NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO COMPOSITE HỢP KIM TITAN GIA CƯỜNG VỚI VẬT LIỆU TẤM BO NITRUA BẰNG KỸ THUẬT THIÊU KẾT XUNG PLASMA

Nguyễn Bình An; Trần Văn Hậu; Phạm Văn Trình; Đoàn Đình Phương

doi:10.34238/tnu-jst.12721

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO COMPOSITE HỢP KIM TITAN GIA CƯỜNG VỚI VẬT LIỆU TẤM BO NITRUA BẰNG KỸ THUẬT THIÊU KẾT XUNG PLASMA

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 05/05/25 Ngày hoàn thiện: 24/09/25 Ngày đăng: 24/09/25

Các tác giả

1. Nguyễn Bình An, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2. Trần Văn Hậu, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
3. Phạm Văn Trình, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
4. Đoàn Đình Phương , Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, composite nền hợp kim titan gia cường với tấm bo nitrua hàm lượng 1% theo thể tích được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết xung plasma. Sự ảnh hưởng của vật liệu gia cường đến cấu trúc, tỷ trọng, độ cứng, hệ số ma sát của composite đã được nghiên cứu qua các phép đo tương ứng. Kết quả cho thấy, khi được gia cường tấm bo nitrua thì composite có độ sít chặt cao với tỷ trọng thực nghiệm đạt được gần như giá trị tỷ trọng lý thuyết (hơn 99,5%). Độ cứng của composite đo được là 442 HV, cao hơn đáng kể so với hợp kim titan (418 HV). Không chỉ vậy, với phép đo mài mòn đã xác định khả năng chống mài mòn của composite được cải thiện với sự giảm hệ số ma sát và tốc độ mài mòn. Tốc độ mài mòn của composite giảm xuống hơn 25% so với mẫu hợp kim titan. Kết quả thu được chứng tỏ hiệu quả gia cường độc đáo của tấm bo nitrua đối với cơ tính và tính chất mài mòn của composite nền hợp kim titan. Composite hợp kim titan có cơ tính cao, độ bền mài mòn tốt có khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như chế tạo máy, hàng không vũ trụ và cấy ghép y sinh.

Từ khóa

Composite hợp kim Titan; Tấm nano bo nitrua; Thiêu kết xung plasma; Độ cứng; Độ bền mài mòn

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] W. Abd-Elaziem, M. A. Darwish, A. Hamada, and W. M. Daoush, "Titanium-Based alloys and composites for orthopedic implants Applications: A comprehensive review," Materials & Design, vol. 241, 2024, Art. no. 112850.

[2] M. Najafizadeh, S. Yazdi, M. Bozorg, et al., "Classification and applications of titanium and its alloys: A review," Journal of Alloys and Compounds Communications, vol. 3, 2024, Art. no. 100019.

[3] D. K. Ammisetti, S. S. H. Kruthiventi, and S. Vinjavarapu, "A review on reinforcements, fabrication methods, and mechanical and wear properties of titanium metal matrix composites," Journal of Engineering and Applied Science, vol. 71, 2024, doi: 10.1186/s44147-024-00392-z.

[4] S. X. Liang, K. Y. Liu, L. X. Yin, G. W. Huang, Y. D. Shi, L. Y. Zheng, and Z. G. Xing, "Review of major technologies improving surface performances of Ti alloys for implant biomaterials," Journal of Vacuum Science & Technology A, vol. 40, 2022, Art. no. 030801.

[5] P. E. Markovsky, J. Janiszewski, O. O. Stasyuk, V. I. Bondarchuk, D. G. Savvakin, K. Cieplak, et al., "Mechanical behavior of titanium based metal matrix composites reinforced with TiC or TiB particles under quasi-static and high strain-rate compression," Materials, vol. 14, 2021, Art. no. 6837.

[6] S. Ali, P. M. Ismail, M. Humayun, and M. Bououdina, "Hexagonal boron nitride: From fundamentals to applications," Desalination, vol. 599, 2025, Art. no. 118442.

[7] C. Zhi, Y. Bando, T. Terao, M. Mitome, C. Tang, and D. Golberg, "Towards thermoconductive, electrically insulating polymer composites with boron nitride nanotubes as fillers," Advanced Functional Materials, vol. 19, no. 12, pp. 1857-1862, 2009.

[8] L. Song, L. Ci, H. Lu, P. B. Sorokin, C. Jin, J. Ni, et al., "Large scale growth and characterization of atomic hexagonal boron nitride layers," Nano Letters, vol. 10, no. 8, pp. 3209-3215, 2010.

[9] J. S. Lim, I. S. Oliveira, S. Azevedo, A. Freitas, et al., "Mechanical and electronic properties of boron nitride nanosheets with graphene domains under strain," RSC Advances, vol. 11, no. 56, pp. 35127-35140, 2021.

[10] M. Topsakal, S. Cahangirov, and S. Ciraci, "The response of mechanical and electronic properties of graphane to the elastic strain," Applied Physical Letters, vol. 96, no. 9, 2010, Art. no. 091912.

[11] A. Falin, Q. Cai, E. J. G. Santos, D. Scullion, D. Qian, et al., "Mechanical properties of atomically thin boron nitride and the role of interlayer interactions," Nature Communication, vol. 8, no. 1, 2017, Art. no. 15815.

[12] T. Han, Y. Luo, and C. Wang, "Effects of temperature and strain rate on the mechanical properties of hexagonal boron nitride nanosheets," Journal of Physic D: Applied Physic, vol. 47, no. 2, 2013, Art. no. 025303.

[13] H. Zhou, J. Zhu, Z. Liu, Z. Yan, X. Fan, J. Lin, G. Wang, et al., "High thermal conductivity of suspended few-layer hexagonal boron nitride sheets," Nano Research, vol. 7, no. 8, pp. 1232-1240, 2014.

[14] H. Feng, Y. Zhou, D. Jia, and Q. Meng, "Microstructure and mechanical properties of in situ TiB reinforced titanium matrix composites based on Ti–FeMo–B prepared by spark plasma sintering," Composites Science and Technology, vol. 6, no. 16, pp. 2495-2500, 2004.

[15] D. K. Ammisetti and S. S. H. Kruthiventi, "Recent trends on titanium metal matrix composites: A review," Materials Today: Proceedings, vol. 46, pp. 9730–9735, 2021.

[16] J. Benzing, N. Hrabe, T. Quinn, R. White, R. Rentz, and M. Ahlfors, "Hot isostatic pressing (HIP) to achieve isotropic microstructure and retain as-built strength in an additive manufacturing titanium alloy (Ti-6Al-4V)," Materials Letters, vol. 257, 2019, Art. no. 126690.

[17] O. E. Falodun, B. A. Obadele, S. R. Oke, et al., "Titanium-based matrix composites reinforced with particulate, microstructure, and mechanical properties using spark plasma sintering technique: a review," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 102, pp. 1689–1701, 2019.

[18] K. A. Kusters, S. E. Pratsinis, S. G. Thoma, and D. M. Smith, "Ultrasonic fragmentation of agglomerate powders," Chemical Engineering Science, vol. 48, no. 24, pp. 4119-4127, 1993.

[19] F. Rikhtegar, S. G. Shabestari, and H. Saghafian, "The homogenizing of carbon nanotube dispersion in aluminium matrix nanocomposite using flake powder metallurgy and ball milling methods," Powder Technology, vol. 280, pp. 26-34, 2015.

[20] P. C. Ma, N. A. Siddiqui, G. Marom, and J. K. Kim, "Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: A review," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 41, no. 10, pp.1345-1367, 2010.

[21] D. P. Doan, V. H. Tran, N. M. Phan, D. T. Nguyen, J. Morgiel, et al., "Mechanical and wear properties of 2D material (GO, BNNP) reinforced magnesium matrix composite consolidated by spark plasma sintering,” MRS Communications, vol. 15, pp. 279–284, 2025.

[22] V. T. Nguyen, V. H. Tran, et al., "Preparation, thermal and lubricant properties of paraffin based nanofluid containing boron nitride nanoplatelets," Materials Letters, vol. 381, 2025, Art. no. 137765.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12721

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ