i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung bản luận án này là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và
kết quả là trung thực chưa từng được công bố ở công trình nào hoặc cơ sở nào khác dưới dạng
luận án.


ii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả uận án xin ch n thành cảm ơn các Th y giáo, ô giáo ộ môn
iệu và

án kim oại, Viện

hoa h c và

ơ h c vật

thuật vật iệu, Viện Đào tạo Sau Đại h c,

Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nội và các đ ng nghiệp đ tạo m i đi u kiện thuận ợi,
đóng góp những ý kiến qu

áu cho tác giả trong suốt quá trình h c tập và hoàn thành uận

án
Để có được kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tác giả
xin t



................................................................................................................... i
........................................................................................................................ ii

............................................................................................................................ iii
UV

V T T T.......................................................... vii

1. ác từ viết tắt ......................................................................................................... vii
ác k hiệu............................................................................................................. vii
NG BIỂU......................................................................................... ix
,Đ T

............................................................................ x

Đ U ............................................................................................................................... 1
do ựa ch n đ tài ................................................................................................ 1
c đ ch của đ tài .................................................................................................. 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2
hương pháp nghiên cứu.......................................................................................... 2
ngh a khoa h c và thực ti n của đ tài ................................................................. 2
hững kết quả đạt được và điểm mới của đ tài ...................................................... 3
ố c c của uận án .................................................................................................. 3
T
T

U

V T


truy n ..................................................................................................................... 14


iv
hế tạo vật iệu iTi xốp

ng phương pháp thiêu kết xung plasma ......... 15

hế tạo vật iệu iTi xốp

ng phương pháp p nóng đẳng t nh................ 15

ựa ch n phương pháp và đ xu t sơ đ công nghệ chế tạo vật iệu

iTi

xốp với đi u kiện th nghiệm Việt am ................................................................ 17
ết uận chương ............................................................................................... 18
S

T UY T

V

T

V T

US UĐ

a k ch hoạt phản ứng ........................................... 50

uá tr nh hoạt hóa cơ h c hỗn hợp ột an đ u .................................. 52
ết uận chương ............................................................................................... 53
V T

T

U ........................................ 55

hương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 55
hương pháp xác đ nh thành ph n pha của vật liệu .................................... 55
hương pháp xác đ nh độ xốp vật iệu đóng ánh và độ xốp sản ph m nhận
được sau phản ứng SHS ........................................................................................ 56


v
hương pháp xác đ nh sự thay đ i hình thái hạt bột trước và sau quá tr nh
hoạt hóa cơ h c, sự phân bố lỗ xốp và c u trúc lỗ xốp ......................................... 57
hương pháp xác đ nh các tính ch t cơ h c của vật liệu NiTi xốp nhận được
sau phản ứng S S và sau x

nhiệt .................................................................... 57

hương pháp so sánh đối chứng .................................................................. 59
hương pháp ph n t ch nhiệt ượng kế vi sai .............................................. 60
Thiết

chế tạo vật iệu ....................................................................................... 60


4.2. Phản ứng SHS ..................................................................................................... 71
Trường hợp các m u hỗn hợp ột ch được trộn đ ng đ u hoạt hóa cơ h c
với thời gian tMA < 1,5h ......................................................................................... 71
4.2.1.1. Hiện tượng ........................................................................................... 71
4.2.1.2. Kết quả phân tích thành ph n pha........................................................ 73
Trường hợp các m u hỗn hợp bột an đ u được hoạt hóa cơ h c trong thời
gian tMA  1,5h) ..................................................................................................... 78
4.2.2.1. Hiện tượng ........................................................................................... 78
4.2.2.2. Kết quả phân tích thành ph n pha........................................................ 80
Độ xốp, hình thái lỗ xốp sản ph m vật iệu iTi sau phản ứng SHS.......... 83
4.2.3.1. Mặt cắt, mặt g y của sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương

pháp SHS .......................................................................................................... 83
Độ xốp vật iệu iTi xốp chế tạo

ng phương pháp S S ................. 87

ết uận chương ............................................................................................... 91


vi
Đ
T

T



ng phương pháp S S

nhiệt .............................................................................................. 97

Đánh giá khả n ng siêu đàn h i của vật liệu NiTi xốp chế tạo b ng phương pháp
SHS – MA ................................................................................................................ 101
5.2.1. Kết quả ph n t ch thành ph n pha ............................................................. 101
ết quả ph n t ch nhiệt ượng kế vi sai ..................................................... 104
So sánh kết quả đạt được với các kết quả đ công ố trên thế giới .................. 109
ác kết quả so sánh v độ xốp, k ch thước ỗ xốp .................................... 109
So sánh v các t nh ch t cơ h c ................................................................. 112
ng d ng chế th m u phôi miếng đệm đốt ưng nh n tạo từ vật iệu
chế tạo

iTi xốp

ng phương pháp S S – MA ..................................................................... 116

5.4.1. Miếng đệm đốt sống nh n tạo và các yêu c u ........................................... 116
hế th m u phôi miếng đệm đốt sống nh n tạo ...................................... 119
ết uận chương ............................................................................................. 122
K T LU N ....................................................................................................................... 124
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 126
T

Đ

B


VS:

SMAs: Vật iệu nhớ h nh Shape Memory Alloys)
Đông đặc nhanh

RS:

apid So idification)

p nóng đẳng t nh d ng khuôn ao (Hot Isostatic Pressing)

HIP:

CF-HIP: p nóng đẳng t nh không khuôn bao (Capsule Free-Hot Isostatic Pressing)
CS:

Thiêu kết thông thường Conventional Sintering)

SPS:

Thiêu kết xung p asma Spark Plasma Sintering)
actenxit g y nên ởi ứng su t (Stress-Induced Mactenxit)

SIM:

hản ứng ở trạng thái rắn Solid State Reaction)

SSR:

Đ c án

h n t ch nhiệt ượng kế vi sai (Differential Scanning Calorimetry)

Đ

ectron

: Đại h c Bách Khoa

PTN:

Phòng thí nghiệm

2. C
A:

Pha Austenit

M:

Pha Mactenxit

B2:
9’:

iểu mạng ập phương
iểu mạng đơn nghiêng một nghiêng)

Mt :

Song tinh Mactenxit


s:

ng su t ắt đ u iến dạng song tinh

f:

ng su t kết th c iến dạng song tinh

M s :

hiệt độ ắt đ u chuyển iến

actenxit khi có tải tr ng tác d ng)

M f :

hiệt độ kết th c chuyển iến

actenxit khi có tải tr ng tác d ng)

A s :

hiệt độ ắt đ u chuyển iến ustenit khi có tải tr ng tác d ng)

A f :

hiệt độ kết th c chuyển iến ustenit khi có tải tr ng tác d ng)

Ms:


T0:

hiệt độ môi trường

Tp:

hiệt độ nung sơ ộ

Tad:

hiệt độ đoạn nhiệt

a k ch hoạt phản ứng

k:

Độ d n nhiệt

keff:

Độ d n nhiệt hiệu d ng

Cp :

hiệt dung riêng

:

T tr ng


:

Độ xốp

chảy

ng


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
B ng 1.1. Một số tính ch t cơ h c cơ ản của vật iệu siêu đàn h i iTi đặc. ..................... 7
B ng 1.2. ơ t nh và khả n ng ph c h i iến dạng của vật iệu iTi có độ xốp 8÷60% ..... 8
B ng 2.1. Một vài hợp ch t điển h nh được chế tạo

ng phương pháp S S. ................... 33

B ng 3.1. T nh n ng k thuật của kính hiển vi điện t quét Hitachi S-4800 ...................... 58
B ng 4.1. Chế độ hoạt hóa cơ h c hỗn hợp bột i-Ti an đ u ........................................... 68
ết quả so sánh độ xốp sản ph m vật iệu siêu đàn h i

iTi xốp do đ tài uận

án thực hiện với các công ố trước đ y s d ng phương pháp S S) ............................. 109
So sánh sự khác nhau giữa các phương pháp chế tạo vật iệu iTi xốp .......... 111
ch thước các miếng đệm

x có mặt phẳng song song.............................. 118

iTi xốp

ng phương pháp thiêu kết xung

plasma .................................................................................................................................. 16
Sơ đ quá tr nh chế tạo vật iệu

iTi xốp

ng phương pháp p nóng đẳng t nh

............................................................................................................................................. 17
Hình 1.9. Đ xu t sơ đ công nghệ chế tạo vật iệu
S S–

iTi xốp b ng phương pháp kết hợp

trong đi u kiện th nghiệm Việt am ................................................................ 17
.1. Đường cong ứng su t – biến dạng của vật liệu siêu đàn h i............................... 19
ha

iTi c u tr c

ustenit

và pha

iTi c u tr c

actenxit

ác đường cong ứng su t – iến dạng n n) của vật iệu siêu đàn h i
chế tạo

ng a phương pháp khác nhau các m u th n n hóa già ở nhiệt độ

iTi xốp
 trong

, h sau àm nguội trong nước đá). ..................................................................................... 29
Đường cong ứng su t – iến dạng n n) của vật iệu siêu đàn h i
tạo

ng phương pháp

-

iTi xốp chế

và phương pháp S với các độ xốp khác nhau các m u hóa

 trong , h r i àm nguội trong nước đá). .......................................... 30

già ở nhiệt độ

nh hưởng của x

nhiệt đến nhiệt độ chuyển pha của vật iệu siêu đàn h i

NiTi...................................................................................................................................... 31
nh hưởng của x


iệu iTi nhận được sau phản ứng S S .............................................................................. 43
iản đ nhi u xạ ơn-ghen m u vật iệu iTi chế tạo

ng phương pháp S S.

............................................................................................................................................. 44
nh hưởng của t tr ng đóng ánh và nhiệt độ nung sơ ộ đến t tr ng của sản
ph m vật iệu iTi nhận được sau phản ứng S S T

: t tr ng

thuyết). ................... 46

nh hưởng của t tr ng đóng ánh và nhiệt độ nung sơ ộ đến tốc độ an
truy n sóng cháy khi chế tạo vật iệu iTi

ng phương pháp S S. .................................. 46

nh hưởng của t tr ng đóng ánh đến nhiệt độ cháy của khối p ở nhiệt độ
nung sơ ộ Tp = 200 khi chế tạo vật iệu iTi

ng phương pháp SHS. ........................ 47

nh hưởng của t tr ng đóng ánh đến nhiệt độ m i
SHS khi chế tạo vật liệu compoz t
Hình 2.27.

g–Al2O3. ................................................................... 47



áy ph n t ch nhi u xạ ơn-ghen D5000 – SIEMENS. .................................... 55

Hình 3.2. Kính hiển vi điện t qu t ph n xạ trường Hitachi S-4800.................................. 57
Hình 3.3.

áy

TS 8 9

d ng để xác đ nh các tính ch t cơ h c cơ ản của vật liệu iTi

xốp ...................................................................................................................................... 59
Thiết

ph n t ch nhiệt ượng kế vi sai S

n điện t Scientech với độ ch nh xác

–4

ett er To edo............................. 60
g. ................................................... 61

Hình 3.6.

áy trộn tang trống do nhóm nghiên cứu thiết kế chế tạo. ................................ 61

Hình 3.7.



Ni-Ti ch được trộn hoặc hoạt hóa cơ h c trong thời gian tMA = 0÷1,5h) ........................... 72
Hình 4.6. M u phản ứng S S ở nhiệt độ nung sơ ộ Tp = 600C (hỗn hợp bột kim oại iTi an đ u không được hoạt hóa cơ h c). ........................................................................... 72


xiii
Hình 4.7.

nh SEM mặt cắt vật iệu

iTi chế tạo

ng phương pháp phản ứng S S ở

nhiệt độ nung sơ ộ Tp = 600C (hỗn hợp bột Ni-Ti an đ u không được hoạt hóa cơ h c).
............................................................................................................................................. 73
Hình 4.8.

iản đ nhi u xạ

ơn-ghen m u th nghiệm sau khi m i l a ở nhiệt độ Tp =

550C (bột ch được trộn) .................................................................................................... 74
Hình 4.9.

iản đ nhi u xạ

ơn-ghen m u th nghiệm sau khi m i l a ở nhiệt độ Tp =

550C (bột được hoạt hóa cơ h c , h) ............................................................................... 75

Hình 4.16. iản đ nhi u xạ ơn-ghen vật iệu iTi xốp chế tạo

ng phương pháp S S ở

nhiệt độ nung sơ ộ Tp = (250 ÷ 600)C (hỗn hợp bột Ni-Ti được hoạt hóa cơ h c tMA 
1,5h). .................................................................................................................................... 81
Hình 4.17.

iản đ nhi u xạ

ơn-ghen vật iệu

iTi xốp tự phản ứng khi chế tạo

ng

phương pháp S S ở nhiệt độ nung sơ ộ Tp = 500C (hỗn hợp bột Ni-Ti được hoạt hóa cơ
h c tMA  1,5h). ................................................................................................................... 82
Hình 4.18. Mặt cắt và mặt g y sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương pháp

SHS–MA. ............................................................................................................................ 83
Hình 4.19. Mặt cắt (d c và ngang) sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương pháp

nh SEM mặt g y d c sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương pháp

SHS – MA ở nhiệt độ nung sơ bộ Tp = 300C. ................................................................... 87
Hình 4.24.

nh SEM mặt g y d c sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương pháp

SHS – MA ở nhiệt độ nung sơ ộ Tp = 400C. ................................................................... 87
Hình 4.25.

nh SEM mặt g y ngang sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

ng phương

pháp SHS – MA ở nhiệt độ nung sơ ộ Tp = 250C. .......................................................... 87
Hình 4.26.

nh SEM mặt g y ngang sản ph m vật iệu

iTi xốp chế tạo

iTi độ xốp

chưa x

nhiệt) ................................................................................................................................... 94
Hình 5.3. Đường cong ứng su t – biến dạng m u vật iệu

iTi độ xốp

chưa x

nhiệt) ................................................................................................................................... 95
Hình 5.4. Đường cong ứng su t – biến dạng m u vật iệu

iTi độ xốp

chưa x

nhiệt) ................................................................................................................................... 95
nh ch p các m u vật iệu iTi xốp sau khi th n n chưa x
6.

nh S

mặt g y m u vật iệu

iTi xốp sau khi n n

nhiệt) .......... 96


x lý nhiệt ở nhiệt độ Tn = 500C, thời gian x lý tn = 4h khi nén phá hủy m u. ............. 100
Hình 5.12. Đường cong ứng su t – biến dạng m u vật iệu

iTi độ xốp 50% sau quá trình

x lý nhiệt ở nhiệt độ Tn = 500C, thời gian x lý tn = 4,5h khi nén phá hủy m u. .......... 100
nh ch p các m u vật iệu siêu đàn h i

3.

iTi xốp được x

nhiệt sau khi th

n n .................................................................................................................................... 101
Hình 5.14. Chuyển biến thuận từ Austenit  Mactenxit của vật liệu siêu đàn h i n n iTi.
........................................................................................................................................... 102
iản đ nhi u xạ

Hình 5.15.

ơn-ghen sản ph m vật iệu

iTi xốp sau khi biến dạng

3,5%. .................................................................................................................................. 103
iản đ nhi u xạ ơn-ghen sản ph m vật iệu

Hình 5.16.


Hình 5.21. Đường cong ứng su t – biến dạng m u vật iệu iTi độ xốp 50% (sau quá trình
x lý nhiệt ở nhiệt độ Tn = 450C, thời gian tn = 4,0h) sau khi x

kết quả .................. 108

Hình 5.22. Đường cong ứng su t – biến dạng m u vật iệu iTi độ xốp 55% (sau quá trình
x lý nhiệt ở nhiệt độ Tn = 500C, thời gian x lý tn = 4h) khi nén phá hủy m u sau khi x
kết quả .......................................................................................................................... 108
So sánh ảnh S

t chức xốp của vật iệu iTi do đ tài uận án thực hiện với

các công tr nh đ công ố c ng chế tạo

ng phương pháp phản ứng SHS). .................. 110

So sánh đường cong ứng su t – iến dạng của m u vật iệu siêu đàn h i
xốp do đ tài uận án thực hiện với các công tr nh đ công ố

iTi

iến dạng ở nhiệt độ môi

trường) .............................................................................................................................. 113
So sánh đường cong ứng su t – iến dạng của m u vật iệu
thực hiện với các công tr nh đ công ố khi n n phá hủy m u

iTi xốp do đ tài

iến dạng ở nhiệt độ môi


ng phương pháp S S-

MA:.................................................................................................................................... 120
ch thước các m u miếng đệm đốt sống nh n tạo. ....................................... 120
nh dạng phôi m u miếng đệm đốt sống nh n tạo sau khi cắt trên máy cắt d y
........................................................................................................................................... 121
nh dạng phôi m u miếng đệm đốt sống nh n tạo do đ tài uận án chế tạo th
nghiệm sau khi gia công tinh ch nh .................................................................................. 122


1

MỞ ĐẦU
L
Hiện nay trên thế giới, vật iệu NiTi (còn được g i ph biến với tên Nitinol) với các
tính ch t siêu đàn h i hay giả đàn h i) và hiệu ứng nhớ hình đ thu h t được r t nhi u
nghiên cứu và các nh vực ứng d ng khác nhau. Chúng g m hai hệ vật iệu: NiTi đặc và
NiTi xốp.
Vật iệu

iTi đặc, do đặc tính r t m m dẻo nên ch ng thường được ứng d ng dưới

dạng vật liệu y sinh trong nh vực ph u thuật tim mạch như: các thiết b bít van tâm th t,
van t m nh [43,69,52], l c Simon để l c các c c máu đông trong động mạch [43], các
stent tự giãn nở trong các mạch máu khi b co cắt hoặc b phình [52], …; trong nh vực
ch nh h nh như: các thiết b ch nh r ng [29], các thiết b nội soi
phân loại van tim nhân tạo [52]…
iệu


Đó chính là một trong những lý do tác giả ựa ch n đ tài Nghiên cứu chế tạo vật
liệu siêu đàn hồi hệ NiTi trong đi u kiện thí nghiệm Việt

am Sự thành công của đ tài

uận án sẽ à khởi đ u trong việc chế tạo vật liệu y sinh, thay thế các vật iệu nhập ngoại.

M
-

ghiên cứu chế tạo vật iệu siêu đàn h i NiTi xốp b ng phương pháp phản ứng

nhiệt độ cao tự lan truy n (SHS) kết hợp với hoạt hóa cơ h c

).

- Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nung sơ ộ và thời gian hoạt hóa cơ
h c đến khả n ng phản ứng và độ xốp của hệ vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp chế tạo b ng
phương pháp S S – MA.
- Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của x lý nhiệt đến các tính ch t cơ h c vật liệu
siêu đàn h i NiTi xốp chế tạo b ng phương pháp S S – MA.

Đ
Vật liệu siêu đàn h i NiTi xốp với m c đ ch ứng d ng làm vật liệu y sinh (miếng
đệm đốt sống nh n tạo): công nghệ chế tạo và các tính ch t cơ h c.

P
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các vật liệu siêu đàn h i.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các công nghệ chế tạo vật liệu NiTi xốp.
- Kết hợp nghiên cứu

n đ u tiên ở Việt

am đ chế tạo được

i và ột Ti độ tinh khiết 99,9 ) và àm r ảnh

mặt ột nguyên iệu đến khả n ng xảy ra phản ứng tự an

truy n và ch t ượng sản ph m vật iệu nhận được Từ đó xác đ nh được các thông số công
nghệ ch nh ph hợp với các thiết

nghiên cứu hiện có

- uận án đ đ xu t được công nghệ chế tạo vật iệu siêu đàn h i
ỗ xốp hở cao

ng phương pháp S S –

từ ột

iTi xốp có t

ệ

i và ột Ti độ tinh khiết 99,9 ) để


3
s d ng chế tạo các miếng đệm đốt sống nh n tạo, àm ti n đ cho các nghiên cứu phát
triển tiếp theo ở Việt am v


ng phương pháp S S – MA. Đánh giá được ảnh hưởng

của các thông số công nghệ đến quá tr nh SHS – MA và các t nh ch t cơ ản của vật iệu
siêu đàn h i iTi xốp, từ đó đ đưa ra chế độ công nghệ chế tạo ph hợp
ng d ng các kết quả nghiên cứu đ

-

ước đ u chế tạo th nghiệm hai dạng phôi

m u miếng đệm đốt sống nh n tạo m hiệu

- 9

và PLB004-0911).

B
Luận án g m 1 ph n mở đ u, 5 chương, kết uận, tài iệu tham khảo, danh m c các
công tr nh khoa h c đ công ố, ph
C

c được ố c c như sau:

ơ

C C

C
C

C

Kết luận
Tài liệu tham kh o
Danh mụ
ụ ụ

ô

tr

ã ô

bố

ậ


4

CHƯƠNG

TỔNG QUAN VẬT LIỆU SIÊU ĐÀN HỒI NiTi
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

1.1. G
Siêu đàn h i, hay c n được g i là giả đàn h i, là biến dạng đàn h i dưới tác d ng của
ứng su t, được gây nên bởi quá trình chuyển biến pha Austenit  pha Mactenxit của mạng
tinh thể ở một nhiệt độ xác đ nh nhưng không có hiệu ứng khuếch tán. Hiện tượng này
được thể hiện rõ trong các vật liệu nhớ hình. Thay vì kéo giãn các liên kết hoặc thêm vào

Với vật liệu siêu đàn h i n n đ ng Cu–Zn k ch thước hạt r t lớn, khả n ng ph c h i
iến dạng có thể đạt trên

Tuy nhiên, đa tinh thể vật liệu n n đ ng thường giòn và là


5
nguyên nhân d n đến phá hủy giữa các hạt bởi mức độ sắp xếp cao trong pha  gốc với c u
trúc B2, D03 hoặc L21 và t lệ đàn h i d hướng cao trong pha 
vật liệu siêu đàn h i n n đ ng với các hạt thô đại là r t th p

o đó, độ b n m i của

h các đa tinh thể vật liệu

siêu đàn h i n n đ ng với khả n ng h i ph c biến dạng giới hạn dưới 2% có thể được ứng
d ng trong thực tế [76].
Trong số các vật liệu siêu đàn h i n n đ ng, hợp kim Cu–Al–Ni (chứa từ 11 ÷
14,5%Al, 3 ÷ 5%Ni, tính theo tr ng ượng) và Cu–Zn–Al (chứa từ 15 ÷ 30%Zn, 3 ÷ 7%Al,
tính theo tr ng ượng) được s d ng nhi u nh t và đ có các sản ph m thương mại. Hợp
kim Cu–Al– i có độ n đ nh nhiệt tốt nh t, cho phép s d ng ở nhiệt độ cao, phạm vi
nhiệt độ chuyển biến pha Mactenxit  Austenit rộng từ –

đến +200C [56]. Hợp kim

Cu–Zn–Al có phạm vi nhiệt độ chuyển biến pha từ – 8 đến +200C [22].
ác phương pháp chủ yếu chế tạo vật liệu siêu đàn h i n n đ ng là: n u chảy, làm
nguội nhanh (RS) [45,66], hợp kim hóa cơ h c
hợp giữa hai phương pháp


n n đ ng, các ứng d ng của vật liệu n n sắt b giới hạn do khối ượng riêng lớn. Nhiệt độ
chuyển biến pha của ch ng tương đối cao (120 ÷ 200)°

ho đến nay, vật liệu siêu đàn

h i n n sắt được s d ng ph biến hơn cả là Fe–Mn–Si, thành ph n (28 ÷ 34)%Mn, (4 ÷
6,5)%Si tính theo tr ng ượng. Ngoài ba nguyên tố chính này, còn có thể

sung thêm các

nguyên tố khác để cải thiện một số tính ch t của chúng (ví d như Cr, Ni,...). Việc

sung

nguyên tố Cr nh m m c đ ch cải thiện độ b n mòn. Tuy nhiên, nhiệt độ chuyển biến pha


6
Ms giảm khi hàm ượng Cr t ng và d n đến sự tạo thành

. Ni sẽ hạn chế sự hình thành

và do đó cải thiện tính siêu đàn h i của vật liệu này [49]. Vật liệu siêu đàn h i n n sắt
ngày nay đang được ứng d ng trong một số nh vực nh t đ nh, chủ yếu trong nh vực kết
c u xây dựng dân d ng. Chúng có thể d ng để chế tạo các thiết b hỗ trợ trong các kết c u
k thuật xây dựng phòng chống động đ t cho các nhà cao t ng với nguyên lý làm việc như
trên hình 1.1; ứng d ng để h i ph c lại các vùng b g y trong kết c u c u đường cao tốc;
ứng d ng trong kết c u bê tông cốt thép dự ứng lực [46],…
ác phương pháp chủ yếu để chế tạo vật liệu siêu đàn h i hệ n n sắt g m: n u chảy,
hợp kim hóa cơ h c (MA), thiêu kết thông thường (CS), …

) khi chế tạo các van cánh ướm ph c v chương tr nh nghiên cứu

không gian của NASA những n m 9

–1963 [30]. ể từ đó, hệ vật liệu này đ thu h t r t

nhi u sự quan tâm và đến nay NiTi đ trở thành vật liệu siêu đàn h i ph biến nh t, cả
trong nghiên cứu c ng như các ứng d ng thực ti n. Vật liệu siêu đàn h i

iTi có khả n ng

ph c h i iến dạng tốt (ở mức độ biến dạng đến 8% v n có thể ph c h i v hình dạng ban
đ u khi d tải), độ b n m i c ng như b n mòn r t cao, tương th ch sinh h c tốt với cơ thể
người

ơn nữa, vật iệu này nhẹ hơn nhi u so với vật liệu siêu đàn h i n n đ ng và n n

sắt. Nhiệt độ chuyển biến pha tương đối th p và dao động trong phạm vi tương đối hẹp, từ
– 100 đến + 100C.


7
nh

à giản đ trạng thái hệ vật iệu

nh t để t n tại pha
630

iTi c n

ô đun đàn h i, GPa
Giới hạn chảy, MPa
Giới hạn

n,

a

siê đ

hồ N T đặc [27].

Pha Austenit

Pha Mactenxit

30 ÷ 83

21 ÷ 41

195 ÷ 690

70 ÷ 140

895 ÷ 1900

895 ÷ 1900

Độ dãn dài tại thời điểm phá hủy, %


ch n phương pháp chế tạo t y thuộc m c đ ch ứng d ng của vật liệu: phương pháp n u
chảy; phương pháp hợp kim hóa cơ h c

); phương pháp p nóng đẳng t nh

-HIP

hoặc HIP); phương pháp thiêu kết xung plamsa (SPS); phương pháp thiêu kết thông
thường (CS) hoặc thiêu kết trong chân không (VS); phương pháp ti n hợp kim hóa [17].
hương pháp n u chảy thường được ứng d ng để chế tạo vật liệu NiTi ở trạng thái
đặc do đó vật iệu r t dẻo, khả n ng iến dạng đàn h i r t tốt, khả n ng ph c h i tốt nhưng
khó khống chế chính xác thành ph n hóa h c, hơn nữa việc n u chảy thường àm t n hao
kim loại. Khi n u chảy thường dùng các lò chân không hoặc lò có khí bảo vệ. Phương pháp
này thường phải kết hợp với cán nguội, k o nguội để tạo h nh sản ph m theo yêu c u.
Bảng 1.2. Cơ

h

khả

h

hồ

ạ

a

NiTi


Trên 400
73 ÷ 243

, S S, VS, S và S S được s d ng ph biến để chế

tạo vật liệu NiTi xốp và vật liệu dạng này được ứng d ng chủ yếu trong nh vực y sinh
Mặc d có sự khác iệt nh t đ nh v phương pháp, ph n ớn NiTi xốp được chế tạo
từ ột nguyên ch t của i và Ti đ u đáp ứng đ y đủ các yêu c u của vật liệu y sinh: t
xốp hở trong khoảng
n cao tối thiểu
h i trên

khi

80

h nh

3), k ch thước ỗ xốp trong khoảng

a ở mức độ iến dạng

ệ ỗ

÷600m, độ

), mức độ ph c h i iến dạng cao ph c

iến dạng dưới tải tr ng đến 8 ), mô đun đàn h i th p g n


hê k

355÷500m); d- sả

h ấ

.

360m); b- CF-HI

ố
ớ N C ạ

h
h ơ

đ
h

NiTi ố [3]:
ố

h

đố số

SHS A

k