Category: Công Trình Nghiên Cứu

19

Ứng dụng phần mềm Fluent mô phỏng quá trình đúc liên tục

Bài này trình bày việc ứng dụng Fluent để mô phỏng quá trình đông đặc trong công nghệ đúc liên tục. Khảo sát trường nhiệt độ, sự đông đặc trong thỏi đúc liên tục, so sánh kết quả mô phỏng bằng Fluent với thực nghiệm.

Application of fluent software for modelling of continuous casting proces

Nguyễn Hồng Hải, Chu Văn Bền
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để tìm ra các giá trị tối ưu trong công nghệ đúc liên tục và cho thấy Fluent không những có thể được ứng dụng trong công nghệ đúc liên tục mà còn cho các quá trình và công nghệ đúc khác. Việc ứng dụng chương trình là hết sức cần thiết, sẽ tạo ra hiệu quả cao trong việc nghiên cứu, giảng dạy cũng như trong sản xuất đúc.

Abstract

   The application of the Fluent software to simulate the solidification process in continuous casting process is described. The temperature field, the solidification process are calculated and simulated, then compared with the experiment tal data. The results of simulation process can be used for optimizing the technological parameters of continuos process. They showed also that this software can be used for other casting processes and can be use- ful in research, teaching and industrial production.

1. Đặt vấn đề

   Cộng nghệ đúc liên tục được nghiên cứu từ những năm 1858, nhưng thời gian đầu gặp phải những khó khăn về kỹ thuật không giải quyết được; đó là hiện tượng nứt, đứt thỏi do lớp vỏ đông đặc dính chặt vào khuôn và bị nứt, đứt khi kéo. Phải đến những năm 1960 thì công nghệ này mới được phát triển rộng rãi. Ngày nay, công nghệ đúc liên tục đã trở thành công nghệ có năng suất lao động rất cao, chất lượng sản phẩm ổn đình, hiệu quả kinh tế cao, tạo ra một sản lượng rất lớn phôI đúc mỗi năm trên thế giới. Mô hình đúc liên tục thẳng đứng được trình bày trong hình 1.

Hình 1

Hình 1. Máy đúc liên tục kiểu thẳng đứng

   Để nâng cao hơn nữa năng suất và chất lượng sản phẩm đúc liên tục cần phải có sự đầu tư nghiên cứu, khảo sát, lựa chọn các thông số công nghệ và tối ưu hoá quá trình đúc. Tuy nhiên với điều kiện Việt Nam hiện nay, việc thực nghiệm khảo sát các thông số trong công nghệ đúc liên tục là hết sức khó khăn, đặc biệt là khi đúc các vật đúc có kích thước lớn. Để khắc phục những khó khăn đó có thể ứng dụng việc mô phỏng số, thực hiện việc tin học hoá, làm các thí nghiệm ảo. Chương trình Fluent là một chương trình mô phỏng mạnh, có khả năng ứng dụng trong nghiên cứu, giảng dạy trong các trường đại học, cũng như trong các quá trình sản xuất.

   Một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng thỏi đúc và năng suất lao động, đó là tốc độ kéo thỏi. Với tốc độ kéo thỏi thấp thì thỏi đúc được làm nguội chậm, hạt tinh thể thô to, dẫn đến cơ tính thấp, năng suất thấp và kim loại lỏng trong máng phân phối bị mất rất nhiều nhiệt. Với tốc độ kéo lớn, thỏi sẽ được làm nguội nhanh hơn, hạt tinh thể nhỏ mịn, do đó thỏi đúc có cơ tính cao và năng suất sản xuất cao. Tuy nhiên tốc độ kéo lớn lại dễ gây nứt hay đứt thỏi. Vì vậy, phải lựa chọn tốc độ kéo thích hợp để vừa đạt cơ tính cao, năng suất cao mà không bị nứt, đứt thỏi (hình 3).

Hình 3

Hình 3. Sơ đồ phương pháp quy hoạch thực nghiệm

   Có thể tiếp cận vấn đề hay hệ thống bằng ba phương pháp chính đó là:

   – Phương pháp kinh điển: phương pháp này tốn nhiều thời gian và kinh phí.

   – Phương pháp qui hoạch thực nghiệm (phương pháp hộp đen): Trong phương pháp này ta xét ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố; đặc điểm của phương pháp này là tiết kiệm được thời gian và kinh phí, với k đầu vào thì ta cần thực hiện số thí nghiệm là n=2k , tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không nghiên cứu được cơ chế của quá trình (hình 2).

Hình 2

Hình 2. Sơ đồ phương pháp quy hoạh thực nghiệm

   – Phương pháp mô phỏng (thí nghiệm ảo): đây là phương pháp được áp dụng trong đề tài này. Phương pháp này gồm các bước sau:

1. Thiết lập mô hình toán
2. áp dụng các điều kiện biên
3. Giải bài toán bằng phương pháp số
4. So sánh kết quả và áp dụng vào thực tế

2. Thực nghiệm và kết quả

2.1. Mô hình

   Hợp kim nhôm đúc là AA5182; thỏi đúc có thiết diện 1860×510 mm, tốc độ kéo thỏi 1mm/s. Năm cặp nhiệt được cố định ở phía cạnh dài, cách bề mặt lần lượt là 5, 10, 15, 20 mm và cách cạnh ngắn của thỏi là 550 mm. Sơ đồ thí nghiệm được mô tả như hình 4. Vị trí 5 cặp nhiệt được lắp đặt như hình 5 [1].

Hình 4

Hình 4. Sơ đồ thí nghiệm

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
19

Độ bền của hỗn hợp làm khuôn cát-nước thủy tinh cháy lỏng tự đông rắn

Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về độ bền của hỗn hợp làm khuôn cát-nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn. Thành phần của hỗn hợp gồm cát thạch anh, nước thủy tinh natri, xi măng pooclang, chất hoạt tính bề mặt alkilsunphônat.

The strength of self-hardening silica-sand mixtuxe

Nguyễn Ngọc Hà
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TPHCM

Tóm tắt

   Mục đích của công trình là khảo sát ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cát-nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn và thời gian đến độ bền của hỗn hợp. Đã xây dựng phương trình hồi quy với hàm mục tiêu là độ bền nén của hỗn hợp và các biến đầu vào là hàm lượng của nước thuỷ tinh, hàm lượng của xi măng và thời gian đông rắn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi thời gian đông rắn thay đổi từ 1 đến 48 giờ, độ bền của hỗn hợp luôn bảo đảm đủ cao. Điều đó tạo nên tính linh hoạt về thời gian của chu trình công nghệ khi sử dụng hỗn hợp này làm khuôn. Độ bền của hỗn hợp đạt giá trị cao nhất khi hỗn hợp chứa (6-8)% nước thuỷ tinh, 2% xi măng.

Abstract

   In this article the strength of self-hardening silica sand mixture containing silica sand, natri waterglass, poocland cement and alkilsunphonat surface reactor has been reported, The impact of the mixture’s composition and the hardening time on its strength ha been through an equation decribing the dependence of the mixture strength waterglass content, cement content and hardening time. If the hardening time changes from one to forty eight hours, the mixture strength is still sufficiently high. It resulted in flexibility of cycle time when this mixture is used as mould materials. The mixture strength reaches the maximum value for the mixture of (6 – 8)% wt waterglass and 2 % wt cement.

1. Mở đầu

   Thành phần của hỗn hợp cát-nước thuỷ tinh lỏng tự đông rắn (viết tắt: HHCLTĐR) bao gồm: vật liệu chịu nhiệt, nước thuỷ tinh (đóng vai trò là chất dính), chất phụ gia đông rắn, chất hoạt tính bề mặt (chất tạo bọt). HHCLTĐR có nhiều ưu điểm: không cần đầm chặt khuôn mà chỉ cần rung lèn chặt với chế độ rung phù hợp; dễ phá khuôn hơn nhiều so với hỗn hợp cát-nước thuỷ tinh truyền thống; độ thông khí của khuôn tốt, độ sinh khí thấp; không độc hại, ít ô nhiễm môi trường; giá thành khuôn thấp…

   HHCLTĐR hiện đang sử dụng khá rộng rãi để chế tạo các vật đúc bằng gang và thép, có trọng lượng từ trung bình cho đến lớn. Hỗn hợp này cũng có thể sử dụng trong phương pháp đúc Shaw.

   Mục tiêu của nghiên cứu là xem xét ảnh hưởng của thành phần HHCLTĐ và thời gian đến độ bền của hỗn hợp.

2. Thực nghiệm

2.1.Nguyên vật liệu

   Vật liệu chịu lửa là cát thạch anh V5.5 của Vicosimex, tương đương với mác 2K0315B, có thành phần độ hạt cho ở bảng 1 (sử dụng bộ rây theo tiêu chuẩn DIN 4180).

   Chất dính là nước thuỷ tinh natri có môđun M= 2,6; khối lượng riêng ρ = 1,40 kg/dm3

   Xi măng pooclang Hà Tiên mác P300 dùng làm tác nhân đông rắn

   Chất hoạt tính bề mặt là chất tạo bọt alkilsun- phonat, có công thức hoá học CnH2n+1 – SO3Na.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

   Hỗn hợp thử nghiệm được trộn như sau: trộn cát và xi măng 3 phút trong máy trộn con lăn; trộn nước thuỷ tinh và chất tạo bọt trong thùng khuấy trong 3 phút; trộn chung hai thành phần trong máy trộn cánh trong 1 phút và sau đó chế tạo mẫu thử ngay.

   Mẫu thử có kích thước (50x50mm, được chế tạo bằng cách rung lèn chặt theo phương đứng với tần số 50Hz, biên độ 1mm, thời gian rung 60s. Sau khi rung, mẫu được dập một lần trên thiết bị dập mẫu tiêu chuẫn. Sau một khoảng thời gian xác định, mẫu thử được đo độ bền nén. Độ bền nén được thực hiện trên 3 mẫu, lấy giá trị trung bình; kết quả trung bình nhận được không được sai lệch quá 10% so với các mẫu thử.

   Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, qua các thí nghiệm thăm dò, đã chọn các yếu tố đầu vào và miền nghiên cứu như sau:

Z1 – hàm lượng nước thuỷ tinh, (6-12)%
Z2 – hàm lượng xi măng, (2-6)%
Z3 – thời gian đông 0,75 (45 phút-48 giờ)
Z4 – hàm lượng chất tạo bọt, 0,2%
Z5 – hàm lượng cát, Z5= 100 – Z1 – Z2 – Z4
Z6 – nhiệt độ môi trường khi chế tạo mẫu thử: (25oC); khi để mẫu đông rắn tự nhiên ở 30oC

   Như vậy, hàm mục tiêu là độ bền nén y chỉ phụ thuộc vào 3 biến độc lập: y= f(Z1, Z2, Z3).

   Cũng qua các thí nghiệm thăm dò, đã chọn mô hình là đa thức có dạng:

y= b0 + b1Z1 + b2Z2 + b3Z3 + b12Z1Z2 + b13Z1Z3 + b23Z2Z3 (1)

   Số các toạ độ thí nghiệm cần thực hiện là: N= 23 = 8.

3. Kết quả và thảo luận

Kích thước mắt rây, mm% 0,630 0,400 0,315 0,250 0,160 0,100
khối lượng 0 28,80 24,52 37,38 5,83 3.25

Bảng 1. Thành phần độ hạt của cát 5.5

STT Z1, % Z2, % Z3, giờ Độ bền nén, KG/cm2
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Trung bình
1 6 2 0,75 4,8 5,3 5,7 5,3
2 6 2 48 116,9 112,5 107,5 112,3
3 6 6 0,75 0,5 0,5 0,5 0,5
4 6 6 48 7,8 7,1 8,2 7,7
5 12 2 0,75 3,9 4.2 3.6 3.9
6 12 2 48 82,2 82,9 79,9 81,7
7 12 6 0,75 10,7 10,2 11,3 10,7
8 12 6 48 62,6 55,5 54,0 57,4

Bảng 2. Độ bền nén của hỗn hợp

   Các kết quả thực nghiệm được trình bày ở bảng 2.

Pages: Page 1, Page 2
17

Nghiên cứu công nghệ luyện thép không gỉ austenit hệ CrMn thay thế hệ CrNi

Việc sử dụng mangan thay thế niken trong thép hợp kim nói chung và thép không gỉ nói riêng sẽ đem lại lợi ích kinh tế cao.

On the replace of nickel by mananese in austenitic stainless steels

Bùi Văn Mưu
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
Lê Quang Hiếu
Viện Luyện kim đen

TÓM TẮT

   Ngày nay, thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Do đây là hệ thép hợp kim cao nên giá thành của loạt thép này khá đắt. Một trong nhũng biện pháp hạ giá thành sản phẩm là tìm kiếm các nguyên tố rẻ thay thế cho các nguyên tố đắt. Mangan là nguyên tố có một số đặc tính gần giống với niken như mở rộng vùng γ trong thép, đồng thời có cấu trúc gần giống với sắt nên nó có thể hoà tan nhiều trong thép. Một điều đáng quan tâm hơn nữa là nó có giá rẻ hơn niken. Việc sử dụng mangan thay thế niken trong thép hợp kim nói chung và thép không gỉ nói riêng sẽ đem lại lợi ích kinh tế cao.

ABSTRACT

   Nowaday, the stainless steels are used in all fĩelds of the life. It’s high alloyed steels so that they have rather high price. One of the methods tho reduce the cost is replacing partially expensive elements by cheaper ones. The manganese has some properties like nickel: broadening γ region and similar structure as iron, but cheaper than nickel. So using the manganese in some austenitic stainless steels has a great economic effect.

1. Mở đầu

   Thép không gỉ bao gồm các hợp kim trên cơ sở sát có tính chất chịu ăn mòn cao trong các môi trường xâm thực mạnh khác nhau. Tính chịu ăn mòn của họ thép này do nguyên tố crôm (Cr) quyết định, mặc dù một số nguyên tố khác như Al, Ni, Si, Mo… cũng làm tăng tính chịu ăn mòn của chúng. Trong họ thép không gỉ thì họ thép không gỉ austenit hệ CrNi có yêu cầu về các thành phần hợp kim tương đối cao, đặc biệt là nguyên tố niken (Ni) (khoảng 8% trở lên). Ni là nguyên tố đắt tiền và Việt Nam phải nhập khẩu hoàn toàn. Trong khi đó, Việt nam lại có các mỏ Mn ở Cao Bằng, Tuyên Quang, Hà Giang, Nghệ An, Hà Tĩnh… Xét về cấu trúc, Mn hòa tan vô hạn trong sắt (Fe) và tạo thành dung dịch gần lý tưởng. Do Mn có bán kính nguyên tử gần bằng bán kính nguyên tử của Fe (rFe=1,26A0; RMn=1,31A0) nên Mn chiếm vị trí thay thế các nguyên tử Fe.

   Mn có tính chất gần giống Ni là mở rộng vùng y trong thép. Trong giản đồ trạng thái, khi hàm lượng Mn dưới 50% thì hai giản đồ Cr-Mn và Cr-Ni là gần giống nhau, do đó sự có mặt của Mn hầu như không làm thay đổi tổ chức của hệ Fe-Cr-Ni ở trạng thái cân bằng. Đối với cacbon (C), Mn tạo thành cacbit (Fe, Mn)3C có độ cứng cao. Hơn thế nữa, khi có hàm lượng C tương đối thì trong quá trình biến dạng dẻo thép chứa Mn sẽ tạo thành pha mactexit.

2. Thực nghiệm

   Mác thép nghiên cứu có thành phần hoá học như trong bảng 1.

Bảng 1, 2, 3

Bảng 1 – 4

   Đã sử dụng các thiết bị sau để chế tạo và đặc trưng thép:

– Lò cảm ứng trung tần;
– Lò tinh luyện điện xỉ;
– Kính hiển vi quang học;
– Máy nhiễu xạ rơngen;
– Dụng cụ phân tích hoá học và quang phổ phát xạ;
– Máy kéo nén vạn năng;
– Phương pháp thử ăn mòn Tafel.

   Nguyên vật liệu ban đầu gồm: thép phế, FeMn, FeSi, Ni kim loại và một số vật tư phụ. Thành phần hoá học của nguyên liệu nêu trong bảng 2.

Pages: Page 1, Page 2
17

Ảnh hưởng của hàm lượng RAMs đến độ hấp thụ tia X và tia Gama của bê tông chống phóng xạ barit

Bài báo này trình bày ảnh hưởng của hàm lượng RAMs đến độ hấp thụ tia X và tia γ của bê tông barit, kết quả của đề tài “Nghiên cứu và triển khai ứng dụng một số hệ vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên một số dải tần radar tia X và tia γ”.

Influence of RAMs content on X-ray and γ-radiation absorption of Ba based antiradioactive concrete

Nguyễn Văn Dán
Khoa Công nghệ vật liệu, ĐHBK Tp.HCM

Tóm tắt

   Đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng RAMs (Radar Absorbent Materials) tới độ hấp thụ tia X và tia Gama của bê tông chống phóng xạ barit. Kết quả nghiên cứu cho thấy: – Hàm lượng RAMs 2,5% cho độ hấp thụ tốt nhất – Bê tông barit với 2,5 % RAMs (X-γ RAMs) có các đặc tính chống bức xạ cao hơn so với bê tông nặng.

Abstract

   The effect of RAMs content on the X-ray and γ radiation absorption of Ba based antiradioactive concrete was studied. Results are as folows: – Absorption of the barit concrete is the best with 2,5 % RAMs. – Antiradioactive perfomances of barit concrete with 2,5 % RAMs (X-γRAMs) are higher than those of heavy con- crete.

1. Đặt vấn đề

   Nghiên cứu vật liệu hấp thụ che chắn tia X và tia γ có ý nghĩa quan trọng tại Việt Nam. Hàng ngàn phòng X quang và các cơ sở bức xạ không đạt tiêu chuẩn an toàn bức xạ (ATBX) gây nên sự ô nhiễm bức xạ trầm trọng, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng và cư dân xung quanh. Bài báo này trình bày ảnh hưởng của hàm lượng RAMs đến độ hấp thụ tia X và tia γ của bê tông barit, kết quả của đề tài “Nghiên cứu và triển khai ứng dụng một số hệ vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên một số dải tần radar tia X và tia γ”.

   Như đã biết, tương tác của tia X và tia γ với vật liệu thông qua ba hiệu ứng: quang điện, compton và tạo cặp electron – pozitron [2]. Nếu năng lượng bức xạ <1,03 MeV thì sự tiêu tán năng lượng chùm tia chủ yếu do hai hiệu ứng đầu là quang điện và compton. Hai hiệu ứng này xảy ra là do tương tác của chùm tia với các điện tử trong vật liệu. Vì vậy, vật liệu hấp thụ tia X và tia γ cần phải có bán kính nguyên tử lớn và số điện tử trong một nguyên tử phải nhiều. Các nguyên tố như Pb, Co, Ba, Bi là các nguyên tố nặng đáp ứng được các yêu cầu trên.

   Chì là loại vật liệu cản tia X và tia γ hữu hiệu nhất nhưng lại biểu hiện một số khiếm khuyết như quá nặng, đắt tiền, không thẩm mỹ và đặc biệt hiện tượng sụt chì theo thời gian và độc tố của nó với cơ thể người.

   Sự ra đời của bê tông chống phóng xạ nhằm khắc phục nhược điểm của chì và làm chậm nguồn. Bê tông chống phóng xạ được sử dụng trong các lò phản phản ứng hạt nhân, các cơ sở hạt nhân nhưng triển khai cho các ứng dụng thuần túy tia X hoặc tia γ lại có nhược điểm là hệ số hấp thụ nhỏ. Nếu sử dụng bê tông chống phóng xạ cho các phòng rơngen, xạ trị γ trong y tế thì lớp che chắn bằng vật liệu này phải rất dày.

   Những phân tích trên cho thấy xu hướng không hoặc rất hạn chế sử dụng Pb trong che chắn bức xạ và sự cần thiết phải nghiên cứu một loại bê tông chống bức xạ hiệu quả khắc phục được các nhược điểm của chì (Pb) và bê tông chống phóng xạ truyền thống.

2. Thực nghiệm

2.1. Chế tạo mẫu

2.1.1. Thành phần và kí hiệu mẫu

   Các mẫu cản tia X và tia γ được chế tạo bao gồm:

   – Mẫu M1: Mẫu bê tông chống phóng xạ không biến tính bởi RAMs có thành phần: gồm xi măng póclăng (mác 400) + cát + (70% barit + 2% Bi2O3 + 18%FeO.TiO2 + 10% magnetit) theo tỷ lệ phối trộn 1:2:3. Các tấm mẫu có kích thước 100 x 100 x 10 mm3 dùng để làm mẫu đối chứng.

   – Mẫu M2, M3, M4, M5: Nhóm mẫu này được chế tạo trên cơ sở nhóm bê tông cản tia ra giống mẫu M1 được biến tính thêm bởi bột RAM. Bột RAM bao gồm 25% hỗn hợp bột nanô tinh thể Ag – than hoạt tính + 75% bột ferit Zn0,64Ni0,36Fe2O4.

   Lượng RAM biến tính theo các mẫu có thành phần như sau: M2-2,5% RAM; M3-5%RAM; M4- 7,5%RAM; M5-10%RAM.

2.1.2. Công nghệ chế tạo

   Bột xi măng poclăng (mác 400) + cát + (70% borit + 2% Bi2O3 + 18% FeO.TiO2 + 10% magneti) theo tỷ lệ phối trộ 1:2:3 được nghiền cùng với bột RAMs trong máy nghiền bi trong thời gian 5h Thời gian nghiền 5h đủ để làm đồng đều thành phần hỗn hợp.

   Bột RAMs được chế tạo như đã công bố trong [1,3]. Các bột RAMs có kích thước rất nhỏ d

   Tất cả các mẫu bê tông được chế tạo bằng cách phối trộn hỗn hợp xi măng – cát – bột hấp thụ và RAM với nước theo tỷ lệ đã định rồi đem đổ khuôn với kích thước xác định và được bảo trì trong 7 ngày.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
17

Thành phần vật chất của quặng tinh bauxit Gia Nghĩa và nhận xét khái quát về tính chất công nghệ của nó

Bài báo đưa ra nhận xét sơ bộ về tính chất công nghệ của quặng tinh bauxit Gia Nghĩa trên cơ sở kết quả phân tích thành phần vật chất. Bauxit Gia Nghĩa là một trong số bauxit gipxit chất lượng cao, phù hợp với phương pháp Bayer châu Mỹ cho sản xuất alumin.

On the material composition of Gia Nghia bauxite concentrate and its technological properties

Trương Ngọc Thận
Đại học Bách khoa Hà Nội
Đỗ Hồng Nga
Viện Khoa học và công nghệ Mỏ-Luyện kim

Tóm tắt

   Bài báo đưa ra nhận xét sơ bộ về tính chất công nghệ của quặng tinh bauxit Gia Nghĩa trên cơ sở kết quả phân tích thành phần vật chất. Bauxit Gia Nghĩa là một trong số bauxit gipxit chất lượng cao, phù hợp với phương pháp Bayer châu Mỹ cho sản xuất alumin. Với chế độ hòa tách chọn trước ở áp suất thấp, hiệu suất thực tế thu hồi alu- min đạt tương đương hiệu suất lý thuyết.

Abstract

   Based on its material composition the technological properties of the Gia Nghia bauxite – one of the best gibb- sitic bauxites and suitable for alumina production by American Bayer technique have been evaluated. With the selected digestion regime under low pressure the real recovery productivity may reach the theoretical value.

1. Đặt vấn đề

   Theo Dự thảo: “Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng bauxit của Việt nam giai đoạn (2005-2015) có xét tới 2025” của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim [1], bauxit thuộc khu mỏ Gia Nghĩa (Đắc Nông) sẽ là nguồn nguyên liệu cung cấp cho nhà máy alu- min Đắc Nông 2. Vì vậy, việc tiến hành phân tích thành phần vật chất (thành phần hóa học và thành phần khoáng vật) của bauxit Gia Nghĩa và từ đó đưa ra những nhận xét, đánh giá khái quát, kể cả thí nghiệm thăm dò về tính chất công nghệ cơ bản của bauxit này theo hướng sử dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin là rất cần thiết. Đây cũng là sự đóng góp thiết thực vào quá trình nghiên cứu đồng bộ bauxit Tây nguyên, kể cả về mặt đánh giá chất lượng nguồn tài nguyên lẫn phương án công nghệ xử lý có thể lựa chọn.

2. Thực nghiệm

2.1. Chuần bị mẫu phân tích và thí nghiệm thăm dò khả năng hòa tách

   Đối tượng phân tích và thí nghiệm thăm dò khả năng hòa tách là quặng tinh bauxit đại diện mỏ Gia Nghĩa đã qua tuyển rửa có cấp hạt +1 mm. Từ mẫu bauxit đại diện, các cỡ hạt theo yêu cầu của nhiệm vụ đặt ra được chuẩn bị trong máy nghiền bi, cụ thể:

– Cho xác định thành phần hóa học, cỡ hạt -0,1 mm.
– Cho phân tích thành phần khoáng vật, cỡ hạt -0,06 mm.
– Cho khảo sát khả năng hòa tách (hay còn gọi là mẫu công nghệ), cỡ hạt -0,3 mm.

2.2. Thành phần vật chất của quặng bauxit Gia Nghĩa

   Như đã biết, thành phần hóa học của bauxit bao gồm: trước hết là 4 cấu tử chính (Al2O3, Fe2O3, SiO2 và nước); tiếp đến là các ôxit khác (TiO2, CaO, MnO, MgO, P2O5…) và các nguyên tố (F, S…) với hàm lượng có thể trên dưới 1% hoặc ở dạng vết; ngoài ra còn một lượng nhất định chất hữu cơ [2]. Tuy nhiên, do những hạn chế về mặt thiết bị và kinh nghiệm phân tích, nên thành phần hóa học của bauxit Gia Nghĩa mới chỉ được tập trung xác định trong phạm vi các cấu tử chính bằng phương pháp phân tích định lượng truyền thống. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 1 và để có thêm minh chứng về sự ba động thành phần hóa học giữa các mỏ bauxit ở Tây nguyên, trong bảng này còn trích thêm thành phần các cấu tử chính của bauxit Tân Rai [3]. Thành phần khoáng vật của mẫu nghiên cứu được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trên máy NETZSCH STA 409 và nhiễu xạ tia X trên máy YPC-50 UM. Kết quả phân tích được trình bày trên các hình 1, 2 và bảng 2.

   Mặc dù các số liệu có được từ phân tích thành phần hóa học và thành phần khoáng vật còn rất hạn chế, nhưng thông qua các cấu tử chính cũng có thể đưa ra một số nhận xét sơ bộ về tính chất công nghệ của bauxit Gia Nghĩa.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
17

Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp Cu – TiB2 bằng phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp thiêu kết xung plasma

Phương pháp nghiền cơ học khắc phục được một số nhược điểm của phương pháp đúc như không gây ra hiện tượng thiên tích… và thiết bị rất đơn giản.

Fabrication of Cu-TiB2 composites by planetary ball milling and spark plasma sintering

Trần Văn Dũng, Nguyễn Đặng Thủy Khoa
Khoa học và công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Vật liệu tổ hợp điện cực hàn nền Cu gia cố bằng cốt hạt TiB2 đã được chế tạo thành công bằng phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp thiêu kết xung plasma (SPS). Trong quá trình nghiền hành tinh hạt TiB2 giảm kích thước từ 16μm xuống 3 μm và phân bố đồng đều trong nền Cu. Vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 được thiêu kết trên hệ thống xung plasma ở nhiệt độ 650°C với thời gian 5 phút, dưới áp lực 50 MPa và trong môi trường chân không để tránh bị ôxy hoá. Kết quả cho thấy, sau thiêu kết, độ cứng của vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 tăng đến 76 HRB, độ dẫn điện vẫn giữ được ở mức độ cao 78%IACS, còn các chỉ tiêu khác về cơ tính đều vượt yêu cầu đối với vật liệu điện cực hàn. Phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp thiêu kết xung plasma để chế tạo vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 đơn giản hơn so với một số phương pháp khác.

Abstract

   TiB2 reinforced – copper matrix composites for electrode materials were successfully produced by ball-milling and spark plasma sintering (SPS). Ball-milling was used to reduce the particle size of TiB2 from 16μm to 3 μm. The uniform distribution of the milled TiB2 in Cu matrix also was carried out by the planetary ball mill. The sintering process of the composites was performed by Spark Plasma Sintering (SPS) at 650°C for 5min under 50 MPa in vacuum. As the results, the hardness of the sintered specimens increased up to 76 HRB and the electrical con- ductivity remained the high value of 78 % IACS. Other mechanical properties exceeded the requirements for elec- trode materials. The proposed processing of Cu-4.5 vol.%TiB2 seems to be more simple than other methods.

1.Đặt vấn đề

   Việc gia cố và hoá bền Cu bằng các loại cốt hạt ceramic phân tán như Al2O3, TiC, TiB2, v.v… [1-3] đã tạo ra các hệ vật liệu tổ hợp mới. Các hệ vật liệu tổ hợp nền Cu này vẫn giữ được các tính chất ưu việt của Cu như độ dẻo, độ dẫn điện tốt, nhưng lại hạn chế được một số nhược điểm như độ bền, khả năng chịu mài mòn thấp ở nhiệt độ cao. Tuỳ theo thành phần cấu tạo mà các hệ vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán sẽ được ứng dụng để chế tạo bạc lót, sécmăng, hoặc điện cực hàn trong các ngành chế tạo ôtô – xe máy và đóng tàu.

   Phương pháp nghiền cơ học [4-6], một phương pháp đơn giản và hiệu quả, ban đầu được sử dụng để nghiền quặng trong khai khoáng, hiện đang được phát triển như là một phương pháp hữu ích chế tạo vật liệu tổ hợp cốt hạt nanô, vật liệu bột nanô, vật liệu có cấu trúc nanô và vật liệu vô định hình. Phương pháp nghiền cơ học khắc phục được một số nhược điểm của phương pháp đúc như không gây ra hiện tượng thiên tích… và thiết bị rất đơn giản. Trong phạm vi bài báo này đề cập đến việc kết hợp phương pháp nghiền cơ học để làm nhỏ và tạo ra sự phân bố đồng đều cốt hạt phân tán TiB2 trong nền Cu với phuơng pháp thiêu kết tiên tiến mới được phát triển trong thời gian gần đây [7] – thiêu kết xung plasma – để chế tạo hệ vật liệu tổ hợp Cu-TiB2 có tỷ trọng cao, cơ tính tổng hợp và tính dẫn điện tốt. Hệ vật liệu tổ hợp nền Cu này sẽ có vai trò quan trọng trong lĩnh vực vật liệu điện, vật liệu chống ăn mòn trong tương lai.

2. Thực nghiệm

   Vật liệu ban đầu được sử dụng trong công trình này bao gồm: bột TiB2 (độ sạch 99,5%, cỡ hạt 5÷40μm, dạng lục lăng) và bột Cu (độ sạch 99,5%, cỡ hạt ≤ 45 (m, dạng nhánh cây).

   Việc nghiên cứu được tiến hành với một số hệ vật liệu tổ hợp như sau:

   1. Hệ vật liệu kí hiệu Cu: là bột Cu nguyên chất với cỡ hạt ≤ 45μm, dạng nhánh cây.

   2. Hệ vật liệu kí hiệu M: là hệ vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 chưa qua nghiền giảm cỡ hạt, được phối trộn trong máy nghiền buồng hình trụ chuyển động lắc.

   3. Hệ vật liệu kí hiệu M0: là hệ vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 đã nghiền giảm cỡ hạt xuống 3μm, được phối trộn giống như hệ vật liệu kí hiệu M.

   4. Hệ vật liệu kí hiệu M30 và M60 là hệ vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 đã được nghiền giảm cỡ hạt xuống 3μm và tiếp tục được nghiền trộn trên máy nghiền hành tinh trong thời gian 30 và 60 phút.

   Mẫu vật liệu tổ hợp Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 được chuẩn bị theo quy trình sau:

   Nguyên công đầu tiên – nghiền giảm cỡ hạt TiB2: 10 g bột TiB2 được nạp vào buồng nghiền cùng với 200g bi nghiền. Bi nghiền hình cầu đường kính 5 mm được chế tạo bằng thép không gỉ đã biến cứng. Buồng nghiền hình trụ đường kính 60mm, chiều cao 80 mm. Quá trình nghiền hạt TiB2 được thực hiện trên máy nghiền hành tinh (AGO2, sản xuất tại Nga) trong khí bảo vệ Ar và làm nguội bằng nước.

   Nguyên công thứ 2 – chuẩn bị hỗn hợp bột Cu và bột TiB2 đã được nghiền giảm cỡ hạt: bột Cu và bột TiB2 được cân đong trên cân phân tích điện tử (ESJ200-4), với độ sai lệch khoảng 10-4 g. Việc phối trộn bột Cu với bột TiB2 sao cho cứ 10,00g bột hỗn hợp Cu – TiB2 có 9,75g Cu và 0,25g TiB2 để tạo ra được hỗn hợp bột Cu – 4,5% (thể tích) TiB2.

   Nguyên công thứ 3 – nghiền trộn hỗn hợp bột Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 đã nghiền giảm cỡ hạt: hỗn hợp bột Cu – 4,5% (thể tích) TiB2 được đưa vào nghiền trộn trên máy nghiền hành tinh với tốc độ 300 vg/ph trong 60 phút. Bi nghiền đường kính 3 mm được chế tạo bằng thép không gỉ đã biến cứng. Quá trình nghiền trộn được thực hiện trong khí bảo vệ Ar và làm nguội bằng nước.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
16

Giản đồ trạng thái cân bằng E-pH và ứng dụng trong điện phân thiếc

Nghiên cứu này, đề cập đến ý nghĩa của các giản đồ trạng thái và cách xác lập các giản đồ trong quá trình điện phân tinh luyện thiếc.

Equilibrium state diagram E-pH and its application in Sn-electrorefining

Nguyễn Kim Thiết, Phạm Kim Đĩnh, Đinh Tiến Thịnh
Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết trên giản đồ trạng thái cân bằng E-pH có thể tìm thấy các miền ưu tiên tồn tại của các cấu tử trong hệ dung dịch điện phân nói chung và trong hệ dung dịch điện phân Sn với các axit H2SO4, H2SiF6 nói riêng. So với các kim loại nặng khác như Cu và Pb, Sn rất dễ bị thủy phân ngay cả khi ở độ pH tương đối thấp, dẫn tới nguy cơ thụ động anôt rất cao.

Abstract

   Based on study of the equilibrium state diagram E-pH we can find out existing zones of the constituents in elec- trolyze solutions in general and in the electrolyze solution of the tin with H2SO4, H2SiF6, in particulary. In compar- ison with other heavy metals such as Cu and Pb, the tin is easyly hydrolyzed even at low pH, that leads to very high anodic passivation.

1. Đặt vấn đề

   Trong lý thuyết điện hoá, công thức Nernst về thế điện cực E của kim loại chỉ thể hiện được quan hệ:

E =E0 +RT/zF.lnC

mà không thể hiện được ảnh hưởng của pH. Quá trình điện cực xảy ra trong dung dịch nước nên giá trị pH có ý nghĩa rất quan trọng. Giản đồ trạng thái cân bằng E-pH do Pourbaix [1] xác lập (nên thường gọi là giản đồ Pourbaix) có thể mô tả được mối quan hệ của thế điện cực E của một kim loại với nồng độ iôn của nó và pH. Tất cả các quá trình hoá học và điện hoá được thể hiện qua các miền ưu tiên tồn tại và xu hướng dịch chuyển cân bằng của mỗi cấu tử trong hệ, tuỳ thuộc vào E, pH, Ci (hoạt độ) hoặc Pi (áp suất). Trong công trình của mình, Pourbaix đã trình bày các giản đồ cân bằng E-pH của hệ tất cả các nguyên tố với nước (hệ 3 nguyên) một cách chi tiết.

   Trong thực tế luyện kim, các dung môi thường dùng không chỉ có H2O mà rất đa dạng như các dung dịch axit, kiềm… Ví dụ trong quá trình hoà tách Zn trong dung dịch H2SO4, cần đề cập đến hệ H2O-Zn-S (hệ 4 nguyên). Quá trình điện phân Sn trong dung dịch H2SiF6, ta cần đề cập đến hệ H2O-Sn-Si-F (hệ 5 nguyên). Các giản đồ trạng thái E-pH đa nguyên không có sẵn trong cẩm nang tra cứu, do đó khi đề cập đến hệ dung dịch nào ta phải tự nghiên cứu xác lập giản đồ của hệ dung dịch đó.

   Nghiên cứu này, đề cập đến ý nghĩa của các giản đồ trạng thái và cách xác lập các giản đồ trong quá trình điện phân tinh luyện thiếc.

2. Phương pháp xác lập giản đồ cân bằng E-pH hệ đa nguyên

   Một số khái niệm:

   Đường giới hạn (đgh) là đường biểu diễn quan hệ hàm E=f(pH,Ci) đối với một phản ứng điện hóa (pưđh) hoặc quan hệ hàm pH=f(Ci) của một phản ứng hóa học (pưhh). Con số vẽ trên đường giới hạn chính là số thứ tự của phương trình pưđh và pưhh.

   Để phù hợp với ngôn ngữ máy tính ta quy ước các iôn dương ký hiệu là `, ví dụ Sn“ thay cho Sn++, iôn âm ký hiệu là ’ ví dụ SO4’’ thay cho SO4— .

   Miền ưu tiên tồn tại (ngắn gọn là miền tồn tại – mtt) của một cấu tử (hoặc một chất) là miền giới hạn bởi các đgh, trong đó các cấu tử tồn tại có nồng độ tương đối lớn hơn các cấu tử khác có trong hệ.

   Phương pháp xây dựng giản đồ trạng thái hệ 5 nguyên H2O-Sn-Si-F:

   – Dùng phương pháp tính toán được trình bày trong các công trình đã công bố [1,2] – Sử dụng các giản đồ 3 nguyên có sẵn trong cẩm nang của Pourbaix [1]

   – Ghép 2 hệ 3 nguyên H2O-F và H2O-Si thành hệ 4 nguyên H2O-F-Si (mới), tham khảo kết quả đã công bố trong các tài liệu [2,3].

   – Ghép hệ 4 nguyên H2O-F-Si với hệ 3 nguyên H2O-Sn thành hệ 5 nguyên H2O-Sn-Si-F (mới)

   – Xác định các chất mới xuất hiện trong hệ đa nguyên. Nhiệm vụ quan trong nhất trong quá trình lập giản đồ hệ đa nguyên mới là tìm xem có chất nào mới hình thành, sau đó tìm giá trị nhiệt động học hoá thế μ0 của nó. Khái niệm chất mới ở đây được hiểu là các chất mới hình thành khi ghép 2 hệ đã biết (cũ) với nhau, do các chất của 2 hệ cũ kết hợp với nhau tạo nên trong hệ mới. Nhiều khi biết được tên các chất mới hình thành nhưng không có dữ liệu nhiệt động học của nó cũng không thể xác định được miền tồn tại của nó trên giản đồ.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
16

Thông số đông đặc và tổ chức tế vi của thép không gỉ

Bài báo này đề cập đến ảnh hưởng của các thông số đông đặc và tốc độ nguội của thép không gỉ đến sự phân bố nhiệt ở từng vùng của vật đúc, dễ gây ra ứng suất nhiệt phá vỡ tính hoàn thiện của vật liệu kim loại.

Solidification parameters and microstructure of cast stainless steel

Phạm Mai Khánh, Nguyễn Đình Bình, Lương Thanh Tú
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Thép không gỉ là loại thép hợp kim có khả năng chống ăn mòn xâm thực, được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo cơ khí, vật liệu xây dựng và chế tạo dụng cụ y tế. Trong bài báo này các tác giả phân tích ảnh hưởng của thông số đông đặc đối với tổ chức tế vi vật đúc dễ hình thành khuyết tật do tác dụng của sự biến thiên nhiệt độ cục bộ gây nên.

Abstract

   Stainless steel is a kind of alloyed steels with high corrosion – resistance used in machinery, architecture and medical instrumenation. In this paper, the influence of local thermal change in the solidification process on forma- tion of defects in stainless steel casting ingots is discussed.

1. Đặt vấn đề

   Thép không gỉ là loại thép hợp kim đặc biệt có khả năng chống ăn mòn xâm thực của axit, kiềm và nước trong môi trường khí quyển, nước biển, nước sông và một số môi trường ăn mòn khác. Phổ biến nhất là thép crôm-niken (chứa 18% Cr và 9% Ni). Sản lượng thép không gỉ ở một số nước chiếm 1% tổng sản lượng thép.

   Thép không gỉ được dùng nhiều vì tổ chức tế vi chủ yếu là dung dịch rắn ferit hoặc austenit (α, γ). Lượng C chứa trong thép rất nhỏ (0,08 – 0,17%) để lượng cacbit thấp và tồn tại rất ít ở biên giới hạt nhằm hạn chế khả năng ăn mòn tinh giới, phá huỷ sự liên kết giữa các pha.

   Thép 08Cr18Ni10 chứa 0,08% C; 18% Cr; 10% Ni, còn lại là Fe.

   Thép không gỉ austenit hệ Cr-Ni có cấu trúc austenit – dung dịch rắn của sắt γ, chỉ có thể hoá cứng sau gia công nguội, không từ tính, chủ yếu được dùng nhiều trong công nghiệp cơ khí như chế tạo các chi tiết máy bơm, trong kỹ thuật xây dựng như làm khung cửa, trong ngành y tế như dụng cụ y tế dùng trong phẫu thuật,v.v… 

   Ở nước ta hiện nay có nhiều cơ sở sản xuất đúc thép không gỉ. Bài báo này đề cập đến ảnh hưởng của các thông số đông đặc và tốc độ nguội của thép không gỉ đến sự phân bố nhiệt ở từng vùng của vật đúc, dễ gây ra ứng suất nhiệt phá vỡ tính hoàn thiện của vật liệu kim loại.

2. Thực nghiệm

   Vật đúc được chọn để nghiên cứu là một tấm phẳng có kích thước 60 x 200 x 200 mm đúc trong khuôn có chiều dày 60 mm, truyền nhiệt đối xứng từ tâm vật đúc, như vậy chiều dầy đông đặc của vật đúc trong trường hợp này là 30 mm.

   Thành phần hoá học

   Hợp kim đúc được chọn là thép không gỉ 08Cr18Ni10, có thành phần hoá học cụ thể nêu trong bảng 1.

Bảng 1

Bảng 1. Thành phần hoá học thép không gỉ 08Cr18Ni10

   Tính chất nhiệt lý

Khối lượng riêng (ρ) : 7850 kg/m3
Hệ số dẫn nhiệt (λ) : 17 W/m.độ
Tỷ nhiệt (c) : 504 J/kg.độ
Ẩn nhiệt kết tinh : 282,8 kJ/kg

   Tính chất công nghệ

Nhiệt độ đường lỏng (uliq) : 1528°C
Nhiệt độ đường đặc (usol ) : 1480°C
Nhiệt độ rót (urot) : 1540°C
Thời gian rót (trot ) : (8 -12) sec.
Tốc độ bình quân khi rót : (6 – 8) kg/ sec.

   Khuôn đúc với chiều dầy thành khuôn 30 mm, được chế từ 2 loại vật liệu: hỗn hợp crômit với chất dính là thuỷ tinh lỏng và hỗn hợp khuôn cát với chất dính là thủy tinh lỏng (môđun 2,9; tỷ trọng 1,4 g/ml). Cả hai loại hỗn hợp trên đều được đóng rắn bằng khí CO2.

   Khuôn Crômit

   Dùng hạt quặng crômit (FeO.Cr2O3) khai thác từ mỏ Cổ Định, Thanh Hoá với cỡ hạt 0,15 mm; trộn với 5% thuỷ tinh lỏng, đóng rắn bằng khí CO2. Khối lượng riêng của hỗn hợp sau đầm chặt là 2700 kg/m3.

   Khuôn cát

   Dùng cát trắng Đà Nẵng có thành phần hoá học nêu trong bảng 2.

Bảng 2-3

Bảng 2. Thành phần hóa học cát Đà Nẵng
Bảng 3. Tính chất nhiệt lý của hốn hợp khuôn cát

   Tính chất vật lý:

Độ pH : 6,5 – 7,5
Hàm lượng bụi : (0 – 0,2)%
Tỷ trọng : 1,450 g/mm3
Cỡ hạt theo AFS : 42 – 48

   Khối lượng riêng của hỗn hợp sau khi đầm chặt là 1600 kg/m3.

   Xác định tính chất nhiệt lý của hỗn hợp khuôn như sau.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ bố trí cặp nhiệt trong khuôn

   Rót hợp kim 35CrMo vào 2 loại khuôn đã nói. Cặp nhiệt crômen-alumen vỏ bọc bằng nhựa chịu nhiệt đặt vào khuôn theo sơ đồ như hình 1. Sau khi đo sự phân bố nhiệt độ trong khuôn, tiến hành xử lý số liệu theo phương pháp bình phương bé nhất, tìm giá trị của hệ số khuếch tán nhiệt độ (a) với nhiệt độ (u) : a = f(u) thông qua phương trình sai phân về truyền nhiệt với lưới sai phân Crant- Nicholson. Từ các thông số cơ bản như khối lượng riêng (ρ) , tỷ nhiệt (c), hệ số dẫn nhiệt (λ) hiệu chỉnh thông số nhiệt lý của hỗn hợp để giải trường nhiệt độ, trường tốc độ nguội và xác định các thông số đông đặc liên quan.

   Tính chất nhiệt lý của hỗn hợp khuôn cát sau khi xử lý số liệu thí nghiệm xem trong bảng 3.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
16

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết tới tính chất từ của vật liệu ferít Zn0,64Ni0,36Fe2O4

Bài báo này chỉ giới hạn trong nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến từ tính ferit thông qua mức độ ferit hoá khi thiêu kết mẫu. Nghiên cứu chế tạo ferit Zn0,64Ni0,36Fe2O4 thuộc đề tài cấp thành phố

Effect of annealing temperatures on magnetic properties of ferrite Zn0,64Ni0,36Fe2O4

Nguyễn Văn Dán
Khoa Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM

TÓM TẮT

   Trong nghiên cứu này, đã xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết tới tính chất từ của ferít Zn0,64Ni0,36Fe2O4. Nhiệt độ thiêu kết thay đổi trong khoảng từ 1300 đến 1400°C. Kết quả nhiễu xạ tia X và đo từ tính của các mẫu sau khi thiêu kết ở khoảng nhiệt độ nghiên cứu cho thấy thiêu kết ở nhiệt độ 1370°C, vật liệu đạt từ tính cao nhất.

ABSTRACT

   The effect of sintering temperature from 1300 to 1400°C on magnetic properties of Ni-Zn-ferrite (Zn0,64Ni0,36Fe2O4) was studied. The results of X-ray diffraction and measuring magnetic properties showed that magnetic properties of Ni-Zn-ferrite sintered at 1370°C are the highest .

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Tính chất từ của vật liệu ferít Zn0,64Ni0,36Fe2O4 phụ thuộc vào nhiều thông số công nghệ khác nhau như: kích thước hạt bột trước khi ferit hoá lần thứ hai, nhiệt độ thiêu kết, thành phần hoá học, môi trường thiêu kết và thời gian thiêu kết, thông số lực ép, hàm lượng tạp chất [1,2]… Bài báo này chỉ giới hạn trong nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến từ tính ferit thông qua mức độ ferit hoá khi thiêu kết mẫu. Nghiên cứu chế tạo ferit Zn0,64Ni0,36Fe2O4 thuộc đề tài cấp thành phố [3]” Nghiên cứu và triển khai ứng dụng một số hệ vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên một số dải tần radar, tia X và tia γ”.

   Bằng thực nghiệm [3], đã khảo sát nhiệt độ thiêu kết ở 1300°C và thấy rằng mức độ ferit hoá xảy ra vẫn chưa hoàn toàn và từ tính của vật liệu vẫn chưa phải là cao nhất. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết tới mức độ ferit hoá và do đó đến từ tính của ferit cần tiến hành nghiên cứu tại nhiệt độ 1300, 1320, 1340, 1360,1370 và 1400°C.

2. NGUYÊN LIỆU Và PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu

   Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là hỗn hợp bột đồng kết tủa [6] gồm 21,18% ZnO; 10,98%; NiO, 65,8% Fe2O3 sau khi đã nhiệt phân ở 960°C [5,7,8,9] trong thời gian là 4 giờ và ferít hoá lần thứ nhất ở 1200°C trong thời gian 4 giờ. Bột ferít hoá lần thứ nhất được tiến hành nghiên cứu.

2.2. Chế tạo mẫu

2.2.1. Mẫu nghiên cứu

   Bột ferít hoá lần thứ nhất được nghiền 8 giờ sau khi loại tạp chất ép mẫu ở áp lực 100MPa [2,4,7,8,9] rồi thiêu kết ở các nhiệt độ 1300, 1320, 1340, 1360, 1370 và 1400°C, sau đó các mẫu tại nhiệt độ 500°C trong thời gian 10 giờ để khử ứng suất, sau đo từ tính các mẫu (bảng 1).

Kí hiệu mẫu Thời gian nghiền (h) Nhiệt độ thiêu kết °C Các thông số công nghệ khác
M1 8 1300 Các thông số công nghệ khác
được cố định
M2 8 1320
M3 8 1340
M4 8 1360
M5 8 1370
M6 8 1400

Bảng 1. Kí hiệu các mẫu nghiên cứu

2.2.2. Sơ đồ công nghệ chế tạo

   Trên hình 1 nêu sơ đồ tổng quát quá trình chế tạo vật liệu

Hình 1

Hình 1 : Sơ đồ tổng quát quá trình chế tạo vật liệu Zn0,64Ni0,36Fe2O4

2.3. Phương pháp nghiên cứu

   Xác định phân bố kích thước hạt bằng phương pháp đo phân bố sử dụng tia laze tại Trung tâm An toàn môi trường dầu khí, Tp.HCM.

   Các mẫu ferit sau khi thiêu kết lần thứ 2 được đem phân tích pha định tính trên máy nhiễm xạ tia X tại Viện Mỏ-Luyện kim màu, Tp.HCM.

   Đo các tính chất từ của vật liệu bằng phương pháp cầu Maxwell-Wien tại Phòng thí nghiệm Vật liệu từ, Phân viện Vật lý, Viện KHCNVN, Tp.HCM.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
15

Xác định các thông số của công nghệ CO2 hoá rắn trong chân không (VRH) để làm khuôn đúc

Công nghệ VRH không gây ô nhiễm môi trường, không có mùi khó chịu và tỏ ra kinh tế hơn công nghệ CO2 thông thường cũng như công nghệ Furan. Vì  vậy  công nghệ VRH  đã  thay  thế  công nghệ CO2 và một phần công nghệ cát nhựa đóng rắn nguội.

Determination of technological parameters of VRH-process for mold making

Đinh Quảng Năng
Trường Đại học bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Đã nghiên cứu xác lập được thành phần hỗn hợp và chế độ công nghệ tối ưu là: thuỷ tinh lỏng có môđun (M) = 2,4÷2,6; tỷ trọng (ρ) = (1470÷1500) kg/m3. áp suất chân không bằng (87,99÷61,32) kPa.; thời gian giữ chân không (15ph.; áp suất khí CO2 = (0,15 ÷ 0,2) MPa; thời gian thổi khí CO2= (35÷75) s. Ngoài ra, công trình cũng đã nghiên cứu làm rõ hơn vai trò của chân không trong quá trình đóng rắn hỗn hợp.

Summary

   Optimal composition of mixture and process parametrs have been established as follows: module of glass liq- uid (M) – (2.4÷2.7); density (ρ) – (1470÷1500) kg/m3; vacuum – (87.99÷61.32) kPa; keeping time in vacuum (15 min.; CO2pressure – (0.15÷0.2)MPa; blowing mixture time of CO2-gas – (35÷75) s. The role of vacuum in mixture setting process has been also clarified.

1. Đặt vấn đề

   Trong số ba dây chuyền công nghệ đúc tiên tiến đã được nhiều công ty nước ngoài giới thiệu vào nước ta trong những năm vừa qua có dây chuyền chế tạo khuôn đúc theo công nghệ CO2 hoá rắn trong chân không với tên là công nghệ VRH (Vacuum room hardenning). Công nghệ VRH mới ra đời vào những năm 80 của thế kỷ 20 trên cơ sở của công nghệ CO2. So với công nghệ CO2, công nghệ VRH có ưu điểm vượt trội về chất lượng khuôn đúc, tính phá dỡ hỗn hợp, khả năng tái sinh cát, giảm tới 50% lượng thuỷ tinh lỏng dùng trong hỗn hợp (từ (5-6)% xuống còn (2-3)%). Công nghệ VRH giảm được lượng khí CO2 tới (6-20) lần (lượng tiêu hao khí CO2 từ 6% xuống còn (1-0,3)%), nếu tái sinh lượng cát thu hồi được tới 80%. Khuôn đúc chế tạo theo công nghệ VRH có chất lượng cao: độ bền nén của hỗn hợp qua 24 giờ đạt (2-3)MPa, độ thông khí cao, khuôn chính xác, có thể dùng mẫu gỗ. Công nghệ VRH không gây ô nhiễm môi trường, không có mùi khó chịu và tỏ ra kinh tế hơn công nghệ CO2 thông thường cũng như công nghệ Furan. Vì vậy công nghệ VRH đã thay thế công nghệ CO2 và một phần công nghệ cát nhựa đóng rắn nguội.

   Theo [1] thời gian giữ khuôn trong chân không phụ thuộc vào kích thước buồng chân không, dao động trong khoảng (3-15) phút; môđun thuỷ tinh lỏng bằng (2-2,2); tỷ trọng thuỷ tinh lỏng vào mùa hè là (50 -51) độ Bomme, vào mùa đông là (48-50) độ Bomme. Trong tài liệu này không cho biết áp suất chân không cũng như chế độ thổi khí CO2 vào buồng chân không.

   Theo [2] áp suất chân không nên giữ trong khoảng (2-2,7) kPa đôi khi cần áp suất chân không cao hơn, hàm lượng thuỷ tinh lỏng là (3-3,5)%, môđun thuỷ tinh lỏng trong khoảng (2,1-2,6), tỷ trọng là (1440-1500) kg/m3, áp suất thổi khí CO2 trong khoảng (0,1-0,15) MPa. Như vậy, những nhân tố có ảnh hưởng tới chất lượng của khuôn đúc trong công nghệ VRH là: áp suất chân không, thời gian giữ chân không, áp suất khí CO2, thời gian thổi khí, hàm lượng thuỷ tinh lỏng, môđun và tỷ trọng thuỷ tinh lỏng. Tuy nhiên khoảng lựa chọn của các yếu tố đó còn chưa thống nhất hoặc chưa được nêu đầy đủ.

   Từ những tồn tại trên, để chủ động nắm bắt công nghệ này, cũng như để có thể sử dụng vật liệu làm khuôn Việt nam, khi đã nhập dây chuyền công nghệ nước ngoài, bước đầu cần nghiên cứu các nội dung sau:

   – Chế tạo dụng cụ thiết bị thí nghiệm để hoá rắn mẫu.

   – Nghiên cứu xác định áp suất buồng chân không và thời gian giữ khuôn trong buồng chân không.

   – Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ thổi khí CO2 và thành phần thuỷ tinh lỏng hợp lý.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3