(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Từ Cứng Nanocomposite Nền Nd-Fe-B Bằng Phương Pháp Thiêu Kết Xung Diện Plasma.pdf

Untitled LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm[.]

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, tháng 11 năm 2019 Hồ Cơng Tình LỜI CẢM ƠN Luận văn thực phòng Phòng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tử Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn GS.TS Nguyễn Huy Dân Tôi xin cảm ơn hỗ trợ kinh phí đề tài cấp Bộ Giáo dục Đào tạo, mã số B.2018-SP2-11 thiết bị Trường ĐHSP Hà Nội 2, để thực luận văn Tôi xin cảm ơn tồn thể thầy giáo, giáo Học viện Khoa học Công nghệ, người dạy dỗ trang bị cho tri thức khoa học suốt hai năm học cao học Tôi xin cảm ơn TS Dương Đình Thắng, TS Phạm Thị Thanh, TS Nguyễn Hải Yến toàn thể cán nghiên cứu Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tử Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến bố mẹ, anh chị em, bạn bè động viên, chia sẻ giúp đỡ khắc phục khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng năm 2019 Hồ Cơng Tình MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 10 Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ NANOCOMPOSITE NỀN Nd-Fe-B………………………………………………… 13 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển vật liệu từ cứng 13 1.2 Vật liệu từ cứng Nd-Fe-B……………………………………… 15 1.2.1 Phân loại vật liệu từ cứng 15 1.2.2 Cấu trúc tính chất vật liệu nanocomsite Nd-Fe-B … 16 1.3 Cơ chế đảo từ lực kháng từ nam châm Nd-Fe-B ………… 19 1.3.1 Cơ chế đảo từ 19 1.3.2 Lực kháng từ nam châm Nd-Fe-B …………………… 23 1.3.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ lực kháng từ …………………… 26 1.4 Mơ hình Kneller – Hawig 1.5 Chế tạo vật liệu từ nanocomposite Nd-Fe-B phương pháp 27 nguội nhanh 33 1.5.1 Phương pháp phun băng nguội nhanh 33 1.5.2 Ảnh hưởng tốc độ nguội hợp kim lỏng lên trình tạo pha 35 1.5.3 Chế tạo vật liệu nanocomposite cách tinh thể hóa pha vơ định hình 37 1.5.4 Chế tạo trực tiếp vật liệu nanocomposite từ hợp kim nóng chảy 39 1.6 Chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd-Fe-B phương pháp thiêu kết xung điện plasma 41 Chương NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 2.1 Chế tạo vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B 46 2.1.1 Chế tạo hợp kim ban đầu phương pháp hồ quang 46 2.1.2 Chế tạo băng nguội nhanh phương pháp phun băng 48 2.1.3 Chế tạo bột hợp kim phương pháp nghiền lượng cao 52 2.1.4 Chế tạo mẫu khối phương pháp thiêu kết xung điện 2.2 plasma 53 2.1.5 Xử lý nhiệt mẫu băng 54 Các phép đo khảo sát mẫu 55 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 55 2.2.2 Phép đo từ trễ 57 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60 3.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 phương pháp thiêu kết xung điện plasma 60 3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd10,5Fe80,5Nb3B6 phương pháp thiêu kết xung điện plasma 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ah : Hằng số trao đổi lớp từ cứng Am, Ak : Hằng số trao đổi pha từ mềm pha từ cứng (BH)max : Tích lượng cực đại bm, bk : Độ dày vùng pha từ mềm, Độ dày vùng pha từ cứng Br : Cảm ứng từ dư D : Kích thước hạt trung bình Dsd : Kích thước tới hạn đơn đômen HA : Trường dị hướng Hc : Lực kháng từ HN : Trường tạo mầm HP : Trường lan truyền vách đômen hp : Trường lan truyền rút gọn k : Hằng số Bolzman Mh : Từ độ Ms, Mr : Từ độ bão hòa, từ độ dư Msk, Msm : Từ độ bão hoà pha cứng pha mềm Mm, Mv : Từ độ theo khối lượng, thể tích N : Hệ số trường từ khử T : Nhiệt độ K TC : Nhiệt độ Curie Tm : Nhiệt độ nóng chảy Tg : Nhiệt độ thủy tinh hóa Tsps : Nhiệt độ thiêu kết tsps : Thời gian thiêu kết ϕ : Góc nhị diện 1 : Hệ số trường phân tử  : Năng lượng đơn vị diện tích vách đơmen  : Khối lượng riêng  : Góc nhiễu xạ Bragg  : Độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ 0 : Độ từ thẩm chân không m : Độ dày vách pha từ mềm w(x) : Năng lượng vách đơmen phụ thuộc vị trí II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT C-C-T : Giản đồ nhiệt chuyển pha liên tục DSC : Giản đồ nhiệt dung quét vi sai NCNC : Nam châm nanocomposite NCVC : Nam châm vĩnh cửu SPS : Kỹ thuật thiêu kết xung điện plasma T-T-T : Giản đồ nhiệt độ - thời gian - chuyển pha VĐH : Vơ định hình VLTC : Vật liệu từ cứng XRD : Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các pha vi tinh thể hình thành Nd4,5Fe77B18,5 ủ đẳng nhiệt [37] Bảng 2.1 Các mẫu khối chế tạo luận văn phương pháp thiêu kết xung điện plasma Bảng 3.1 Giá trị thông số từ cứng mẫu khối Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 thiêu kết nhiệt độ Tsps khác ………………………………………………………… Bảng 3.2 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ 700oC, thời gian giữ nhiệt 0,5 10 phút …………………………………………………… Bảng 3.3 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ (600 ÷ 750oC), thời gian giữ nhiệt 10 phút………………………………………………… Bảng 3.4 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ khác (600 ÷ 650oC) sau ủ nhiệt nhiệt độ 675oC 10 phút …… Bảng 3.5 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ khác (600  650oC) ủ nhiệt nhiệt độ 700oC 10 phút ……………… 39 51 64 70 72 73 73 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu kỷ 20 [8] …… 13 Hình 1.2 Sơ đồ mô cấu trúc vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B [3] 17 Hình 1.3 Sơ đồ mơ kết hợp pha từ cứng từ mềm vật liệu nanocomposite [3] ………………………………………………… Hình 1.4 Cấu trúc từ trình khử từ vật liệu nanocomposite hai pha cứng-mềm [4] ………………………………………………… Hình 1.5 Minh họa q trình từ hóa, khử từ vị trí trường tạo mầm HN [18] …………………………………………………………………… Hình 1.6 Đường từ hoá ban đầu đường từ trễ nam châm loại mầm đảo từ nam châm loại ghim vách đômen [9] …………………… Hình 1.7 Vi cấu trúc mầm đảo từ ghim vách đơmen Các mầm đảo từ hạt (A) hoặc biên hạt (B) tâm hãm vách vị trí C [9] ………………………………………………… Hình 1.8 Các đường cong mơ tả q trình đảo từ vật liệu có cấu trúc khác [5] ………………………………………………… Hình 1.9 Minh hoạ đường từ trễ cho loại nam châm khác nhau: tạo mầm đảo từ vách (a), mầm đảo từ không đồng ghim vách đômen biên hạt (b), mầm đảo từ không đồng phân bố hạt (c) [18] …………………………………… Hình 1.10 Một số tâm ghim vách đômen: tâm nằm vách phẳng (a), tâm dạng (b) tâm tròn (c) [26] …………………… Hình 1.11 Hai loại sai hỏng (a) lượng vách đômen phụ thuộc vào vị trí từ trường ngồi (b) [30] …………………… Hình 1.12 Sự phụ thuộc nhiệt độ lực kháng từ số nam châm vĩnh cửu [31] ……………………………………………………… Hình 1.13 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, (a) độ từ hóa đạt bão hòa, 17 18 20 20 22 23 24 25 26 27 29 (b)-(c) Sự khử từ tăng từ trường nghịch đảo H trường hợp bm >> bcm , (d) Sự khử từ trường hợp giảm bm đến kích thước tới hạn bcm [32] …………………………… Hình 1.14 Cấu trúc hai chiều lí tưởng nam châm đàn hồi [6] 32 Hình 1.15 Các đường cong khử từ điển hình: (a) Có tương tác trao đổi, bm = bcm (b) Có tương tác trao đổi với vi cấu trúc dư thừa, bm >> bcm (c) Chỉ có pha từ cứng (d) Hai pha từ cứng, từ mềm không tương tác với [5] 33 Hình 1.16 Sơ đồ thiết bị phun băng trống quay đôi [3] 34 Hình 1.17 Hình ảnh thiết bị phun băng trống quay đơn [3] 35 Hình 1.18 Giản đồ C-C-T biểu diễn đường nguội tạo pha vơ định hình hoặc tinh thể hố [6] Hình 1.19 Giản đồ C-C-T cho nanocomposite Fe3B/Nd2Fe14B, đường cong nguội liên tục tương ứng với tốc độ nguội khác [33] Hình 1.20 Sự thay đổi nhiệt độ băng nguội nhanh Nd4,5Fe77B18,5 theo thời gian với tốc độ khác trống quay [34] Hình 1.21 Các giản đồ nhiệt dung quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry - DSC) vật liệu vơ định hình Nd4,5Fe77B18,5 với tốc độ quét nhiệt khác [36] Hình 1.22 Ảnh nhiễu xạ tia X băng nguội nhanh Nd4Fe77,5B18,5 với vận tốc trống quay khác [37] ………………………… Hình 1.23 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện Plasma [37]… 36 36 37 38 40 42 Hình 1.24 Mơ tả q trình triệt tiêu vùng rỗng hạt SPS [38] 43 Hình 1.25 So sánh trình ép SPS HP (Hot Press) bột hợp kim nhôm (a); Sự phụ thuộc độ xốp vào trình lên nhiệt (b) [36] ……………………………………………………………… 44 Hình 1.26 Nam châm dị hướng NdFeB chế tạo phương pháp SPS [39] 45 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu lò hồ quang ………………… 46 Hình 2.2 Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang ……………………………………… 47 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh ……………………… 49 Hình 2.4 Ảnh tồn thiết bị phun băng nguội nhanh 50 Hình 2.5 Nguyên lý kỹ thuật nghiền lượng cao [3] 52 Hình 2.6 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) ……… 53 Hình 2.7 Ảnh thiết bị SPS Labox-210 …………………………………….… 53 Hình 2.8 Khn chày grafit sử dụng SPS ………………………… … 54 Hình 2.9 Lị ủ nhiệt Thermolyne ………………………………………………… 54 Hình 2.10 Mơ hình hình học tượng ……………………………… 55 Hình 2.11 Thiết bị Siemen D-5000 …………………………………………… 56 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung ………………………… 57 Hình 2.13 Hệ đo từ trường xung ……………………………………………… 58 Hình 3.1 Khn graphit mẫu khối Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 chế tạo phương pháp SPS .………………………………… 60 Hình 3.2 Phổ XRD mẫu băng mẫu khối vật liệu Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 ……………………………………… 61 Hình 3.3 Chế độ thiêu kết bột Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 ………… 62 Hình 3.4 Đường cong từ trễ mẫu Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5: Dạng băng chưa ủ nhiệt (a) dạng khối nhiệt độ thiêu kết SPS khác (b) ………………………………………………… 63 Hình 3.5 Giản đồ XRD (a) đường cong từ trễ (b) mẫu băng nguội nhanh Nd10,5Fe80,5Nb3B6 ………………………………………………… 66 Hình 3.6 a) Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ 650oC, 700oC 750oC, thời gian giữ nhiệt phút; b) Đường biểu diễn phụ thuộc Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps ……………………………… 68 Hình 3.7 a) Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ 700oC, thời gian giữ nhiệt 0,5 10 phút; b) Đường biểu diễn phụ thuộc Hc theo thời gian thiêu kết tsps ………………………………………….… 69 Hình 3.6b biểu diễn phụ thuộc Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps, kết cho thấy lực kháng từ giảm tăng nhiệt độ thiêu kết Điều trình thiêu kết hạt tinh thể lớn vượt qua giá trị tới hạn, dẫn đến suy giảm lực kháng từ Từ độ bão hòa mẫu ổn định sau thiêu kết, giá trị nằm khoảng 100 ÷ 107 emu/g Hình 3.7a trình bày đường từ trễ mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 , thiêu kết nhiệt độ 700oC với thời gian giữ nhiệt 0,5 10 phút với áp lực ép 100 MPa Tương tự mẫu thiêu kết hình 3.6, dáng điệu đường từ trễ nở ra, lực kháng từ tăng lên, giá trị lực kháng từ ghi nhận mẫu thiêu kết 700oC phút có tăng mạnh (4,81 kOe) Độ vng đường trễ cải thiện tốt Hình 3.7b biểu diễn phụ thuộc Hc theo thời gian thiêu kết tsps, kết cho thấy lực kháng từ tăng tăng thời gian giữ nhiệt từ đến phút, sau Hc giảm tăng thời gian thiêu kết lên 10 phút Điều lý giải, tăng thời gian thiêu kết làm cho hạt tinh thể lớn vượt qua giá trị tới hạn, dẫn đến suy giảm lực kháng từ Từ độ bão hòa mẫu ổn định sau thiêu kết, giá trị nằm khoảng 100 emu/g Chi tiết thông số từ cứng hệ mẫu trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ 700oC, thời gian giữ nhiệt 0,5 10 phút Thông số (BH)max Hc (kOe) Mr (emu/g) Ms (emu/g) SPS 700 oC - phút 4,55 85,1 107,4 10,7 SPS 700 oC - phút 4,81 79,0 111,4 7,8 SPS 700 oC - 10 phút 2,78 77,0 111,4 7,2 Mẫu (MGOe) Để làm rõ phụ thuộc thông số từ cứng vào nhiệt độ thời gian thiêu kết, tiến hành thiêu kết mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 70 nhiệt độ khác từ 600 ÷ 750oC, thời gian giữ nhiệt 10 phút áp lực ép sử dụng 100 MPa Kết trình bày hình 3.8 bảng 3.3 15 600 625 650 700 750 10 4M (kG) -5 -10 -15 -20 -15 -10 -5 10 15 20 H (kOe) a) Hc (kOe) 550 600 650 700 750 800 o Tsps ( C) b) Hình 3.8 a) Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ (600 ÷ 750oC) thời gian giữ nhiệt 10 phút; b) Đường biểu diễn phụ thuộc Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps Kết cho thấy, giá trị lực kháng từ thay đổi mạnh vào tăng nhiệt 71 độ thiêu kết Cụ thể Hc tăng từ 4,2 đến 4.9 nhiệt độ tăng từ 600 đến 625oC cách tương ứng (hình 3.8 bảng 3.3) Lý giải cho vấn đề tăng kích thước hạt đến giá trị tối ưu cho tính từ cứng vật liệu Tuy nhiên, đường từ trễ thể tính đa pha vật liệu Bảng 3.3 Thơng số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ (600 ÷ 750oC), thời gian giữ nhiệt 10 phút Thông số (BH)max Hc (kOe) Mr (emu/g) Ms (emu/g) 600 4,2 87,2 118,6 8,4 625 4,9 73,4 107,4 5,6 650 3,3 77,5 111,7 6,3 700 4,4 88,0 113,2 10,9 750 1,4 71,8 101,4 4,8 Nhiệt độ (oC) (MGOe) Với mục đích làm tăng cường tính từ cứng hợp kim, chúng tơi tiến hành ủ nhiệt mẫu khối Việc ủ nhiệt làm ổn định trình kết tinh pha tinh thể Theo kết nghiên cứu trước, chọn mẫu khối SPS nhiệt độ 600oC, 625oC 650oC để ủ nhiệt Nhiệt độ ủ chọn khoảng từ 675 ÷ 725oC (đây vùng nhiệt độ kết tinh pha Nd2Fe14B) thời gian ủ 10 phút Kết trình bày hình 3.9; 3.10 bảng 3.4 3.5 Hình 3.9 đường cong từ trễ mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo SPS nhiệt độ 600oC, 625oC 650oC sau ủ nhiệt nhiệt độ 675oC Khi chưa ủ nhiệt, kết phép đo từ trễ thể tính từ cứng trình bày trên, chúng tơi quan sát thấy dáng điệu đường cong từ trễ 72 chưa trơn nhẵn hồn tồn Bảng 3.4 Thơng số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ khác (600  650oC) sau ủ nhiệt nhiệt độ 675oC 10 phút Thông số (BH)max Hc (kOe) Mr (emu/g) Ms (emu/g) SPS 600oC 3,3 87,3 113,7 9,9 SPS 625oC 4,2 67,7 96,7 4,7 SPS 650oC 3,6 64,8 87,0 2,3 Mẫu (MGOe) Điều cho thấy rằng, chưa ủ nhiệt pha từ hệ hợp kim đa pha Sau ủ nhiệt, cụ thể ủ nhiệt độ 675oC với thời gian ủ 10 phút Sau ủ nhiệt phép đo từ trễ cho thấy mẫu tồn kết tinh pha từ cứng Dáng điệu đường cong từ trễ trơn nhẵn minh chứng cho kết luận Bảng 3.5 Thông số từ cứng mẫu khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ khác (600  650oC) ủ nhiệt nhiệt độ 700 oC 10 phút Thông số (BH)max Hc (kOe) Mr (emu/g) SPS 600oC 3,3 83,7 113,5 7,9 SPS 625oC 3,4 84,7 114,5 6,0 SPS 650oC 2,5 91,4 118,0 9,9 Mẫu Ms (emu/g) (MGOe) Từ đường cong từ trễ nhận thấy độ vuông đường khử từ cải thiện đáng kể, giá trị (BH)max tăng cường đáng kể 73 Để tiện theo dõi liệt kê giá trị thông số từ cứng vật liệu xác định từ đường cong từ trễ bảng 3.4 Dấu hiệu ổn định tính từ cứng vật liệu xung quanh nhiệt độ thiêu kết 700oC khả quan, tiến hành ủ nhiệt xung quanh nhiệt độ nhằm tìm kiếm thơng số tối ưu cho vật liệu 15 600oC 10 625oC 4M (kG) 650oC -5 -10 -15 -20 -15 -10 -5 10 15 20 H (kOe) a) c H (kOe) 4.5 3.5 3590 600 610 620 630 640 650 660 Tsps (oC) b) Hình 3.9 a) Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS nhiệt độ khác (600  650oC) sau ủ nhiệt nhiệt độ 675oC 10 phút; b) Đường biểu diễn phụ thuộc Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps.khi ủ nhiệt độ 675oC 74 Các đường cong từ trễ mẫu hợp kim ủ nhiệt độ 700oC 10 phút thể hình 3.10a Đường cong từ trễ mẫu SPS 650oC sau ủ nhiệt có suy giảm lực kháng từ so với trước ủ, độ vuông đường trễ cải thiện tốt, nên giá trị (BH) max tăng cường (tăng từ 2,3 ủ 675oC lên 9,9 MGOe ủ nhiệt độ 700oC – bảng 3.4 bảng 3.5) 15 600oC 625oC 10 650oC 4M (kG) -5 -10 -15 -20 -15 -10 -5 10 15 20 650 660 H (kOe) a) c H (kOe) 3.5 2.5 590 600 610 620 T sps 630 o 640 ( C) b) Hình 3.10 a) Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS ủ nhiệt nhiệt độ 700oC 10 phút; b) Đường biểu diễn phụ thuộc Hc theo nhiệt độ thiêu kết Tsps ủ nhiệt độ 700oC 75 Hình 3.10b biểu diễn giá trị lực kháng từ ủ nhiệt 700oC, biểu diễn giá trị Hc theo Tsps mẫu Từ đồ thị ta thấy Hc mẫu SPS 625oC có giá trị cao nhóm, nhiên giá trị B(H) max không cao Mẫu SPS 625oC cho giá trị Hc lớn nhóm ủ nhiệt (bảng 3.4) Như lý giải trên, có mặt Nb chế độ ủ nhiệt hợp lý khơng làm tăng lực kháng từ mà cịn làm ổn định cấu trúc hợp kim cải thiện độ vuông đường trễ nên cải thiện giá trị (BH)max Để củng cố phân tích kết ủ nhiệt, tiến hành ủ thêm mẫu khối nhiệt độ 725oC Kết trình bày hình 3.11, vào hình dáng đường từ trễ chúng tơi nhận thấy, giá trị lực kháng từ Hc mẫu ủ nhiệt có xu hướng giảm đi, mẫu SPS 600oC thể tính đa pha từ vật liệu 15 600-10 650-10 4M (kG) 10 -5 -10 -15 -20 -15 -10 -5 10 15 20 H (kOe) Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 chế tạo phương pháp SPS ủ nhiệt nhiệt độ 725oC 10 phút Tóm lại, từ kết nghiên cứu hệ mẫu Nd10,5Nb3Fe80,5B6 trên, chúng tơi nhận thấy tính từ cứng tốt sau tiến hành thiêu kết xung điện plasma Việc ủ nhiệt mẫu hợp kim dạng khối cải thiện 76 tốt tính từ cứng vật liệu Kết nghiên cứu phần cho thấy khả ứng dụng chế tạo nam châm vĩnh cửu thực tiễn 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN  Đã chế tạo thành công vật liệu từ cứng nanocomposite Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 Nd10,5Fe80,5Nb3B6 dạng khối phương pháp thiêu kết xung điện plasma Các mẫu thu có độ kết khối rắn chắc, đáp ứng mục đích đề ứng dụng thực tế  Đã nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ nhiệt độ, áp suất thiêu lên cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim Tìm điều kiện cơng nghệ tối ưu để cải thiện cấu trúc tính chất từ hệ hợp kim  Các thông số vật liệu nanocomposite Nd - Fe - B tăng cường đáng kể phương pháp thiêu kết xung điện plasma (SPS) Cả lực kháng từ Hc tích lượng cực đại (BH)max thay đổi theo chế độ thiêu kết Lực kháng từ Hc hợp kim Nd3Tb1Fe71Co5Cu0,5Nb1B18,5 tăng từ 40 Oe (băng nguội nhanh) lên 5,2 kOe (mẫu khối) thiêu kết xung điện plasma nhiệt độ 700oC, áp suất 100 MPa Sự thay đổi thông số từ cứng cải thiện hệ vật liệu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 thiêu kết xung điện plasma Việc ủ nhiệt mẫu hợp kim dạng khối Nd10,5Fe80,5Nb3B6 thu kết khả quan KIẾN NGHỊ  Phương pháp SPS có khả nâng cao mật độ khối cho vật liệu, khai thác để chế tạo vật liệu tiên tiến vật liệu từ cấu trúc nano, vật liệu nhiệt điện, dụng cụ quang học đặc biệt, vật liệu chống mài mòn…  Phương pháp SPS sử dụng nhiều công nghiệp số nước Nhật, Mỹ EU, đặc biệt lĩnh vực luyện kim Vì vậy, trung tâm nghiên cứu cần ưu tiên cho hướng nghiên cứu vật liệu liên quan đến lĩnh vực 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nguyễn Văn Khánh (2003), Nam châm kết dính sở vật liệu từ Nd-Fe-B: Công nghệ chế tạo, tính chất ứng dụng, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [2] Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [3] Nguyễn Thị Thanh Huyền (2011), Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng Fe cấu trúc nanomet phương pháp nguội nhanh nghiền lượng cao, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội [4] Vũ Hồng Kỳ (2010), Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc tính chất từ hợp kim nanocomposite Nd-Fe-Co-Al-B, Luận án tiến sĩ Vật lý, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội [5] Lưu Tuấn Tài, (2007), Vật liệu từ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [6] Dương Đình Thắng (2017), Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc tính chất vật liệu từ cứng nano tinh thể đất kim loại chuyển tiếp, Luận án tiến sĩ Khoa học Vật liệu, Hà Nội [7] Đoàn Minh Thủy (2007), Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm kết dính nguội nhanh Nd-Fe-B, Luận án tiến sĩ Vật lý, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội Tiếng anh [8] Coey J M D (1996), Rare-earth iron permanent magnets, Clarendon Press Oxford [9] Skomski R., and Coey J M D (1999), Permanent Magnetism, Institute of Physics Publishing [10] Shi G., Hu L X., Guo B., Wang E D., and Wang Z R (2004), “Phase and structural changes of Nd12Fe82B6 alloy during mechanical milling 79 in both an argon and a hydrogen atmosphere” Journal of Materials Processing Technology, 151, pp 258-262 [11] Sagawa M., Fujimura S., Togawa N., Yamamoto H., and Matsuura Y (1984), “New material for permanent magnets on a base of Nd and Fe”, J Appl Phys., 55, pp 2063-2067 [12] Croat J J., Herbst J F., Lee R W., and Pinkerton F E (1984), “Highenergy product Nd-Fe-B permanent magnet”, Appl Phys Lett., 44, pp 148-149 [13] Coehoorn R., Mooij D B., Duchateau J P W B., and Buchow K H J (1988), “Novel permanent magnetic materials made by rapid quenching”, Journal de Physique, 49, pp 669-670 [14] Griffith M K., Bishop J E L., Tucker J W., and Davies H A (1998), "Computer simulation of single-phase nanocrystalline permanent magnets", J Magn Magn Mater., 183, pp 49-67 [15] David S., and Givord D (1998), "Coercivity in lean rare earth NdFeB and PrFeB nanocomposite hard magnetic materials", Journal of Alloys and Compounds, 281, pp 6-11 [16] Aharoni A (1960), “Reduction in coercive force caused by a certain type of imperfection”, Phys Rev., 119, pp 127-131 [17] Fidler J and Schrefl T., (1996), “Overview of Nd-Fe-B magnets and coercivity (invited)”, Journal of Applied Physics, 79, pp 5029-5034 [18] Wohlfarth E P and Buchow K H J., (1988), Ferromagnetic Materials (A Handbook On The Properties Of Magnetically Ordered Substances), Vol 4, Elsevier Science Publishers B V., North- Holland [19] Hadjipanayis G C and Kim A., (1988), “Domain wall pinning versus nucleation of reversed domains in R-Fe-B magnets”, Journal of Applied Physics, 63, pp 3310-3315 [20] Livingston J D., (1985), “Magnetic domains in sintered Fe-Nd-B 80 magnets”, Journal of Applied Physics, 57, pp 4137-4139 [21] Becker J J., (1968), “A domain-boundary model for a high coercive force material”, Journal of Applied Physics, 39, pp 1270-1274 [22] Gaunt P., (1983), “Ferromagnetic domain wall pinning by a random array of inhomogeneities”, Philosophical Magazine Part B, 48, pp 261-276 [23] Kronmyller H., (1991), Micromagnetic background of hard magnetic materials, In: Supermagnets, hard magnetic materials, Kluwer Academic Publisher, The Netherlands [24] Durst K D and Kronmyller H., (1987), “The coercive field of sintered and melt-spun NdFeB magnets”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 68, pp 63-75 [25] Gabay A M., Lileev A S and Menushenkov V P., (1991), “Magnetostatic interaction in nucleation-type magnets”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 97, pp 256-262 [26] Gutfleisch O., (2009), High-temperature samarium cobalt permanent magnets, Springer US Publishers [27] Kronmuller H., Durst K D and Sagawa M., (1988), “Analysis of the magnetic hardening mechanism in RE-Fe-B permanent magnets”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 74, pp 291-302 [28] Pasquale M., Basso V and Berotti G., (1998), "Domain-wall motion in random potential and hysteresis modeling", Journal of Applied Physics, 83, pp 6497-6499 [29] Zijlstra H., (1970), “Domain-wall processes in SmCo5 powders”, Journal of Applied Physics, 41, pp 488-4885 Hono K., Ping D H., and Wu Y Q (2001), “Microalloying Effect On The Microstructure And Properties Of Nanocrystalline Magnetic Materials”, proceedings of the 22th rise international symposium on materials science, Denmark 2001, pp.35-51 81 [30] Buschow K H J and de Boer F R., (2004), Physics of magnetism and magnetic materials, Kluwer Academic Plenum Publishers [31] Hono K., (2012), Towards Dy-free high coercivity Nd-Fe-B permanent magnets, Magnetic Materials Unit & Elements Strategy Initiative Center for Magnetic Materials, National Institute of Materials Science (NIMS) [32] Kneller E F., Hawig R (1991), The exchange-spring magnet: a new material principle for permanent magnets, IEEE Trans Magn 27, pp.3588-3600 [33] Coey J.M.D (1996), Rare-Earth Iron Permanent Magnets, Clarendon Press Oxford [34] Hirosawa S (2003), Processing and properties of nanocomposite Nd2Fe14B-based permanent magnet, Tài liệu trao đổi riêng [35] Hadjipanayis G C (1999), Nanophase hard magnets, J M M M., 200, pp.373-391 [36] Grossinger R., Reiko Sato (2005), The physics of amorphous and nanocrystalline hard magnetic materials, Jour Magn Magn Mat 294, pp.91- 98 [37] Davies H A., Liu Z W (2005), The influence of processing, composition and temperature on the magnetic characteristics of nanophase RE-Fe-B alloys, Jour Magn Magn Mat 294, pp 213-225 [38] Fidler J., Schrefl T., Hoefinger S, and Hajduga M (2004), Recent developments in hard magnetic bulk materials, J Appl Phys., 16, pp.455-470 [39] Herbst J F., Yelon W B (1986), Preferential site occupation and magnetic structure of Nd2(CoxFe1–x)14B systems, Jour Appl 12, pp.4224-4229 [40] Hirosawa S., Kanekiyo H., Shigemoto Y., Murakami K., Miyoshi T and Shioya Y (2002), “Solidification and crystallization behaviors of 82 Fe3B/Nd2Fe14B-based nanocomposite permanent-magnet alloys and influence of micro-alloyd Cu, Nb and Zr”, J Magn Magn Mater., 239, pp 424-429 [41] Lewis L H and Gallagher K (1999), “The effect of Nb additions on the thermal stability of melt-spun Nd2Fe14B”, J Appl Phys., 85, pp 59265928 [42] Miyoshi T., Kanekiyo H and Hirosawa S (2005), “Effects of Nb addition on structural and magnetic properties of Fe-B/Nd2Fe14B based nanocomposite magnets”, IEEE Trans Magn., 41, pp 38653867 [43] Zhongmin C., Wu Y Q., Kramer M J., Bejamin R S., Bao M M and Mei Q H (2004), “A study on the role of Nb in melt-spun nanocrystalline Nd-Fe-B magnets”, J Magn Magn Mater., 268, pp 105-113 83 Người hướng dẫn khoa học GS.TS Nguyễn Huy Dân 84