Trong phạm vi bài báo này đề cập đến việc kết hợp phương pháp nghiền trộn và ôxy hóa bên trong để tạo ra các hạt Al2O3 siêu mịn phân bố đồng đều trong nền Cu.

Fabrication of Dispersed Al2O3 – Strengthened Cu Matrix Composites by a Combined Processing of Planetary Ball Milling and Internal Oxidation

TRẦN VĂN DŨNG, LÊ VIỆT DŨNG, NGUYỄN ĐẶNG THỦY, NGÔ KIÊN CƯỜNG
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
HỒ KÝ THANH
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

TÓM TẮT

   Vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán Al2O3 đã được chế tạo thành công bằng phương pháp nghiền trộn hành tinh kết hợp với ôxy hóa bên trong. Kết quả thí nghiệm cho thấy dung dịch rắn α-Cu[Al] đã bị ôxy hóa hoàn toàn tạo ra hỗn hợp CuO và Al2O3. Sau quá trình ép – thiêu kết hỗn hợp Cu, CuO và Al2O3, toàn bộ CuO được hoàn nguyên. Sản phẩm cuối cùng là hệ vật liệu Cu-Al2O3, các hạt Al2O3 có độ mịn cao và phân tán đồng đều trong nền Cu. Vật liệu chế tạo bằng phương pháp này có cơ tính cao hơn Cu nguyên chất, độ dẫn điện có giảm nhưng vẫn đảm bảo tốt đối với vật liệu điện.

ABSTRACT

   Dispersed Al2O3 – strengthened Cu matrix composites applying for electrode materials was successfully pro- duced by a combined processing of planetary ball milling and internal oxidation. The results revealed that Al in the of solid solution α-Cu[Al] were completely oxidized. After recycling process and sintering, the final received prod- uct was Cu-Al2O3 composites. The micro-hardness of the synthesized composites increased with increasing of Al2O33 content, which was the result of dispersion of the fined Al2O3 grain size. Whereas, the electrical conductivi- ty decreased comparing with pure Cu.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Việc gia cố và hóa bền Cu bằng các loại cốt hạt gốm phân tán như Al2O3, TiC, TiB2, v.v… [1-4] đã tạo ra các hệ vật liệu tổ hợp mới. Các hệ vật liệu tổ hợp nền Cu này không những vẫn giữ nguyên được các tính chất ưu việt của Cu như độ dẻo dai, độ dẫn điện tốt, mà còn hạn chế được nhược điểm Cu ở nhiệt độ cao thường có độ bền và khả năng chịu mài mòn thấp. Tùy theo thành phần cấu tạo mà các hệ vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 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, hoặc để chế tạo các tiếp điểm, v.v… trong ngành điện.

   Phương pháp ôxy hóa bên trong là phương pháp tiên tiến đang được áp dụng ở một số nước phát triển để chế tạo vật liệu tổ hợp. Ưu điểm của phương pháp ôxy hóa bên trong so với phương pháp nghiền trộn cơ học là có thể tạo ra được bề mặt tiếp xúc hoàn toàn sạch giữa các hạt Al2O3 và Cu, tránh nhiễm bẩn và từ đó có thể cải thiện một số tính chất vật lý (tỷ trọng cao, cơ tính tổng hợp và tính dẫn điện tốt…) của vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3.

   Trong phạm vi bài báo này đề cập đến việc kết hợp phương pháp nghiền trộn và ôxy hóa bên trong để tạo ra các hạt Al2O3 siêu mịn phân bố đồng đều trong nền Cu. Hệ vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 này sẽ có vai trò quan trọng trong lĩnh vực vật liệu điện, vật liệu chống ăn mòn.

2. THỰC NGHIỆM

   Nguyên liệu ban đầu bao gồm: Cu dạng khối (độ sạch >99%), bột Cu (độ sạch > 99,97%, cỡ hạt μm) và Al dạng khối (độ sạch > 99,8%).

   Quy trình thực nghiệm được tiến hành như sau:

   1. Chế tạo hợp kim: Nguyên liệu ban đầu bao gồm Cu + 10% Al (theo khối lượng), quá trình nấu luyện được thực hiện trong lò LN-1300 ở nhiệt độ 1300oC. Hợp kim thu được Cu + 5% Al do tổn hao kim loại trong quá trình nấu luyện.

   2.Chế tạo bột: mẫu hợp kim Cu + 5% Al được phay thành phoi, sau đó nghiền thành bột trên máy nghiền hành tinh Pulverisette (LB Đức) với chế độ: tốc độ quay của tang nghiền 300 vg/ph, tỷ lệ bi/bột 10/1, thời gian nghiền 5h, trong môi trường cồn 90o. Bi nghiền và tang nghiền được chế tạo từ thép không gỉ biến cứng. Đường kính bi nghiền 10mm. Kích thước hạt vật liệu đạt μm.

   3. Ôxy hóa bột hợp kim Cu – 5% Al: Quá trình ôxy hóa được thực hiện trong lò điện trở kiểu ống có đối lưu không khí ở nhiệt độ 900oC, thời gian từ 15h đến 25h. Sản phẩm bột sau ôxy hoá theo tính toán bao gồm CuO và Al2O3, trong đó hàm lượng Al2O3 chiếm 7,37%.

   4. Chuẩn bị vật liệu cho quá trình ép- thiêu kết: Phối liệu: để khảo sát giá trị tối ưu của vật liệu tiếp điểm điện, điện cực (độ dẫn điện, cơ tính), cần làm giảm hàm lượng Al2O3 trong vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3 tới các mức khảo sát 2,0; 1,0; 0,8; 0,5; 0,2% [1-3] bằng cách phối trộn bổ sung bột Cu nguyên chất với hỗn hợp bột đã ôxy hóa.

   Nghiền trộn [4-6]: hỗn hợp vật liệu Cu + sản phẩm bột sau ôxy hoá (CuO và Al2O3) với các thành phần khác nhau được nghiền trộn cơ học để giảm kích thước hạt và tăng độ đồng đều. Quá trình nghiền trộn cũng được thực hiện trên máy nghiền hành tinh Pulverisette (LB Đức) làm nguội bằng gió với chế độ như sau: tốc độ tang nghiền 300 vg/ph, tỷ lệ bi/bột: 10/1, thời gian nghiền 10h trong cồn 90o. Đường kính bi nghiền 10mm.

   5. Ép – Thiêu kết tạo khối vật liệu tổ hợp Cu – Al2O3: Quá trình ép nguội được thực hiện trên máy ép thủy lực 10T (LB Nga). Khuôn ép hình trụ đường kính 10mm, cao 50mm. Vật liệu chế tạo khuôn ép và chày ép: thép 9XC.

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>