Tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu đàn hồi hệ niti (tt)

1 A. Hiện nay trên thế giới iệ i h i NiTi (cò ược gọi phổ biến với tên Nitinol) với các tính chấ i h i và hiệu ứng nhớ h h h h ược hi nghiên cứu trong các ĩ h c ứng dụng khác nhau. iệ i h i NiTi xốp ược quan tâm chủ yế ro g ĩ h c v t liệ y i h ể chế tạo xươ g h ạo, miế g ệ ốt số g h ạo các cấy gh h y hế ro g cơ hể co gười. V t liệu i h i NiTi xốp c các tính chấ ặc biệt quý báu: 1- Khả ă g hục h i lại hình dạ g ố ; 2- Tí h ươ g hích i h học c o ối với cơ hể so với các loại v t liệu cấy ghép khác; 3ộb ộd i c o; 4- dạng xốp, các mô xươ g cơ ro g cơ hể gười có thể phát triển vào các lỗ xốp và tạo nên các liên kết chặ ; hơ ữa, ộ xốp với ệ ộ xốp hở c o ảm bảo cho chất dịch củ cơ hể dễ dàng truy n qua khi cấy ghép. Việt Nam, v t liệu y sinh phải nh p khẩu từ ước go i rấ ắt, trong khi nhu cầu thay thế rất lớn. Do v y việc chủ ộng tiếp c n công nghệ sản xuấ iệ y i h ộ hướ g ghi cứ h hợ òi hỏi cần thiết. chính là một trong nhữ g do chọ tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu đàn hồi hệ NiTi. - Nghi cứ chế ạo iệ i h i NiTi xốp g hươ g hả ứ g hiệ ộ c o r y ( ế hợ ới hoạ h cơ (MA). - Nghiên cứu á h giá ả h hưởng của hiệ ộ g ơ ộ hoạ cơ học ến hả ă g hả ứ g, ộ xốp của v t liệu i h i NiTi chế ạo b g hươ g há – MA. - Nghiên cứ á h giá ả h hưởng của xử lý nhiệ ến cơ tính v t i h i NiTi xốp chế ạo b g hươ g há SHS – MA. V t liệ i sinh (miế g ệ học. há học h xốp liệu h i NiTi xốp với mục ích ứng dụng làm v t liệu y ốt số g h ạo : c g ghệ chế ạo các tính chấ cơ - Nghiên cứu cơ ở lý thuyết các v t liệ i h i và các hươ g há chế ạo v t liệu i h i NiTi xốp. - Kết hợp nghiên cứ h yế ới nghiên cứu th c nghiệm trên các thiết bị c g ghệ, hiế ị phân tích, kiểm tra hiệ ại và hươ g há ối chứng.... 2 g hươ g há ghi cứ h yế ế hợ ới h c ghiệ r ả h hưở g củ các h g ố hiệ ộ g học ế á r h hả ứ g hiệ ộ c o r y ( giữ Ni Ti giải ược cơ chế iế dạ g i h i củ iệ NiTi xố h g các ườ g co g ứ g ấ – iế dạ g ế ả h ích h h hầ h h ích hiệ i i - iệc ứ g dụ g hươ g há – ầ ầ i ở iệ N chế ạo ược iệ i h i NiTi xố ừ ộ Ni ộ Ti ( ộ i h hiế 99 9 r ả h hưở g củ í h hoạ h ặ ộ g y iệ ế hả ă g xảy r hả ứ g r y chấ ượ g ả hẩ iệ h ược Từ xác ị h ược các h g ố c g ghệ chí h h hợ ới các hiế ị ghi cứ hiệ c á x ấ ược c g ghệ chế ạo iệ i h i NiTi xố c ệ ỗ xố hở c o g hươ g há – ừ ộ Ni ộ Ti ( ộ i h hiế 99 9 ể ử dụ g chế ạo các iế g ệ ố ố g h ạo i cho các ghi cứ há riể iế heo ở iệ N ĩ h c iệ y i h i ch g - Ứng dụng và tiếp c ược công nghệ chế ạo v t liệu tiên tiến trên thế giới. iệ i h i NiTi xố ộ oại iệ ới ới các í h chấ ặc iệ ầ ầ i ược ghi cứ chế ạo ở iệ N - ầ ầ i hươ g há ết hợp giữ hoạ h cơ học ( hả ứ g hiệ ộ c o r y ( ược ứ g dụ g ể chế ạo iệ i h i NiTi xố Th h y h ới chư ừ g ược c g ố r hế giới ác ế ả ghi cứ ả h hưở g củ hoạ h cơ học ế hả ứ g chấ ượ g ả hẩ iệ NiTi xố ược N c g ố ại ội ghị ốc ế T ầ hứ 2 ổ chức ở ă g cốc Thái ă 2012 á xác ị h ược các h g ố c g ghệ chí h i hảo á ể chế ạo iệ i h i NiTi xố g hươ g há – r ả h hưở g củ các h g ố c g ghệ ế á r h – các í h chấ cơ ả củ iệ i h i NiTi xố ừ ư r chế ộ c g ghệ chế ạo h hợ - Ứ g dụ g các ế ả ghi cứ chế ạo hử h h c g h i dạ g ả hẩ iế g ệ ố ố g h ạo ( hiệ 002-0911 PLB004-0911). 3 NiTi 1.1. Si h i, hay còn gọi là giả h i, là biến dạ g h i dưới tác dụng của ứng suất gây nên quá trình chuyển biến pha Austenit  Mactenxit của mạng tinh thể ở nhiệ ộ xác ịnh hư g không có hiệu ứng khuếch tán. Sau khi dỡ ải t liệu i h i có thể hục h i hình dạ g rước , h chí ở ức ộ biến dạ g ươ g ối lớn. iệ i h i NiTi (Niken – Titan) là iệ ại chủ yế pha NiTi cân b ng nguyên tử (50%Ni – 50%Ti) g : NiTi ặc NiTi xố ro g iệ xố hườ g ược ứ g dụ g ro g ĩ h c y i h 1.2. v NiTi 1.2.1 nh h nh n hiên ứu hế ạ và ứn dụn ậ iệu NiTi ên hế i i Các ị h hướ g nghiên cứu r hế giới hiệ r g o: - Nghi cứ các hươ g há chế ạo iệ NiTi xố ứ g dụ g trong ĩ h c iệ y sinh. - Nghi cứ ứ g dụ g iệ NiTi xố ( o g cả ro g hí ghiệ cơ hể gười) hử ộc di r y học i cấy ế o gh ại củ xươ g há riể các khi cấy ghép. - Nghi cứ í h ươ g hích i h học củ iệ NiTi xố - Nghi cứ xử ặ iệ NiTi xố h hạ chế hoá Ni ả ảo o cho cơ hể gười. nh h nh n hiên ứu hế ạ ậ iệu i i iệ ến nay, ới ch có một c g r h nghiên cứ chế ạo t liệu siêu h i NiTi xố ược c g ố, tuy nhiên cò ộ ố hạ chế. 1.3. Y NiTi - > 100 5 cao (> 50%) . 1.4.1. hế ạ ậ iệu h n à hiêu ế n . i i n h n h n h n h hiêu ế h n 4 ác hươ g há y hườ g ược sử dụ g ể chế ạo iệ NiTi c ộ xốp lớ ( ế 85 r cơ ở hả ứ g h ếch tán ở trạng thái rắn của các nguyên tố trong quá trình thiêu kế Nhược iể cơ ả củ các hươ g há y hời gi hi ế d i hiệ ộ hi ế c o hế ạ ậ iệu i i n h n h hợ i hó họ Nhờ ă g ượng va chạ c o hi hợ i h cơ học hản ứng khuếch tán ở trạng thái rắn xảy ra hình thành nên pha mới giữ Ni Ti ể h ược t liệu ở dạng khối xố hải ết hợp với quá trình g á h – thiêu kết. hế ạ ậ iệu i i n h n h h n ứn nhiệ đ ự n uyền ả hẩ h ược hả ứ g hườ g ở hể rắ do c ộ xố c o ệ ỗ xố hở ớ Phươ g há y h g òi hỏi hiế ị hí ghiệ ắ i c hể h c hiệ ro g ộ hời gi gắ 1.4.4. Chế ạ ậ iệu i i n h n h hiêu ế un s Nhược iể cơ ả củ hươ g há y hiế ị hức tạ ắt ti n, h h c hiệ ược ro g i iệ iệ N hế ạ ậ iệu i i n h n h nón đ n nh Phươ g há g ẳ g ĩ h( ổi hơ ở ộ ố iể : các ỗ xố chủ yế ở dạ g h h cầ ph ố ỗ xố ươ g ối g ơ ữ hươ g há y dễ d g ế hợ ới chấ ạo xố ể ă g ộ xố củ ả hẩ Nhược iể cơ ả hiế ị hức tạ ắ i h h c hiệ ược ro g i iệ iệ N ề u uy nh n n hệ hế ạ ậ iệu NiTi h hợ i điều iện h n hiệ iệ Hình 1.. công ngh SHS – p bằ . 5 iệc ử dụ g hươ g há chế ạo iệ NiTi xố c hi h ợi hơ cả T y hi hả ứ g giữ Ni Ti ỏ hiệ yế y cầ i ử ích hoạ hả ứ g ở hiệ ộ g ơ ộ ươ g ối c o ới i iệ ro g ước iệc giả hiệ ộ g ơ ộ y cầ cầ hiế o y h y ch rộ g u hóa thành phần, hỗn hợp bộ Ni–Ti ược hoạ h cơ học (MA) rước khi tiế h h á r h g á h (h h 1 12 1.5. 1. V t liệ i h i NiTi xố iệ i iế c i rò rọ g ro g i h ế củ các ước há riể ặc iệ ro g ĩ h c y sinh. Việt Nam hiệ ới ch c một công trình chí h hức nghiên cứu v ĩ h c y. Vì v y, việc nghiên cứ chế ạo oại v t liệu y với mục tiêu ứng dụ g ro g ĩ h c y sinh là rất cần thiết. 2. h ích các hươ g há chế ạo iệ i h i NiTi xố ứ g dụ g ro g ĩ h c iệ y i h cho hấy hươ g há ế hợ MA c hi ư iể ổi hơ cả ả hẩ h hợ ới các y cầ cầ hiế ối ới iệ y i h. Từ á x ấ ơ c g ghệ chế ạo iệ i h i NiTi xố g hươ g há – MA. SIÊU 2.1) ường cong ứng suất – biến dạng thể hiện khả ă g i á r h ch yể iế h ( h ghịch Austenit  iệ i h i NiTi hể hiệ r h h 2 2. nh h n ệ hó họ nh ng cong ứng su t – bi n d ng c a v t li ê i. ử h i (hình c e xi củ i à i nh Pha NiTi B2 và NiTi Mactenxit trong các v t li ê T ệ y hườ g ược l a chọ 50 Ni – 50%Ti ( heo ạo i iệ h ợi cho iệc ạo h h h NiTi c Austenit B19’ i. ệ g y ng mong 6 muố hi hả ứ g chế ạo ảm bảo nhiệ ộ chuyển biế h h hợ ới hiệ ộ cơ hể nh h n h n h hế ạ hươ g há chế ạo ả h hưở g r c iế ế ộ xố ích hước ỗ xố h h hái ỗ xố ,… h g ả h hưở g ế cơ í h củ iệ i h i NiTi xố . nh h n đ ộ xố củ iệ i h i NiTi ộ yế ố ả h hưở g ạ h ế các í h chấ cơ học củ iệ ộ xố c g c o h cơ í h ( ộ hả ă g iế dạ g củ iệ c g giả x ố g. 2.2 nh h n nhiệ Nhiệ ộ xử (ủ hoặc h gi c g ộ yế ố ả h hưở g r c iế ế cơ í h hiệ ộ ch yể iế h củ iệ i h i NiTi. i i hiệu hun ề h n h Phươ g há d a vào khả ă g ỏa nhiệt cao của các phản ứ g ể nó t duy trì r y hả ứ g xảy r heo iể hức: 2.3. n X i 1 m i  Y j  Z  Q (2.1) j 1 Xi- Ti Zr f N … g i rò hư các chấ cháy ược; Yj- B, C, Si Ni … g i rò các chất ô xy hóa; Z- ả hẩ hả ứ g ( ori c c i i ixi i i i e i …; Q- nhiệt tỏa ra của phản ứng. Phản ứng tỏa nhiệt bắ ầu tại nhiệ ộ i ử ích hoạt Tig và sinh nhiệt – biểu thị ở nhiệ ộ lớn nhất Tad hoặc nhiệ ộ cháy Tc (hình 2.16). A- s n phẩ ứ ; B- h n h p ch t ph n ứng ban u; T0; Tigứ ; TcHình 2.16. B hiệ đ n họ hả ứ g c hườ g ược gọi – th i gian trong ph n ứng SH. à nh n đ nh h n h hể xảy r ở h i chế ộ: 1- hế ộ cháy ; 2- hế ộ cháy g hời (cò ược gọi r y ổ 7 hiệ hả ứ g h g hể d y r r y ế Δ (298 / p(298 < 2000K ươ g ứng với nhiệ ộ oạn nhiệt Tad ≥ 1800K (1527C). 2.3 h n s n n hệ nh h n đến h n ứn hi yế ố ả h hưở g ế hả ứ g hi chế ạo iệ hư: ích hước hạ ầu của các chất phản ứ g; chặ hỗ hợ ộ ầ củ các chấ hả ứ g; h ượ g chấ h o g; hươ g há i ử ích hoạ hả ứ g; hiệ ộ g ơ ộ; á r h hoạ h cơ học á r g ghi cứ ả h hưở g củ hiệ ộ g ơ ộ á r h hoạ h cơ học ế hả ă g hả ứ g chấ ượ g ả hẩ h ược hi hả ứ g Nhiệ ộ g ơ ộ: Phản ứ g chế ạo iệ NiTi xố ừ ộ Ni và Ti nguyên chất là một phản ứng tỏa nhiệt yếu. Lượng nhiệt tỏa ra thấp (Tad = 1276C) h g ủ ể phản ứng t duy tr r y do g ơ ộ cầ hiế . Nhiệ ộ g ơ ộ tối thiểu là Tpmin  150C (hoặc Tpmin  100C). Nhiệ ộ g ơ ộ tối hản ứng SHS v n xảy ra ở chế ộ lan truy n là Tpmax = 900C. Nếu nhiệ ộ g ơ ộ > 900C, phản ứng SHS xảy ra ở chế ộ ng thời. ă cứ o các h ích r i iệ h c ghiệ iệ N hiệ ộ g ơ ộ ược chọ hảo á ghi cứ ro g hoảng Tp = 250÷600C. oạ h cơ học ( hỗ hợ ộ Ni-Ti ầu: hoạt hóa các nguyên tử trên b mặt các chất tham gia phản ứ g ạo i iệ hản ứ g h ếch á dễ d g xảy ra. Hoạ h cơ học c g g u thành phần các chất tham gia phản ứ g Thời gi hoạ h cơ học ả h hưở g ớ ế hiệ ộ cháy hiệ Hình 2.31. Ả ng c a th i gian ho ộ i ử ích hoạ hả h c tMA n nhi cháy Tc và nhi ứ ứ ứ g (h h 2 31 ig Quá trình hoạ h cơ học hỗn hợp chất phản ứ g rước khi tiế h h hả ứ g chư ược công bố hi ặc iệ ới hệ iệ NiTi xố . hí h y á r g ghi cứ ả h hưở g củ hời gi hoạ h cơ học ối ới hả ứng SHS. 8 1 ơ chế iế dạ g hục h i iế dạ g iệ i h ic ả chấ á r h ch yể iế h h ghịch c e xi  e i dưới ác dụ g củ ải rọ g cơ học ở ộ hiệ ộ xác ị h 2 Ứ g xử cơ – hiệ củ iệ i h i NiTi chị ả h hưở g củ hi yế ố: ệ h học Ni Ti ( g y ử hươ g há chế ạo ộ xố hiệ ộ ủ 3 hi yế ố ả h hưở g ế hả ứ g giữ Ni Ti. Tro g hạ i á ác giả r g ghi cứ ả h hưở g củ hời gi hoạ h cơ học hiệ ộ g ơ ộ ế h h h h h giữ Ni Ti c g hư h h hái ả hẩ iệ i h i NiTi xố h n h đ nh hành h n h ậ iệu hươ g há h ích hiễ xạ ơ -ghe ( hiế ị N 5005 5000 ược sử dụ g ể xác ịnh s h h h h h trong quá trình hoạt h cơ học, sau phả ứ g sau iế dạ g. h n h đ nh đ ậ iệu đón nh à đ s n h nhận đ ợ s u h n ứn hươ g há c rọ g ( ử dụ g c iệ ử ới ộ chí h xác 10–4g xác ị h ộ xố ệ ỗ xố hở iệ NiTi xố hi chế ạo. h n h đ nh sự h y đ i h nh h i hạ às u u nh h ạ hó họ , sự h n ỗ à u ú ỗ hươ g háp hiể i iện tử quét SEM (kính hiể i iện tử phát xạ rường Hitachi S-4800) á h giá h ích h y ổi hình thái hạt bột trong quá trình hoạ h cơ học; cấu trúc lỗ xốp của v t liệu. h n h đ nh nh h họ ậ iệu i i nhận đ ợ s u h n ứn às u nhiệ hươ g há hử ( r hệ máy MTS 809.10 A/T Materials Testing System) ược ử dụ g ể xác ị h h ích á h giá các í h chấ cơ học cơ ả củ iệ i h i NiTi xố . h n h s s nh đ i hứn ác ế ả ạ ược củ i ược o á h ối chiế ới các ế ả c g ố r hế giới h n h h n h nhiệ i s i hươ g há h ích hiệ i i ( ược ử dụ g ể xác ị h hiệ ộ ch yể iế pha ừ NiTi cấ r c 19’ (Mactenxit)  NiTi cấ r c B2 (Austenit) Thiế ị ược ử dụ g áy e er To edo. 9 Hình 3.10. nguyên lý h th ng thi t b thí nghi m thực hi n ph n ứ ê ứ . Hình 3.12. T ng h p h th ng thi t b thí nghi m thực hi n ph n ứ : ò n tr ng ngang và các thi t b u khi n, hi n th + h th ng c p khí Argon b o v + h th ng m i l a bằng cu n dây W do nhóm nghiên cứ Các hiế ị: áy rộ g rố g ( chế ạo áy ghi cá h h ấy ( chế ạo áy hủy c 100kN áy cắ d y hệ hố g hiế ị h c hiệ hả ứ g ược ử dụ g ể chế ạo iệ NiTi xố 1. hươ g há ghi cứ ược chọ h hợ ác hiế ị ghi cứ chế ạo iệ c ộ chí h xác c o á g i c y, h hợ . 2. hiế ế chế ạo ược các hiế ị rộ /hoạ h cơ học hệ hố g hiế ị h c hiệ hả ứng SHS. 10 U i à i nđ u - Bộ Ti ( ộ sạch 99,9%; cỡ hạt khoảng 50÷100 h g er io Titanium Powder, Mỹ). - Bộ Ni ( ộ sạch 99,9%; cỡ hạt khoảng 5÷10m, Shenyang Jiyongli Refractory Materials Co., Ltd. Trung Quốc). 4.1. a. b t Ni b. b t Ti Hình 4.1. K t qu phân tích EDX và nh SEM c a b t Ni và Ti nguyên li u. nh n h i iệu - T ệ Ni Ti heo g y ử ược chọ 50 Ni – 50%Ti. - ượng bột cho 01 lần trộn/hoạ h cơ học là ¼mol Ni + ¼mol Ti ( ươ g ươ g 11,739g bột Ni và 9,573g bột Ti). ạ hó họ / n đồn đều hó hành h n - Trộ g : áy rộ g rố g ( h g c i hời gian trộn 30ph, khí Argon bảo vệ, tốc ộ tang 150vg/ph. - oạ h cơ học: hế ộ nghi hoạ h hư ảng 4.1. B ng 4.1. Ch Tỉ l bi : b t 10 : 1 T ho nghi n 720 vg/ph ch nh pb Thờ 0,5 - 1,0 1,5 c, h 2,0 11 Hình 4.3. Ph XRD h n h p b - h c 2h. Sau quá trình hoạ h cơ học, hỗn hợp bộ c h y ổi ích hước á g ể ác hạ ớ heo hời gi hoạ h Kết quả h ích h h hầ h (h h 4 3 cho hấy không có s xuất hiện củ íc h i kim giữa Ni và Ti xuất hiện. Nế c các h y g i rò hư chất pha loãng làm giảm nhiệ ộ cháy oạn nhiệ do ả h hưởng tr c tiế ến quá trình t duy trì và lan truy n phản ứng. đón nh à nun s Sau hoạ h cơ học (hoặc trộ g u thành phần), hỗn hợp bột NiTi ược thành các m h h rụ c ườ g í h d = 15 19 ; chi d i h = 25 ÷ 40mm. Áp l c r g h ược l a chọn trong khoảng 40 ÷ 120 ươ g ứ g ới ộ xố h ược 21,9 ÷ 29%. Khoảng nhiệ ộ g ơ ộ nghiên cứu là Tp = 250 ÷ 600 ược i ử ích hoạ hả ứ g ở hiệ ộ Tig = 2000C. 4.2.1. n hợ u hỗn hợ h đ ợ n đồn đều/h ạ hó họ i h i i n MA < 1,5h Khi hỗ hợ ộ i oại h g ược hoạ h cơ học, hoặc thời gian hoạ h cơ học ngắn (< 1,5h), không có hiệ ượng phản ứng cháy xảy ra ể cả hi g hiệ ộ g ơ ộ ế 600C. Quan sát b mặt m i lửa kích hoạt phản ứng các m u hí ghiệ hấy x ấ hiệ các h i i giữ Ni Ti (h h 4 8 49 ệ chư phải 1:1, v n còn xuất hiệ các íc h Ti Ni dư i y chứ g ỏ phản ứ g h ếch á giữ Ni Ti xảy r hư g h g ho o hạ vi hả ứ g h hiệ ộ ỏ r h g ủ ể hả ứ g d y r r y 12 Hình 4.8. Ph XRD mẫ m t mẫ Hình 4.9. Ph XRD mẫ m t mẫ i l a nhi c tr n): c m i l a; m t mẫ il a ho t hóa 1,0h). c m i l a; m t mẫ nhi Tp = 550C (b t chỉ c m i l a. Tp = 550C (b t c m i l a. Hiệ ượ g y ược lý giải hư : ưới tác dụng củ g ơ ộ và m i lửa kích hoạt phản ứng, vùng tiếp giáp giữa các hạt Ti và Ni s xảy ra phản ứ g rước tiên, các nguyên tử Ni và Ti khuếch tán nhanh chóng vào nhau. Xét ở mức ộ vi mô, phản ứ g hư : + → 3Ti + 140 kJ/mol (4.1) + → (4.2) 2 + 83 kJ/mol Ni + Ti  NiTi + 67 kJ/mol (4.3) Khi ở c g i u kiệ do ă g ượng hình thành của pha Ni3Ti nhỏ nhất nên thứ t hình thành pha của hệ hợp kim Ni-Ti hư : Ni3Ti  NiTi2  NiTi (hình 4.11). Tuy nhiên, do pha Ni3Ti h h h h í hiệ ỏ h g ớ cho hả ứ g h g hể d y r r y i u này xảy ra do hai nguyên nhân chính: 13 1- Nhiệ ộ g ơ ộ thấ h g ủ cung cấ ă g ượng cho quá trình khuếch tán; 2á r h hoạ h cơ học chư cung cấ ủ ă g ượng cho các nguyên tử Ni và Ti trên b mặt các hạt bột hoạt ộng, do v y chúng không có khả ă g khuếch tán sâu vào bên trong hạt của Hình 4.11. hình nhau, vì v y phản ứng xảy r hư g thành pha NiTi bằng ph n ứng khu ch tán tr ng thái rắn. không hoàn toàn. n hợ u hỗn hợ n đ u đ ợ h ạ hó họ n h i i n MA  1,5h Khi i ửa kích hoạt ở nhiệ ộ Tp = 250÷600C, ở hầu hết các m hí ghiệ c hiệ ượng củ hả ứ g cháy, chứng tỏ phản ứ g giữ Ni Ti xảy ra. Vệt sáng duy trì và lan truy n từ ầu ược i ử ích hoạ hả ứ g ến cuối m u. Qua quan sát, hầu hết các m u nh ược sau phản ứng u có vùng bị chảy lỏng ở hí ầu m i lửa kích hoạt phản ứng, chi u dài m u nh ược ă g g ă g hiệ ộ g ơ ộ nhiệt, vùng bị chảy lỏng ở dọc chi u dài các m u càng lớn (hình 4.12). Hình 4.12. Hình d n hình các mẫ nh n c sau ph n ứng SHS. Tuy nhiên, khi m i lửa kích hoạt ở nhiệ ộ g ơ ộ Tp < 250C, không có hiệ ượng phản ứng cháy xảy ra. ối với các m g ơ ộ ở nhiệ ộ lớn (Tp = 550÷600C), việc giữ g y ược hình dạng m u sau phản ứ g h hă phản ứ g hường xảy ra rấ h iệ hườ g ị ổ h g. Phổ XRD của các m hí ghiệ cho hấy h NiTi c g h h thành (ở 2 kiểu mạ g hươ g 2 – Austenit iể ạ g r c hoi 19’ – Mactenxit), và không quan sát thấy s xuất hiện píc pha không cân b ng giữa Ni-Ti hoặc íc củ Ni Ti cò dư hản ứ g (h h 4 16 i u chứng tỏ b g hươ g há c hể chế tạo thành công v t liệu NiTi với chủ yếu pha NiTi c g mong muốn ( iể ạ g hươ g B2). 14 Hình 4.16. Ph XRD ằ nhi Tp = (250÷600)C (h n h p b 4231 , h nh h i ỗ ắ ẫ s n h – MA c). ậ iệu i i s u h n ứn ẩ a. Tp = 250C c. Tp = 350C Hình 4.20. M t cắt d c SHS – MA c ho ằ b. Tp = 300C ẩ các nhi d. Tp = 400C ằ Tp < 550C. ối ới các ới hiệ ộ g ơ ộ ớ (Tp  550 ổ chức xố hườ g rấ ớ Khi giả hiệ ộ g ơ ộ hả ứ g xảy r ổ ị h hơ do ặt cắt ngang và dọc, s phân bố lỗ xố há g u (hình 4.20 và hình 4 21 i c hể hẳ g ị h hiệ ộ g ơ ộ h g ch ả h hưở g ế hả ă g hả ứ g giữ Ni Ti cò yế ị h ế ích hước ỗ xố h ố xố r cả ặ cắ g g ặ cắ dọc ả hẩ 15 a. Tp = 250C c. Tp = 350C Hình 4.21. M t cắt ngang SHS – MA b. Tp = 300C d. Tp = 400C ằ Tp < 550C. ẩ các nhi Hình 4.22. Ảnh SEM m t gẫy d c pháp SHS – MA nhi ẩ Hình 4.23. Ảnh SEM m t gẫy d c pháp SHS – MA nhi ẩ Mặt g y v t liệu NiTi xố chế ạo thể hiệ hư r h h 4 22 4 23 4 25 Tp = 250C. Tp = 300C. ằ ằ g hươ g há – MA ược 4 26 heo cả chi u ngang và chi u 16 dọc m u. Hình dạng các lỗ xốp chủ yếu dạ g cạ h d o ộng trong phạm vi 100÷700m, s liên thông của các lỗ xốp thể hiện rất rõ nét với lệ cao. Hình 4.25. Ảnh SEM m t gẫy ngang SHS – MA nhi ẩ Hình 4.26. Ảnh SEM m t gẫy ngang SHS – MA nhi ẩ Chúng cho thấy, v t liệ NiTi chế ạo nh ược ộ xố c o ệ lỗ xốp hở lớn. 4232 ằ Tp = 250C. Tp = 300C. g hươ g há ẩ Hình 4.27. p ( ê ằng ằng c hể ê ± 7%). ộ xố r g h củ iệ NiTi xố hả ứ g hoả g 44÷58% tùy thuộc vào nhiệ ộ g ơ ộ (chênh ệch dao ộ g ro g hoả g ± 7,0%) ệ ỗ xố hở hầ hế ạ r 60 (h h 4 27 17 ộ xốp của sản phẩm phụ thuộc vào nhi u yếu tố: ộ xốp của khối ép ầu, nhiệ ộ g ơ ộ ích hước hạt hỗn hợp bột v t liệu ban ầ … hư g ược yế ị h ởi hai yế ố: ộ xố ầu sau khi ép g á h ộ xốp do ả chấ r y củ phản ứng SHS. 1. hả ứ g giữ Ni Ti xảy r ở cả chế ộ cháy r y chế ộ cháy g hời Sản phẩ iệ NiTi xố h ược ại chủ yế h NiTi c g o g ố ro g cấ r c ạ g hươ g 2 (Austenit) chiế ư hế ại y c ghĩ rấ ớ ro g á r h chuyển pha tạo nên hiệu ứ g i h i của v t liệu. 2. T ệ thành phần v t liệ ầu 50%Ni – 50%Ti (theo nguyên tử ược chọ hợ Kích hước ộ Ni Ti ầu h hợ ả ảo á r h hả ứ g h ếch á riệ ể. 3 hoả g hiệ ộ g ơ ộ Tp = 250÷400C có các lỗ xốp phân bố ươ g ối g Kích hước lỗ xố d o ộng trong phạm vi 100÷700m. Tổ g ộ xốp r g h của v t liệ NiTi h ược d o ộ g trong khoảng 44÷58% (ch h ệch d o ộ g ro g hoả g 7 ới ệ ỗ xốp hở ạt > 60%. 4. hoả g nhiệ ộ g ơ ộ Tp = 250÷600C, nhiệ ộ i lửa ích hoạ Tig = 2000C, phản ứ g xảy ra ho o ới các ược hoạ h cơ học ới hời gi MA = 1,5÷2,0h. Phản ứng SHS không hể xảy r hi các m hỗ hợ ột Ni-Ti h g ược hoạ h cơ học rước hoặc hoạ h cơ học với thời gian ngắn (tMA < 1,5h). – MA nh h họ ậ iệu i i hế ạ n h n pháp SHS – MA h n nhiệ M u hử ường kính d = 10mm, chi u cao h = 15mm. Tốc ộ biến dạng ược chọ hư h  = 0,1210–3 s–1 hí ghiệ ược h c hiệ ở nhiệ ộ hò g. Kết quả thử nén cho hấy: ầ hế các m u hử hể hiệ hả ă g mức ộ biến dạng hỏ (dưới 3,0% ức ộ phục h i iế dạng ch ạ ược khoảng 1,2%. Khi ượt qua mức ộ biến dạ g y ố các m u bị há hủy ộ hầ hoặc ho o iới hạn b ro g hoả g bn = 130÷200 h i d o ộ g ro g hoảng E = 6,5÷7,8GPa. i u này có thể giải hích ược hư : 1- Ứ g ấ hiệ ại ro g iệ hi g ội hả ứ g ể giữ h NiTi c g o g 18 ố ; 2- Các lỗ xốp hầu hết ở dạ g cạ h các ơi dễ t p trung ứng suấ dễ ị há hủy. ể cải thiệ các hược iể y hươ g há ủ m giả ứ g ấ hiệ ổ ị h ổ chức ược x ấ h c hiện. Hình 5.1. d ng cong ứng su t – bi n x 55 Hình 5.2. bi n d ng cong ứng su t – x 5 5.1.2. Các tính h họ ậ iệu i i hế ạ n h n pháp SHS – MA ó nhiệ ă cứ o các công bố rước y giả rạ g hái hệ Ni–Ti, tác giả l a chọn nhiệ ộ xử lý Tn = 400÷500C, thời gian xử lý tn = 4÷5h, m u ược làm nguội c g ò ến nhiệ ộ i rường. Tốc ộ biến dạng –3 –1 0,1210 s và ở nhiệ ộ hò g ới tất cả các m u. Hình 5.7. ng cong ứng su t – bi n d x p 55% sau quá trình x lý nhi t nhi Tn = 500C, th i gian x lý tn = 4h. Hình 5.9. ng cong ứng su t – bi n d x p 50% sau quá trình x lý nhi t nhi Tn = 450C, th i gian tn = 4,0h. Kết quả cho thấy cơ í h hả ă g iến dạng củ iệ c h y ổi rõ rệt. Khả ă g iến dạng tố hơ ( ế 4 0 , hầu hết các m u thử không bị há hủy hi , mức ộ phục h i biến dạng khoảng 2,5%. 19 h i E của v t iệ c g c h y ổi tuy nhiên rất nhỏ (trong khoảng 6,1÷7,0GPa). Giới hạn b n của v t liệu NiTi xốp sau khi xử lý nhiệ ạ ược khoảng b  150 ươ g ứng với mức ộ biến dạng khoảng max  4,0%. Hình 5.11. ng cong ứng su t – bi n d ng x p 55% sau quá trình x lý nhi t nhi Tn = 500C, th i gian x lý tn = 4,0h khi nén phá h y mẫu. Hình 5.12. ng cong ứng su t – bi n d ng v x p 50% sau quá trình x lý nhi t nhi Tn = 500C, th i gian x lý tn = 4,5h khi nén phá h y mẫu. Như y á r h xử hiệ ả h hưở g ạ h ế í h d o củ iệ NiTi xố i y c hể giải hích do ứng suấ dư x ất hiện trong quá trình tôi iệ , ược khử bỏ khi ủ ổ chức củ i oại ược ắ xế ại h hợ hơ . p Kế u h n – MA h h XRD Hình 5.15. Ph XRD mẫ x p sau khi bi n d ng 3,5%. Hình 5.16. Ph XRD mẫ x p sau khi b bi n d ng phá h y. Kết quả h ích h h hầ h iệ i h i NiTi xố sau biến dạng (hình 5.15 và 5.16 cho hấy: ừ h gốc NiTi cấ r c i h 20 hể B2 e i ầ hi iế dạ g h h h h h NiTi cấ r c i h hể 19’ Mactenxit và chiế ư hế (các píc hể hiệ rất rõ nét). C hể hẳ g ị h chí h á r h ch yển biế h y g y dạng gấp khúc củ các ường cong ứng suất – biến dạng m iệ i h i NiTi xố hử Kế u h n h nhiệ i s i Phạm vi nhiệ ộ nghiên cứu từ 20C  100C, tốc ộ nâng nhiệ ược chọ 10 / h Tr ường Heat-Flow (h h 5 17) x ấ hiệ 1 íc nhiệ ( h íc ở hiệ ộ 37,5C) rấ r r g hi g g ch íc hiệ ở hoả g 47 ă cứ cơ ở h yế iệ i h i có thể khẳng ịnh r g ch g các hiệ ộ chuyển biến pha NiTi từ cấ r c ạ g i h hể 19’ Mactenxit  cấ r c ạ g i h hể B2 Austenit. ẫ Hình 5.17. – MA ằng ẫ . Từ các ế ả h ích (h h 5 15 5 16 h ích c hể hẳ g ị h các iể gấ h c (ch yể iế r ườ g co g ứ g ấ – iế dạ g củ iệ NiTi xố (các h h ừ 5 1 ế 5 4 các h h ừ 5.7 ế 5 12 chí h các iể ch yể iế h NiTi ừ cấ r c i h hể B2 Austenit  h NiTi cấ r c i h hể c e xi 19’ o hiệ ộ iế dạ g chư ạ ế hiệ ộ ch yể iế ho o n pha NiTi cấ r c i h hể Mactenxit 19’  pha NiTi cấ r c i h hể 2 e i hi dỡ ải iệ NiTi xố ại iế dạ g dư y c g chí h g y h x ấ hiệ các íc h NiTi cấ r c i h hể B19’ c e xi r các ế ả h ích h h hầ h củ iệ i h i NiTi xố h ược iế dạ g ới c g hươ g há các i iệ hả ứ g ươ g g ( hiệ ộ g ơ ộ Tp iệ i h i NiTi xố do i á ghi cứ chế ạo o ới các c g r h c g ố c ộ xố ệ ỗ xố