Tag: Phạm Thảo

23

Xử lý bề mặt pha cốt để chế tạo compozit nền kim loại

Bài báo này trình bày một số kết quả xử lý bề mặt hạt cốt SiC và graphit bằng Cu, dùng trong compozit chịu mài mòn (vật liệu làm dụng cụ cắt) và vật liệu có độ dẫn điện cao, hệ số ma sát thấp (chổi than điện).

On the surface treatment of reinforcement phase for metal matrix composite processing

Phạm Thảo
Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

TÓM TẮT

    Bài báo trình bày một số kết quả mạ Cu bề mặt pha cốt (hạt SiC và graphit) bằng phương pháp phủ điện hóa và hóa học nhằm cải thiện mối liên kết nền-cốt trong việc chế tạo compozit nền kim loại.

ABSTRACT

    This paper reports results of surface treatment of SiC and graphite particles by electrogalvanizing and chemistry treatment to improve interface between matrix and reinforcement phases for metal matrix composite processing.

1. Đặt vấn đề

    Vật liệu compozit nền kim loại có các tính chất tổng hợp được ứng dụng trong các điều kiện làm việc đặc biệt (bền nóng, độ dẫn điện, độ chịu mài mòn, tính cắt gọt cao, hệ số ma sát thấp,…). Các tính chất đó không chỉ phụ thuộc vào bản chất của pha nền, pha cốt mà còn vào liên kết giữa chúng. Do sự khác biệt lớn về đặc tính vật lý và hóa học, để đạt được một liên kết nền-cốt tốt, ngoài các biện pháp công nghệ chế tạo, còn phải xử lý bề mặt hạt cốt bằng cách phủ lên chúng một lớp thích hợp. Bài báo này trình bày một số kết quả xử lý bề mặt hạt cốt SiC và graphit bằng Cu, dùng trong compozit chịu mài mòn (vật liệu làm dụng cụ cắt) và vật liệu có độ dẫn điện cao, hệ số ma sát thấp (chổi than điện).

2. Thực nghiệm

2.1. Xử lý bề mặt hạt bột SiC

a. Vật liệu ban đầu

    Vật liệu bột siêu cứng dùng làm cốt hạt trong chế tạo compozit nền kim loại có rất nhiều chủng loại khác nhau. Trong bài báo này chỉ đề cập đến hạt siêu cứng cacbít silic (SiC). Đây là vật liệu tương đối dễ kiếm, giá thành hợp lý và đã được nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới.

    Bột cacbít silic (SiC) được nhập từ Nga, có độ sạch trên 98% với kích thước hạt khác nhau được trình bày ở bảng 1.

Bột SiC M1 M2 M3 M4 M5
d (μm) 88-100 125-135 300-315 630-750 950-1000

 Bảng 1. Kích thước hạt SiC của các mẫu bột thí nghiệm

    Kim loại mạ được dùng là đồng, trên cơ sở dùng dung dịch điện phân gồm: H2SO4 200g/l; CuSO4 300g/l.

b. Quy trình và thiết bị mạ điện hóa bột cacbít silic

    Quá trình mạ một lớp kim loại mỏng lên các hạt bột SiC bằng phương pháp điện hóa được thực hiện theo sơ đồ nêu trên hình 1.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ mạ Cu lên bề mặt hạt bột SiC

   Sơ đồ gồm: thanh dẫn (3) đóng vai trò catôt với lớp cách điện (2) được nhúng trong bể mạ (5) cùng anôt (7). Bột cacbít silic (4) trong không gian gần catôt được giữ bằng màng ngăn đặc biệt (1), màng ngăn này chỉ cho phép chất điện phân (6) đi vào trong không gian lớp bột xốp SiC và không cho bột cacbít silic lan ra bể điện phân. Anôt và catôt được nối với nguồn điện một chiều có gắn đồng hồ đo cường độ dòng điện (I). Các thông số kỹ thuật được khảo sát gồm: mật độ dòng catôt (IC), kích thước hạt bột SiC (d), chiều dày lớp bột (δ) và chiều dầy lớp mạ.

2.2. Xử lý bề mặt hạt graphit

a. Vật liệu ban đầu

    Graphit sử dụng thuộc loại graphit tuyển nổi Yên Bái đã qua tinh luyện trong xút nóng chảy có độ sạch 98 %.

    Đồng sunfat – CuSO4.5H2O loại PA được hòa tan trong nước cất theo nồng độ chọn trước.

    Kẽm dạng lá được dùng để tránh khả năng dư kim loại này trong quá trình xi măng hóa, làm giảm độ sạch của hỗn hợp bột.

b. Quy trình và chế độ phủ

    Quy trình phủ được thực hiện như trên hình 2.

Hình 2

Hình 2. Sơ đồ công nghệ phủ Cu lên graphit trong dung dịch đồng sunfat

    Chế độ phủ được lựa chọn như sau:

    Tỷ lệ graphit/dung dịch đồng sunfat bằng 1/10. Lượng graphit dùng cho thực nghiệm là 4,5 g; lượng dung dịch tương ứng là 45 ml. Nồng độ ion Cu2+ trong 1 lít dung dịch được chuẩn bị theo tỷ lệ hàm lượng đồng yêu cầu trong hỗn hợp bột đồng – graphit. Nồng độ Cu2+ [g/l] sau đây được chọn để khảo sát trong quá trình phủ: 10, 15, 20, 25. Lượng CuSO4.5H2O [g] dùng để chuẩn bị 45 ml dung dịch phủ tương ứng với các nồng độ trên là: 1,77; 2,67; 3,54; 4,33. Các chế độ khác: thời gian 15 phút, nhiệt độ 50oC, tốc độ khuấy 80 v/ph.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Công nghệ chế tạo nền Fe-Cu ứng dụng cho vật liệu kết cấu thiêu kết

Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….

Fabrication of alloying Cu – Fe matrix for sintered structural materials

Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên

TÓM TẮT

   Bài báo mô tả quy trình công nghệ chế tạo nền Fe – Cu theo phương pháp luyện kim bột. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần, lực ép và nhiệt độ thiêu kết đến độ xốp của sản phẩm nền.

ABSTRACT

   This paper presents alloying process of Cu – Fe matrix by powder metallurgy technology. The effect of compo- sition, pressure and sintering temperature on porosity of materials are reported.

1. Đặt vấn đề

   Tính chất cơ bản của sản phẩm hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu là độ xốp và thành phần của hợp kim. Các tính chất này có thể thay đổi khi điều chỉnh công nghệ chế tạo. Tuỳ theo độ xốp của sản phẩm nhận được mà phạm vi ứng dụng có khác nhau: khi độ xốp nhỏ hơn 60% ứng dụng để chế tạo phin lọc; khi độ xốp nhỏ hơn 30% ứng dụng chế tạo bạc tự bôi trơn; khi nhỏ hơn 20% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền chịu tải trọng tĩnh, vật liệu bôi trơn và vật liệu ma sát; khi nhỏ hơn 15% ứng dụng chế tạo các chi tiết có độ bền và độ chính xác cao; khi nhỏ hơn 5% ứng dụng chế tạo vật liệu kết cấu và các chi tiết có độ bền, độ chính xác cao…[1-5]. Ngoài ra, hợp kim hoá bột Fe bằng bột Cu cho phép chống sự ăn mòn của khí quyển.

   Ở các nước công nghiệp phát triển, phạm vi ứng dụng của các chi tiết luyện kim bột có khác nhau. Nước có phương tiện giao thông phát triển mạnh thì 50% chi tiết được sản xuất theo phương pháp luyện kim bột [6].

   Ở Việt nam nhu cầu về vật liệu này rất lớn nhưng chưa có cơ sở nào tiến hành nghiên cứu chế tạo. Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu để ứng dụng vào việc chế tạo chi tiết phục vụ cho các thiết bị gia công cơ khí, máy nâng chuyển, thiết bị ngành giao thông vận tải….

2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu ban đầu

   Như đã biết Fe – Cu là hệ hòa tan hữu hạn do đó lần lược tiến hành khảo sát với các hàm lượng bột Cu khác nhau cho thêm vào bột Fe (bảng 1).

Mẫu Thành phần và hàm lượng
(% nguyên tử)
Fe Cu
M1 87 13
M2 84 16
M3 81 19
M4 78 22

Bảng 1. Thành phần và hàm lượng các mẫu khảo sát

2.2. Các thông số cần khảo sát

   Quá trình hợp kim hoá được khảo sát theo quy trình ép, thiêu kết một lần và hai lần.

   Khi ép và thiêu kết một lần, khảo sát ở các lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ (1050, 1100, 1150°C) với các thành phần khác nhau.

   Khi ép và thiêu kết hai lần, đã khảo sát:

– Lần 1: lực ép 2 tấn/cm2 và thiêu kết ở nhiệt độ 1000°C.
– Lần 2: lực ép (2, 3, 4, 5, 6 tấn/cm2) và thiêu kết ở nhiệt độ 1150°C.

2.3. Quy trình công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng Cu

   Quá trình trộn tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ với tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút. Hỗn hợp bột (Fe + Cu) được ép trên máy ép thuỷ lực.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ công nghệ hợp kim hoá nền Fe bằng bột Cu

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe mác ΦMK – 11

Bài báo đề cập kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe – mác Φ MK11 của Nga. Đã xác định công nghệ chế tạo và kiểm tra các thông số như: độ xốp, độ mài mòn, giới hạn bền nén và hệ số ma sát của sản phẩm.

Fabrication of Fe based friction materials Φ MK 11

Trần Quốc Lập, Phạm Thảo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vũ Lai Hoàng
Trường ĐH KTCN Thái Nguyên

ABSTRACT

   This paper concerns with the fabrication technology of Fe based friction materials – Φ MK11 (Russian standart). Characteristics of the material such as porosity, wear rate, compression strength and friction coefficient were deter- mined.

1. Đặt vấn đề

   Vật liệu ma sát (VLMS) là vật liệu có hệ số ma sát cao được ứng dụng trong các thiết hị hãm, các bộ phận truyền động… nó thường chịu tải trọng rất lớn, có khi tới 70 Kg/cm2 với vận tốc (50 – 70) m/giây [1]. Khi làm việc, trên các bề mặt hãm xảy ra sự đốt nóng tức thời (trong các bộ hãm máy bay nhiệt độ lên tới 1000 ÷ 1100°C). Với những điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy, VLMS phải có các yêu cầu kỹ thuật cơ bản sau: hệ số ma sát cao, không thay đổi rõ rệt trong khoảng nhiêt độ rộng; độ chịu mài mòn cao, ổn định; độ bền lớn, độ dai va đập cao; khả năng chống kẹt cao và chống được sự xâm thực của môi trường [2].

   Nhu cầu về VLMS ở Việt Nam cũng như trên thế giới là rất lớn. VLMS được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp. Trong điều kiện ma sát khô, VLMS ứng dụng để chế tạo các bộ phận thay đổi chuyển động, cơ cấu phanh ôtô, máy cắt gọt kim loại và bộ ly hợp của động cơ. Khi làm việc trong điều kiện ma sát ướt, VLMS được ứng dụng trong các bộ phận chịu tải trọng lớn như bộ ly hợp của máy bay.

   VLMS nền kim loại có hai nhóm cơ bản: nhóm trên cơ sở nền Cu (hợp kim của Cu) và nhóm trên cơ sở nền Fe (hợp kim của Fe). Hiện nay, các chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát phần lớn được chế tạo từ vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe. VLMS trên cơ sở nền Fe có giá thành thấp hơn so với VLMS trên cơ sở nền kim loại mầu. Ngoài ra VLMS trên cơ sở nền Fe có hệ số ma sát cao, độ chịu mài mòn lớn…

   Công trình nghiên cứu này nhằm đưa ra công nghệ chế tạo VLMS trên cơ sở nền Fe – Mác Φ MK11 của Nga.

2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu ban đầu

   Dựa trên thành phần VLMS Mác Φ MK-11 của Nga (64% Fe; 15% Cu; 9% Grafit; 3% SiO2; 3% amiăng và 6% BaSO4) thì công trình nghiên cứu này lựa chọn thành phần hoá học của VLMS trên cơ sở nền Fe có thành phần và hàm lượng như bảng 1:

Thành phần Fe Cu Cgr SiC BaSO4
Hàm lượng (%) 64 15 9 6 6

Bảng 1. Thành phần và hàm lượng của VLMS trên cơ sở nền Fe

2.2. Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe

   Với thành phần như trên thì vật liệu ma sát bao gồm kim loại và phi kim loại có tỷ trọng và kích thước hạt bột khác nhau, để đồng đều thành phần cần tiến hành trộn hợp lý. Quá trình trộn được tiến hành trong tang và bi sứ, thời gian trộn hỗn hợp bột 10 giờ trong môi trường cồn nhằm tránh sự ôxi hoá bột và tốc độ quay của tang là 50 vòng/phút.

Hình 1

Hình 1. Sơ đồ công nghệ chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nền Fe

   Hỗn hợp bột vật liệu ma sát được ép đóng bánh trên máy ép thuỷ lực.

   Quá trình thiêu kết mẫu cần phải bảo vệ tốt tránh hiện tượng ôxi hoá trở lại thành ôxit làm chất lượng mẫu kém không có khả năng dính kết với nền và độ xốp cao.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3