm đúc 413. Biến tính các hợp kim nhôm biến dạng 6063 và 6003.
CÁC PHÉP ĐO DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử(EAS). Phương pháp soI kim fưƠng.---- ‹ - + + St kg rn 59 3. Phuong phap nhieu xa tia X.
Phương pháp do d6 cing va tht k60 woe ees eseneeeteeteeerseneee 61 CHUONG 4: KET QUA VA BAN LUAN wocecescescssscssessesssessessssssessessvessesssessessees 62 4. KÉT QUÁ CHÉ TẠO HỢP KIM TRUNG GIAN AI5Ti1B. KET QUA DANH GIA KHA NANG LAM NHO MIN HAT TINH THE CUA HỢP KIM TRUNG GIAN AI5Ti1B. Thành phần hoá học của hợp kim nhôm trước và sau khi biến tính bằng hợp kim trung gian AIS T11B.
Tổ chức tế vi của các hợp kim nhôm trước và sau khi biến tính bằng hợp kim trung gian AIS T11B. - ¿<< St ng rà 71 HVTH:PHAM VAN CUONG vi 4. Cơ tính của hop kim nhôm trước trước và sau khi biến tính bằng hợp kim trung gian AIS T11B. - ¿<< St ng rà 73 CHƯƠNG 4: KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ.-5- 2s CS TS E11 2112 111121111 1111111 ce.
75 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76 HVTH:PHẠM VĂN CƯỜNG vii DANH MUC BANG Bang 2.1: Kha nang thiên tích của một số nguyên tố trong nhôm.2: Thành phần hoá học của nhôm nguyên sinh.3: Thành phần trợ dung che phủ .4: Thanh phan trợ dung tỉnh luyỆn.----¿- 2 ++2+++2+++txx+rxxsrseeee 33 Bảng 2.5: Các phản ứng tại góc giản đồ pha A1-Ti-B có thành phần giàu nhôm .6: Độ hòa tan tối đa của nhôm oxit trong cryolite ở nhiệt độ 1300 ”K theo tỷ lệ 1/2152 1ã 55.7: Mật độ và sức căng bề mặt của các chất ở 1000 C.8: AH một số chất ở 298 ”KK.9: AS°ctia một số chất ở 298 K.10: Năng lượng tự do của phản ứng hoàn nguyên bo và tifan.1: Thành phần hóa học của nhôm thỏi thương phâm.1: Điều kiện thí nghiệm nấu luyện hợp kim trung gian AITi5BI.2: Thành phần hóa học và hiệu suất thu hồi của các hợp kim trung gian AITi5BI LH TH TT TH TT HT TH TT HT TH TT HT TH TT HT TH TT TT TH TT HT TH TT HT TT Thành 62 Bảng 4.3: Thành phần hóa học của hợp kim trung gian AITi5BI theo DIN 1725.4: Thành phần hóa học của các hợp kim nhôm trước và sau khi biến tính .5: Độ cứng của các hợp 413.0, 6063, 6003 trước và sau khi biến tính. 73 HVTH:PHẠM VĂN CƯỜNG viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Tiêu thụ nhôm cho từng ngành năm 2008 .2: Tổng sản lượng nhôm thế giới sản xuất qua các năm.1: Tạo mầm đồng thể và dị thể.--2- 2 22©22+2EZ+EEEtEEztEEESEEeerkrerkeee 9 Hình 2.2: Cấu trúc hạt của hợp kim nhôm trước và sau biến tính .3: Thay đổi năng lượng tự do Gibbs theo R.¿-2cc©cscccxeecrseeee 12 Hình 2.4: Sự hình thành các phôi hình cầu trên đế.5: Góc giản đồ pha AI-Ti thé hiện 0,15% Ti như là thành phần bao tỉnh.6: Sơ đồ giai đoạn tạo mầm ơ-Al theo thuyết tạo mầm kép.7: Đồ thị thể hiện quan hệ giữa kích thước hạt tinh thé va dai lượng GRF.8: Giản đồ thể hiện vùng quá nguội trạng thái ở phía trước của các tỉnh thể nhánh cây đang phát triển và vùng mà ở đó sự tạo mầm có thê xảy ra nếu có mặt các phần tử tạo mẫm.9: Giản đồ pha AI-B.--22-©25222S222EE+222EE22EE22E122112711 221.10: Giản đồ pha AI-Ti .2-22£©2522E++2EEE+SEEEESEEEvSEEESEEkrerkkrerkrrrrkrree 35 Hình 2.11: Giản đồ pha AI-Ti-B.2-252©252222E+2EEE22EESEEEEEEkrrrkrrrrkrrrrrrrer 36 Hình 2.12: Giản đồ pha AI-Ti-B với 1% B.13: Giản đồ pha AlyOs-Na¿A HE,.