Khóa luận ảnh hưởng của pha tạp bb và ủ nhiệt lên cấu trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền co zr b chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao

LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp: “Ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B chế tạo phƣơng pháp nguội nhanh nghiền lƣợng cao” kết nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn ThS Nguyễn Văn Dƣơng Khóa luận khơng trùng với kết tác giả khác Tôi xin cam đoan điều thật, sai tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Việt Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài .1 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B .3 1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B không pha tạp 1.1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 80Zr20-x Bx (x = - 4) chế tạo phƣơng pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) .3 1.1.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 72 Zr8 B20 1.1.3 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phƣơng pháp phun băng nguội nhanh 1.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B có pha tạp 11 1.2.1 Hệ hợp kim Co 80Zr18-xMx B2 (x = - 2) M = C, Cu, Ga, Al Si 11 1.2.2 Hệ hợp kim Co 86,5 Hf11,5-x ZrxB2 (x = 0, 1, 2, 5) 14 1.2.3 Hệ hợp kim Co 80Zr18-xTix B2 (x = - 4) 16 1.2.4 Hệ hơp kim Co 80-xZr18 Crx B2 (x = 0, 2, 4) 19 1.2.5 Hệ Hợp kim Co 80Zr18-xNbxB2 (x = - 4) 23 1.2.6 Hệ hợp kim Co 80Zr18-xMoxB2 (x = - 4) 27 Chƣơng KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM 31 2.1 Các phƣơng pháp chế tạo mẫu 31 2.1.1 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B lò hồ quang 31 2.1.2 Chế tạo băng hợp kim phƣơng pháp nguội nhanh 32 2.1.3 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B phƣơng pháp nghiền lƣợng cao 34 2.1.3.1 Cấu tạo máy nghiền SPEX 8000D 35 2.1.3.2 Nguyên tắc hoạt động 36 2.1.3.3 Chế tạo mẫu bột 36 2.2 Xử lí nhiệt mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B chế tạo 36 2.3 Phép đo từ trễ 37 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim băng Co-Zr-Nb-B trƣớc ủ nhiệt 39 3.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim băng Co-Zr-Nb-B sau ủ nhiệt 40 3.3 Tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-Nb-B chế tạo phƣơng pháp nghiền lƣợng cao 42 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế, từ thiết bị phục vụ sống hàng ngày nhƣ biến điện, động điện, máy phát điện thiết bị lĩnh vực kỹ thuật đại nhƣ công nghệ thông tin, quân sự, khoa học, y tế Cùng với phát triển khoa học công nghệ, nhiều hƣớng nghiên cứu kỹ thuật chế tạo nhằm tạo loại vật liệu từ có đặc tính tốt thay vật liệu từ truyền thống Vật liệu từ cứng nhân tạo có (BH) max  MGOe đƣợc chế tạo năm 1920 Từ hƣớng nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao biện pháp công nghệ thay đổi hợp phần để tìm kiếm vật liệu có (BH) Max cao đƣợc phát triển Hiện vật liệu từ cứng Nd-Fe-B đƣợc sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày chúng có tính chất từ nội tốt [4, 5, 7, 10, 12] Tuy nhiên tính chất từ loại vật liệu đƣợc nghiên cứu gần đạt tới giới hạn lí thuyết, loại vật liệu chứa nguyên tố đất ngày cạn kiệt tự nhiên đồng thời trữ lƣợng đất tự nhiên tập trung chủ yếu Trung Quốc chiếm 97% dẫn tới giá thành sản phẩm ngày tăng nên khó chủ động việc nghiên cứu loại vật liệu [10] Gần loại vật liệu từ cứng đƣợc nghiên cứu hợp kim từ cứng Co-Zr-B chúng không chứa đất cách pha thêm nguyên tố nhƣ B, Si, Nb, Al, Cr thay đổi điều kiện nhƣ nhiệt độ ủ, thời gian ủ ảnh hƣởng mạnh lên tính chất cấu trúc từ hợp kim Chính chúng tơi lựa chọn đề tài “Ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B chế tạo phƣơng pháp nguội nhanh nghiền lƣợng cao” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Vật liệu từ cứng Co-Zr-B pha tạp Nb - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ mẫu chế tạo Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo hợp kim Co-Zr-Nb-B lò hồ quang - Nghiền hợp kim máy nghiền lƣợng cao SPEX8000D - Đo tính chất vật lý hệ mẫu chế tạo - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ hợp kim chế tạo Phƣơng pháp nghiên cứu - Các mẫu nghiên cứu đƣợc chế tạo phƣơng pháp phun băng nguội nhanh nghiền lƣợng cao - Cấu trúc vật liệu đƣợc phân tích phƣơng pháp nhiễu xạ tia X - Tính chất từ đƣợc nghiên cứu phép đo từ độ Đóng góp đề tài - Hoàn thành việc nghiên cứu ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B sở cho việc chế tạo vật liệu từ cứng có lực kháng từ cao mà khơng chứa đất Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, luận văn gồm ba chƣơng: Chƣơng Tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co- Zr-B Chƣơng Kỹ thuật thực nghiệm Chƣơng Kết thảo luận Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B 1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B khơng pha tạp 1.1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phƣơng pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ thiêu kết nam châm Co-Zr-B đƣợc thể hình 1.1 Các nam châm Co-Zr-B đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp thiêu kết xung điện plasma SPS (Spark Plasma Sintering) thể lực kháng từ cao băng nguội nhanh Co-Zr-B Tiếp xúc với nhiệt trình thiêu kết dẫn đến gia tăng lực kháng từ nhƣ trƣờng hợp ủ băng nguội nhanh Với nồng độ B, lực kháng từ nam châm Co-Zr-B đạt giá trị lớn sau thiêu kết 873 K lực kháng từ đạt giá trị lớn 4,3 kOe với hợp kim Co 80Zr18B2 Hình 1.1 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ hợp kim Co 80 Zr20-xBx [21] Hình 1.2 phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K Các đỉnh nhiễu xạ pha Co 5Zr Co 23 Zr6 đƣợc tìm thấy hợp kim Co 80 Zr20 , Co 80Zr18B2 Co 80 Zr18 B4 Điều cho thấy nam châm Co-Zr-B nung kết 873 K gồm pha Co Zr Co 23Zr6 Đánh giá tỷ lệ tƣơng ứng pha tinh thể hợp kim Co-Zr-B khó khăn chồng chéo đỉnh nhiễu xạ Để so sánh, mơ hình nhiễu xạ tia X hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 đƣợc kiểm tra để xem xét liên kết tinh thể pha Co 5Zr Các mẫu XRD hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 khác so với hợp kim Co 80Zr18B2 bột, cho thấy liên kết tinh thể giai đoạn Co 5Zr hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 đạt đến mức độ định Tuy nhiên, liên kết tinh thể không quan trọng nhƣ mong đợi cho nam châm đẳng hƣớng Nó điều cần thiết để làm biến dạng nam châm Co 80 Zr18 B2 để tạo liên kết tinh thể cao pha Co x Zr (x = 5) Hình 1.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu Hình 1.3 Đƣờng cong từ trễ của hợp kim Co 80Zr20-x Bx (x = - 4) thiêu mẫu bột Co 80 Zr18 B2 thiêu kết 873 K kết nhiệt độ 873 K: (a) Co 80Zr20, (b) đƣợc ép song song vng góc [21] Co 80Zr18B2 (c) Co 80Zr16B4 [21] Để kiểm tra tính dị hƣớng từ hợp kim Co-Zr-B đƣợc chế tạo phƣơng pháp SPS, tính chất từ hợp kim Co 80Zr18B2 nung kết 873 K đƣợc đo theo hƣớng ép song song vng góc Các đƣờng cong từ trễ đƣợc thể hình 1.3 Các đƣờng cong từ trễ tƣơng ứng hợp kim Co 80Zr18B2 khác nhau, với độ từ dƣ 6,4 kG đo theo hƣớng song song cao so với độ từ dƣ 4,0 kG đo theo hƣớng vng góc Nhƣ vậy, hợp kim Co 80 Zr18B2 thể tính đẳng hƣớng từ Sự liên kết tinh thể pha Co Zr hợp kim Co 80 Zr18 B2 lý cho quan sát tính hƣớng từ Tích lƣợng cực đại (BH) max 6,0 MGOe đạt đƣợc với hợp kim Co 80 Zr18 B2 đo theo hƣớng song song Giá trị tích lƣợng lý tƣởng (BH)max đƣợc tính cơng thức (BH) max = Ir /4 (với Ir giá trị từ dƣ) giá trị lực kháng từ cao giá trị từ dƣ Tuy nhiên, giá trị tích lƣợng cực đại (BH)max hợp kim Co 80Zr18B2 nhỏ nhiều so với giá trị lý tƣởng (BH)max , ƣớc tính 10,2 MGOe cách sử dụng giá trị từ dƣ 6,4 kG Điều phần lực kháng từ nhỏ phần độ vuông đƣờng cong từ trễ Nhƣ vậy, áp dụng phƣơng pháp biến dạng nóng để cải thiện độ vuông đƣờng cong từ trễ hợp kim Co-Zr-B Nó đƣợc báo cáo thay nhỏ Nb Mo cho Zr băng nguội nhanh Co-Zr-B dẫn đến cải thiện lực kháng từ [17, 26] nâng cao giá trị tích lƣợng (BH) max hợp kim Co-Zr-B 1.1.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 72 Zr8B20 Ảnh hƣởng ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim Co 72Zr8B20 đƣợc Zhang cộng nghiên cứu [15] Phổ nhiễu xạ tia X mẫu băng hợp kim Co 72Zr8B20 chƣa ủ ủ nhiệt độ khác thời gian 10 phút đƣợc thể hình 1.4 (Hình 1.4a) cho thấy đỉnh nhiễu xạ rộng, điều mẫu băng hợp kim Co 72Zr8B20 chƣa ủ trạng thái vơ định hình Sau băng hợp kim Co 72Zr8B20 đƣợc ủ 495 oC, khơng có pha kết tinh (hình 1.4b) Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt 540 o C, đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng đại diện cho số pha tinh thể xuất (hình 1.4c) Sau mẫu đƣợc ủ 630 o C, pha tinh thể Co, Zr B12 Zr đƣợc hình thành (hình 1.4d) Hình 1.4 Phổ XRD mẫu băng Co72Zr8B20 chƣa ủ (a), ủ 495 oC (b), 540oC (c), 630oC (d) 10 phút [15] Hình 1.5 đƣờng cong từ trễ mẫu băng Co 72Zr8B20 chƣa ủ ủ 495 oC, 540oC 630oC 10 phút Nhƣ thấy từ hình 1.5, mẫu băng chƣa ủ thể tính từ mềm Sau mẫu đƣợc ủ 495 oC 540 oC đƣờng cong từ trễ thay đổi chút ít, mơmen từ bắt đầu đổi chiều Sau mẫu băng Co 72 Zr8 B20 đƣợc ủ 630 oC 10 phút, hình dạng đƣờng cong từ trễ thay đổi mạnh Lực kháng từ mẫu băng tăng lên nhiều kết tinh mẫu Hình 1.5 Đƣờng cong từ trễ mẫu băng Co72 Zr8 B20 chƣa ủ ủ 495 oC, 540 oC 630o C 10 phút [15] Lực kháng từ Hc mẫu băng Co 72 Zr8 B20 chƣa ủ ủ nhiệt độ khác đƣợc thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Lực kháng từ Hc mẫu băng Co 72 Zr8B20 trƣớc sau ủ nhiệt Mẫu thực nghiệm Hc (Oe) Mẫu chƣa ủ 2,27 Mẫu ủ 495 oC 10 phút 5,13 Mẫu ủ 540 oC 10 phút 11,45 Mẫu ủ 630 oC 10 phút 925,27 Với nhiệt độ ủ tăng lên đáng kể, cho thấy suy giảm tính chất từ mềm Khi nhiệt độ ủ đạt 630 oC, lực kháng từ Hc đạt 925 Oe, gợi ý mẫu trở nên từ tính cứng 1.1.3 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phƣơng pháp phun băng nguội nhanh Vi cấu trúc hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phƣơng pháp phun băng nguội nhanh đƣợc Tetsuji Saito cộng nghiên cứu [20] Hình 1.6 Đƣờng cong khử từ Hình 1.7 Phổ XRD mẫu băng mẫu băng Co 80Zr20-xBx (x = - 4): Co80 Zr20-xBx (x = - 4): (a) Co 80Zr20, (a) Co80Zr20, (b) Co80 Zr18 B2, (b) Co80Zr18B2, (c) Co 80Zr16B4 [20] (c) Co 80Zr16B4 [20] Hình 1.6 đƣờng cong khử từ mẫu băng Co80 Zr20-xBx (x = - 4) Giá trị lực kháng từ thu đƣợc cho hợp kim Co 80Zr20 kOe Việc bổ sung lƣợng nhỏ B cho hợp kim Co-Zr dẫn đến gia tăng đáng kể lực kháng từ Giá trị lực kháng từ cao kOe thu đƣợc với hợp kim Co 80Zr18 B2 Hình 1.7 phổ nhiễu xạ tia X băng hợp kim Co 80Zr20-xBx Các đỉnh nhiễu xạ pha Co xZr Co 23 Zr6 đƣợc tìm thấy phổ XRD hợp kim Co 80Zr20 Các đỉnh nhiễu xạ pha Co xZr Co 23 Zr6 đƣợc tìm thấy phổ XRD hợp kim Co 80 Zr18 B2 Co 80 Zr16 B4 Tuy nhiên, cƣờng độ Một số lƣu ý thực nghiệm Buồng tạo băng phải đƣợc vệ sinh trƣớc phun băng Tiền hợp kim đƣợc đánh xỉ trƣớc cho vào ống thạch anh (đã đƣợc làm aceton cồn) có đầu vịi đƣờng kính khoảng mm Khoảng cách đầu vòi mặt trống quay yếu tố ảnh hƣởng đến độ dày, độ rộng băng ảnh hƣởng lên tính chất băng nguội nhanh, thƣờng khoảng cách đƣợc chọn khoảng 1-10 mm Để hợp kim nóng chảy phun lên mặt trống đồng cần phải đẩy dịng khí trơ từ phía sau ống, phải ý đóng mở van xả khí q trình hút chân khơng bơm khí trơ vào chng để tránh khơng khí cịn ống dẫn Tùy thuộc vào tốc độ quay trống loại vật liệu, băng nguội nhanh có độ dày từ 20 m đến 60 m, chiều rộng cỡ vài mm 2.1.3 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B phƣơng pháp nghiền lƣợng cao Trong luận văn này, sử dụng máy SPEX 8000D (hình 2.5) để nghiên cứu chế tạo mẫu phƣơng pháp nghiền lƣợng cao a) b) Hình 2.5 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) [16] 34 2.1.3.1 Cấu tạo máy nghiền SPEX 8000D Hình 2.6 Cấu tạo chi tiết máy nghiền SPEX 8000D [3] Chú thích: Hệ thống kẹp đơn 14 Mặt kẹp đứng yên Giá đỡ 15 Đệp lót cao su mặt kẹp Hệ thống lò xo giữ kep 16 Thân kẹp Động ròng rọc 17 Tâm sai Động 18 Giá đỡ khối dựa Đai truyền 19 Đai giá đỡ Ống lót bề mặt kẹp chuyển động 20 Trục Êcu hãm 21 Vô lăng 12 Mặt kẹp di động 22 Khối tựa 13 Tay đòn 23 Trục ròng rọc 35 2.1.3.2 Nguyên tắc hoạt động Máy SPEX 8000D dạng máy nghiền bi Mẫu nghiền đựng cối đƣợc nghiền hay nhiều bi nghiền Trong thực tế, ta thƣờng dùng nhiều bi có kích thƣớc khác để tăng hiệu nghiền Cối bi thƣờng đƣợc làm từ loại vật liệu Máy nghiền mẫu cứng nặng khoảng 10g Khi máy hoạt động, cối đƣợc lắc lắc lại nhiều lần đạt khoảng vài nghìn lần/phút, bi chuyển động đập vào thành cối làm cho mẫu đƣợc nghiền Máy có khả làm nhỏ mẫu tới kích thƣớc mịn cần phân tích trộn bột hay dạng nhũ tƣơng Với cấu tạo hai kẹp, máy không cho phép tăng gấp đôi mẫu đƣợc nghiền khoảng thời gian, mà giúp chuyển động cân hơn, đồng thời giảm rung kéo dài tuổi thọ máy Máy có gắn đồng hồ điện tử thay đổi, xác định thời gian nghiền phận làm trơn, làm mát khớp cài an tồn Ngồi ra, máy cịn có quạt bảo vệ động giữ máy mát suốt thời gian sử dụng 2.1.3.3 Chế tạo mẫu bột Hợp kim sau nấu hồ quang đƣợc đập vỡ thành mảnh nhỏ, nghiền thô cho vào cối nghiền với dung môi lỏng xăng Tỉ lệ bi/bột đƣợc chọn để nghiên cứu 2:1, tỉ lệ dung môi/vật liệu 2:1 Mẫu đƣợc nghiền khoảng thời gian từ 2h đến 8h Mẫu chế tạo đƣợc đem ép viên sau đo tính chất từ Một phần mẫu ép đem xử lí nhiệt nhiệt độ 650oC thời gian 15 phút 2.2 Xử lí nhiệt mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B chế tạo Hình 2.7 Ảnh thiết bị ủ nhiệt [1] 36 Quá trình ủ nhiệt đƣợc thực lò ủ nhiệt dạng ống Thermolyne (hình 2.6) điều khiển nhiệt độ tự động, tốc độ gia nhiệt tối đa đạt 50 oC/phút Trong thí nghiệm, chúng tơi sử dụng phƣơng pháp ủ ngắt Mẫu đƣợc đƣa vào vùng nhiệt độ đƣợc khảo sát theo yêu cầu đƣợc ủ thời gian mong muốn, sau đƣợc lấy làm nguội nhanh để tránh tạo pha khác nhiệt độ trung gian Để thực điều chúng tơi thiết kế ống kim loại hút chân không, mẫu cần ủ nhiệt đƣợc cho vào ống, sau hút chân khơng bơm khí Ar nhiều lần Ống đƣợc đƣa vào lò vùng có nhiệt độ theo yêu cầu, sau thời gian xác định lấy làm nguội nhanh nƣớc 2.3 Phép đo từ trễ Các phép đo từ trễ đƣợc thực hệ đo từ trƣờng xung với từ trƣờng cực đại lên đến 90 kOe Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trƣờng xung [2] Hệ đƣợc thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua tụ điện cuộn dây (hình 2.7) Dịng chiều qua K1, nạp điện cho tụ, tụ tích lƣợng cỡ vài chục kJ Khố K2 đóng, dịng điện hình sin tắt dần Dịng điện thời gian tồn ngắn phóng điện qua cuộn dây nam châm L tạo lòng ống dây từ trƣờng xung cao Mẫu đo đƣợc đặt tâm cuộn nam châm với hệ cuộn dây cảm biến pick - up Tín hiệu lối tỷ lệ với vi phân từ độ vi phân từ trƣờng đƣợc thu thập, xử lí lƣu trữ cho mục đích cụ thể Từ trƣờng lịng ống dây 37 đƣợc sử dụng để nạp từ cho mẫu vật liệu dùng nửa chu kì hình sin dịng điện phóng Từ trƣờng lớn hệ đạt tới 100 kOe Hệ đƣợc điều khiển đo đạc kĩ thuật điện tử ghép nối với máy tính Hình 2.9 Hệ đo từ trƣờng xung [1] Để tránh đƣợc hiệu ứng trƣờng khử từ, mẫu đƣợc đặt cho từ trƣờng song song dọc theo chiều dài mẫu, mẫu khối đƣợc cắt theo dạng hình trụ Các mẫu đo đƣợc gắn chặt vào bình mẫu để tránh dao động mẫu trình đo Phép đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ đƣợc thực môi trƣờng khí Ar để tránh ơxy hố 38 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim băng Co-Zr-Nb-B trƣớc ủ nhiệt Hình 3.1 phổ nhiễu xạ tia X băng Co 77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trƣớc ủ nhiệt Có thể thấy rằng, trƣớc ủ nhiệt cấu trúc băng hợp kim gồm pha từ mềm fcc-Co pha từ cứng Co 5Zr Cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ pha tƣơng đối nhỏ fcc-Co C r  y=3 y=2 y=0 30 40 50 deg.     y=4 20 Intensity (a.u.)  60 70 Hình 3.1 Các mẫu XRD băng Co 77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trƣớc ủ nhiệt Hình 3.2 đƣờng cong từ trễ băng Co 77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trƣớc ủ nhiệt Có thể thấy lực kháng từ chúng tăng nhẹ từ 2,68 kOe (với y = - 2) đến 2,83 kOe với y = Sau chúng giảm mạnh xuống cịn 1,32 kOe nồng độ Nb tăng lên đến 4% y=0 y=2 4M (kG) c) M = Nb -2 -4 -6 -8 y=3 y=4 -6 -4 -2 H (kOe) Hình 3.2 Đƣờng cong từ trễ băng Co 77Zr20-yNbyB3 trƣớc ủ nhiệt 39 Để tìm quy luật lực kháng từ Hc băng hợp kim Co 77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trƣớc ủ, biểu diễn phụ thuộc lực vào nồng độ Nb thể hình 3.3 Kết cho thấy nồng độ Nb tăng, lực kháng từ Hc tăng đạt giá trị cực đại sau chúng giảm với tăng nồng độ Nb Lực kháng từ đạt giá trị lớn 2,83 kOe nồng độ Nb 2% 3.2 2.4 c H (kOe) 2.8 1.6 -1 y (at%) Hình 3.3 Sự phụ thuộc giá trị lực kháng từ vào nồng độ nguyên tố Nb băng hợp kim Co 77Zr20-y Nby B3 (y = - 4) 3.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim băng Co-Zr-Nb-B sau ủ nhiệt Hình 3.4 phổ nhiễu xạ tia X băng Co77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 650 oC thời gian 15 phút Có thể thấy sau ủ nhiệt phổ nhiễu xạ băng hợp kim xuất thêm pha từ mềm Co 23Zr6 Đồng thời cƣờng độ độ sắc nét đỉnh nhiễu xạ đƣợc tăng cƣờng y=2 y=0 20 Intensity (a.u.) y=3 30 40 50 deg.  Co Zr 23  C r   y =            fcc-Co 60 70 Hình 3.4 Các mẫu XRD băng Co77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 650 o C thời gian 15 phút 40 Để nghiên cứu ảnh hƣởng trình ủ nhiệt, ủ mẫu băng nhiệt độ khác từ 550oC - 700 oC thời gian phút - 15 phút Hình 3.5 đƣờng cong từ trễ băng hợp kim Co 77Zr20-y Nby B3 (y = - 4) sau ủ nhiệt độ 650 o C thời gian 15 phút y=0 y=2 4M (kG) -2 -4 -6 -8 y=3 y=4 b) -6 -4 -2 H (kOe) Hình 3.5 Đƣờng cong từ trễ băng Co 77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) đƣợc ủ 650 oC 15 phút 3.5 Hc (kOe) 2.5 y=0 y=2 y=3 1.5 y=4 550 600 650 Ta ( oC) 700 Hình 3.6 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc vào nhiệt độ ủ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) đƣợc ủ nhiệt độ Ta khác thời gian 15 phút Hình 3.6 phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ băng Co 77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 550 oC, 600 oC, 650 o C 700 oC thời gian 15 phút thấy rằng, lực kháng từ Hc tăng nhiệt độ ủ tăng từ 550 oC - 650 oC sau chúng giảm mạnh với tăng nhiệt độ ủ lên 41 700 oC Lực kháng từ cao cỡ 3,71 kOe đạt đƣợc cho mẫu băng thay 3% Nb ủ nhiệt độ 650 oC thời gian 15 phút Sự phụ thuộc tích lƣợng (BH)max vào nhiệt độ ủ băng hợp kim Co 77 Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau nhiệt thể hình 3.7 Kết cho thấy tích lƣợng (BH)max đạt giá trị tối ƣu nhiệt độ ủ khoảng 600oC - 700 o C Tích lƣợng (BH)max cỡ 1,5 MGOe đạt đƣợc với thay 3% Nb cho Zr ủ nhiệt độ 650 o C thời gian 15 phút Sự tăng cƣờng lực kháng từ Hc tích lƣợng (BH)max đƣợc giải thích tƣơng tác cặp trao đổi đƣợc tăng cƣờng kích thƣớc hạt đạt tối ƣu Tuy nhiên kích thƣớc hạt tăng đáng kể khác xa so với kích thƣớc tối ƣu nhiệt độ ủ cao 1.5 1.45 (BH) max (MGOe) 1.55 1.4 1.35 1.3 1.25 500 550 600 650 o T ( C) 700 750 a Hình 3.7 Sự phụ thuộc tích lƣợng tối đa (BH)max nhiệt độ ủ băng Co 77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) đƣợc ủ nhiệt độ khác Bảng 3.1 Tính chất từ tối ƣu băng hợp kim Co 77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) Băng hợp kim Co77 Zr17 Nb3B3 Ta ta (oC) (phút) 650 15 Ms Mr (emu/g) (emu/g) 46 32,84 Br Hc (BH)max (kG) (kOe) (MGOe) 3,13 3,71 1,50 3.3 Tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-Nb-B chế tạo phƣơng pháp nghiền lƣợng cao Để nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng pháp chế tạo lên tính chất từ hợp kim, tiến hành nghiền lƣợng cao mẫu (với y = 3) thời gian 2, 4, 8h 42 Co 77Zr20-yNbyB3 Hình 3.8 đƣờng cong từ trễ mẫu Co 77Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h chƣa ủ nhiệt Kết cho thấy, lực kháng từ mẫu nghiền nhỏ, lực kháng từ cao cỡ 1,14 kOe với thời gian nghiền 2h Giá trị nhỏ so với lực kháng từ mẫu băng chƣa ủ nhiệt (1,32 kOe với nống độ Nb 4%) Kết cho thấy ảnh hƣởng rõ rệt thời gian nghiền lên tính chất từ chúng Khi tăng thời gian nghiền lực kháng từ mẫu giảm xuống (từ 1,14 kOe với thời gian nghiền h xuống 0,8 kOe với thời gian nghiền h) thể hình 3.9 2h 4h 4M (kG) -2 -4 -6 -8-3 6h 8h -2 -1 H (kOe) c Hình 3.8 Đƣờng cong từ trễ mẫu Co 77Zr20-yNbyB3 (với y = 3) 1.15 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 c H (kOe) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h chƣa ủ nhiệt t (h) a Hình 3.9 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào thời gian nghiền mẫu Co77 Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h chƣa ủ nhiệt 43 Chúng tiến hành ủ nhiệt mẫu nghiền Co 77Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nhiệt độ 650 o C thời gian 15 phút nhằm cải thiện lực kháng từ 4M (kG) 2h 4h -2 -4 6h -6 8h -8 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 H (kOe) Hình 3.10 Đƣờng cong từ trễ mẫu Co 77Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h ủ nhiệt độ 650o C thời gian 15 phút Hình 3.10 đƣờng cong từ trễ mẫu Co 77 Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h ủ nhiệt độ 650 oC thời gian 15 phút Kết cho thấy, lực kháng từ cải thiện nhƣng không nhiều 1.3 1.1 c H (kOe) 1.2 0.9 0.8 t (h) a Hình 3.11 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào thời gian nghiền mẫu Co 77Zr20-y Nby B3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao thời gian 2, 4, 8h ủ nhiệt độ 650 oC thời gian 15 phút 44 Lực kháng từ đạt giá trị cao 1,27 kOe ứng với thời gian nghiền 2h sau giảm xuống 0,82 kOe tăng thời gian nghiền lên 8h (hình 3.11) Điều nầy giải thích do, tăng thời gian nghiền làm cho kích thƣớc hạt nhỏ mịn khác xa so với kích thƣớc tối ƣu 45 KẾT LUẬN Trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp, em hồn thành đƣợc nội dung sau: - Đã tìm hiểu tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co-Zr-B - Tìm hiểu thực đƣợc số khâu phƣơng pháp phun băng nguội nhanh nghiền lƣợng cao - Xác định đƣợc cấu trúc mẫu băng Co 77 Zr20-yNbyB3 (với y = - 4) gồm pha từ mềm fcc-Co Co 23 Zr6 pha từ cứng Co 5Zr Lực kháng từ tích lƣợng mẫu băng đạt giá trị cao 3,71 kOe 1,5 MGOe tƣơng ứng - Đối với mẫu Co 77 Zr20-yNbyB3 (với y = 3) nghiền lƣợng cao, lực kháng từ chúng nhỏ giảm thời gian nghiền tăng lên Do thời gian điều kiện thực nghiệm có hạn nên nghiên cứu cấu trúc tính chất mẫu nghiền lƣợng cao chƣa đƣợc đầy đủ Hi vọng thời gian tới, vấn đề tiếp tục đƣợc nghiên cứu 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Đồn Minh Thủy, Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo nam châm kết dính nguội nhanh Nd-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội, 2006 Trần Quang Vinh, Thiết kế, xây dựng hệ từ kế từ trường xung cao Việt Nam, Luận án tiến sĩ Vật lý, Hà Nội, 2000 Trần Thị Lan, Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng Nd-Fe-Al-Co-(B,C) phương pháp nghiền cơ, khóa luận tốt nghiệp, Hà Nội, 2005 Tài liệu nƣớc D.C J iles, J.Acta Materialia 51, 5907 – 5939 (2003) D.J Branagan, M.J Kramer, R.W McCallum, J.Alloys Compd 244, 27 (1996) G Stroink, Z.M Stadnik, G Viau, R.A Dunlap, J Appl Phys 67, 4963– 4965 (1990) G.V Ivanova, N.N Shchegeleva, A.M Gabay, J Alloys Comp 432, 135141 (2007) G.V Ivanova, N.N Shchegoleva, A.M Gabay, J Alloys Comp 432, 135– 141 (2007) H.H Stadelmaier, T.S Jang, E.Th Henig, Mater Lett 12, 295–300 (1991) 10 H.W Chang, C.C Hsieh, J.Y Gan, Y.T Cheng, M.F Shih, W.C Chang, Journal of Physics D: Applied Physics 44, 064002 (2011) 11 H.W Chang, C.F Tsai, C.C Hsieh, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J.M.M.M 346, 74-77 (2013) 12 H.W Chang, Y.H Lin, C.W Shih, W.C Chang, C.C Chang, C.C shaw, J.M.M.M 346, 74- 77 (2013) 47 13 H.W Chang, Y.H Lin, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J Appl Phys 115, 17A724 (2014) 14 J.B Zhang, Q.W Sun, W.Q Wang, F Su, J Alloys Compd 474, 48 (2009) 15 K Zhang, D.W Zhou, B Han, Z Lv, X.C Xun, X.B Du, Y.Q Liu, B Yao, T Zhang, B.H Li, D Wang, J Alloys Compd 464, 28-32 (2008) 16 K.H.J Buschow, J.H Wernick, G.Y Chin, J Less Common Met 59, 61 (1978) 17 M Zhang, J Zhang, C Wu, W Wang, F Su, Physica B 405, 1725-1728 (2010) 18 S.F Cheng, W.E Wallace, B.G Demczyk, in: Proceedings of the 6th International Symposium on Magnetic Anisotropy an Coercivity in RareEarthTransition-Metal Alloys, Pittsburgh, PA, October 1990, CarnegieMellon University, Pittsburgh, PA, 477-487 (1991) 19 SPEX CertiPrep, Operating manual of 8000D Mixer/Mill 20 T Saito and M Itakura, J Alloys Compd 572, 124-128 (2013) 21 T Saito T Akiyama, J Appl Phys 115, 17A749 (2014) 22 T Saito, Appl Phys Lett 82 (14), 2305–2307 (2002) 23 T Saito, Appl Phys Lett 82, 2305–2307 (2003) 24 T Saito, Y Kamagata, W.Q Wang, IEEE Trans Magn 41, 3787 (2005) 25 Z Hou, H Li, W Wang, J Alloys Compd 593, 1-6 (2014) 26 Z Hou, J Zhang, S Xu, C Wu, J Zhang, Z Wang, K Yang, W Wang, X Du, F Su, J.M.M.M 324, 2771 (2012) 27 Z Hou, S Xu, J Zhang, C Wu, D Liu, F Su, W Wang, J Alloys Compd 555, 28-32 (2013) 48 ... hợp kim b? ?ng Co- Zr- Nb -B trƣớc ủ nhiệt 39 3.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim b? ?ng Co- Zr- Nb -B sau ủ nhiệt 40 3.3 Tính chất từ hệ hợp kim Co- Zr- Nb -B chế tạo. .. nhiệt độ ủ, thời gian ủ ảnh hƣởng mạnh lên tính chất cấu trúc từ hợp kim Chính chúng tơi lựa chọn đề tài ? ?Ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất từ hợp kim từ cứng Co- Zr- B chế tạo. .. LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co- Zr- B .3 1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co- Zr- B không pha tạp 1.1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co 8 0Zr2 0-x Bx (x = - 4) chế tạo