Nâng cao lực kháng từ của nam châm thiêu kết nd fe b bằng cách đưa dy vào biên hạt

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn GS.TS Nguyễn Huy Dân giúp đỡ TS Phạm Thị Thanh Các số liệu kết luận văn hoàn toàn với thực nghiệm khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án hay cơng trình nghiên cứu công bố Ngƣời cam đoan Lê Ngọc Ánh ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Huy Dân người Thầy dành cho động viên, giúp đỡ tận tình định hướng khoa học hiệu suốt q trình thực luận văn Tơi xin đư c cảm ơn cộng tác giúp đỡ đầy hiệu TS Phạm Thị Thanh, TS Nguyễn Hải Yến, ThS Nguyễn Huy Ngọc Viện Khoa học vật liệu Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, nơi tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận l i sở đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam q trình tơi thực luận văn Tôi xin đư c gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo khoa Kĩ thuật Công nghệ, thầy cô giáo khoa Khoa học tự nhiên phòng sau đại học Trường Đại học Hồng Đức dạy dỗ, trang bị cho tri thức khoa học giúp đỡ suốt hai năm học cao học Luận văn đư c hỗ tr kinh phí đề tài Khoa học Cơng nghệ cấp Quốc gia, mã số KC.02.11/16-20 Công việc thực nghiệm luận văn đư c thực Phịng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu bạn bè đồng nghiệp tổ Lý - Sinh TD&QP trường THPT Trần Ân Chiêm, tổ Lý -CN trường THPT Đông Sơn 1, tạo điều kiện thuận l i để tơi hồn thành khóa học q trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè nhà trường, động viên, chia sẻ, giúp đỡ tơi khắc phục khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn cách tốt Xin trân trọng cảm ơn! Thanh Hóa, tháng 09 năm 2019 Tác giả Lê Ngọc Ánh iii iv MỤC LỤC Trang MỞ Đ Chƣơng TỔNG Q AN VỀ NAM CHÂM THIÊ KẾT…… 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng Nd-Fe-B 1.2 Cấu trúc tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 1.2.1 Cấu trúc nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 1.2.2 Tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 12 1.3 Cơ chế lực kháng từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B……… 12 1.3.1 Q trình từ hố ………………………………………… 12 1.3.2 Cơ chế đảo từ………………… 13 1.3.3 Các lý thuyết lực kháng từ ………………….……… 17 1.4 Công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 19 1.4.1 Chế tạo h p kim ban đầu 20 1.4.2 Nghiền h p kim 21 1.4.3 p tạo viên nam châm ……………… 24 1.4.4 Thiêu kết 25 1.4.5 Xử lý nhiệt 27 1.4.6 Gia công mẫu nạp từ 27 1.5 nh hưởng nguyên tố pha tạp Dy lên cấu trúc tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B………………………………… 28 Chƣơng THỰC NGHIỆM 34 2.1 Chế tạo mẫu 34 2.1.1 Quy trình thiết bị cơng nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 34 2.1.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu 36 2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tính chất từ vật liệu 41 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 41 v 2.2.2 Phương pháp đo từ hệ đo từ trường xung Chƣơng KẾT Q Ả VÀ THẢO L ẬN 42 45 3.1 Cấu trúc bột h p chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 3.2 45 nh hưởng bột h p chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd16,5Fe77B6,5 49 KẾT L ẬN ………… 58 TÀI LIỆ THAM KHẢO…… 59 MỞ Đ Lí chọn đề tài Vật liệu cơng nghệ nói chung vật liệu từ nói riêng có ý nghĩa vơ quan trọng sống loài người Chúng đa dạng, phong phú không ngừng đư c nghiên cứu để hoàn thiện Trong xu phát triển chung vật liệu từ cứng VLTC , với sản ph m ứng dụng mà ta quen gọi nam châm vĩnh cửu ( NCVC ) đư c sử dụng rộng rãi thực tế Chúng đư c ứng dụng thiết bị quen thuộc thiếu sống h ng ngày động điện, máy phát điệncho đến thiết bị lĩnh vực k thuật đại công nghệ thông tin, quân sự, khoa học, y tế Bắt đầu từ k XX, NCVC đư c chế tạo ứng dụng nhiều Năm 1920 thép cácbon thép h p kim Volfram Crom trở thành VLTC nhân tạo có tích lư ng từ cực đại BH max MGOe Sau hướng nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao biện pháp công nghệ thay đổi h p phần để tìm kiếm vật liệu có BH max cao, có nhiều ứng dụng sống khoa học k thuật Tiến nâng cao ph m chất từ đư c đánh dấu b ng việc phát h p kim Alnico Mishima Nhật Bản vào năm 1932 [1] H p kim đư c chế tạo trình h p kim hóa ba nguyên tố Ni, Co Fe có pha lư ng nhỏ Al Cu, lực kháng từ Hc tích lư ng BH max tương ứng đạt khoảng 0,63 kOe MGOe Tuy nhiên, bước đột phá chất lư ng phạm vi ứng dụng bắt đầu diễn vào thập niên 60 k XX, kể từ phát minh h p kim từ cứng đất RE, thành phần 4f kim loại chuyển tiếp TM, thành phần 3d Thành phần 3d cho từ độ bão hoà nhiệt độ chuyển pha Curie TC cao, thành phần 4f có tính dị hướng từ tinh thể mạnh cho lực kháng từ Hc lớn Cho đến nay, hai họ nam châm chứa đất đư c sử dụng rộng rãi Sm-Co Nd-Fe-B Họ nam châm Sm-Co dựa hai pha từ cứng SmCo5 Sm2Co17 có từ tính tốt nhiệt độ Curie cao Br10 kG, Hc 24 kOe, (BH)max 33 MGOe, TC 820oC) [2] Tuy nhiên, Co nguyên tố đắt vật liệu mang tính chất chiến lư c Việc phát pha từ cứng Nd 2Fe14B Croat cộng M , Sagawa cộng Nhật vào năm 1983 đư c xem bước đột phá lớn lịch sử nam châm vĩnh cửu khơng tính chất từ tốt mà trữ lư ng nguyên tố Nd Fe vỏ Trái Đất lớn so với nguyên tố đất kim loại chuyển tiếp khác Hai phương pháp chế tạo nam châm vĩnh cửu dựa vật liệu từ cứng Nd 2Fe14B phương pháp thiêu kết phương pháp kết dính Trong nam châm kết dính hạt bột sắt từ Nd-Fe-B đư c liên kết với chất kết dính hữu cơ, BH max đạt 10 MGOe, ưu điểm nam châm loại công nghệ chế tạo tương đối đơn giản dễ dàng tạo dạng phức tạp theo yêu cầu [3] Trong nam châm thiêu kết hạt từ có kích thước vài micromet đư c liên kết pha phi từ giàu Nd biên hạt, nam châm có tính dị hướng cao, tích lư ng cực đại BH max lớn, đồng thời có khả làm việc môi trường từ trường cao Kỉ lục BH max 59 MGOe [4], đạt 92% giá trị BH đạt đư c phịng thí nghiệm max lí thuyết 64 MGOe Chính vậy, nam châm chiếm t phần lớn giá trị công nghiệp nam châm Nam châm thiêu kết Nd-Fe-B loại nam châm đại có tích lư ng từ BH max cao sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực điện tử, khoa học, y tế, quân Tuy nhiên, nam châm loại thường đư c sử dụng 100oC suy giảm lực kháng từ nhiệt độ tăng [5] Điều hạn chế ứng dụng nam châm thiết bị động cơ, máy phát điện Bởi nhiệt độ hoạt động nam châm cho thiết bị vào khoảng 200oC Chính vậy, việc nâng cao lực kháng từ nam châm thiêu kết Nd-FeB nh m mở rộng phạm vi ứng dụng chúng đư c nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [6-9] Hướng nghiên cứu bổ sung vào thành phần h p kim số nguyên tố khác ngồi thành phần Nd, Fe, B nh m thay đổi tính chất từ nội vật liệu nhiệt độ Curie TC, tính dị hướng từ tinh thể đư c đưa nghiên cứu trước đây.Ví dụ như, pha tạp Dy phương pháp phổ biến để làm tăng lực kháng từ nam châm, trường dị hướng từ nhiệt độ phịng Dy2Fe14B (µoHA ~ 27,8 T cao nhiều so với Nd2Fe14B (µoHA ~ 7,5 T [10], ngồi pha tạp Dy cịn giúp cho vật liệu bị ơxy hóa Tuy nhiên, Dy lại làm giảm từ dư Br tích lư ng từ BH max Nghiên cứu gần cho thấy việc đưa chất pha thêm vào biên hạt cho lực kháng từ cao mà đảm bảo thông số khác nam châm không bị ảnh hưởng Ở Việt Nam, sau phát minh vật liệu từ Nd 2Fe14B đư c cơng bố, đư c phịng thí nghiệm quan tâm nghiên cứu thành phần hố học đặc điểm cơng nghệ Ngày loại vật liệu tiếp tục đư c ý có nhiều cơng trình nghiên cứu có kết khả quan Điều đư c thể qua nhiều báo cáo hội nghị chuyên đề tạp chí nhiều nhóm tác nhóm nghiên cứu Viện Khoa học vật liệu, nhóm nghiên cứu Đại học Quốc Gia Hà Nội, nhóm trường Đại học Bách khoa Hà Nội Năm 2009, nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Huy Dân cộng chế tạo đư c nam châm thiêu kết Nd-Fe-B có lực kháng từ Hc ~ kOe tích lư ng BH tích lư ng BH max max đạt cỡ 33 MGOe b ng công nghệ ép ướt Tuy cao địi hỏi cơng nghệ chế tạo phải ổn định, lực kháng từ Hc lớn nh m đáp ứng u cầu ứng dụng thực tế Chính lý nên lựa chọn đề tài:“Nâng cao - ” - Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ nh m chế tạo đư c nam châm thiêu kết Nd-Fe-B có lực kháng từ cao Hc> 10kOe tích lư ng từ BH Nhiệm vụ nghiên cứu Chế tạo mẫu nam châm thiêu kết Nd-Fe-B max> 30 MGOe 4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Nam châm thiêu kết Nd-Fe-B b Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B b ng phương pháp luyện kim bột Khảo sát cấu trúc mẫu b ng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Khảo sát tính chất từ mẫu hệ đo từ trường xung PFM Phƣơng pháp nghiên cứu Các mẫu nghiên cứu đư c chế tạo thiết bị như: lò luyện kim trung tần, lị hồ quang, máy nghiền thơ, máy nghiền tinh, máy nghiền lư ng cao, máy ép từ trường, máy ép đẳng tĩnh, lò thiêu kết chân không, máy nạp từ Cấu trúc vật liệu đư c khảo sát b ng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Tính chất từ đư c nghiên cứu b ng phép đo từ trễ hệ từ trường xung Giả thuyết khoa học Chế tạo đư c vật liệu từ cứng Nd-Fe-B có lực kháng từ đư c nâng cao ứng dụng thực tế nhờ cách đưa Dy vào biên hạt Xây dựng qui trình cơng nghệ chế tạo vật liệu từ cứng Nd-Fe-B Luận văn đư c thực Phịng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tử, Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Chƣơng 1: TỔNG Q AN VỀ NAM CHÂM THIÊ KẾT Nd – Fe - B 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng Nd-Fe-B Trong trình hình thành phát triển,VLTC trải qua nhiều giai đoạn khác Đầu tiên viên đá nam châm ứng dụng thiết bị la bàn đư c sử dụng Trung Quốc từ hai ngàn năm trước công nguyên Sau đó, năm 1920 thép cácbon thép h p kim Volfram Crom trở thành VLTC nhân tạo có BH max1 MGOe [7] Từ hướng nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao biện pháp công nghệ thay đổi h p phần để tìm kiếm vật liệu có (BH)max cao, có nhiều ứng dụng sống khoa học kĩ thuật Trong kỉ XX, sau 20 năm BH max tăng lên gấp ba lần hình 1.1 Hình 1.1.Sự phát triển nam châm vĩnh cửu theo (BH)max nhiệt độ phòng kỷ XX [32] Tiến nâng cao ph m chất từ đư c đánh dấu b ng việc phát h p kim Alnico Mishima Nhật Bản vào năm 1932 H p kim đư c chế tạo b ng công nghệ đúc trực tiếp nguyên tố Ni, Co Fe có pha lư ng nhỏ Al Cu sau ủ từ trường thiêu kết Tuy nhiên, (BH)max đạt MGOe B ng cách thay đổi công nghệ chế tạo, đến năm 1956 h p kim Alnico9 có BH max đạt tới 10 MGOe đư c chế tạo với tính dị 15 15 10 10 5 4kG 4kG 48 -5 -10 -15 -30 -5 -10 -20 -10 10 H (kOe) 20 30 -15 -30 -20 a) -10 10 H (kOe) 20 30 b) Hình 3.4 Đư ng t tr hợp im Nd16,5Fe77B6,5 nghi n h c (a) h ng c (b) ết tinh định hư ng hạt Nd2Fe14B Ta nhận thấy khác biệt rõ tính chất từ hai mẫu Khi h p kim có hạt đư c định hướng tốt, lực kháng từ thu đư c kOe hình 3.4a Trong đó, với mẫu khơng thể kết tinh định hướng hồn tồn, tính từ cứng nam châm sau thiêu kết gần bị triệt tiêu với H c  0,14 kOe (hình 3.4b Mặt khác, kết tinh định hướng khối h p kim đúc đư c minh chứng thêm b ng kết nhiễu xạ tia X Hình 3.5 giản đồ XRD h p kim khối Nd16,5Fe77B6,5 chưa nghiền Sự chênh lệch lớn cường độ đỉnh nhiễu xạ h p kim so với phổ chu n pha Nd 2Fe14B cho ta thấy đư c kết tinh có định hướng hạt 2:14:1 Một số đỉnh nhiễu xạ mẫu h p kim sai lệch vị trí so với giản đồ chu n bề mặt mẫu h p kim khối dùng để phân tích nhiễu xạ tia X chưa đư c mài phẳng Hình 3.5 i n đ RD hợp im hối Nd16,5Fe77B6,5 chưa nghi n (các vạch màu đ th ng đứng gi n đ m u chuẩn Nd 2Fe14B) 49 Như vậy, việc tạo đư c hạt Nd2Fe14B có phương tinh thể song song với phương làm nguội, tức kết tinh định hướng theo trục c gây tính dị hướng từ lớn cho vật liệu Đây điều kiện cần để tạo nam châm có cảm ứng từ dư lực kháng từ lớn 3.2 Cấu trúc ột hợp chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 Bột HCPT với kích thước nanomet đư c phân bố đồng bề mặt hạt từ cứng Nd16,5Fe77B6,5 so với bột mức micromet Với tính linh động tăng lư ng bề mặt lớn hơn, bột nano nóng chảy trước hoà tan vào pha lỏng hạt 2:14:1 suốt q trình thiêu kết Do đó, mặt phân cách thay đổi nhau, dẫn đến phân bố đồng pha lỏng vùng hạt Do đó, sau tạo h p kim lò hồ quang, HCPT Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 đư c nghiền riêng biệt b ng phương pháp nghiền lư ng cao thời gian 4h để tạo hạt nano có kích thước nhỏ 100 nm Tỉ lệ dung môi vật liệu bi bột tương ứng 1 Ban đầu, hỗn h p cần đư c đảo trộn dung môi xăng để bột nano HCPT phân tán đồng bột Nd-Fe-B Quá trình đảo mẫu cần đư c tiến hành c n thận liên tục để bảo đảm đồng để xăng ngồi Tuy nhiên, bột sau trộn khơng đư c q khơ làm suy giảm tính chất từ xảy q trình ơxy hóa Nhưng mẫu cịn nhiều xăng, q trình ép định hướng từ trường với lực ép mạnh dẫn đến bột bị ngồi nh SEM bột HCPT Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 đư c hình 3.1 Ta nhận thấy r ng, HCPT có kích thước hạt tương đối đồng đều, khoảng 30-50 nm Đây kích thước mong muốn để pha vào bột h p kim Nd-Fe-B 50 a) b) c) Hình nh S M bột hợp ch t pha thêm Dy16,5Fe77B6,5 (a), Dy40Nb30Al30 (b) Dy40Nd30Al30 (c) 3.3 Ảnh hƣởng ột hợp chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd16,5Fe77B6,5 51 Bột h p chất pha thêm đư c trộn với bột h p kim Nd-Fe-B với tỉ phần khối lư ng định Tỉ phần tối ưu tương ứng phụ thuộc vào h p phần chất thêm vào điều kiện chế tạo Theo số nghiên cứu trước, chọn tỉ phần chất thêm vào 2% [1, 2] Trước tiên, hỗn h p cần đư c đảo trộn dung môi xăng để bột nano h p chất thêm vào phân tán đồng bột h p kim Nd-Fe-B Quá trình phải đư c tiến hành c n thận liên tục để bảo đảm đồng giúp xăng ngồi Hỗn h p bột sau trộn không đư c khô bị ơxy hóa, dẫn đến làm suy giảm tính chất từ Nhưng mẫu nhiều xăng, ép định hướng từ trường với lực ép mạnh bột bị ngồi Hỗn h p bột Nd-Fe-B với h p chất thêm vào sau trộn, ép đư c thiêu kết 1080oC h Để thấy đư c ảnh hưởng h p chất thêm vào lên tính chất từ nam châm, đường từ trễ đư c thực Hình đường từ trễ nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha, pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 trước xử lý nhiệt Ta nhận thấy khác biệt rõ tính chất từ bốn mẫu Khi nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 trước xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c 5,6kOe (hình 3.2a) Nam châm Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy16,5Fe77B6,5 trước xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c bị giảm xuống 2.2kOe hình 3.2b Nam châm Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy40Nb30Al30 trước xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c gần không thay đổi so với chưa pha, 5.8kOe hình 3.2c Kết thật thay đổi Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy40Nd30Al30 trước xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c 9.5kOe hình 3.2d Sau q trình thiêu kết, ngồi h p phần giá trị lực kháng từ thu đư c nam châm chưa pha pha h p chất pha thêm khác không cao, đạt 10 kOe Điều đư c giải thích sau thiêu kết vi cấu trúc mẫu chưa hồn thiện kích thước hạt khơng đồng đều, xuất nhiều lỗ rỗng, biên hạt khuyết tật… Các nghiên cứu cho thấy r ng vi cấu trúc hình thái biên hạt, pha biên hạt, kích thước trung bình 52 phân bố kích thước hạt từ cứng Nd2Fe14B… lại ảnh hưởng mạnh đến lực kháng từ nam châm thiêu kết Trong đó, bước xử lý nhiệt sau thiêu kết lại ảnh hưởng mạnh đến vi cấu trúc Quá trình giúp tái kết tinh hình thành pha tinh thể, tạo cỡ hạt mong muốn, loại bỏ khuyết tật, cải thiện thống thành phần pha Nd2Fe14B tương tác hạt từ cứng pha phi 20 20 15 15 10 10 5 4kG 4M (kG) từ giàu Nd -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -20 -15 -10 -5 H (kOe) a) H (kOe) 10 15 20 b) 20 20 15 15 10 10 4M (kG) 4M (kG) -20 -20 -15 -10 -5 10 15 20 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -20 -15 -10 -5 H (kOe) -20 -20 -15 -10 -5 H (kOe) c) 10 15 20 10 15 20 d) Hình 3.2 Đư ng t tr nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha (a) đ pha Dy16,5Fe77B6,5 (b), Dy40Nb30Al30 (c) Dy40Nd30Al30 (d) trư c hi lý nhiệt 53 Để cải thiện thông số từ này, nam châm sau thiêu kết tiếp tục đư c xử lý nhiệt hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất, mẫu đư c giữ nhiệt độ Ta1 = 820oC thời gian h đư c làm nguội nhanh xuống nhiệt độ phòng Giai đoạn hai mẫu đư c ủ nhiệt độ Ta2 = 540oC thời gian 1h làm nguội nhanh xuống gần nhiệt độ phòng Ở hai giai đoạn mẫu đư c nguội nhanh b ng luồng khí Ar Đường từ trễ nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha, pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 sau xử lý nhiệt đư c hình Khi nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 sau xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c tăng lên đáng kể; 11kOe hình 3.3a Nam châm Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy16,5Fe77B6,5 sau xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c gần không thay đổi bao; 3.3kOe (hình 3.3b) Nam châm Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy40Nb30Al30 sau xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c tăng lên nhiều so với chưa xử lí nhiệt; 9.3kOe (hình 3.3c) Nam châm Nd16,5Fe77B6,5 pha Dy40Nd30Al30 sau xử lý nhiệt, lực kháng từ thu đư c 12kOe hình 3.3d 20 20 15 15 10 4M (kG) 4M (kG) 10 -5 -5 -15 -15 a) -10 -10 -20 -30 -20 -20 -10 10 H (kOe) 20 -20 -15 -10 -5 H (kOe) 30 b) 10 15 20 20 20 15 15 10 10 4M (kG) 4M (kG) 54 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -30 -20 -30 -20 -10 10 H (kOe) 20 30 c) -20 -10 10 H (kOe) 20 30 d) Hình 3.3 Đư ng t tr nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha (a) đ pha Dy16,5Fe77B6,5 (b), Dy40Nb30Al30 (c) Dy40Nd30Al30 (d) sau hi lý nhiệt Hình 3.4 3.5 đường đặc trưng từ nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha, pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 trước sau xử lý nhiệt Kết thu đư c cho thấy, lực kháng từ đư c tăng cường đáng kể sau q trình xử lý nhiệt độ vng đường trễ suy giảm nên tích lư ng cực đại tăng Ví dụ nam châm pha 2% Dy40Nb30Al30, lực kháng từ tăng từ 5.8kOe đến 9.3kOe BH max tăng từ 34.7 MGOe đến 37.5 MGOe 15 15 4M B BH 10 4M,B (kG) 4M,B (kG) 4M B BH -40 -30 -20 H (kOe) -10 10 -30 -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 55 a) b) 15 15 4M B BH 10 4M,B (kG) 4M,B (kG) 4M B BH 10 -40 -30 -20 -10 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 H (kOe) H (kOe) c) d) Hình 3.4 Đư ng đ c trưng t nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha (a) đ pha Dy16,5Fe77B6,5 (b), Dy40Nb30Al30 (c) Dy40Nd30Al30 (d) trư c hi lý nhiệt 4M B BH 10 -40 a) 15 4M B BH 4M,B (kG) 4M, B (kG) 15 -30 -20 H (kOe) -10 10 -30 b) -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 15 15 10 10 4M B BH -40 c) 4M,B (kG) 4M,B (kG) 56 -30 -20 H (kOe) -10 -40 4M B BH -30 -20 H (kOe) -10 d) Hình 3.5 Đư ng đ c trưng t nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha (a) đ pha Dy16,5Fe77B6,5 (b), Dy40Nb30Al30 (c) Dy40Nd30Al30 (d) sau hi lý nhiệt Từ đường từ trễ đường đặc trưng từ, lực kháng từ Hc tích lư ng từ cực đại (BH)max nam châm Nd16,5Fe77B6,5 chưa pha, pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 trước sau xử lý nhiệt đư c xác định liệt kê bảng 3.1, 3.2 Ta nhận thấy, lực kháng từ nam châm pha tạp đư c cải thiện nhiều so với nam châm ban đầu, (BH)max hầu hết thấp Điều h p chất pha thêm phi từ nên mặt làm giảm tỉ phần pha sắt từ, mặt khác ảnh hưởng đến tương tác sắt từ vật liệu, dẫn đến làm suy giảm từ độ bão hòa vật liệu 57 B ng iá trị lực háng t Hc c m ứng t dư Br, t ch lượng cực đại (BH)max nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha đ pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 trư c hi lý nhiệt HCPT Chưa pha Dy16,5Fe77B6,5 Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 Các đại lư ng Hc (kOe) 5,6 2,2 5,8 9,5 (BH)max (MGOe) 39 17,5 34,7 38,2 B ng 3.2 iá trị lực háng t Hc c m ứng t dư Br t ch lượng cực đại (BH)max nam châm Nd16,5Fe77B6,5 hi chưa pha đ pha Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 sau hi lý nhiệt HCPT Chưa pha Dy16,5Fe77B6,5 Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 Các đại lư ng Hc (kOe) 11 3,3 9,3 12,0 (BH)max (MGOe) 36,5 21,5 37,5 35,5 Như biết, số ứng dụng nam châm thiêu kết Nd-Fe-B khơng địi hỏi tích lư ng cực đại BH max cao giá thành nam châm tăng nhanh tích lư ng cực đại tăng, công nghệ chế tạo khắt khe mà lại đòi hỏi lực kháng từ Hc nam châm phải đủ lớn Bởi vì, thiết bị hoạt động, nhiệt độ dòng cảm ứng nam châm tăng lên, lực kháng từ suy giảm nhanh dẫn đến công suất hiệu suất hoạt động thiết bị giảm Do đó, sau q trình xử lý nhiệt, tích lư ng BH max khơng cao bước cần thiết quy trình chế tạo nam châm thiêu kết NdFe-B 58 KẾT L ẬN Đã chế tạo đư c bột h p chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 với kích thước khoảng 30 - 50 nm b ng phương pháp nghiền lư ng cao để trộn với bột h p kim Nd-Fe-B trước thiêu kết nh hưởng h p chất pha thêm Dy16,5Fe77B6,5, Dy40Nb30Al30 Dy40Nd30Al30 lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd16,5Fe77B6,5 đư c khảo sát Với tỉ phần khối lư ng pha tạp 2% điều kiện chế tạo tối ưu tương ứng, lực kháng từ Hc tích lư ng cực đại BH max đạt giá trị lớn nhất, tương ứng 12 kOe 35 MGOe Các thông số từ cứng nam châm chế tạo đư c ứng dụng thực tế 59 TÀI LIỆ THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Huy Dân, 2008 , “Nghiên cứu qui trình c ng nghệ pha [1] tạp nh hưởng tạp ch t lên t nh ch t t nam châm Nd-Fe-B”, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ cấp sở, Viện Khoa học vật liệu Đ V Hoành, L C Quý, V V Hồng, C V Chiêm, N H [2] Quyền, V H Tường, Đ K Tùng, V H Kỳ, N T Minh, (2003), “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nam châm thiêu kết Nd-Fe-B”, Tuyển t p báo cáo hội nghị lần thứ I t lý toàn Quốc N i ốc tr 638-642 Đinh Trần Thêu, 2016 , „„Nâng cao lực háng t nam châm [3] thiêu ết Nd-Fe-B b ng cách pha tạp vào biên hạt‟‟, Luận văn thạc sĩ Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trần Quang Vinh, 2001 , “Thiết ế ây dựng hệ t [4] ế t trư ng ung cao iệt Nam”, Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tiếng Anh [5] Lee M W., Dhakal D R., Kim T H., Lee S R., Kim H J and Jang T S., 2015 , “Effect of DyMn alloy-power addition on microstructure and magnetic properties of NdFeB sintered magnets”, Archives of Metallurgy and Materials, 60, pp 1407-1409 [6] Liang L., Ma T., Zhang P., Jin J and Yan M., (2014), “Coercivity enhancement of NdFeB sintered magnets by low melting point Dy32.5Fe62Cu5.5 alloy modification”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 355, pp 131-135 [7] Coey J M D (ed) (1996), Rare-earth iron permanent magnet, Clarendon Press-Oxford, United Sate 60 [8] Davies H A., Harland C L., Betancourt J I R., Wang Z C (2005) “Recent Progress In The Development of Nanophase Rare arth Magnets”, Advances In Materials Science, 1(1), pp 7-18 [9] Gerber R., Wright C D and Asti G., (1994), Applied magnetism, Kluwer Academic Publishers [10] Gutfleisch O., (2004), Advanced structural characterisation for magnetic materials development in high performance magnets and their applications, Annecy, France [11] Gutfleisch O., (2009), High-temperature samarium cobalt permanent magnets, Springer US Publishers [12] Gutfleisch O., (2011), Magnetic materials in sustainable energy, EU-JAPAN Expert´s workshop on Critical Metals [13] Herbst J F., Croat J J and Pinkerton F E., (1984), “Relationships between crystal structure and magnetic properties in Nd2Fe14B”, Physical Review B, 29, pp 1-4 [14] Hono K and Sepehri-Amin H., 2012 , “Strategy for highcoercivity Nd-Fe-B magnets”, Scripta Material, 67, pp 530535 [15] Hono K., (2015), Dy-free high coercivity neodymium permanent magnets for automotive applications, Workshop on Materials Science, Japan [16] Kitano Y., Shimomura J., Shimotomai M., Fukuda Y., Fujita A and Ozaki Y., 1993 , “Analytical electron microscopy of corrosion-resistant Nd-(Fe, Co, Ni, Ti)-B magnets”, Journal of Alloys and Compounds, 193, pp 245-248 [17] Kneller E and Hawig R., 1991 , “The exchange-spring magnet: a new material principle for permanent magnet”, IEEE 61 Transactions on Magnetics, 27, pp 3588-3600 [18] 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 [19] Kronmyller H., (1991), Micromagnetic background of hard magnetic materials, In: Supermagnets, hard magnetic materials, Kluwer Academic Publisher, The Netherlands [20] Kronmyller H., (1991), Micromagnetic background of hard magnetic materials, In: Supermagnets, hard magnetic materials, Kluwer Academic Publisher, The Netherlands [21] Liu J., (2015), Microstructure and coercivity relationship of hotdeformed Nd-Fe-B anisotropic magnets, University of Tsukuba [22] Liu Q., Zang L., Xu F., Dong X., Wu J and Komuro M., (2010), “Dysprosium nitride-modified sintered Nd-Fe-B magnets with increased coercivity and resistivity”, Japanese Journal of Applied Physics, 49, pp 093001-1-093001-5 [23] Matsuura Y., (2006 , “Recent development of Nd-Fe-B sintered magnets and their applications”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 303, pp 344-347 [24] Mottram R.S., William A.J., Harris I.R (2002), “Blending additions of Al and Co to Nd16Fe76B8 milled powder to produce sintered NdFeB”, J Magn Magn Mater., 222, pp 305-313 [25] Pandian S., Chandrasekaran V., Markandeyulu G., Lyer K.J.L., Rama Rao K.V.S (2002) “ ffect of l u a and Nb addition on the magnetic properties and microstructural features of sintered NdFeB”, J Appl Phys, 92(10), pp 6082-6086 [26] Park S., Kim T., Lee S., Namkung S., and Jang T., „Effect of 62 sintering conditions on the magnetic and microstructural properties of Nd-Fe-B sintered magnets doped with DyF3 powder‟‟, J Appl Phys 111, 07A707-07A707-3 (2012) [27] Skomski R and Coey J M D, (1999), Permanent magnetism, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia [28] 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 [29] Wohlfarth E.P., Buschow K.H.J (1998), Ferromagnetic Materials, A handbook on the properties of magnetically ordered substances, Vol.4, Chapter 1, Elsevier Science Publicsher B.V [30] www.google.com.vn/jet+milling [31] www.magnets.com [32] Xiujuan J 2014 , „„Structural, magnetic and microstructuaral studies of composition-modified Sm-Co ribbons‟‟, Mechanical (and Materials) Engineering – Dissertations, Theses and student Research [33] Yashida Y., (2016), Recent developments in high performance NdFeB magnets and bonded rare-earth magnets, Japan [34] Yu L Q., Liu R S., Dong K T and Zhang Y P., (2012), “Key techniques for ultrahigh performance sintered Nd-Fe-B magnets preparation”, Transworld Research Network, ISBN: 978-817895-554-4, pp.1-36