Động học quá trình thiêu kết bột compozit nền thép gió cốt hạt nano cácbit titan

    Độ co ngót mạnh xảy ra trên 1200°C có thể là do quá trình thay đổi mạnh hình dạng và kích thước của lỗ xốp (hình 9).

Hình 9

    Trên ảnh hiển vi quang học (hình 9) thấy rõ sự thay đổi hình dạng, kích thước và số lượng lỗ xốp trong mẫu thiêu kết trong khoảng nhiệt độ (1200-1300) oC.

    Lỗ xốp có kích thước tương đối lớn, hình dạng không đồng đều ở nhiệt độ 1200°C đã mịn dần và khép kín lại khi tăng nhiệt độ lên 1280°C. ở nhiệt độ thiêu kết 1300°C, lượng lỗ xốp còn lại không đáng kể nhưng với kích thước lớn. Cùng với sự giảm số lượng và tăng kích thước của lỗ xốp, quá trình phát triển hạt rất nhanh tạo thành các tinh thể có kích thước lớn.

    Sự tăng mạnh tốc độ co ngót khi nhiệt độ tăng trên 1240°C còn có một nguyên nhân nữa là sự nóng chảy biên hạt, xuất hiện đầu tiên ở một số hạt bột từ nhiệt độ 1220°C và sau đó phát triển trên toàn mẫu ở nhiệt độ (1250-1280) °C (hình 10). Sự nóng chảy biên hạt làm làm giảm độ xốp của mẫu, tăng khả năng hòa tan của TiC tạo thành mạng lưới cacbit bao quanh hạt bột, và tăng cường mối liên kết nền-cốt [8].

Hình 10 và 11

3.3. Năng lượng hoạt hóa quá trình thiêu kết

    Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lnr theo 1/T trên hình 11 cho phép tính năng lượng hoạt hóa của quá trình như nêu trong bảng 3.

Hệ	Q1(800-1000)	Q2(1200-1300)
Thép gió	95	72
Thép gió +3% TiC	109	76
Thép gió +6% TiC	123	86
Thép gió +9% TiC	135	92

    Kết quả cho thấy khi đưa thêm TiC vào thép gió, năng lượng hoạt hóa tăng và tăng theo hàm lượng TiC trong mẫu. Năng lượng hoạt hóa của thép gió trong khoảng nhiệt độ từ (800-1000) °C là 95kJ/mol và tăng đến 135kJ/mol ở mẫu chứa 9% TiC.

    Sự tăng năng lượng hoạt hóa của bột thép gió khi đưa thêm TiC được giải thích bằng sự khuếch tán của các nguyên tử. Trong trường hợp thiêu kết bột thép gió là sự khuếch tán giữa các nguyên tử kim loại trong thép gió, còn trong trường hợp compozit thép gió và TiC là giữa các nguyên tử kim loại – kim loại, kim loại -TiC, TiC- TiC. Khi tăng hàm lượng TiC, bề mặt tiếp xúc giữa biên hạt TiC – kim loại và TiC –TiC tăng. Năng lượng hoạt hóa khuếch tán kim loại nhỏ hơn nên tăng cường khả năng thiêu kết của bột [1,2].

    Nhiệt độ tăng làm năng lượng hoạt hóa giảm. Năng lượng hoạt hóa ở khoảng nhiệt độ thiêu kết (1200-1300) °C là (72-92) kJ/mol.Năng lượng hoạt hóa của hệ với các thành phần TiC khác nhau không khác nhau nhiều cho thấy ảnh hưởng của TiC đến quá trình khuếch tán không nhiều so với khuếch tán nguyên tử của hệ ở nhiệt độ thấp.

4. KẾT LUẬN

    Quá trình thiêu kết compozit TiC nền thép gió chịu ảnh hưởng của các yếu tố như thành phần TiC, nhiệt độ, thời gian thiêu kết. TiC làm giảm tính thiêu kết của bột thép gió ngay cả ở kích thước nano TiC. Sự đưa thêm TiC vào bột thép gió làm tăng nhiệt độ bắt đầu co ngót, làm giảm tốc độ co ngót và làm tăng năng lượng hoạt hóa quá trình thiêu kết. TiC không làm thay đổi đáng kể nhiệt độ biến lỏng nhưng mở rộng cửa sổ thiêu kết của bột thép gió.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

1. V.V. Dabhade, T.R.Rama Mohan, Dilatometric sintering study of titanium-titanium nitride nano/nanocompos- ite powder, Powder metallurgy, vol 50, No1, 2007, p33-38
2. V.V.Dabhade, Sintering behaviour of titanium-titanitride nanocomposite powder, Journal of Alloys and com- pounds, 2008, pp215-221
3. Zhigang Li, Chengchang Jia, Yiuntao He, Kinetic characteristics of liquid phase of mechanically activated W- 15wt%Cu powder, Journal of University of Science and Technology Beijing,Vol 13, 2006, No4, 338
4. D. Lahiri, S.V. Ramana Rao, Study on sintering kinetics and activation of UO2 pellets using three different methods, Journal of nuclear materials, 357, 2006, 88-96.
5. R.S.Nasar, M.Cerqueira, Sintering mechanism of ZrO2.MgO with addition TiO2 và CuO, Ceramics International 30, 2004, 571-577.
6. Randall M.German, Powder metallurgy of iron and steel – Willey Interscience 1998 – Canada
7. Randall M.German, Sintering theory and practice, Willey Interscience, 1998, Canada
8. J.D.Bolton and A.J.Gant, Microstructural development and sintering kinetics in ceramic reinforced high speed steel metal matrix composite, Powder metallurgy, vol 40, No2, 1997, pp143-150,

[/symple_box][symple_clear_floats]