Chương I: Tông quan về vật liệu composite Chương 2: Cơ sở lý thuyết vật liệu composite Al-Al;Oa Chương 3: Phương pháp chế tạo composite Al-AlạO; Chương 4: Thực nghiệm Chương 5: Kết luận -_ Tài liệu tham khảo Trang 10 Luận văn thạc sĩ CHUONG 1: TONG QUAN Trang 11 Luận văn thạc sĩ 1.1 GIỚI THIỆU: Nhôm và composite nền nhôm là vật liệu kim loại đứng thứ hai sau thép về sản xuất và ứng dụng trong thực tế do chúng có nhiệt độ chảy thấp, dễ tạo hình, dễ gia công cũng như chúng còn có tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau. Nhiều composite nền nhôm có cơ tính tương đương thép nhưng trọng lượng chỉ bằng một phần ba trọng lượng của thép nên trong nhiều trường hợp, nhôm và composite nền nhôm là không thê thay thế được ví dụ như: *“ Ứng dụng vật liệu hợp kim nhôm trong công nghiệp quốc phòng, công nghệ chế tạo máy bay, tàu vũ trụ và các thiết bị hàng không khác. *“ Ứng dụng trong công nghệ sản xuất ôtô. Y Ung dụng trong ngành dệt đối với các chỉ tiết hoạt động ở tốc độ và độ chính xác cao.
v Ung dung trong ky thuat điều khiển, điện công nghiệp và tự động hoá. Nhôm và composite nền nhôm có nhiều ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hàng đầu và cả trong lĩnh vực y học vì chúng có các tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau. Trong nhiều trường hợp, composite nền nhôm sẽ còn giữ vững vai trò quan trọng của mình trong nhiều ngành công nghiệp và thậm chí còn phát triển xa hơn nữa. Ngoài ra, phần lớn composite nền nhôm là không độc hại đối với sức khỏe của con người nên còn được ứng dụng trong các ngành sản xuất thiết bị y tế, dụng cụ và thiết bị cầm tay.
Với sự hỗ trợ tích cực từ sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học cơ bản và các ngành công nghiệp khác, nhiều nghiên cứu được thực hiện và đã hình thành một cơ sở lý thuyết không lồ cũng như các công nghệ sản xuất điển hình trong thực tế về chế tạo vật liệu từ nhôm và composite nền nhôm. Vật liệu Composite nền Nhôm ngày càng được sự quan tâm trong ngành tự động hóa, đặc biệt trong những chi tiết chịu mài mòn cao như: pIston, xilanh, bơm nhiên liệu và máy ép.Tuy ít được sử dụng bởi những khó khăn như: nhiệt hóa lỏng cao, thời gian đông đặc dài trong thiết bị nên dể gây hư hỏng, khó điều khiển về kích thước và phân bố pha Al;O; trong vật liệu hợp hợp kim AI- AlzOs, hạt AlzOs một nhân có thể phát triển đến một kích thước lớn và bất thường. Trang 12 Luận văn thạc sĩ Từ việc phát triển gia công vật liệu bằng phương pháp bán lỏng giúp cho chế tạo vật liệu Composite nền kim loại một cách dé dang hon, do ta có thé diéu khién viéc cung cấp vật liệu bán lỏng trong sản xuất. Trong suốt quá trình xảy ra việc gia công đúc, nền AI đã chảy ra trong khi hạt AlaO:; còn ở trạng thái đặc, bởi vậy đặc tính ban dau cia Al,O; được gitr đến cuối quá trình đúc bán lỏng.
Hơn nữa, việc sử dụng đúc bán lỏng đã giảm bớt rất nhiều nhiệt độ đúc và hàm nhiệt (entanpy). Những sản phẩm ít hư hỏng do mòn và co ngót hoàn toàn. Việc sản xuất vật liệu Composite nền Nhôm có thể dùng các phương pháp khuấy bằng điện từ hay cơ và xử lý bằng siêu âm. Từ cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970 đến nay, nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm từ composite nền nhôm, các công nghệ mới đã được tìm tòi, phát triển dựa trên các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng, thành phần vật liệu và tô chức tế vi của vật liệu nhằm tối ưu hoá các phương pháp chế tạo vật liệu ở trạng thái bán lỏng từ composite nền nhôm là hoàn toàn chiếm ưu thế, khẳng định tính ứng dụng và ưu điểm của mình một cách nhất định.
Trên cơ sở đó, công nghệ chế tạo vật liệu ở trạng thái bán lỏng đã ra đời đồng thời khẳng định được tính vượt trội của nó bằng các sản phẩm chất lượng cao, ít khuyết tật, thời gian tạo hình ngắn và tuổi thọ của khuôn cũng được kéo đài hơn những phương pháp chế tạo vật liệu truyền thống trước đây. Đây thực sự là công nghệ có hiệu quả và nhiều triển vọng đối với quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá ở Việt Nam. Trong điều kiện công nghiệp hoá hiện đại hóa ở nước ta, ngành Cơ khí luôn được xem là nền tảng đề làm đòn bây cho các ngành công nghiệp khác phát triển như ngành đóng tàu, sản xuất ô tô, ngành đệt và tương lai là ngành đường sắt và metro. thì việc nghiên cứu ứng dụng các phương pháp chế tạo vật liệu ở trạng thái bán lỏng là rất cần thiết và hữu ích.
Và có thêm điều kiện thuận lợi là Việt Nam có trữ lượng quặng bauxIte rất lớn ở Tây Nguyên, mà hàm lượng Al;O; có trong quặng bauxite cao (30% đến 50%). Điều đó vô cùng thuận lợi cho việc sản xuất composite nền nhôm cũng như nhôm và các hợp kim của nó đo có nguồn nguyên liệu dồi dào. Trang 13 Luận văn thạc sĩ Trong phạm vi đề tài, luận văn này chủ yếu nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu composite nền nhôm cốt hạt AlzOs ở trạng thái bán lỏng , so sánh các mẫu có sự khác nhau về: hàm lượng của hạt cốt, tốc độ khuấy và nhiệt độ để xác định cơ tính tốt nhất của vật liệu composite được thực thiện trên cơ sở lý thuyết, thực nghiệm. Đề tài nghiên cứu này giúp cho các nhà sản xuất vật composite nền nhôm trong nước có thể lựa chọn và ứng dụng phương pháp phù hợp nhất với đặc thù doanh nghiệp của mình cũng như cung cấp một phần nhỏ dữ liệu cho các nghiên cứu khoa học về chế tạo vật liệu composite nền nhôm trong tương lai.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước: Có các công trình Nghiên cứu: 1/ Công trình nghiên cứu vật liệu composite nền kim loại của GS.
2/ Các bài báo và hội thảo của GS. Đỗ Minh Nghiệp chủ trì đăng trên các tạp chí khoa học nước ngoài: “Metal matrix composites reinforced with ceramic, heavy metal and intermetallic particles prepared by liquid, semi-solid and solid states processing, Part 1. Composite system (Ni,Fe,Co)/W”,, Proc. Conference of HUT, Mat.137-145 “Metal matrix composites reinforced with ceramic, heavy metal and intermetallic particles prepared by liquid, semi-solid and solid states processing, Part 2.
Composite system (Al, Al-Si, Al-Cu)/(Al,03, SiC)p,” Proc. Conference of HUT, Mat.146-154 “Metal matrix composites reinforced with ceramic, heavy metal and intermetallic particles prepared by liquid, semi-solid and solid states processing, Part 3. Nanocomposite system Ag3Sn/Cu3Sn, Proc. Conference of HUT, Mat.155-161 3/ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc bán lỏng để chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế tạo máy động lực, ô tô, xe máy, Đề tài cắp Nhà nước KC02.Nguyễn Hồng Hải Trang 14 Luận văn thạc sĩ 4/ Báo cáo khoa học Nguyễn Hồng Hải, Trần Đức Huy, Hoàng Thị Liên, Nguyễn Văn Quyết, Mai Văn Thắng, Nghiên cứu công nghệ đúc rheocasting cho hợp kim nhôm, Tuyên tập công trình NCKH 50 năm thành lập trường ĐHBK-HN, 2006, tr.
5/ Bai bao Compozit kim loại : Xu thé phát triển trên thế giới, tình hình nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam ; Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, học viện kỹ thuật quân sự - 72. của GS,TS. Nguyễn Khắc Xương. 6/ Vật liệu compozit nền AI cốt hat Gr,công nghệ chế tạo và tính chất, tuyên tập công trình khoa học, hội nghị khoa học, 40 năm thành lập ĐHBK Hà nội, 1996.
Nguyễn Khắc Xương. 7/ Thuộc tính lưu biến của vật liệu tổ hợp nền hợp kim nhôm ở trạng thái bán lỏng của Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Trọng Giảng đăng trên tạp chí khoa học công tháng 5 năm 1996 trang 55 đến trang 60 8/ Phan tích thuộc tính lưu biến của vật liệu tô hợp nền kim loại (MMC) ở trạng thái bán lỏng của Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Trọng Giảng đăng trên tạp chí khoa học công nghệ tháng 1 năm 1997 trang 43 đến trang 50 1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Có các bài báo cũng như những công trình nghiên cứu về vấn đề này: 1 Đặc tính của Composite nền Nhôm chế tạo bởi phương pháp bán lỏng và sự biến đổi Prashant (Characterization of aluminium-matrix composites made by semi- solid) Làm việc tại Trung tam vat liệu Composite thuộc khoa Cơ khí và vật liệu, trường Đại học Delaware, Mỹ Nhận vao 1/8/1989 công nhận vào 19 /6/ 1990 2/ Mô hình chế tạo Composite nền AZ9ID Mg bằng phương pháp bán lỏng (Modeling of compocasting process and fabrication of AZ91D magnesium alloy matrix composites) Cua cac tac gia: Gen Sasaki, Makoto Yoshida, Nobuyuki Fuyama and Toshio Fujii Khoa hé théng kỹ thuật Co khí, Trường Đại hoc Hiroshima, Nhật bản. Trang 15 Luận văn thạc sĩ 3/ Cấu trúc và cơ tính của composite nền nhôm A356 có bổ sung hạt cốt Al,O3 (The Structure and Mechanical Properties of an Aluminium A356 Alloy Base Composite With Al,O3Particle Additions) Của tac gia: Z. VENCL Dang trén trang web www.rs 4/ Chế tạo vật liệu mang đặc tính xúc biến bởi phương pháp Composite bán lỏng (Preparation of thixotropic materials by "compocasting") Cua cac tac gia: ALCANTARAS ; MERIZALDEC.
Nam 2005 5/ Composite nền nhôm: Những thách thức và co héi (Aluminium matrix composites: Challenges and opportunities) cua tac gia MK SURAPPA Tại Sở Luyện kim, Viện Khoa học Ấn Độ, Bangalore 560 012, Ấn Độ 6/ Những điều kiện trong vi kết cầu của AI <18>B_4O <33>/AZ9ID Composite hợp kim Mg boi phương pháp ban long.( Effects of Stirring Conditions on Microstructure of Al_<18>B_40_<33>/AZ91D Magnesium Alloy Composites Fabricated by Compocasting SASAKI Gen , YOSHIDA Makoto , FUKUNAGA Hideharu , PAN Jin , FUYAMA Nobuyuki , FUJII Toshio 7 / Chế tạo và vi kết cấu của AI <1§>B_4O_<33> /AZ91D composites hợp kim Mg bằng phương pháp bán lỏng. Cua tac gia SASAKI Ge lam việc tại Trường Đại hoc Hiroshima. 8/ Cơ tính của vật liệu và vi kết cầu cha Composite nén hop kim Mg ché tao boi phương pháp bán lỏng ( Material Mechanical Properties and Microstructure of Magnesium Alloy Matrix Composites Fabricated by Casting Process Composites). Cua tac gia SASAKI Ge lam việc tại Trường Dai hoc Hiroshima.
9/ Ứng dụng phương pháp bán lỏng chế tạo Composite nền Nhôm có chứa hạt B4C (Compocasting of an Aluminum Alloy Composite Containing B4C Particulate) Cua tac gia: F. Hosking 10/ Những tính chất cơ tinh và cấu trúc của Vật liệu Composite với nền hợp kim Rar27 ting cudng cét Al,O3 va hat Si (Structural and Mechanical Characteristics of Trang 16 Luận văn thạc sĩ Composites With Base Matrix of Rar27 Alloy Reinforced With Al,O; and SiC Particles) Của các tác giả:I. BOBIC, Viện khoa học hạt nhân Vinca, Ban khoa học vật liệu R. NINKOVIC, RAR Batajnica M.