Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM BỘT CHẾ TẠO VẬT LIỆU MA SÁT NỀN BỘT SẮT LÀM MÁ PHANH TÀU VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT APPLICATION OF POWDER METALLURGY TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING FRICTION MATERIALS WITH IRON POWDER FOUNDATION TO MAKE BRAKE PADS OF TRAIN IN RAILWAY TRANSPORTATION PGS TS Hà Minh Hùng (1,a), TS Đoàn Đình Phương (2,b) Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam a haminhhunggs@gmail.com; b phuongdd@ims.vast.ac.vn TÓM TẮT Bài báo giới thiệu số kết nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu hợp kim ma sát sở bột sắt, ứng dụng làm phanh tàu vận tải khoáng sản đường sắt khai trường mỏ tỉnh Quảng Ninh nhằm thay vật liệu gang đúc truyền thống Tính chất lý vật liệu chế thử phụ thuộc vào hàm lượng thành phần phối liệu bột nguyên liệu, chế độ ép tạo hình, thiêu kết biến dạng ép nóng làm sở khoa học để điều chỉnh công nghệ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cần thiết Các tiêu chí đánh giá chất lượng vật liệu hợp kim ma sát luyện kim bột sắt báo gồm: độ xốp, mật độ trung bình, độ cứng tải trọng nhỏ ảnh tổ chức tế vi mẫu trạng thái sau thiêu kết Từ khóa: luyện kim bột (LKB); hợp kim ma sát sở bột sắt (HKMSFe); quy hoạch thực nghiệm (QHTN) ABTRACT This article introduces some experimental research results when manufacturing alloy friction materials on the basic of iron powder foundation, for application of making brake pads of mineral transportation train in mining field of Quang Ninh province, in order to replace cast iron – the traditional materials The mechanical properties of testing materials depend on the concentration of the mixed powder material components, forming mode and sintering in several experimental planning modes, as the scientific basis to adjust the technology in consistent with the necessary technical requirements The main criteria for assessing the quality of the alloy friction materials with the iron powder metallurgy foundation include: The average porosity and corresponding density, small weight hardness and microstructure of the tested sample in the phase after pressing-sintering Key words: iron powder metallurgy; alloy friction materials on the basic of iron powder foundation; experimental planning, experimental planing ĐẶT VẤN ĐỀ Ở nước công nghiệp phát triển giới như: Đức, Pháp, Mỹ, Nhật Bản, Nga, có hệ thống đường sắt vận tải hàng hóa hành khách (kể tuyến đường tàu cao tốc) chiếm tỷ trọng lớn ngành giao thông vận tải Trước đây, má phanh hệ thống phanh toa xe thường chế tạo vật liệu gang chịu mòn cao (gang xám, gang giun vermicular graphit) Má phanh tàu vận tải đường sắt chi tiết làm vật hy sinh quan trọng đôi ma sát khô với bánh xe goòng, làm việc điều kiện nhiệt độ cao áp lực lớn, nên bị mòn nhanh phải thay thường xuyên đảm bảo an toàn chạy tàu Đặc biệt tàu cao tốc sử dụng vật liệu composit kim loại có độ cứng thấp, khả chịu mòn cao có chứa chất bôi trơn rắn, làm việc tốt điều kiện ma sát khô để làm má phanh Hai nhóm vật liệu ma sát chế tạo công 267 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV nghệ luyện kim bột (LKB) sở bột đồng bột sắt có tính vượt trội gang hợp kim chịu nhiệt, chịu mài mòn cao sử dụng phổ biến làm má phanh cho toa tàu khách tàu vận tải đường sắt, tra cứu tài liệu công bố [1] Gần đây, có nhiều nghiên cứu phát triển tính vật liệu ma sát LKB làm việc nhiệt độ cao đến 11000C nhờ đưa vào hỗn hợp bột nguyên liệu với hàm lượng khác thành phần pha trộn Al2O3 [4], [5] SiO2 [3], đồng - thiếc [1], [2], [6], [11] Ở Việt Nam nay, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ LKB để chế tạo chi tiết máy làm việc điều kiện chống ma sát tải trọng cao vật liệu ma sát nhiều nhà khoa học Viện Nghiên cứu Cơ khí thuộc Bộ Công thương [7], [8], [11], Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [9], Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Viện Phát triển Kỹ thuật Công nghệ tiên tiến (IDAT) thuộc Liên hiệp Hội KH&KT Việt Nam [12], triển khai quy mô phòng thí nghiệm có nhiều kết khả quan, tiếp tục nghiên cứu phát triển hướng tới thử nghiệm quy mô pi-lốt Với ý tưởng đưa công nghệ LKB vào số nghiên cứu ứng dụng thực tế phục vụ ngành công nghiệp khai thác mỏ nước ta, báo giới thiệu khái quát vài kết chế thử vật liệu hợp kim ma sát sở bột sắt (HKMSFe) quy mô phòng thí nghiệm nhằm mục đích sử dụng làm má phanh đầu máy tàu vận tải khoáng sản đường sắt thay cho vật liệu gang đúc (Hình 1) ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM Trên sở nghiên cứu tài liệu tham khảo, lựa chọn hệ vật liệu HKMSFe có thành phần gồm: 71%Fe + %Cu + %Cgr + 10 %SiO2 + 7% phụ gia kết dính chất bôi trơn rắn Pb, Sn, Zn,… lại Bột nguyên liệu trước sau nghiền trộn chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định hình thái, đồng hóa bột thành phần Áp dụng công nghệ ép tạo hình thiêu kết môi trường khí bảo vệ để tạo phôi vật liệu HKMSFe Mật độ trung bình tính toán theo lý thuyết vật liệu trạng thái đặc xít (không có lỗ xốp) tương ứng với thành phần hóa học chọn ρt.b= 6,56436g/cm3 Điều kiện quy hoạch thực nghiệm (QHTN) chọn sau: bột nguyên liệu nghiền trộn máy trộn lượng cao thời gian từ 1,5 h đến 2,5 h, sau ép tạo hình mẫu hình trụ máy ép thủy lực 300 T với áp lực ép cho khoảng p = từ 250 ÷ 350 MPa Sử dụng lò thiêu kết có nguồn cấp khí hydro Nhiệt độ thiêu kết giữ đẳng nhiệt thử khoảng Tt.k = 950 ÷ 1050OC thời gian tt.k = 1,5 ÷ 2,5 Hàm mục tiêu đánh giá chất lượng mật độ độ xốp trung bình tương ứng, độ cứng tải trọng nhỏ HV0,02 tổ chức tế vi vật liệu sau thiêu kết Sử dụng phương pháp hiển vi quang học, SEM-EDX để nghiên cứu cấu trúc vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần 1, đồng thời xác định thành phần số tiểu vùng cấu trúc đặc biệt Các trang thiết bị nghiên cứu Phòng thí nghiệm Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) Trung tâm nghiên cứu vật liệu (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội) đạt chuẩn kiểm định chuyên ngành, đáp ứng yêu cầu phối hợp nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến (IDAT) để thực thí nghiệm đề b) a) Hình Ảnh chụp chi tiết guốc phanh (a) sử dụng cho đầu máy tàu vận tải khoáng sản đường sắt khai trường mỏ Quảng Ninh (b) [11] 268 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Bột nguyên liệu đầu vào ép – thiêu kết Hình thái bột nguyên liệu tham gia vào thành phần hỗn hợp nghiền trộn thể qua ảnh SEM kết phân tích XRD sau: Bột đồng hợp kim – Hình 2; Bột graphit – Hình 3; Bột SiO2 – Hình 4; Bột hợp kim nhôm – Hình 5; Bột Fe – Hình Sau nghiền trộn máy nghiền lượng cao, bột nguyên liệu đầu vào cho ép tạo hình mẫu thí nghiệm sau trộn với thời gian 1,5 có hình thái cho Hình Từ cho thấy: bột cấu thành hỗn hợp bột nguyên liệu đầu vào ép tạo hình qua nghiền trộn mịn hạt phân bố đồng Kết X-ray bột nguyên liệu sau nghiền trộn cho thấy có mặt nguyên tố tham gia vào trình nghiền trộn 3.2 Mật độ độ xốp trung bình vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần Mật độ độ xốp trung bình mẫu vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần xác định phương pháp cân thủy tĩnh Kết thực nghiệm Bảng cho thấy lô thí nghiệm số 1, 2, - QHTN mật độ trung bình HKMSFe có giá trị khoảng ρt.b = 3,8067 ÷ 4,7526 g/cm3, độ xốp trung bình tương ứng là: γt.b = 40,0746 ÷ 25,8142% Sau điều chỉnh tăng áp lực ép tạo hình thời gian thiêu kết (mẫu số 14*, 17* 18*) ta thấy mật độ tăng, độ xốp giảm đáng kể Điều dẫn đến tăng tính vật liệu HKMSFe sau ép – thiêu kết VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot HK Cu 1500 1400 1300 d=2.1014 1200 1100 1000 700 600 d=1.8190 d=2.1224 Lin (Cps) 900 800 500 d=1.4933 100 d=1.7500 d=2.8588 300 200 d=2.4722 400 70 60 50 40 30 20 10 2-Theta - Scale File: Hung-Vien NCCK-Bot HK Cu(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/14 10:26:57 06-0657 (D) - Copper Zinc - CuZn - Y: 4.96 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0686 (*) - Lead, syn - Pb - Y: 2.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0658 (D) - Aluminum Copper Magnesium - AlCuMg - Y: 12.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 a) b) Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột hợp kim đồng trước nghiền trộn VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot graphite 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 Lin (Cps) 1200 1100 1000 900 d=1.3807 d=1.3718 d=1.4504 d=1.4251 d=1.5397 d=1.5217 d=1.6764 d=1.6448 d=1.6248 d=1.6017 d=2.1291 d=2.1060 d=2.0529 d=2.2823 d=2.2345 d=2.2002 d=2.5567 d=2.4950 d=2.4557 d=3.192 d=2.9894 d=2.8550 d=2.7829 d=4.981 d=7.181 200 100 d=4.472 d=4.263 d=4.051 d=3.851 d=3.682 d=3.572 500 400 300 d=1.8172 d=1.7909 600 d=1.9950 d=9.958 800 700 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Hung-Vien NCCK-Bot Graphite(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/11/14 15:52:12 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 20.31 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 2.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06 0221 (D) K li it 1Md Al2Si2O5(OH)4 Y 09 % d b 000 WL 54056 a) Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột graphit trước nghiền trộn 269 b) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV d=3.346 VNU-HN-SIEMENSD5005- Maubot SiO2 Lin (Cps) 3000 2000 d=1.3814 d=1.3720 d=1.4170 d=1.5399 d=1.4507 d=1.6049 d=1.6693 d=1.6586 d=1.8161 d=2.1234 d=1.9763 d=2.2805 d=2.2352 d=2.4489 d=4.246 1000 70 60 50 40 30 20 10 2-Theta- Scale a) b) File: Hung-VienNCCK-Bot SiO2(10-9-2014).raw- Type: 2Th/Thlocked- Start: 5.000° - End: 70.010° - Step: 0.030° - Steptime: 1.0s - Temp.: 25.0°C(Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/1411:48:36 33-1161 (D) - Quartz syn- SiO2- Y: 4364%- d xby: 1000 - WL: 154056 Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột SiO2 trước nghiền trộn VNU-HN-SIEMENSD5005 - Mau bot Al2O3 1100 1000 d=2.3348 900 800 Lin (Cps) 700 d=2.0203 600 500 d=1.4295 d=1.4571 d=1.4398 100 d=1.4837 d=1.6568 200 d=2.0606 300 d=2.7903 d=2.9182 400 70 60 50 40 30 20 10 2-Theta - Scale File: Hung-Vien NCCK-Bot Al2O3(10-9-2014).raw- Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C(Room) - Anode: Cu - Creation: 09/12/14 11:11:06 04-0673 (*) - Tin, syn - Sn - Y: 3.56 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0787 (*) - Aluminum, syn [NR] - Al - Y: 13.02 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 a) b) Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột hợp kim nhôm trước nghiền trộn d=2.0261 400 Lin (Cps) 300 d=1.8065 d=2.0849 100 d=1.4314 200 70 60 50 40 30 20 10 2-Theta - Scale File: Hung-Vien NCCK-Bot sat lo nho.raw- Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C(Room) - Anode: Cu - Creation: 11/24/11 11:03:59 06-0696 (*) - Iron, syn - Fe - Y: 17.12 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0836 (*) - Copper, syn - Cu - Y: 3.35 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 a) b) Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột sắt trước nghiền trộn VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau bot Fe+HK Cu+graphite+SiO2 1000 d=3.345 900 800 700 Lin (Cps) 600 500 d=1.3804 d=1.4309 d=1.5399 d=1.4985 d=1.8141 d=1.6755 d=1.9964 d=1.9751 d=2.1222 d=2.1011 d=2.4518 d=2.3813 d=2.3348 d=2.2715 d=2.9136 d=2.8576 d=2.7900 d=4.998 d=4.456 d=4.251 d=9.944 200 100 d=2.0230 400 300 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale a) File: Hung-Vien NCCK-Bot Fe+HKCu+Graphite+SiO2(10-9-2014).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/11/14 15:08:38 06-0657 (D) - Copper Zinc - CuZn - Y: 5.29 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 06-0658 (D) - AluminumCopper Magnesium- AlCuMg - Y: 2.33 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 10.34 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0787 (*) - Aluminum, syn [NR] - Al - Y: 4.04 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 0.74 %- d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình Ảnh SEM (a) kết X-ray (b) bột nguyên liệu sau nghiền trộn 1,5 h 270 b) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kết thí nghiệm QHTN tạo mẫu vật liệu HKMSFe (thiêu kết lần 1) T, C t, Mật độ, ρt.b, Độ xốp, phút g/cm3 γt.b, % STT Mã số P, MPa 000 250 950 90 3,8067 40,0746 - 010 250 1000 90 3,8397 39,5551 - 020 250 1050 90 3,8774 38,9617 - 100 300 950 90 3,9204 38,2847 Ảnh tổ chức tế vi Hình 9a 110 300 1000 90 4,0833 35,7204 - 120 300 1050 90 4,1666 34,4090 Ảnh tổ chức tế vi Hình 9b 200 350 950 90 4,2153 33,6424 - 210 350 1000 90 4,2670 32,8285 Ảnh tổ chức tế vi Hình 9c 220 350 1050 90 4,3125 32,1123 Ảnh tổ chức tế vi Hình 9d 14* 111 300 1000 120 4,3515 31,4983 Ảnh tổ chức tế vi Hình 10a 17* 212 350 1000 150 4,6807 26,3160 Ảnh tổ chức tế vi Hình 10b 18* 222 350 1500 150 4,7526 25,8142 - Ghi Theo số liệu Bảng 1, nhóm tác giả xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ thông số công nghệ (p, MPa), (Tt.k,OC) (tt.k, phút) hàm mục tiêu độ xốp trung bình (γt.b, %), mật độ trung bình tương ứng (ρt.b, g/cm3) cho Hình 8a,b b) a) Hình Sự phụ thuộc độ xốp (a) mật độ (b) vật liệu HKMSFe sau ép – thiêu kết lần vào chế độ ép tạo hình thiêu kết [11] Từ việc phân tích kết thí nghiệm nêu thấy rõ độ xốp vật liệu thiêu kết lần lớn, mật độ thấp, để tăng tính cần tiến hành công đoạn ép nóng lại lần Mức độ biến dạng tổng cộng trình ép nóng cần khảo sát khoảng εΣi = 12,5 ÷ 50% để đạt yêu cầu độ xốp mật độ tương ứng cần thiết sản phẩm guốc phanh luyện kim bột Liên bang Nga [1] 3.3 Độ cứng tế vi vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần Kết đo độ cứng tế vi tải trọng nhỏ (HV0,02) số mẫu vật liệu HKMSFe điển hình tham khảo công trình [8] Ở nêu số thí nghiệm điển hình mẫu nhận Bảng đo với tải trọng P = N, thời gian giữ tải t = 10 s: 271 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV - Mẫu số 4: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng Hình 9a Độ cứng tế vi trung bình nhận đo lớp tiểu vùng cấu trúc khác mảnh ghép HKMSFe có giá trị đạt khoảng HV0,02 = 206 ÷ 314 (tương đương với HRC = 12,4 ÷ 31,5); - Mẫu số 6: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng Hình 9b Độ cứng tế vi trung bình nhận đạt khoảng HV0,02 = 208 ÷ 327 (tương đương HRC = 12,8 ÷ 33,0); - Mẫu số 7: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng Hình 9c Độ cứng tế vi trung bình nhận đạt khoảng HV0,02 = 235 ÷ 367 (tương đương với HRC = 19,2 ÷ 37,0); - Mẫu số 9: Ảnh tổ chức tế vi tương ứng Hình 9d Độ cứng tế vi trung bình nhận đạt khoảng HV0,02 = 235 ÷ 370 (tương đương với HRC = 19,2 ÷ 37,0); Từ có nhận xét: độ cứng tế vi trung bình số mẫu điển hình khảo sát đo tiểu vùng cấu trúc đặc trưng khác có xu hướng tăng dần theo chiều tăng áp lực ép bột tạo hình theo thứ tự mẫu số → mẫu số → mẫu số → mẫu số Hiện tượng giải thích áp lực ép tạo hình tăng, độ xít chặt vật liệu thiêu kết tăng, dẫn đến độ cứng trung bình tăng (xem Hình 9a÷d Hình 10a,b mục 3.4 đây) 3.4 Tổ chức tế vi vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần Trong số thí nghiệm trên, chọn 06 mẫu điển hình để nghiên cứu khảo sát tổ chức tế vi chúng kính hiển vi quang học, kết cho Hình 9a÷d Hình 10a,b Các ảnh chụp tổ chức tế vi vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần cho thấy mẫu thí nghiệm độ cứng tiểu vùng cấu trúc điển hình khác có giá trị khác nhau: tiểu vùng lỗ xốp (màu đen đậm) có hàm lượng tích tụ nhiều graphit nguyên tố hợp kim mềm (màu xám sáng hơn) độ cứng thấp, tiểu vùng cấu trúc pha sắt hợp chất liên kim loại (màu sáng trắng nâu hồng) độ cứng có giá trị cao a) b) c) d) Hình Ảnh tổ chức tế vi mẫu vật liệu HKMSFe (QHTN 1) sau thiêu kết lần 1, x100: a) Mẫu số 4; b) Mẫu số 6; c) Mẫu số 7; d) Mẫu số 272 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV a) b) Hình 10 Ảnh tổ chức tế vi mẫu vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần chế độ hiệu chỉnh công nghệ, x100: a) Mẫu số 14; b) Mẫu số 17 500 400 300 200 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 10 10 µm µm 6.00 TiKsum 600 Counts 001 FeKb 700 TiKesc KKa KKb CrKesc CaKa CaKb TiKa TiKb CrKa CrKb MnKa MnKb FeKa 800 001 AlKsum 900 KLl TiLl TiLa OKa CrLa FeLl MnLa TiLsum CrLsum OKsum MgKa AlKa KKesc SiKa 1000 7.00 8.00 9.00 10.00 keV a) b) Hình 11 Ảnh SEM (a) kết phân tích EDX (b) vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần tiểu vùng cấu trúc 001 - mẫu No7 (34,73%O; 5,15%Al; 28,36%Si; 28,36%Ca; 3,77%Mn; 15,5%Fe) 1000 003 FeKa FeKb CuKb 200 CuKa 300 CrKa CrKb 400 CrKesc 500 CaKb Counts 600 CaKa 700 AlKsum 800 003 CKa CrLa FeLa FeLl CuLl CuLa CrLsum AlKa SiKa CuLsum 900 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 10 10 µm µm 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV a) b) Hình 12 Ảnh SEM (a) kết phân tích EDX (b) vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần tiểu vùng cấu trúc 003 - mẫu No7 (4,87%C; 7,25%Cu; 86,95%Fe) TiKsum 200 FeKb 300 MnKa MnKb FeKa 400 KKb CaKb TiKa TiKb 500 TiKesc KKa TiLa 005 KLl TiLl Counts 600 AlKsum 800 700 CaKa 005 900 OKaFeLa MnLa FeLl TiLsum OKsum NaKa MgKa AlKa KKesc SiKa NaKsum 1000 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 30 30 µm µm 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV a) b) Hình 13 Ảnh SEM (a) kết phân tích EDX (b) vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần tiểu vùng cấu trúc 005 - mẫu No7 (45,23%O; 9,58%Al; 28,91%Si; 7,22%Ca; 2,28%Ti; 2,17%Mn; 0,94%Fe) 273 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 1000 005 300 200 CuKa 400 CuLsum 500 CKa CuLl CuLa Counts 600 CuKb 700 FeKb FeLa FeLl 800 005 FeKa 900 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 20 20 µm µm 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV a) b) Hình 14 Ảnh SEM (a) kết phân tích EDX (b) vật liệu HKMSFe sau thiêu kết lần tiểu vùng cấu trúc 005 (mẫu No9: 4,0%C; 5,61%Cu; 90,4%Fe) 3.5 Phân tích tiểu vùng cấu trúc đặc trưng vật liệu HKMSFe phương pháp SEM-EDX Ngoài tiêu chí đánh giá chất lượng vật liệu HKMSFe phương pháp hiển vi quang học nói trên, kết phân tích SEM-EDX số tiểu vùng cấu trúc đặc trưng vị trí khảo sát cục vật liệu HKMSFe (Hình 11 ÷ 14) cho ta thấy thành phần vật liệu đóng vai trò định đến độ cứng tải trọng nhỏ nhận tương ứng Từ kết khảo sát cấu trúc tế vi vật liệu HKMSFe phương pháp hiển vi quang học, việc phân tích SEM-EDX tiểu vùng đặc trưng cần thiết thực Trung tâm COMFA – Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) Kết thí nghiệm cho Hình 11 ÷ 14 góp phần giải thích khác độ cứng tế vi nhận mẫu khảo sát [11] - Phân tích kết nhận Hình 11 cho thấy: thành phần vật liệu HKMSFe mẫu số tiểu vùng cấu trúc 001 có hàm lượng nguyên tử ô-xy lớn (34,73 % O), tiếp canxy (28,36 % Ca) silic (28,36 % Si), sắt có 15,5 % Fe, đến nhôm (5,15% Al) măng-gan (3,77 % Mn) Đối với hợp chất độ cứng đạt giá trị thấp; - Từ Hình 12 thấy rõ: thành phần vật liệu HKMSFe mẫu số 7, tiểu vùng cấu trúc 003 có hàm lượng nguyên tố cacbon không lớn (4,87 %C), tiếp đồng (7,25 % Cu), sắt chiếm tỷ trọng lớn (86,95 % Fe) Ở không phát thấy nguyên tố ôxy tạp chất khác, điều đảm bảo độ cứng vật liệu đạt giá trị cao; - Đối với tiểu vùng cấu trúc 005 mẫu số (Hình 13): thành phần vật liệu HKMSFe có hàm lượng nguyên tử ô-xy lớn (45,23 % O), sau silic (28,91 % Si), tiếp đến nhôm (9,58% Al) can xy (7,22 % Ca), đến titan (2,28 % Ti) măng-gan (2,17 % Mn), sắt có 0,94 % Độ cứng vật liệu thấp tương tự tiểu vùng 001 xét Hình 11 đây; - Kết phân tích Hình 14: thành phần vật liệu HKMSFe tiểu vùng cấu trúc 003 có hàm lượng nguyên tố cacbon không lớn (4,0 % C), tiếp đồng (5,61 % Cu), sắt chiếm tỷ trọng lớn (90,4 % Fe) Ở giống tiểu vùng 003 (mẫu No.7) không phát thấy nguyên tố ô-xy tạp chất khác, điều đảm bảo độ cứng vật liệu đạt giá trị cao; - Các tiểu vùng cấu trúc đặc trưng vật liệu HKMSFe liên kim hợp chất nguyên tố phát với khối lượng tương ứng phương pháp phân tích SEM-EDX KẾT LUẬN Đã thực nghiệm chế tạo thành công vật liệu hợp kim ma sát luyện kim bột sở bột sắt với hàm lượng 71% Fe pha trộn với nguyên tố Sn, Pb, Cgr, SiO2 phụ gia khác (% khối lượng), phụ gia kết dính lại điều kiện trang thiết luyện kim bột có Việt Nam quy mô phòng thí nghiệm; 274 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Tổng hợp tiêu chí giám định thành phần hóa học bột nguyên liệu đầu vào ép thiêu kết, tính chất – lý tổ chức vật liệu sau thiêu kết lần cho thấy HKMSFe chế thử Việt Nam có đặc tính kỹ thuật tương đối tốt; Kiến nghị cần đầu tư cho nghiên cứu phát triển mức cao vấn đề cách có hệ thống, đặc biệt việc xác định khả chịu mài mòn điều kiện ma sát khô môi trường không khí nhiệt ẩm mô điều kiện làm việc thực tế hệ thống phanh đầu máy tàu vận tải khoáng sản đường sắt Từ làm sở khoa học cho việc làm chủ công nghệ quy mô sản xuất thử nghiệm điều kiện Việt Nam với mục tiêu hình thành doanh nghiệp KHCN vệ tinh Công nghiệp hỗ trợ Cơ khí chế tạo Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Федорченко И.М и другие, Свойства порошков, металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов, Киев, Издат-вo: Наукова думка, 1978, 183 c.; [2] J M Tura, A Traveria, M D de Castellarm, J Pujadas, J Blouet, R Gras, H.G Magham P.Belair, T Hanau, A Romero, Frictionanl properties and wear of molybdenum coating and a bronze (Cu – 10%Sn) with friction modifier fillers, Elsevier Science S.A., 1995; [3] Xiang Xiong, Jie Chen, Pinping Yao, Shipeng Li, Baiyun Huang, Friction and behaviors and mechanisms of Fe and SiO2 in Cu-based P/M friction materials, 2006, From www.sciencedirect.com; [4] Mustafa Boz, Adem Kurt, The effect of Al2O3 on the friction perfomence of automotive brake friction materialsi, 2007, From www.slsevier.com.locate.triboint; [5] A Shrestha, R Asthana, T K Laksonen, and M Singh, Synthesis and Characterization of Air-Sintered Al2O3-Bronze Composites, 2009, From www.sciencedirect.com; [6] Bekir Unlu, Enver Atik, Evaluation of effect of alloy elements copper based CuSn10 and CuSn30 bearings on tribological and mechanical properties, Journal of Alloys and Compounds, 2009, From www.elsevier.com/locate/jallcom; [7] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo bánh máy công cụ (m = 2, Z = 28), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số KHCN05.06 (Chuyên đề KHCN05.06-03), Viện Nghiên cứu Cơ khí, 2000, Hà Nội, 120 trang; [8] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo tay biên xe máy HONDA -C100/110 (Phần 2: HD-GF6), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số KHCN05.06 (Chuyên đề KHCN05.06-05), Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2000, 246 trang; [9] Trần Quốc Lập, Phạm Thảo, Vũ Lai Hoàng, Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu ma sát sở sắt – mác ФMK-11, Hội thảo khoa học toàn quốc Công nghệ vật liệu bề mặt – Thái Nguyên - 2008, Tạp chí KH&CN Đại học Thái Nguyên, số 4(48), trang 68-72; [10] Hà Minh Hùng, Vũ Thanh Sơn, Nghiên cứu vật liệu hợp kim bột ma sát sở sắt ứng dụng chế tạo khí, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 3, T3/2014, 2014, trang 115-122; [11] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phối hợp luyện kim bột xử lý bề mặt để chế tạo vật liệu hợp kim ma sát bột sắt làm guốc phanh tàu vận tải khoáng sản đường sắt, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ Công Thương mã số 106.14RD/HĐ-KHCN, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 2014; [12] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu tổng quan xây dựng Thuyết minh đề tài khảo sát số loại bạc trượt bimetal, trimetal thép – hợp kim đồng chịu mòn để lựa chọn công nghệ phù hợp Việt Nam dùng cho động đến 250 mã lực, Báo cáo chuyên đề thuộc đề tài NCKH cấp Liên hiệp Hội Việt Nam mã số 61/LHHVN, Viện Phát triển Kỹ thuật, Công nghệ tiên tiến (IDAT), Hà Nội, 2014 275 ... cứu vật liệu hợp kim bột ma sát sở sắt ứng dụng chế tạo khí, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 3, T3/2014, 2014, trang 115-122; [11] Hà Minh Hùng, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phối hợp luyện kim bột. .. hợp luyện kim bột xử lý bề mặt để chế tạo vật liệu hợp kim ma sát bột sắt làm guốc phanh tàu vận tải khoáng sản đường sắt, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ Công Thương mã số 106.14RD/HĐ-KHCN,... trưng vật liệu HKMSFe liên kim hợp chất nguyên tố phát với khối lượng tương ứng phương pháp phân tích SEM-EDX KẾT LUẬN Đã thực nghiệm chế tạo thành công vật liệu hợp kim ma sát luyện kim bột sở bột