Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite mn ga al fe co

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục khóa luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE Mn-Ga-Al/Fe-Co 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng 1.2 Mơ hình Kneller - Hawig 1.3 Hệ vật liệu từ cứng Mn-Ga-Al 14 1.3.1 Cấu trúc tinh thể Mn-Ga-Al 14 1.3.2 Tính chất từ cứng hệ Mn-Ga-Al 14 1.3.3 Phương pháp chế tạo 14 1.4 Hệ vật liệu từ mềm Fe-Co 15 1.4.1 Cấu trúc tinh thể 15 1.4.2.Tính chất từ 15 1.4.3 Phương pháp chế tạo 16 CHƯƠNG KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 17 2.1 Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Ga-Al/Fe-Co 17 2.1.1 Chế tạo hợp kim từ cứng Mn-Ga-Al 17 2.1.2 Chế tạo hợp kim từ mềm Fe-Co phương pháp đồng kết tủa 26 2.1.3 Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Ga-Al/Fe-Co 30 2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc 31 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 31 2.2.2 Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 32 2.3 Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 33 2.3.1 Phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung 33 2.3.2 Phép đo từ trễ hệ từ trường xung 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Chế tạo pha từ cứng Mn-Ga-Al pha từ mềm Fe-Co 36 3.2 Chế tạo vật liệu từ cứng Nanocomposite 39 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC HÌNH Hình Mơ hình nam châm tổ hợp nano Hình 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng Hình 1.2 Mẫu vi cấu trúc chiều cấu trúc vi từ vật liệu composite tương tác trao đổi sử dụng làm sở để tính kích thước tới hạn vùng pha Hình 1.3 Cấu trúc hai chiều lí tưởng nam châm đàn hồi 12 Hình 1.4 Đường cong từ trễ hai pha từ cứng từ mềm 12 Hình 1.5 Các đường cong khử từ điển hình 13 Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể Mn-Ga-Al 14 Hình 1.7 Các dạng cấu trúc tinh thể Fe-Co (bcc, fcc, hcp) 15 Hình 1.8 Sự thay đổi từ độ bão hòa hợp kim Fe-Co theo tỉ lệ Co 16 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang 18 Hình 2.2 Hệ nấu hợp kim hồ quang 18 Hình 2.3 Nguyên lý kỹ thuật nghiền lượng cao (nghiền bi) 20 Hình 2.4 Máy nghiền SPEX 8000D cối bi nghiền 21 Hình 2.5 Cấu tạo chi tiết máy nghiền SPEX 8000D 22 Hình 2.6 Sơ đồ khối buồng khí Ar 23 Hình 2.7 Ảnh thực buồng khí Ar 24 Hình 2.8 Hệ ép mẫu bột thành khối 25 Hình 2.9 Lị xử lý nhiệt Lindlerg Blue M 25 Hình 2.10 Buồng xử lý mẫu 26 Hình 2.11 Các hóa chất sử dụng chế tạo Fe-Co phương pháp đồng kết tủa 26 Hình 2.12 Các dụng sử dụng chế tạo tạo Fe-Co 27 Hình 2.13 Máy khuấy từ 27 Hình 2.14 Máy rung siêu âm 27 Hình 2.15 Máy đo độ Ph 27 Hình 2.16 Nhiệt kế 28 Hình 2.17 Cân điện tử 28 Hình 2.18 Bộ thí nghiệm chế tạo mẫu 29 Hình 2.19 Hiện tượng nhiễu xạ tia X 31 Hình 2.20 Thiết bị Bluker Advance D-8 32 Hình 2.21 Thiết bị HITACHI S - 4800 33 Hình 2.22 Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) 34 Hình 2.23 Hệ đo từ trường xung (PFM) 35 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung 35 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu a) 𝑀𝑛65𝐺𝑎20𝐴𝑙15 b) 𝐹𝑒65𝐶𝑜35 36 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X (a) (b) đường cong từ trễ mẫu 𝑀𝑛65𝐺𝑎20𝐴𝑙15 𝐹𝑒65𝐶𝑜35 37 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X bột 𝑀𝑛65𝐺𝑎20𝐴𝑙15 với nhiệt độ khác 15 phút 38 Hình 3.4 Các đường cong từ trễ mẫu 𝑀𝑛65𝐺𝑎20𝐴𝑙15 ủ nhiệt độ khác 15 phút (a) ủ nhiệt độ 650℃ thời gian khác 39 Hình 3.5 Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng vật liệu nanocomposite 𝑀𝑛65𝐺𝑎20𝐴𝑙15/ 𝐹𝑒65𝐶𝑜35 với 5, 10, 15 20% trọng lượng 𝐹𝑒65𝐶𝑜35 40 Hình 3.6 Các đường đặc trưng (a - e) giá trị tích lượng từ cực đại phụ thuộc vào phần trăm khối lượng 𝐹𝑒65𝐶𝑜35 vật liệu từ cứng nanocomposite 41 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) người Trung Quốc sử dụng để chế tạo kim nam dùng để hướng từ trước công nguyên Việc phát minh VLTC có vai trị quan trọng đời sống người VLTC có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế như: máy phát điện, phận thiết bị phát âm (loa, tai nghe ), công nghệ thông tin, quân sự, y học Để đáp ứng điều việc nghiên cứu, tìm kiếm vật liệu nhằm tạo VLTC có phẩm chất từ tốt thúc đẩy mạnh mẽ Kể từ phát minh nam châm vĩnh cửu (NCVC) chứa đất cách mạng lớn lịch sử phát triển VLTC tích lượng từ cực đại cao Nam châm đất tên gọi loại NCVC làm từ hợp chất hợp kim nguyên tố đất kim loại chuyển tiếp mà điểm hình nam châm đất dựa hợp chất SmCo (𝑆𝑚𝐶𝑜5 , 𝑆𝑚2 𝐶𝑜17 ) 𝑁𝑑2 𝐹𝑒14 𝐵 Với hợp chất 𝑆𝑚𝐶𝑜5 có trường tinh thể dị hướng lớn 𝐻𝐴 = 28,6 𝑇 cho lực kháng từ lớn, có từ độ bão hịa thấp 𝑀𝑠 = 840 𝑘𝐴/𝑚 nhiệt độ Curie cao 𝑇𝐶 = 1003 𝐾 độ suy giảm phẩm chất theo nhiệt độ thấp nên thường sử dụng ứng dụng nhiệt độ cao thường gọi nam châm nhiệt độ cao Loại nam châm có khả cho tích lượng từ cực đại (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 đạt 28,5 MGOe Hệ 𝑁𝑑2 𝐹𝑒14 𝐵 (thường gọi tắt pha 2:14:1) có dị hướng từ tinh thể lớn, có từ độ bão hịa lớn nên có khả cho tích lượng từ cao, loại tốt có khả cho giá trị (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 = 64 𝑀𝐺𝑂𝑒 Hai hợp chất quan trọng để chế tạo nam châm đất chúng phân bố sử dụng lớn giới Ngày giá nguyên tố chế tạo đất ngày khan giá thành ngày cao, 95% cung cấp Trung Quốc Năm 2010 Trung Quốc cắt giảm 40% lượng đất hạn chế xuất đất giới Do dẫn đến khủng hoảng đất làm cho giá thành tăng vọt Vì vấn đề nhà thực nghiệm nghiên cứu để tìm vật liệu thay đất Các hợp chất có nguồn gốc từ Mn chẳng hạn Mn-Ga, Mn-Bi nam châm Mn-Al thu hút ý thay cho vật liệu nam châm vĩnh cửu đất tiện lợi giá thành rẻ Bên cạnh nhà khoa học tìm kiếm hệ vật liệu từ cứng Năm 1991 E.F.Kneller and R.Hawig đề xuất mơ hình nam châm trao đổi đàn hồi (Exchange-Spring Magnet - ESM) hình Hình Mơ hình nam châm tổ hợp nano [12] Để chế tạo vật liệu từ cứng tổ hợp nano lựa chọn pha từ cứng Mn-Ga-Al pha từ lực kháng từ lớn cỡ 20kOe giá thành rẻ với pha từ mềm chúng tơi lựa chọn Fe-Co hệ hợp kim có từ độ bão hịa cao Bên cạnh đó, hỗ trợ Phịng chun đề Khoa Vật lý trường ĐHSP Hà Nội 2, Phòng thí nghiệm trọng điểm vật liệu linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam Vì lý nên lựa chọn đề tài: “Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Ga-Al/Fe-Co” Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn-Ga-Al/Fe-Co có tính chất từ cứng tốt ứng dụng thực tế Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo mẫu từ cứng Mn-Ga-Al - Chế tạo mẫu từ mềm Fe-Co - Nghiên cứu chế tạo mẫu nanocomposite Mn-Ga-Al/Fe-Co - Khảo sát cấu trúc mẫu - Khảo sát tính chất từ mẫu - Viết tham gia hội nghị, hội thảo khoa học đề tài nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Hệ hợp kim từ cứng Mn-Ga-Al - Hệ hợp kim từ mềm Fe-Co - Vật liệu từ cứng nano composite Mn-Ga-Al/Fe-Co b Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng Mn-Ga-Al, từ mềm Fe-Co vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Ga-Al/Fe-Co phương pháp nghiền trộn phương pháp hóa - Khảo sát cấu trúc mẫu hệ đo: SEM, XRD - Khảo sát tính chất từ mẫu hệ đo: VSM, PFM Phương pháp nghiên cứu Khóa luận sử dụng phương pháp: + Tạo mẫu khối lò nấu hồ quang + Tạo mẫu bột máy nghiền lượng cao + Tìm hiểu cấu trúc kích thước hạt mẫu phép phân tích nhiễu xạ tia X hiển vi điện tử + Khảo sát tính chất từ mẫu hệ từ trường xung từ kế mẫu rung Bố cục khóa luận Ngoài phần Mở đầu, Kết luận Tài liệu tham khảo, khóa luận gồm chương: + Chương 1: Tổng quan liệu từ cứng nanocompositte Mn-ga-Al/Fe-Co + Chương 2: Thực nghiệm + Chương 3: Kết thảo luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE Mn-Ga-Al/Fe-Co 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng (VLTC) phát sử dụng sớm lịch sử loài người Được người Trung Quốc sử dụng để chế tạo kim nam dùng để hướng từ TCN Các vật liệu từ cứng thương phẩm dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu xuất lần vào năm 1740 đến năm 1750 Châu Âu Nhưng bước đột phá chất lượng phạm vi ứng dụng bắt đầu diễn mạnh vào cuối kỉ XX, kể từ phát minh nam châm vĩnh cửu (NCVC) chứa đất Hình 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng [12] Năm 1931 Nhật Bản Mishima chế tạo nam châm AlNiCo Nam châm AlNiCo ban đầu có tích lượng cực đại (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cỡ 1MGOe Do thay đổi công nghệ chế tạo làm cho (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 tăng lên đến cỡ 10 MGOe Với giá thành thấp nhiệt độ Curie cao (830℃) nam châm sử dụng rộng rãi Vào năm 1950, công ty Philip (Hà Lan) khám phá vật liệu ferit từ cứng tổ hợp với công thức 𝑀𝐹𝑒12 𝑂19 với M Ba, Sr, Pb tổ hợp chúng Do giá thành rẻ vật liệu sử dụng nhiều (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cỡ MGOe chiếm khoảng 50% tổng giá trị NCVC toàn giới Vào năm 60 kỉ 20, hợp kim 𝑆𝑚𝐶𝑜5 phát nhóm nghiên cứu Karl Strnat (đại học tổng hợp Dyton, Ohio, Mỹ) Vật liệu có (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cao cỡ 30MGOe để tạo NCVC Từ dẫn đến họ VLTC quan trọng – họ nam châm đất Nam châm đất Coban từ phát khai thác cách triệt để Dẫn đến chúng trở nên đắt đỏ nguồn cung cấp không ổn định vào năm 1970 Vì đặt vấn đề tìm kiếm vật liệu thay Năm 1983, vật liệu từ 𝑁𝑑8 𝐹𝑒77 𝐵5 với (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cao cỡ 36,2 MGOe chế tạo thành công Sagawa với cộng hãng kim loại Sumitomo (Nhật Bản) Một số phịng thí nghiệm giới chế tạo thành cơng 𝑁𝑑8 𝐹𝑒77 𝐵5 có (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cao cỡ 57 MGOe phương pháp chế tạo thiêu kết Năm 1988, vật liệu có (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 cỡ 12,4 MGOe tìm Coehoom cộng phịng thí nghiệm Philip Research (tại Hà Lan) Vật liệu từ bao gồm pha từ cứng 𝑁𝑑2 𝐹𝑒14 𝐵 (chiếm 15% thể tích) pha từ mềm 𝐹𝑒3 𝐵 (chiếm 73% thể tích), 𝛼 − 𝐹𝑒 (chiếm 12% thể tích) VLTC loại gọi vật liệu nanocomposite Vật liệu chứa đất cách chế tạo đơn giản có (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 thấp sử dụng rộng rãi với giá thành rẻ Những năm gần đây, khủng hoảng đất nên nhà khoa học tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng chứa khơng chứa đất nhằm giảm giá thành đáp ứng ứng dụng nam châm mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 với phần khối lượng khác từ 5% đến 20% Hỗn hợp mẫu sau ép ủ 650℃ 30 phút để thu nam châm nanocomposite Cấu trúc kích thước hạt mẫu phân tích phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các tính chất từ mẫu nghiên cứu phép đo từ hóa trường xung dao động 2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ tia X (hay gọi XRD – X-Ray Diffraction) phương pháp xác định cấu trúc tinh thể vật liệu việc phân tích ảnh nhiễu xạ thu cho tia X tác động lên mẫu Hình 2.19 Hiện tượng nhiễu xạ tia X Hình 2.19 mơ tả q trình phản xạ mặt phẳng mạng song song chùm tia X Khoảng cách mặt phẳng mạng d Tia X xuyên sâu vào vật liệu phản xạ mặt phẳng mạng tinh thể nằm phía sâu (hkl) Hiệu quang trình mặt phẳng mạng liên tiếp : 2d sin Phương trình Bragg, điều kiện để xuất nhiễu xạ: 2d sin = n kích thước hạt tinh thể gần theo công thức Scherrer, 31 (2.1) D= 0,9  cos( ) (2.2) Trong đó:  : bước sóng kích thích tia X (với  = 0,5406 Å)  : độ bán rộng  : góc nhiễu xạ Hình 2.20 Thiết bị Bruker Advance D-8 Hình 2.20 thiết bị nhiễu xạ tia X Bluker Advance D-8 đặt Đại học khoa học tự nhiên 2.2.2 Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) Kĩ thuật hiển vi điện tử giúp tìm mẫu vật liệu gồm vi tinh thể nhỏ vô định hình thực giúp xác định thành phần cấu tạo pha tinh thể kích cỡ hạt Cơ sở khoa học phương pháp chiếu lên mẫu chùm điện tử lượng cao (chùm sơ cấp), ta thu thập phân tích tín hiệu thứ cấp phát tương tác nguyên tử mẫu với chùm sơ cấp, từ thu thơng tin mẫu 32 Hình 2.21 Thiết bị HITACHI S - 4800 Kính hiển vi điện tử quét thiết bị chuyên dùng chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt mẫu vật liệu với độ phóng đại lớn, có bước sóng chùm sơ cấp nhỏ so với bước sóng vùng ánh sáng khả kiến Đồng thời, sử dụng chùm sơ cấp hẹp quét ngang bề mặt mẫu nên ảnh thu có độ phân giải cao Hình 2.21 hình ảnh kính hiển vi điện tử quét HITACHIS-4800, đặt phòng phân tích cấu trúc thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 2.3 Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 2.3.1 Phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung Phép đo từ nhiệt thực hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) (Hình 2.20) Mẫu đo đặt cối nhỏ, bị ép chặt để tránh xáo trộn mẫu.Với phép đo nhiệt độ cao, mơi trường an tồn khí Ar Độ nhạy thiết bị vào cỡ 10-4 emu hoạt động từ trường cỡ 1212kOe 33 Nguyên lí hoạt động : Các cuộn dây đặt gần vị trí mẫu có từ thơng thay đổi mẫu dao động với tần số phương xác định nhờ màng rung điện động Do khoảng cách cuộn dây mẫu thay đổi mẫu dao động nên suất điện động cảm ứng xác định là: e = MAG(r)cos(t) (2.3) Với M: Momen từ mẫu : Tần số mẫu A: Biên độ dao động mẫu G(r): Hàm độ nhạy Bộ khuyếch đại lọc lựa giúp khuyếch đại tín hiệu thu từ cuộn dây đưa đến xử lý để hiển thị kết Hình 2.22 Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Các phép đo từ nhiệt Khóa luận thực thiết bị đo Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 2.3.2 Phép đo từ trễ hệ từ trường xung Các phép đo từ trễ thực hệ đo từ trường xung (hình 2.23) 34 Hình 2.23 Hệ đo từ trường xung (PFM) Nguyên lý hoạt động: Cho dòng chiều chạy qua K1, tụ nạp điện tích lượng Sau khóa K2 đóng, dòng điện tắt dần Do tồn khoảng thời gian ngắn nên cuộn nam châm L bị phóng điện dòng điện, làm xuất từ trường xung ống dây Vị trí mẫu đo tâm cuộn nam châm bên cạnh cuộn dây cảm biến (hình 2.24) Giá trị từ trường cực đại đạt tới 100kOe Tín hiệu lối kết nối với máy tính để thu thập xử lí Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo pha từ cứng Mn-Ga-Al pha từ mềm Fe-Co Pha từ cứng 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 nghiền sau thời gian pha từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 chế tạo phương pháp đồng kết tủa Sau chúng tơi tiến hành khảo sát kích thước hạt mẫu phương pháp SEM Kết phép đo thể hình 3.1 b) Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu a) 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 b) 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 Từ kết hình 3.1 cho thấy kích thước hạt bột hợp kim 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 sau nghiền tương ứng hình 3.1a 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 hình 3.1b chế tạo pháp đồng kết tủa Kích thước hạt mẫu 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 nằm khoảng 50 – 70 nm Sau mẫu khảo sát nhiễu xạ tia X để xác định pha tinh thể tính chất từ mẫu Từ phép đo nhiễu xạ tia X chúng tơi thu kết hình 3.2 36 20 20 15 30 20 15 Fe Co 125 * 65 65 D022 - Mn3Ga Fe65Co35 Mn Ga Al Mn Ga Al 65 35 M (emu/g) * Cuong (d.v.t.y) MnAl 250 D019 - Mn3Ga M (emu/g) * FeCo -125 a) -5 -12 b) 40 50 2 (o) 60 -250 -12 70 -8 -4 12 H (kOe) 12 H (kOe) Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X (a) (b) đường cong từ trễ mẫu 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 Hình 3.2a cho thấy phổ nhiễu xạ tia X 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 xuất đỉnh thấy đặc trưng pha FeCo 2𝜃 = 44,8 65,3° Phổ nhiễu xạ FeCo cho thấy mẫu kết tinh đơn pha Đối với phổ nhiễu xạ tia X mẫu 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 xuất pha tinh thể pha MnAl pha 𝐷019 - 𝑀𝑛3 𝐺𝑎, 𝐷022 - 𝑀𝑛3 𝐺𝑎 Hình 3.2b ta thấy đường cong từ trễ 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 , ta thấy mẫu 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 có từ độ bão hòa cao 185 emu/g lực kháng từ thấp 70 Oe Trong đó, độ từ bão hòa mẫu 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 nhỏ emu/g lực kháng từ vài Oe Do đó, q trình nghiền khơng tạo pha từ cứng cho hợp kim MnGa-Al Để tăng cường pha từ cứng 𝑀𝑛3 𝐺𝑎, bột 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 ủ nhiệt độ khác Phổ nhiễu xạ tia X bột 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 ủ nhiệt độ khác 20 phút thể hình 3.3 37 Cuong (d.v.t.y) MnAl * D022-Mn3Ga D019 -Mn3Ga ** o 700 C * o 675 C 650oC 625oC 600oC 20 30 40 50 2 ( ) 60 70 o Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X bột 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 với nhiệt độ khác 20 phút Từ phổ nhiễu xạ tia X 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 , ta thấy rằng, cường độ đỉnh nhiễu xạ pha từ cứng 𝑀𝑛3 𝐺𝑎 tăng cường, cường độ đỉnh 2𝜃 = 41,5° 𝑀𝑛3 𝐺𝑎 tăng đáng kể Từ kết ta nhận thấy nhiệt độ ủ tốt tối ưu cho hình thành pha từ cứng 625℃ đến 675℃ Do đó, dự đốn tính chất từ mẫu cải thiện đáng kể Hình 3.4 đường cong từ trễ theo nhiệt độ thời gian ủ nhiệt Hình 3.4a đường cong từ trễ 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 ủ nhiệt độ khác 20 phút Kết cho thấy nhiệt độ 650℃ ủ 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 có đường cong từ trễ có độ vng có lực kháng từ lớn cho thấy nhiệt độ ủ tốt tối ưu cho tính chất từ tốt 650℃ 38 -80 -40 -40 700 20 50 25 25 b) o T ( C) -20 50 s 0 450 a) -80 -40 40 H (kOe) -20 0 Hc (kOe) M (emu/g) 20 20 30 45 c 40 20 H (kOe) 40 s -40 min 10 15 40 M (emu/g) M (emu/g) 40 80 650 675 700 500 600 625 M (emu/g) 80 50 t (min.) 20 40 H (kOe) Hình 3.4 Các đường cong từ trễ mẫu 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 ủ nhiệt độ khác 20 phút (a) ủ nhiệt độ 650℃ thời gian khác nha Hình 3.4b cho thấy đường cong từ trễ mẫu ủ nhiệt độ 650℃ thời gian khác Từ hình 3.4b chúng tơi nhận thấy từ độ bão hịa tăng nhanh, điều chứng tỏ hình thành pha từ cứng trong mẫu có thời gian ngắn Khi thời gian ủ nhiệt tăng lên 20 phút tính chất từ suy giảm Kết thu chế độ ủ nhiệt tính chất từ hệ mẫu Mn-GaAl tương đương với kết công bố nhóm nghiên cứu khác hệ vật liệu [11,17,18] 3.2 Chế tạo vật liệu từ cứng Nanocomposite Bột 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 sau ủ nhiệt có độ từ bão hòa 24 emu/g lực kháng từ 12 kOe Bột 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 trộn với bột từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 có độ từ bão hịa 185 emu/g lực kháng từ 70 Oe thời gian để tạo nam châm nanocomposite 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 /𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 Hình 3.5a Đường cong từ trễ nhiệt độ phịng vật liệu nanocomposite có khối lượng pha từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 5, 10, 15 20% khối lượng pha từ cứng 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 hình 3.5b quy luật biến đổi từ độ bão hòa M s lực 39 80 M (emu/g) 40 60 60 40 40 20 20 0 s M (emu/g) 15% 20% 0% 5% 10% -40 b) a) -80 -30 Hc (kOe) kháng từ Hc phụ thuộc tỉ lệ pha từ mềm -20 -10 10 H (kOe) 20 -20 -5 30 -20 10 Fe Co 65 35 15 20 25 (wt %) Hình 3.5 Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng vật liệu nanocomposite 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 /𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 với 5, 10, 15 20% trọng lượng 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 Hình 3.5a cho thấy đường cong từ trễ mẫu nanocomposite với 5, 10, 15 20% khối lượng pha từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 so với pha từ cứng 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 Người ta thấy từ độ bão hòa nanocomposite tăng lên tăng phần trăm khối lượng pha từ mềm lực kháng từ mẫu nhanh chóng suy giảm Chứng tỏ kích thước hạt pha từ cứng mềm chưa phải tối ưu, mơ hình lý thuyết [10,15] Do đó, phần hạt tinh thể pha từ cứng từ mềm khơng có tương tác chúng tồn độc lập làm cho đường cong từ trễ thắt lại Từ kết thu được, đánh giá phẩm chất từ vật liệu từ cứng nanocomposite 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 /𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 cách tính tốn tích lượng từ cực đại cho mẫu Các kết tính tốn thể hình 3.6 (ae) 40 4M 4M 0% B BH BH 4M, B (kG) 4M, B (kG) 5% B 1 -10 -12 -8 -4 -8 -6 -4 -2 H (kOe) H (kOe) b) a) 5 3 -6 -4 -2 -5 -4 -3 -1 16 20 d) c) 5 4M B 20% (BH)max (MGOe) 4M, B (kG) -2 H (kOe) H (kOe) BH 1 -4 15% -8 4M B BH 10% 4M, B (kG) 4M, B (kG) 4M B BH -3 -2 -1 0 12 Fe Co H (kOe) 65 e) 35 (wt %) f) Hình 3.6 Các đường đặc trưng (a - e) giá trị tích lượng từ cực đại phụ thuộc vào phần trăm khối lượng 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 vật liệu từ cứng nanocomposite Hình 3.6(a-e) cho thấy tích năng từ cực đại (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 mẫu 41 nanocomposite thay đổi theo phần trăm trọng lượng 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 Khi tăng khối lượng 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 từ 5% đến 15% giá trị tích lượng từ cực đại tăng Tăng khối lượng 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 đến 20% đường cong từ trễ thắt lại thể tương tác hai pha cứng/mềm Vì tích lượng cực đại (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 giảm Giá trị tích lượng cực đại (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 có trị lớn 4.1 MGOe khối lượng pha từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 15% Hình 3.6f thay đổi tích lượng cực đại vật liệu nanocomposite thay đổi tỉ lệ pha từ mềm 42 KẾT LUẬN Chúng chế tạo thành công pha từ cứng 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 có cấu trúc nano mét, với lực kháng từ thu cỡ 11 kOe độ từ bão hòa gần 40 emu/g Chế tạo pha từ mềm 𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 với độ từ bão hòa cao 185 emu/g phương pháp đồng kết tủa Các tính chất từ nanocomposite 𝑀𝑛65 𝐺𝑎20 𝐴𝑙15 /𝐹𝑒65 𝐶𝑜35 thay đổi tăng khối lượng pha từ mềm từ đến 20% Tích lượng từ cực đại có giá trị 4,31 MGOe 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Thành Đức (2006), Ảnh hưởng Nb Co lên cấu trúc tính chất từ vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B, Khóa luận thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Thân Đức Hiền – Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học vật liệu, Nxb Đại Học Bách Khoa, Hà Nội Phan Thị Thanh Huyền (2007), Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nanocomposite (Nd,Pr)-(Fe,Co)-Nd-B, Khóa luận thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Vật lí Điện tử, Hà Nội Nguyễn Mẫu Lâm (2008), Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite (Nd,Pr)-Fe-Nb-B, Khóa luận thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Nguyễn Hoàng Nghị (2012), Cơ sở từ học vật liệu từ tiên tiến, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Phạm Thị Thanh (2009), Nghiên cứu chế tạo hạt nano tinh thể Nd2Fe14B phương pháp nghiền lượng cao, Khóa luận thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội Lưu Tuấn Tài (2008), Giáo trình vật liệu từ, Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Hải Yến (2009), Nghiên cứu chế tạo nam châm đàn hồi phương pháp nguội nhanh nghiền lượng cao, Khóa luận thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội Tiếng anh Basubramanian B, Das B, Skomski R, Zhang W Y and Sellmyer D J 2013 Adv Mater 25 6090 44 10 Behrens S and Appel I 2016 Curr Opin Biot 39 89 11.Buchelnikov V D, Taskaev S V, Zagrebin M A, Zayak A T and Entel P 2008 Mater Scien Engin.: A 481-482 218 12.Gaffet E, Bernard F, Niepce J, Charlot F and Gras C (1999), “Some recent developments in mechanical activation and mechano synthesis”, J Mater Chem,9, pp 305-314 13.George C Hadjipanayis, Trans-Atlantic Workshop on Rare-Earth Elements and Other Critical Materials for a Clean Energy Future Cambridge, Massachusetts, December (2010), Moving Beyond Neodymium-Iron Permanent Magnets for Electric Vehicle Motors 14.Heikes R R 1955 Phys Rev 99 446 15.Herbst J F, Croat J J and Yelon W B 1985 J Appl Phys 57 4086 16.Kneller E F and Hawig R 1991 IEEE Trans Magn 27 3588 17.Kramer M J, McCallum R W, Anderson I A and Constantinides S 2012 JOM 64 752 18.Saito T and Nishio-Hamane D 2015 J All Comp 632 486 19.Saito T and Nishio-Hamane D 2016 AIP Advances 075004-1 20.Singh N, Shyam R, Upadhyay N K and Dhar A 2012 IOP Còn Ser.: Mater Sci and Eng 73 012042-1 21 Tetsuji Saito, and Nishimura, and Ryuji (2012), “Hard magnetic properties of Mn-Ga meft-spun ribbons 22.Tetsuji Saito, and Daisuke Nishio-Hamane (2015) “New hard magnetic phase in Mn-Ga-Al sytstem alloy” Journal of Alloys and Compounds, 632, pp 486-489.) 23.Zhang J, Takahashi Y K, Gopalan R and Hono K 2005 Appl Phys Lett 86 122509-1 45 ... Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn- Ga- Al/ Fe- Co 2.1.1 Chế tạo hợp kim từ cứng Mn- Ga- Al a) Chế tạo Mn- Ga- Al phương pháp hồ quang Vật liệu dùng chế tạo mẫu nguyên tố Mn, Ga Al có độ tinh... cứng nanocomposite Mn- Ga- Al/ Fe- Co Sơ đồ chế tạo tổ hợp nano Mn- Ga- Al/ Fe- Co: Sơ đồ thể quy trình chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn- GaAl /Fe- Co sau: Các pha từ cứng