Study on microstructure and hardness of CNT/Ti6Al4V composites
consolidated by vacuum sintering technique
ĐOÀN ĐÌNH PHƯƠNG*, LƯƠNG VĂN ĐƯƠNG, NGUYỄN NGỌC ANH, PHẠM VĂN TRÌNH
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Số18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội
*Email: phuongdd@ims.vast.ac.vn
Ngày nhận bài: 14/8/2023, Ngày duyệt đăng: 14/10/2023
TÓM TẮT
Hợp kim Ti6Al4V có trọng lượng riêng thấp, chống ăn mòn, điểm nóng chảy cao, tính tương thích sinh học và các tính chất cơ học độc đáo đã và đang quan tâm nhiều do khả năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và y sinh. Tuy nhiên, Ti6Al4V có xu hướng dễ oxy hóa, độ dẫn nhiệt thấp và độ cứng thấp đã hạn chế khả năng ứng dụng của hợp kim này trong một số ngành công nghiệp. Trong nghiên cứu này, compozit nền Ti6Al4V được gia cường bằng ống nano cacbon (CNT) nhằm mục đích nâng cao độ cứng đã được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột với kỹ thuật thiêu kết chân không. Cấu trúc vật liệu compozit gồm hai pha chính là α-Ti và β-Ti được phát hiện bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ tia X (XRD). Tỷ trọng tương đối của vật liệu compozit giảm xuống khi hàm lượng CNT tăng lên do cấu trúc xốp của vật liệu CNT đã làm hạn chế quá trình kết khối. Khi tăng hàm lượng CNT thì độ cứng của vật liệu compozit tăng lên, đạt cực đại là 396 HV với 3 % CNT cao hơn gần 22 % so với độ cứng của hợp kim Ti6Al4V (325 HV). Sự gia tăng độ cứng của vật liệu compozit khi có thêm thành phần CNT có thể do vật liệu gia cường CNT có độ cứng cao và có kích thước nanomet đã hóa bền pha nền, làm tăng độ bền cơ học của vật liệu compozit CNT/Ti6Al4V.
Từ khóa: Ti6Al4V, ống nano cácbon, compozit, cấu trúc, độ cứng
ABSTRACT
Ti6Al4V alloys with low weight, high corrosion resistance, high melting point, high biocompatibility and unique mechanical properties have been receiving great attention for wide applicability in many industry fields such as automobile,
aerospace and biomedical. However, Ti6Al4V alloys tend to be easily oxidized at high temperature, low elastic modulus, low thermal conductivity and low hardness and thus have the limitation of applicability in many industries. In this study, Ti6Al4V matrix composites reinforced with carbon nanotubes (CNT) have been fabricated to enhance the hardness. vacuum sintering technique has been used to prepare CNT/Ti6Al4V composite. Microstructural and phase studies indicated that the composite structure consists of two main phase: α-Ti and β-Ti. The relative density of composite decreases as the CNT content increases as resulted from the porous structure of the CNT, which limits the aggregation process of the composite. When the CNT content increased, the hardness of the composite increased, reaching a maximum value of 396 HV with 3 vol. % CNT, which was nearly 22 % higher than that of Ti6Al4V alloy (325 HV). The enhancement in hardness is explained by the CNT reinforcement.
Keywords: Ti6Al4V, carbon nanotubes, composite, microstructure, hardness