Khóa luận ảnh hưởng của pha tạp nb và ủ nhiệt lên cấu trúc và tính chất từ của hợp kim co zr b chế tạo bằng phương pháp phun băng nguội nhanh

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS Nguyễn Văn Dương giúp đỡ, bảo tận tình suốt trình thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Huy Dân ThS Nguyễn Mẫu Lâm tạo điều kiện thuận lợi trang thiết bị giúp đỡ trình làm thực nghiệm hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội trang bị cho kiến thức cần thiết để thực khóa luận Tuy nhiên lần làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong góp ý quý thầy, cô giáo bạn sinh viên để khóa luận tơi hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2018 Sinh viên Trần Hồng Chiến LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp: “Ảnh hưởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh” 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 năm 2018 Sinh viên Trần Hồng Chiến MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) phát sử dụng từ cách lâu Ngay từ trước công nguyên, người Trung Quốc chế tạo kim nam để xác định phương hướng, nam châm có khả hút sắt định hướng Bắc Cho đến năm 1920 (VLTC) nhân tạo chế tạo thay nam châm tự nhiên có (BH)max  MGOe, từ hướng nghiên cứu tập chung vào nâng cao biện pháp công nghệ, thay đổi hợp phần để tìm loại vật liệu Năm 1988 Coehoorn cộng [25] phòng 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 đặc biệt ý quan tâm nghiên cứu 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 [6, 8, 24, 32] Hiện nam châm thiêu kết Nb-Fe-B sử dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống: (i) ngành công nghiệp: phanh (ABS), môtơ khởi động quạt hay điều khiển, cửa sổ, Robot, (ii) điện tử: hệ loa, chuông điện thoại, chuyển mạch, rơle, môtơ bước, máy in, (iii) y học: máy cộng hưởng từ, tim nhân tạo hay làm lành vết thương chỉnh hình chúng có tính chất từ nội tốt chúng v.v [4, 5, 8, 11, 13, 15, 16, 18, 20, 33] Hiện nay, tính chất từ loại vật liệu nghiên cứu đến mức gần giới hạn lý thuyết chúng Hơn loại vật liệu lại chứa nguyên tố đất hiếm, nguyên tố hữu hạn tự nhiên Bên cạnh trữ lượng đất lại tập trung chủ yếu số nước giới (Trung Quốc chiếm > 97%) dẫn đến việc thiếu hụt tăng giá thành sản phẩm [11], khó chủ động việc nghiên cứu loại vật liệu Do đó, vấn đề quan trọng đáng quan tâm phải khám phá loại vật liệu từ cứng mà khơng có chứa đất (RE-free) Trong năm trở lại nhà khoa học quan tâm nghiên cứu đến loại vật liệu từ cứng hợp kim từ cứng Co-Zr-B, chúng không chứa nguyên tố đất Hơn việc thay nguyên tố thay đổi điều kiện công nghệ chế tạo cải thiện đáng kể cấu trúc tính chất từ cứng chúng Chính vậy, tơi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B chế tạo phƣơng pháp phun băng nguội nhanh” 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 Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo hợp kim Co-Zr-Nb-B lò hồ quang - Phun băng hợp kim Co-Zr-Nb-B hệ phun băng nguội nhanh - Đo tính chất vật lý hệ mẫu chế tạo - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ băng hợp kim chế tạo Phƣơng pháp nghiên cứu - Các mẫu nghiên cứu chế tạo phương pháp nguội nhanh - Cấu trúc vật liệu phân tích phương pháp nhiễu xạ tia X - 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 - Hoàn thành việc nghiên cứu ảnh hưởng 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 Nội dung đề tài 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 NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B 1.1 Cấu trúc tính chất hệ hợp kim Co-Zr-B khơng pha tạp 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) Các tính chất từ nam châm Co-Zr-B sản xuất phương pháp thiêu kết plasma Tetsuji saito Tomoya Akiyama nghiêm cứu [28] Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ thiêu kết nam châm Co-Zr-B thể hình 1.1 Hình 1.1 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ hợp kim Co80Zr20-xBx [28] Nam châm Co-Zr-B, Một hợp chất từ vĩnh cửu khơng có ngun tố đất hiếm, chế tạo thành công phương pháp thiêu kết xung điện plasma (SPS) 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 Vời nồng độ B, lực kháng từ nam châm đạt giá trị cực đại sau thiêu kết 873 K lực kháng từ đạt giá trị lớn 4,3 kOe với hợp kim Co80Zr18B2 Các cấu trúc hợp kim Co-Zr-B thiêu kết 873 K kiểm tra nghiên cứu nhiễu xạ tia X từ trường nhiệt Hình 1.2 phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K Hình 1.3 Đường cong từ trễ của mẫu bột Co80Zr18B2 thiêu kết 873 K ép song song 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 [28] vng góc [28] Trong hợp kim Co80Zr20, Co80Zr18B2 Co80Zr18B4 tìm thấy đỉnh nhiễu xạ pha Co5Zr Co23Zr6 Điều cho thấy nam châm Co-Zr-B thiêu kết nhiệt độ 873 K bao gồm pha Co5Zr Co23Zr6 Do chồng chéo đỉnh nhiễu xạ dẫn đến gặp nhiều khó khăn việc đánh giá tỉ lệ tương ứng pha tinh thể hợp kim Co-Zr-B Để so sánh mô hình nhiễu xạ tia X hợp kim khối Co80Zr18B2 kiểm tra để xem xét liên kết tinh thể pha Co5Zr Các mẫu nhiễu xạ hợp kim 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 Co5Zr 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 Kết cho thấy đường cong từ trễ hợp kim Co80Zr18B2 khác nhau, với độ từ dư cao 6,4 kG tính theo hướng song song so với mức 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 Sản phẩm lượng tối đa (BH)max 6,0 MGOe đạt với hợp kim Co80Zr18B2 đo theo hướng song song Được biết giá trị tích lượng lý tưởng (BH)max tính công 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 [23, 35] nâng cao giá trị tích lượng (BH)max hợp kim Co-Zr-B 1.1.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co72Zr8B20 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim Co72Zr8B20 Zhang cộng nghiên cứu [18] 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 1.4 Phổ XRD mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ (a), ủ 495oC (b), 540oC (c), 630oC (d) 10 phút [21] Hình 1.4 (a) cho thấy đỉnh điểm nhiễu xạ, điều mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 chưa ủ trạng thái vơ định hình Sau ủ băng hợp kim Co72Zr8B20 495oC, khơng có pha tinh thể tồn tại, hình 1.4 (b) Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt 540oC, xuất đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng thể xuất số pha tinh thể, hình 1.4 (c) Sau mẫu ủ 630oC, pha tinh thể Co, Zr B12Zr hình thành, hình 1.4 (d) Hình 1.5 đường cong từ trễ mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ 495 C, 540oC 630oC 10 phút Như thấy từ hình 1.5, mẫu băng chưa ủ thể tính từ mềm Sau mẫu ủ 495oC 540oC đường o cong từ trễ có thay đổi chút ít, mơmen từ bắt đầu đổi chiều Hình 1.5 Đường cong từ trễ mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ 495oC, 540oC 630oC 10 phút [21] Sau ủ mẫu băng Co72Zr8B20 630oC 10 phút, hình dạng đường cong từ trễ thay đổi mạnh, đặc biệt phần trung tâm đường cong từ trễ thành hình dạng „s‟ Lực kháng từ mẫu băng tăng lên nhiều kết tinh mẫu 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, lực kháng từ 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 [19] Hình 1.6 đường cong từ khử mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = - 4) Cho thấy giá trị lực kháng từ kOe thu cho hợp kim Co80Zr20 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-xBx 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 cho thấy thay lượng nhỏ B cho Zr hợp kim Co80Zr20 dẫn đến hình thành pha từ cứng CoxZr Co11Zr2 lý chắn lực kháng từ giảm băng hợp kim Co80Zr16Mo2B2 ủ nhiệt độ 650oC 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, giá trị cao mà băng đạt (BH)max = 2,85 MGOe, xuất 600oC sau chúng giảm xuống 1,14 MGOe o tăng nhiệt độ ủ đạt 700 C Bảng 1.5 σr/σs, σr (BH)max băng Co80Zr16Mo2B2 sau ủ nhiệt 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 Nhiệt độ 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) o ủ 600 C (b) [23] 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 31 CHƢƠNG KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B 2.1.1 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B lò hồ quang Hợp kim chế tạo từ nguyên tố Co, Zr, Nb, 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 từ đến lần để đảm bảo nguyên tố nóng chảy cách hồn tồn hịa trộn với thành hợp kim đồng Sơ đồ khối lò hồ quang minh họa hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang Khối lượng mẫu 20 g, tùy theo mục đích nghiên cứu Để hợp phần khơng bị bay nhiều nấu, hợp kim sau nấu cân lại Tồn q trình chế tạo tiền hợp kim để tránh bị oxy hóa thực khí trơ Ar Trước hợp kim dùng để chế tạo mẫu băng phương pháp phun băng mẫu sau nấu hồ quang để nguội theo lò lấy 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 Công nghệ Việt Nam 32 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 mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B phương pháp nguội nhanh Sơ đồ khối công nghệ nguội nhanh mô tả hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh đơn trục 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 33 không trạng thái làm việc cỡ 6,6.10-2 Pa a) b) Hình 2.4 a) Thiết bị phun băng nguội nhanh: Bơm hút chân không, Buồng mẫu, Nguồn phát cao tần b) Bên buồng tạo băng: Trống quay, Vòng cao tần, Ống thạch anh 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, Giọt hợp kim giàn mỏng bám lên mặt trống đồng thời gian Δt ≈ 103102 s, khoảng thời gian nhiệt độ hợp kim giảm từ nhiệt độ nóng chảy xuống nhiệt độ phòng (ΔT ≈ 103 K) Tốc độ nguội R tính theo cơng thức: R = ΔT/ Δt Tức tốc độ làm nguội R khoảng 10-6  10-5 K/s Chúng thu băng nguội nhanh có độ dày khoảng 20μm, chiều rộng cỡ 2mm - mm 2.1.3 Xử lí nhiệt mẫu hợp kim Co-Zr-Nb-B Q trình ủ nhiệt thực lị ủ nhiệt dạng ống Thermolyne (hình 2.9) 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 Hình 2.9 Ảnh thiết bị ủ nhiệt [34] 34 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 Để thực điều thiết kế ống kim loại hút chân khơng, mẫu cần ủ nhiệt cho vào ống, sau hút chân khơng bơm khí Ar nhiều lần Ống đưa vào lị vùng có nhiệt độ theo u cầu, sau thời gian xác định lấy làm nguội nhanh nước 2.2 Các phép đo nghiên cứu cấu trúc tính chất từ 2.2.1 Nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ tia X (XRD – X-ray Diffraction) phương pháp hiệu sử dụng rộng rãi nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu Nguyên lý phương pháp dựa việc phân tích ảnh nhiễu xạ thu tia X sau tương tác với mẫu Nhiễu xạ mẫu thể đặc trưng tinh thể mẫu Qua giản đồ nhiễu xạ tia X ta xác định đặc tính cấu trúc mạng tinh thể kiểu mạng, thành phần pha tinh thể, độ kết tinh, số cấu trúc Các phép đo phân tích nhiễu xạ tia X thực thiết bị nhiễu xạ tia X (hình 2.6) khoa Vật lý trường Đại học Tự nhiên Hình 2.6 Thiết bị nhiễu xạ tia X 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 35 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung [35] Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung [2] Hệ 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 lượng 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 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 giá trị 100 kOe Hệ điều khiển đo đạc kĩ thuật điện tử ghép nối với máy tính Hình 2.8 Hệ đo từ trường xung [1] 36 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 Phép đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ thực mơi trường khí Ar để tránh ơxy hố 37 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-Nb-B trƣớc ủ nhiệt Hình 3.1 phổ nhiễu xạ tia X băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trước ủ nhiệt fcc-Co C r y=2 30 40 50 deg.   y=3 y=0 20  Intensity (a.u.)  y=4   60 70 Hình 3.1 Các mẫu XRD băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trước ủ nhiệt Có thể thấy rằng, trước ủ nhiệt cấu trúc băng hợp kim gồm pha từ mềm fcc-Co pha từ cứng Co5Zr Cường độ đỉnh nhiễu xạ pha tương đối nhỏ 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 Đường cong từ trễ băng Co77Zr20-yNbyB3 trước ủ nhiệt Hình 3.2 đường cong từ trễ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trước ủ nhiệt Có thể thấy lực kháng từ chúng tăng nhẹ từ 2,68 kOe (với y = - ) đến 2,83 kOe với y = Sau chúng giảm mạnh xuống cịn 1,32 kOe nồng độ Nb tăng lên đến 4% 38 Để tìm quy luật lực kháng từ Hc băng hợp kim Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) trước 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 Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) 3.2 Cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-Nb-B sau ủ nhiệt y=0 20 30 40 50 deg. y=2 Intensity (a.u.) y=3  Co Zr 23  C r   y =            fcc-Co 60 70 Hình 3.4 Các mẫu XRD băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 650 oC thời gian 15 phút Hình 3.4 phổ nhiễu xạ tia X băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 650 C thời gian 15 phút Có thể thấy sau ủ nhiệt phổ nhiễu xạ o 39 băng hợp kim xuất thêm pha từ mềm Co23Zr6 Đồng thời cường độ độ sắc nét đỉnh nhiễu xạ tăng cường Để nghiên cứu ảnh hưởng trình ủ nhiệt, ủ mẫu băng nhiệt độ khác từ 550oC - 700oC thời gian phút - 15 phút Hình 3.5 đường cong từ trễ băng hợp kim Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ o nhiệt độ 650 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 Đường cong từ trễ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) ủ 650oC 15 phút 3.5 2.5 c H (kOe) y=0 y=2 y=3 y=4 1.5 550 600 650 o T ( C) 700 a Hình 3.6 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc vào nhiệt độ ủ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) ủ nhiệt độ Ta khác thời gian 15 phút Hình 3.6 phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ 550oC, 600oC, 650oC, 700oC thời gian 40 15 phút thấy rằng, lực kháng từ Hc tăng nhiệt độ ủ tăng từ 550oC - 650 oC sau chúng giảm mạnh với tăng nhiệt độ ủ lên 700oC Lực kháng từ cao cỡ 3,71 kOe đạt cho mẫu băng thay 3% Nb ủ nhiệt độ 650oC thời gian 15 phút Sự phụ thuộc tích lượng (BH)max vào nhiệt độ ủ băng hợp kim Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) sau ủ nhiệt thể hình 3.7 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 lượng tối đa (BH)max nhiệt độ ủ băng Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) ủ nhiệt độ khác Kết cho thấy tích lượng (BH)max đạt giá trị tối ưu nhiệt độ ủ khoảng 600oC - 700 oC Tích lượng (BH)max cỡ 1,5 MGOe đạt với thay 3% Nb cho Zr ủ nhiệt độ 650oC thời gian 15 phút Sự tăng cường lực kháng từ Hc tích lượng (BH)max giải thích tương tác cặp trao đổi tăng cường kích thước hạt đạt tối ưu Tuy nhiên kích thước hạt tăng đáng kể khác xa so với kích thước tối ưu nhiệt độ ủ cao [9] Bảng 3.1 Tính chất từ tối ưu băng hợp kim Co77Zr20-yNbyB3 (y = - 4) Băng hợp kim Co77Zr17Nb3B3 Ta ta (oC) (phút) 650 15 Ms Mr Br Hc (BH)max (emu/g) (emu/g) (kG) (kOe) (MGOe) 46 41 32,84 3,13 3,71 1,50 KẾT LUẬN Trong trình học tập làm khóa luận tốt nghiệp, em thu số kết sau: - Đã biết cách tiến hành nghiên cứu khoa học - Đã tìm hiểu tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co-Zr-B - Đã biết đến số dụng cụ, máy móc khoa học tiên tiến cách sử dụng chúng vào việc nghiên cứu đề tài khoa học - Tìm hiểu thực số khâu phương pháp phun băng nguội nhanh - Đã khảo sát cấu trúc tính chất từ băng Co77Zr20-yNbyB3 (với y = - 4) chưa ủ cấu trúc băng hợp kim gồm pha từ mềm fcc-Co pha từ cứng Co5Zr có giá trị lực kháng từ cao 2,83 kOe Sau ủ băng hợp kim Co77Zr20-yNbyB3 (với y = - 4) pha từ mềm fcc-Co pha từ cứng Co5Zr xuất thêm pha từ mềm Co23Zr6 thu giá trị lực kháng từ cao Hc ~ 3,71 kOe tích lượng (BH)max ~ 1,5 MGOe cho băng hợp kim thay 3% Nb cho Zr Co77Zr17Nb3B3 ủ nhiệt độ 650oCtrong thời gian 15 phút 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 A.M Gabai, N.N Schegolewa, V.S Gaviko, G.V Ivanova, Phys Met Metall 95, 122–128 (2003) C.C Hsieh, C.W Shih, Z Liu, W.C Chang, H.W Chang, A.C Sun, J Appl Phys 111, 07E306 (2012) C.H George, J.M.M.M 200, 373 (1999) 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) 10 G.V Ivanova, N.N Shchegoleva, A.M Gabay, J Alloys Comp 432, 135–141 (2007) 11 H Kronmuller, S Parkin, Handbook of Magnetism and Advanced Magnnetic Materials vol 4, John Wiley & Sons Ltd, 1943 (2007) 12 H.H Stadelmaier, T.S Jang, E.Th Henig, Mater Lett 12, 295–300 (1991) 13 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) 14 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) 43 15 H.W Chang, C.H Chiu, W.C Chang, Appl Phys Lett 82, 4513 (2003) 16 H.W Chang, C.S Guo, C.C Hsieh, Z.H Guo, X.G Zhao, W.C Chang, J Appl Phys 107, 09A710 (2010) 17 H.W Chang, Y.H Lin, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J Appl Phys 115, 17A724 (2014) 18 J Bauer, M Seeger, A Zern, H Kronmüller, J Appl Phys 80, 1667 (1996) 19 J.B Zhang, Q.W Sun, W.Q Wang, F Su, J Alloys Compd 474, 48 (2009) 20 J.F Herbst, Reviews of Modern Physics 63, 819 (1991) 21 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) 22 K.H.J Buschow, J.H Wernick, G.Y Chin, J Less Common Met 59, 61 (1978) 23 M Zhang, J Zhang, C Wu, W Wang, F Su, Physica B 405, 17251728 (2010) 24 M.E McHenry, D.E Laughlin, Nano-scale materials development for future magnetic applications, Acta Materialia 48, 223-238 (2000) 25 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) 26 S.F Cheng, W.E Wallace, B.G Demczyk, in: Proceedings of the 6th International Symposium on Magnetic Anisotropy an Coercivity in Rare-EarthTransition-Metal Alloys, Pittsburgh, PA, October 1990, Carnegie-Mellon University, Pittsburgh, PA, 477-487 (1991) 27 T Saito and M Itakura, J Alloys Compd 572, 124-128 (2013) 28 T Saito T Akiyama, J Appl Phys 115, 17A749 (2014) 44 29 T Saito, Appl Phys Lett 82 (14), 2305–2307 (2002) 30 T Saito, Appl Phys Lett 82, 2305–2307 (2003) 31 T Saito, Y Kamagata, W.Q Wang, IEEE Trans Magn 41, 3787 (2005) 32 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) 33 W.C Chang, D.Y Chiou, S.H Wu, B.M Ma, C.O Bounds, Appl Phys Lett 72, 121 (1998) 34 Z Hou, H Li, W Wang, J Alloys Compd 593, 1-6 (2014) 35 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) 36 Z Hou, S Xu, J Zhang, C Wu, D Liu, F Su, W Wang, J Alloys Compd 555, 28-32 (2013) 45 ... ? ?Ảnh hƣởng pha tạp Nb ủ nhiệt lên cấu trúc tính chất hợp kim từ cứng Co- Zr- B chế tạo phƣơng pháp phun b? ?ng nguội nhanh? ?? Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc tính chất từ hợp kim từ cứng Co- Zr- B. .. b? ?ng (a) Co8 0Zr1 8B2 , (b) Co8 0Zr1 7Nb1 B2 , (c) Co8 0Zr1 6Nb2 B2 (d) Co8 0Zr1 5Nb3 B2 [35] Việc ủ b? ?ng Co- Zr- B dẫn đến gia tăng kích thước hạt làm tăng lực kháng từ, nhiệt độ ủ tối ưu b? ?ng Co- Zr- B 600oC... 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 Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo hợp kim Co- Zr -Nb- B lò hồ quang - Phun b? ?ng hợp kim Co- Zr -Nb- B