Khóa luận ảnh hưởng của pha tạp cr và ủ nhiệt lên tính chất của hợp kim từ cứng nền co zr b

LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp: “Ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B” kết nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy giáo ThS Nguyễn Văn Dương Khóa luận khơng trùng với kết tác giả khác Tôi xin cam đoan điều thật, sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Quang Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỞ ÐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B 1.1 Cấu trúc tính chất từ số hệ hợp kim Co-Zr-B 1.1.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) 1.1.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co72Zr8B20 1.1.3 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh 1.2 Cấu trúc tính chất từ số hệ hợp kim Co-Zr-B có pha tạp 10 1.2.1 Hệ hợp kim Co80Zr18-xMxB2 (x = - 2) M = C, Cu, Ga, Al Si 10 1.2.2 Hệ hợp kim Co86,5Hf11,5-xZrxB2 (x = 0, 1, 2, 5) 13 1.2.3 Hệ hợp kim Co80Zr18-xTixB2 (x = - 4) 16 1.2.4 Hệ hợp kim Co80-xZr18CrxB2 (x = 0, 2, 4) 19 1.2.5 Hệ hợp kim Co80Zr18-xNbxB2 (x = - 4) 23 1.2.6 Hệ hợp kim Co80Zr18-xMoxB2 (x = - 4) 27 CHƯƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 31 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu 31 2.1.1 Chế tạo hợp kim khối Co-Zr-Si-B hồ quang 31 2.1.2 Chế tạo băng hợp kim Co-Zr-Cr-B phương pháp nguội nhanh 32 2.2 Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 34 2.2.1 Xử lí nhiệt 34 2.2.2 Phép đo từ trễ 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Tính chất băng hợp kim Co80Zr18-XCrxB2 (x=0-4) trước ủ nhiệt 36 3.2 Tính chất băng hợp kim Co80Zr18-XCrxB2 (x=0-4) sau ủ nhiệt 37 KẾT LUẬN 40 MỘT SỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) tìm thấy từ lâu Trước công nguyên, người Trung Quốc biết dùng viên đá nam châm thiết bị la bàn Nhưng phải đến kỷ XX, thép bon thép hợp kim Volfram tìm thay nam châm tự nhiên trở thành vật liệu từ cứng Ngày nay, nam châm vĩnh cửu, sản phẩm ứng dụng VLTC, sử dụng rộng rãi lĩnh vực sống: (i) thiết bị dân dụng hàng ngày động điện, máy phát điện cỡ nhỏ, khoá cửa, cửa tủ v.v thiết bị đại nhà máy động điện, máy phát điện cỡ lớn…; (ii) lĩnh vực kỹ thuật cao tự động hố, cơng nghệ thơng tin, máy cộng hưởng từ; (iii) đặc biệt thiết bị điện tử đại máy tính, máy ghi âm, ghi hình v.v Vật liệu từ cứng nhân tạo có (BH)max  MGOe chế tạo năm 1920 Từ hướng 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 phát triển Năm 1988 Coehoorn cộng [18] phịng thí nghiệm Philip Research (Hà Lan) phát minh loại vật liệu Nd-Fe-B có Br = 1,0 T, Hcj = 280 kA/m, (BH)max  12,4 MGOe Kể từ vật liệu Nd-Fe-B dạng tổ hợp đặc biệt ý nghiên cứu với phịng thí nghiệm giới Nhiều cơng trình nghiên cứu vi cấu trúc, thành phần hợp phần, công nghệ chế tạo, v.v đối tượng vật liệu cơng bố có bước tiến vượt bậc thương mại mở rộng phạm vi ứng dụng [3, 5, 17, 23] Tính chất từ loại vật liệu nghiên cứu đạt tới gần giá hạn giới thuyết loại vật liệu chứa nguyên tố đất ngày cạn kiệt tự nhiên đồng thời trữ lượng đất tập trung chủ yếu số nước (Trung Quốc chiếm 97%) Từ dẫn tới giá thành sản phẩm tăng cao khó chủ động việc nghiên cứu loại vật liệu gần loại vật liệu từ cứng quan tâm nghiêm cứu hợp kim từ cứng Co-Zr, CoZr-B chúng không chứa đất cách pha thêm nguyên tố B, Si, Al, Ti thay đổi điều kiện công nghệ nhiệt độ, thời gian ủ ảnh hưởng mạnh lên tính chất từ băng hợp kim Chính vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B” Mục đích phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B - Vật liệu từ cứng Co-Zr-B pha tạp Cr - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo hợp kim Co-Zr-Cr-B lò hồ quang - Phun băng hợp kim Co-Zr-Cr-B hệ phun băng nguội nhanh - Đo tính chất vật lý hệ mẫu chế tạo - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ hợp kim chế tạo Phương pháp nghiên cứu - Các mẫu nghiên cứu chế tạo phương pháp nguội nhanh - Tính chất từ nghiên cứu phép đo từ độ - Tính chất từ khảo sát phép đo từ trễ hệ từ trường xung PFM Đóng góp đề tài - Hồn thành việc nghiên cứu ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên 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 chương: Chương Tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co- Zr-B Chương Kỹ thuật thực nghiệm Chương Kết thảo luận CHƯƠNG 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 không pha tạp 1.1.1 Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ thiêu kết nam châm Co-ZrB thể hình 1.1 Các nam châm Co-Zr-B chế tạo theo phương 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 trường 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 Co80Zr18B2 Hình 1.1 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ hợp kim Co80Zr20-xBx [21] Hình 1.2 phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K Các đỉnh nhiễu xạ pha Co5Zr Co23Zr6 tìm thấy hợp kim Co80Zr20, Co80Zr18B2 Co80Zr18B4 Điều cho thấy nam châm Co-Zr-B nung kết 873 K gồm pha Co5Zr Co23Zr6 Đánh giá tỷ lệ tương 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 Co80Zr18B2 kiểm tra để xem xét liên kết tinh thể pha Co5Zr Các mẫu XRD hợp kim khối Co80Zr18B2 khác so với hợp kim Co80Zr18B2 bột, cho thấy liên kết tinh thể giai đoạn Co5Zr hợp kim khối Co80Zr18B2 đạt đến mức độ định Tuy nhiên, liên kết tinh thể không quan trọng mong đợi cho nam châm đẳng hướng Nó điều cần thiết để làm biến dạng nam châm Co80Zr18B2 để tạo liên kết tinh thể cao pha CoxZr (x = 5) Hình 1.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K: (a) Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2 (c) Co80Zr16B4 [21] Hình 1.3 Đường cong từ trễ của mẫu bột Co80Zr18B2 thiêu kết 873 K ép song song vng góc [21] Để kiểm tra tính dị hướng từ hợp kim Co-Zr-B chế tạo phương pháp SPS, tính chất từ hợp kim Co80Zr18B2 nung kết 873 K đo theo hướng ép song song vng góc Các đường cong từ trễ thể hình 1.3 Các đường cong từ trễ tương ứng hợp kim Co80Zr18B2 khác nhau, với độ từ dư 6,4 kG đo theo hướng song song cao so với độ từ dư 4,0 kG đo theo hướng vng góc Như vậy, hợp kim Co80Zr18B2 thể tính đẳng hướng từ Sự liên kết tinh thể pha Co5Zr hợp kim Co80Zr18B2 lý cho quan sát tính hướng từ Tích lượng cực đại (BH) max 6,0 MGOe đạt với hợp kim Co80Zr18B2 đo theo hướng song song Giá trị tích lượng lý tưởng (BH)max tính cơng thức (BH)max = Ir2/4 (với Ir giá trị từ dư) giá trị lực kháng từ cao giá trị từ dư Tuy nhiên, giá trị tích lượng cực đại (BH)max hợp kim Co80Zr18B2 nhỏ nhiều so với giá trị lý tưởng (BH)max, ước tính 10,2 MGOe cách sử dụng giá trị từ dư 6,4 kG Điều phần lực kháng từ nhỏ phần độ vuông đường cong từ trễ Như vậy, áp dụng phương pháp biến dạng nóng để cải thiện độ vuông đường cong từ trễ hợp kim Co-Zr-B Nó báo cáo thay nhỏ Nb Mo cho Zr băng nguội nhanh Co-Zr-B dẫn đến cải thiện lực kháng từ [16, 25] nâng cao giá trị tích lượng (BH)max hợp kim Co-Zr-B 1.1.2 Hệ hợp kim Co72Zr8B20 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim Co72Zr8B20 Zhang cộng nghiên cứu [14] Phổ nhiễu xạ tia X mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 chưa ủ ủ nhiệt độ khác thời gian 10 phút thể hình 1.4 Hình 1.4a) cho thấy đỉnh nhiễu xạ rộng, điều mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 chưa ủ trạng thái vơ định hình Sau băng hợp kim Co72Zr8B20 ủ 495oC, khơng có pha kết tinh (hình 1.4b) Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt 540oC, đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng đại diện cho số pha tinh thể xuất (hình 1.4c) Sau mẫu ủ 630oC, pha tinh thể Co, Zr B12Zr hình thành (hình 1.4d) Hình 1.4 Phổ XRD mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ (a), ủ 495oC (b), 540oC (c), 630oC (d) 10 phút [14] Hình 1.5 đường cong từ trễ mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ 495oC, 540oC 630oC 10 phút Như thấy từ hình 1.5, mẫu băng chưa ủ thể tính từ mềm Sau mẫu ủ 495oC 540oC đường cong từ trễ thay đổi chút ít, mômen từ bắt đầu đổi chiều Sau mẫu băng Co72Zr8B20 ủ 630oC 10 phút, hình dạng đường cong từ trễ thay đổi mạnh Lực kháng từ mẫu băng tăng lên nhiều kết tinh mẫu Hình 1.5 Đường cong từ trễ mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ 495oC, 540oC 630oC 10 phút [14] Lực kháng từ Hc mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ nhiệt độ khác thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Lực kháng từ Hc mẫu băng Co72Zr8B20 trước sau ủ nhiệt Mẫu thực nghiệm Hc (Oe) Mẫu chưa ủ 2,27 Mẫu ủ 495oC 10 phút 5,13 Mẫu ủ 540oC 10 phút 11,45 Mẫu ủ 630oC 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 630oC, lực kháng từ Hc đạt 925 Oe, gợi ý mẫu trở nên từ tính cứng 1.1.3 Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh Vi cấu trúc hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh Tetsuji Saito cộng nghiên cứu [20] Hình 1.6 Đường cong khử từ mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = - 4): (a) Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2, (c) Co80Zr16B4[20] Hình 1.7 Phổ XRD mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = - 4): (a) Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2, (c) Co80Zr16B4 [20] Hình 1.6 đường cong khử từ mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = - 4) Giá trị lực kháng từ thu cho hợp kim Co80Zr20 kOe Việc bổ sung lượng nhỏ B cho hợp kim Co-Zr dẫn đến gia tăng đáng kể lực kháng từ Giá trị lực kháng từ cao kOe thu với hợp kim Co80Zr18B2 Hình 1.7 phổ nhiễu xạ tia X băng hợp kim Co80Zr20-xBx Các đỉnh nhiễu xạ pha CoxZr Co23Zr6 tìm thấy phổ XRD hợp kim Co80Zr20 Các đỉnh nhiễu xạ pha CoxZr Co23Zr6 tìm thấy phổ XRD hợp kim Co80Zr18B2 Co80Zr16B4 Tuy nhiên, cường độ đỉnh nhiễu xạ pha Co23Zr6 trở nên yếu tăng hàm lượng B Điều Hình 1.42 Phổ XRD mẫu băng Co80Zr18-xMoxB2 (x = - 4) [15] Hình 1.43 Sự phụ thuộc lực kháng từ mẫu băng Co80Zr16Mo2B2 vào nhiệt độ ủ [15] Băng Co80Zr18-xMoxB2 (x = 1, 2, 4) ủ nhiệt độ từ 500 đến 700oC 30 phút Hình 1.43 biểu diễn phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ băng Co80Zx16Mo2B2 Kết cho thấy, lực kháng từ băng giảm băng ủ 500oC, tăng đến giá trị tối đa 6,8 kOe 600oC sau lại giảm tăng nhiệt độ ủ Các phổ nhiễu xạ tia X tương ứng băng Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ khác hiển thị hình 1.44 Trên phổ nhiễu xạ gồm pha Co5Zr, Co23Zr6 fcc-Co, tìm thấy băng Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ từ 500 đến 600oC giống với trường hợp băng trước xử lý nhiệt Khi băng Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ cao 650 700oC, pha Co5Zr, Co23Zr6 fcc-Co cịn xuất thêm pha Co11Zr2 Hình 1.44 Phổ XRD mẫu băng Co80Zr16Mo2B2 ủ (a) 500oC, (b) 550oC, (c) 600oC, (d) 650oC (e) 700oC [16] 28 Vi cấu trúc băng Co80Zr16Mo2B2 trước ủ ủ 600oC 700oC 30 phút phân tích SEM, thấy hình 2.33 Kết cho thấy rằng, kích thước hạt băng Co80Zr16Mo2B2 trước ủ nhỏ (khoảng 0,5 µm, băng ủ 600oC có hạt mịn (khoảng µm kích thước hạt băng Co80Zr16Mo2B2 ủ 700oC lớn nhiều (khoảng µm) Hình 1.45 Ảnh SEM mẫu băng Co80Zr16Mo2B2 (a) chưa ủ, (b) ủ 600oC 30 phút, (c) ủ 700oC 30 phút [16] Từ phổ nhiễu xạ tia X phân tích SEM, kết luận xử lý nhiệt dẫn đến làm tăng kích thước hạt Cho băng ủ nhiệt độ thích hợp, thu hạt mịn pha Co5Zr, có mối liên hệ với tính chất từ cao hợp kim Co-ZrMo-B Nhiệt độ ủ tương đối cao dẫn đến phát triển hạt pha Co5Zr hình thành Co11Zr2, báo cáo pha từ mềm hệ thống Co-Zr Sự xuất Co11Zr2 lý chắn lực kháng từ giảm băng Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ 650 700oC Tích lượng băng Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ khác liệt kê bảng 1.5 Chúng ta thấy tích lượng (BH)max lúc đầu tăng theo nhiệt độ ủ, đạt giá trị cao 2,85 MGOe, xuất 600oC sau chúng giảm xuống 1,14 MGOe tăng nhiệt độ ủ Bảng 1.5 σr/σs, σr (BH)max băng Co80Zr16Mo2B2 sau ủ nhiệt Nhiệt độ 500oC 550oC 600oC 650oC 700oC σr/σs 0,61 0,64 0,65 0,62 0,59 σr (emu/g) 33,86 35,65 37,14 36,38 27,09 (BH)max (MGOe) 2,07 2,60 2,85 1,98 1,14 29 Hình 1.46 cho thấy đường cong từ trễ băng Co80Zr16Mo2B2 chưa ủ ủ 600oC Có thể thấy rằng, việc xử lý nhiệt với băng Co80Zr16Mo2B2 làm tăng độ vng đường cong từ trễ Hình 1.46 Đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr16Mo2B2 chưa ủ (a) ủ 600oC (b) [15] Băng Co80Zr16Mo2B2 ủ 600oC có độ từ dư 37,14 emu/g, cao chút so với băng Co80Zr16Mo2B2 chưa ủ nhiệt Nhiệt độ ủ thích hợp làm tăng tính chất từ cứng, thay đổi kích thước số lượng pha từ tính, tác động đến tính chất từ cứng Do đó, tối ưu hóa điều kiện ủ để cải thiện tính chất từ cứng hợp kim Co80Zr16Mo2B2 nghiên cứu tương lai 30 CHƯƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu 2.1.1 Chế tạo hợp kim khối Co-Zr-Si-B lò hồ quang Hợp kim chế tạo từ nguyên tố Co, Zr, Si, B với độ cao Các nguyên tố sau cân hợp phần theo nồng độ phần trăm nguyên tử nấu lị hồ quang mơi trường khí Ar Mỗi mẫu nấu khoảng 5-6 lần để đảm bảo ngun tố nóng chảy hồn tồn hịa trộn với thành hợp kim đồng Sơ đồ khối lị hồ quang minh họa hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang Khối lượng mẫu đem nấu hồ quang 20 g, tùy theo mục đích nghiên cứu Để chắn hợp phần không bị bay nhiều trình nấu, hợp kim sau nấu cân lại Tồn q trình chế tạo tiền hợp kim thực khí trơ Ar để tránh oxy hoá Mẫu sau nấu hồ quang để nguội theo lò lấy Lúc này, hợp kim dùng để tạo mẫu băng phương pháp phun băng Hình 2.2 hình ảnh tồn hệ nấu mẫu hồ quang mà sử dụng Thiết bị đặt Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam 31 Hình 2.2 a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) Bơm hút chân không, (2) Buồng nấu mẫu, (3) Tủ điều khiển, (4) Bình khí Ar, (5) Nguồn điện b) Ảnh bên buồng nấu: (6) Điện cực, (7) Nồi nấu, (8) Cần lật mẫu 2.1.2 Chế tạo băng hợp kim Co-Zr-Cr-B phương pháp nguội nhanh Sơ đồ khối công nghệ nguội nhanh mơ tả hình 2.3 Trong luận văn này, băng nguội nhanh tạo thiết bị ZKG-1 (hình 2.4) đặt Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Vận tốc dài trống quay 40 m/s Khối lượng hợp kim lần phun 20 g Mức chân không trạng thái làm việc cỡ 6,6.10-2 Pa Trước phun băng, buồng tạo băng phải vệ sinh Tiền hợp kim đánh xỉ trước cho vào ống thạch anh Đặt tiền hợp kim vào ống thạch anh có đường kính đầu vịi khoảng 0,5 mm đặt gần sát bề mặt trống đồng Hợp kim làm nóng chảy dịng cảm ứng cao tần Hợp kim sau nóng chảy nén áp lực dịng khí trơ Ar chảy qua khe vòi, phun lên mặt trống đồng quay Với tốc độ quay trống 40 m/s, chúng tơi thu băng nguội nhanh có độ dày khoảng 20 µm, chiều rộng cỡ 2-3 mm Tốc độ nguội R tính theo cơng thức: R = ΔT/ Δt Tức tốc độ làm nguội R khoảng 10-6  10-5 K/s 32 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh đơn trục b) a) Hình 2.4 a) Thiết bị phun băng nguội nhanh b) Bên buồng tạo băng Tốc độ làm nguội hợp kim thay đổi cách điều chỉnh tốc độ quay trống đồng Hợp kim lỏng bị đông cứng lại tiếp xúc với trống đồng, sau văng khỏi mặt trống Nếu tốc độ làm nguội lớn, độ quay trống đủ lớn, mẫu băng thu có cấu trúc VĐH hồn tồn Nếu tốc độ quay trống khơng đủ nhanh mẫu bị kết tinh phần Một số lưu ý thực nghiệm Buồng tạo băng phải vệ sinh trước phun băng Tiền hợp kim đánh xỉ trước cho vào ống thạch anh 33 (đã làm aceton cồn) có đầu vịi đường kính khoảng mm Khoảng cách đầu vòi mặt trống quay yếu tố ảnh hưởng đến độ dày, độ rộng băng ảnh hưởng lên tính chất băng nguội nhanh, thường khoảng cách chọn khoảng 1-10 mm Để hợp kim nóng chảy phun lên mặt trống đồng cần phải đẩy dòng 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 2.2 CÁC PHÉP ĐO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ 2.2.1.Xử lý nhiệt Q trình ủ nhiệt thực lị ủ nhiệt dạng ống Thermolyne (hình 2.5) điều khiển nhiệt độ tự động, tốc độ gia nhiệt tối đa đạt 50oC/phút Trong thí nghiệm, chúng tơi sử dụng phương pháp ủ ngắt Mẫu đưa vào vùng nhiệt độ khảo sát theo yêu cầu ủ thời gian mong muốn, sau lấy làm nguội nhanh để tránh tạo pha khác nhiệt độ trung gian Hình 2.5 Ảnh thiết bị ủ nhiệt [1] 34 2.2.2 Phép đo từ trễ Các phép đo từ trễ thực hệ đo từ trường xung với từ trường cực đại lên đến 90 kOe Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung [12] Hình 2.7 Hệ đo từ trường xung [1] Hệ thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua tụ điện cuộn dây (hình 2.6) Dịng chiều qua K1, nạp điện cho tụ, tụ tích lượng cỡ vài chục kJ Khố K2 đóng, dịng điện hình sin tắt dần Dòng điện thời gian tồn ngắn phóng điện qua cuộn dây nam châm L tạo lòng ống dây từ trường xung cao Mẫu đo 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 trường thu thập, xử lí lưu trữ cho mục đích cụ thể Từ trường lịng ống dây sử dụng để nạp từ cho mẫu vật liệu dùng nửa chu kì hình sin dịng điện phóng Từ trường lớn hệ đạt tới 100 kOe Hệ điều khiển đo đạc kĩ thuật điện tử ghép nối với máy tính Để tránh hiệu ứng trường khử từ, mẫu đặt cho từ trường song song dọc theo chiều dài mẫu, mẫu khối cắt theo dạng hình trụ Các mẫu đo gắn chặt vào bình mẫu để tránh dao động mẫu trình đo 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất từ băng hợp kim Co80Zr18-xCrxB2 (x = - 4) trước ủ nhiệt Hình 3.1 Đường cong từ trễ băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt Kết cho thấy, mẫu băng hợp kim thể tính từ cứng lực kháng từ mẫu không cao, thay đổi từ 1,305 kOe (với x = 0) đến 1,586 kOe (với x = 2) Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nồng độ Cr mẫu 4M (kG) băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt thể hình 3.2 X=0 X=2 -1 -2 -3 -4 -8 -6 -4 -2 H (kOe) X=3 X=4 c Hình 3.1 Đường cong từ trễ băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt Hc (kOe) 1.5 0.5 -1 x (%) Hình 3.2 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc theo nồng độ Cr mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt Có thể nhận thấy, lực kháng từ tăng lên tăng nồng độ Cr từ đến 2% (từ 1,305 đến 1,586 kOe) Lực kháng từ đạt giá trị lớn 1,586 kOe nồng độ Cr 2% Tiếp tục tăng nồng độ Cr lên 4% lực kháng từ băng hợp kim giảm mạnh xuống cịn 0,565 kOe 36 3.2 Tính chất băng hợp kim Co80Zr18-xCrxB2 (x = 0, 2, 4) sau ủ nhiệt Nhằm cải thiện tính chất từ băng hợp kim chúng tơi tiến hành ủ mẫu băng ứng với nồng độ Cr nhiệt độ khác từ 550 đến 700oC thời gian 10 phút Hình 3.3 đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 ủ các nhiê ̣t đô ̣ khác thời gian 10 phút Có thể thấy lực kháng từ Hc thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ ủ Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nhiệt độ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) thể hình 3.4 Trong khoảng nhiệt độ từ 550 - 600oC lực kháng từ thay đổi không nhiều (từ 1,249 đến 1,471 kOe) Khi nhiệt độ tăng lên 650oC lực kháng từ tăng rõ rệt đạt cực đại 1,924 kOe Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 700oC lực kháng từ lại giảm mạnh xuống cịn 1,862 kOe 4M (kG) X=0 X=2 -1 -2 -3 -4 -8 -6 -4 -2 H (kOe) X=3 X=4 c 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 c H (kOe) Hình 3.3 Đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) ủ các nhiê ̣t đô ̣ khác từ 550 đến 700oC thời gian phút 550 600 650 o T ( C) 700 a Hình 3.4 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc theo nhiệt độ khác từ 550 đến 700oC mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) 37 Hình 3.5 đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) ủ 650oC thời gian 3, 10 phút Hình 3.6 phụ thuộc lực kháng từ vào thời gian ủ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 ủ 650°C thời gian 3, 10 phút Có thể thấy rằng, lực kháng từ phụ thuộc nhiều vào thời gian ủ nhiệt Với thời gian ủ nhiệt phút, lực kháng từ đạt khoảng 1,769 kOe Khi tăng thời gian ủ lên phút lực kháng từ đạt giá trị cao Hc ~ 1,899 kOe tích lượng (BH)max ~ 0,961 MGOe (được xác định hình 3.7) Tiếp tục 4M (kG) tăng thời gian ủ lên 10 phút lực kháng từ giảm xuống 1,347 kOe X=0 X=2 -1 -2 -3 -4 -8 -6 -4 -2 H (kOe) X=3 X=4 c Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) chưa ủ ủ 650oC thời gian 3, 10 phút 1.9 c H (kOe) 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 -2 t (phút) 10 12 a Hình 3.6 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc vào thời gian ủ mẫu băng Co80Zr18-xCrxB2 (x = 2) chưa ủ ủ 650oC thời gian 3, 10 phút 38 Điều giải thích tăng thời gian ủ lên phút tỷ phần pha từ cứng kích thước hạt đạt tối ưu Ở thời gian ủ dài (10 phút) làm tỷ phần pha từ cứng giảm phân hủy pha từ cứng thành pha từ mềm, kích thước hạt tăng lên dẫn tới tính chất từ băng hợp kim giảm BH (MGOe) 2.5 BH 4M B 4M,B (kG) 1.5 0.5 -2.5 -2 -1.5 -1 H (kOe) -0.5 c Hình 3.7 Đường cong xác định tích lượng (BH)max mẫu băng Co80Zz18-xCrxB2 (x = 2) ủ 650oC thời gian phút 39 KẾT LUẬN Trong trình làm khóa luận tốt nghiệp, em hồn thành nội dung sau: - Đã tìm hiểu tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co-ZrB - Tìm hiểu thực số ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B - Đã chế tạo khảo sát tính chất từ băng nguội nhanh Co80Zr18XCrxB2 (x = - 4) Lực kháng từ tích lượng mẫu băng đạt giá trị cao 1,899 kOe 0,6 MGOe tương ứng với x = ủ nhiệt độ 650oC thời gian phút 40 MỘT SỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO Đoàn 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 A.M Gabai, N.N Schegolewa, V.S Gaviko, G.V Ivanova, Phys Met Metall 95, 122–128 (2003) D.C Jiles, Recent advances and future directions in magnetic materials, J Acta Materialia 51, 5907-5939 (2003) D.J Branagan, M.J Kramer, R.W McCallum, J Alloys Compd 244, 27 (1996) E.F Kneller, R Hawig, IEEE Transactions on Magnetics 27, 3588 (1991) G Stroink, Z.M Stadnik, G Viau, R.A Dunlap, J Appl Phys 67, 4963– 4965 (1990) G Stroink, Z.M Stadnik, G Viau, R.A Dunlap, J Appl Phys 67, 4963– 4965 (1990) 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.F Tsai, C.C Hsieh, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J.M.M.M 346, 74-77 (2013) 11 H.W Chang, Y.H Lin, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J Appl Phys 115, 17A724 (2014) 12 Hellstern E., Fecht H J, Garland C., Johnson WL In: McCandlish L E,Polk D E., Siegel R.W, Kear B.H, editors Multicompoment ultrafine microstructures, vol 132 Pittsburgh, PA: Mater Res Soc,1989 P 137-142 13 J.B Zhang, Q.W Sun, W.Q Wang, F Su, J Alloys Compd 474, 48 (2009) 14 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) 41 15 K.H.J Buschow, J.H Wernick, G.Y Chin, J Less Common Met 59, 61 (1978) 16 M Zhang, J Zhang, C Wu, W Wang, F Su, Physica B 405, 1725-1728 (2010) 17 M.E McHenry, D.E Laughlin, Nano-scale materials development for future magnetic applications, Acta Materialia 48, 223-238 (2000) 18 R Coehoorn, D B Mooij, J.P.W.B Duchateau and K H J Buchow, Novel permanent magnetic materials made by rapid quenching, Journal de physique 49, 669-670 (1988) 19 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) 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 W Zhang, S Zhang, A Yan, H Zhang, B Shen, Effect of the substitution of Pr for Nd on microstructure and magnetic properties of nanocomposite Nd2Fe14B/a-Fe magnets, J.M.M.M 225, 389-393 (2001) 24 Z Hou, H Li, W Wang, J Alloys Compd 593, 1-6 (2014) 25 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) 26 Z Hou, S Xu, J Zhang, C Wu, D Liu, F Su, W Wang, J Alloys Compd 555, 28-32 (2013) 42 ... cứu ? ?Ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim từ cứng Co- Zr- B? ?? Mục đích phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất từ hợp kim từ cứng Co- Zr- B - Vật liệu từ cứng Co- Zr- B pha tạp Cr -... liệu từ cứng khơng chứa đất Co- ZrB - Tìm hiểu thực số ảnh hưởng pha tạp Cr ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co- Zr- B - Đã chế tạo khảo sát tính chất từ b? ?ng nguội nhanh Co8 0Zr1 8XCrxB2 (x... hạt phù hợp pha Co1 1Zr2 cho nguyên nhân gia tăng mạnh lực kháng từ Hình 1.37 Ảnh SEM mẫu b? ?ng (a) Co8 0Zr1 8B2 , (b) Co8 0Zr1 7Nb 1B2 , (c) Co8 0Zr1 6Nb 2B2 (d) Co8 0Zr1 5Nb 3B2 [25] Việc ủ b? ?ng Co- Zr- B dẫn