Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Fe73,5-xMnx Cu1Nb3Si13,5B9 chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh

3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Cấu trúc và tính chất của hợp kim VĐH 1.1.1. Trạng thái VĐH của hợp kim Hợp kim rắn tồn tại dưới hai trạng thái tinh thể và trạng thái VĐH. Trong trạng thái tinh thể, các nguyên tử được sắp xếp tuần hoàn theo một trật tự nào đó tạo thành mạng tinh thể, còn trong trạng thái VĐH thì không tồn tại sự sắp xếp tuần hoàn ấy, nó giống như chất lỏng bị đông cứng lại, thường được gọi là “chất lỏng quá nguội”. Người ta có thể chế tạo được hợp kim rắn ở trạng thái VĐH bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp chiếu xạ, phương pháp lắng đọng từ thể hơi, phương pháp lắng đọng hóa học, phương pháp nguội nhanh, phương pháp nghiền cơ…[6]. Trong luận văn này chúng tôi chọn phương pháp chế tạo mẫu là phương pháp nguội nhanh, công nghệ này được trình bày kỹ ở phần 1.1.4 và chương II. 1.1.2. Trật tự gần. Sự khác nhau giữa vật rắn VĐH với vật rắn tinh thể Trong vật rắn tinh thể, các nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự tuần hoàn, tức là tồn tại các phần tử đối xứng như phép quay tịnh tiến. Chẳng hạn, nếu chọn một nguyên tử nào đó làm gốc thì sau khi dịch chuyển các véc tơ mạng tinh thể đi một số nguyên lần sẽ gặp lại chính nguyên tử này. Còn vật rắn VĐH do được tạo thành từ trạng thái lỏng bị đông cứng nhanh chóng nên các nguyên tử chưa kịp sắp xếp lại theo một trật tự tinh thể nên không tồn tại trật tự xa. Nếu véc tơ nối hai nguyên tử gần nhất là véc tơ tịnh tiến và dịch chuyển vec tơ đó đi một số lần đủ lớn (ví dụ 10 lần) thì không đảm bảo gặp lại một nguyên tử tương đương. Sự vắng mặt của trật tự xa trong vật rắn VĐH là do cách sắp xếp không trật tự của các nguyên tử trong đó. Tuy nhiên, cấu trúc không trật tự trong vật rắn VĐH khác xa với chất khí và chất lỏng. Trong chất khí các nguyên tử (phân tử) chuyển động hỗn loạn và có quãng đường tự do lớn. Trong chất lỏng các nguyên tử dao động mạnh, chúng luôn đổi chỗ cho nhau và có khả năng dịch chuyển trong khoảng cách lớn. Trong khi đó 4 ở vật rắn VĐH các nguyên tử cố gắng sắp xếp theo cách xếp chặt kiểu đối xứng cầu, tức là quanh mỗi nguyên tử có các nguyên tử khác bao bọc một cách ngẫu nhiên nhưng xếp chặt. Cấu trúc nguyên tử như trên tuy không tồn tại trật tự xa nhưng cũng có thể thiết lập một trật tự gần nào đó, nên cạnh một nguyên tử “gốc” có rất nhiều khả năng tồn tại một nguyên tử khác nằm sát nó. Kiểu trật tự này chỉ tồn tại ở nguyên tử “gốc” nên gọi là trật tự gần. Ở khoảng cách 2d, 3d…(d = 2r với r là bán kính nguyên tử) khả năng tồn tại của nguyên tử giảm dần và xa hơn nữa không thể khẳng định chắc chắn có hoặc không có mặt nguyên tử [6,2]. Sự khác biệt về cấu trúc có thể là cơ sở lý giải cho nhũng tính chất rất đặc biệt của hợp kim VĐH khác nhiều so với tính chất của tinh thể có cùng thành phần. Điều này sẽ được trình bày kỹ hơn ở các phần sau của luận văn. 1.1.3. Các mô hình cấu trúc hợp kim VĐH Các hợp kim VĐH ngoài những tính chất giống hợp kim tinh thể còn có một số đặc trưng tốt hơn, như tính chống ăn mòn hóa học, tính bền cơ học, tính đàn hồi…và đặc biệt là tính từ mềm. Để biết rõ về các vật liệu này đã có rất nhiều cách tiếp cận, mô tả cấu trúc trạng thái VĐH của hợp kim. Mỗi mô hình đều có ưu điểm mô tả được một khía cạnh nào đó, một tính chất nào đó của vật liệu nhưng đồng thời cũng có những hạn chế nhất định. Ở đây, chúng ta xét hai mô hình điển hình cho loại liên tục và không liên tục được cho là phù hợp nhất với nội dung của luận văn. 1.1.3.1. Mô hình phôi thai tinh thể Để mô tả hợp kim VĐH các tác giả Hamada và Fujita đã đưa ra mô hình phôi thai tinh thể. Mô hình phôi thai tương ứng với các tổ hợp có cấu trúc lập phương tâm khối (b.c.c) với thể tương tác Pack – Dianna và cấu trúc lập phương tâm mặt (f.c.c) với thế tương tác Huntington. Số nguyên tử trong mỗi phôi thai tinh thể là khoảng 50 nguyên tử và giữa các phôi thai không có sự liên quan định hướng. Số nguyên tử trên biên được phối vị một cách ngẫu nhiên, hệ số bó chặt được chọn có giá trị từ 0,66 đến 0,7. Tỷ số giữa số lượng nguyên tử trong phôi thai và trong các vùng có trật tự là 1:3,7 đối với phôi thai b.c.c và 1:4,5 đối với phôi thai f.c.c [6]. 5 1.1.3.2. Mô hình Bernal- mô hình các quả cầu xếp chặt ngẫu nhiên. Mô hình Bernal đã được nhiều tác giả phát triển để nghiên cứu cấu trúc vô định hình. Các kết quả thu được cho thấy mô hình này là một tiếp cận đúng đắn so với các mô hình khác. Mô hình Bernal mô tả một chất lỏng đơn giản trong đó các cấu tử là các quả cầu rắn như nhau được bó chặt một cách nhẫu nhiên sao cho hệ có mật độ cực đại. việc bó chặt này hoàn toàn khác với cấu trúc lập phương tâm mặt và cấu trúc lục giác xếp chặt vì cấu trúc bên ngoài đòi hỏi có mật độ cao còn phải có mạng tinh thể nhất định. Bức tranh về cấu trúc Bernal được vẽ trên hình 1.1. Pd Si Hình 1.1. Mô hình Bernal. Sự sắp xếp các viên bi cho thấy hoàn toàn không có sự kết tinh nào. Tuy nhiên từ việc đo đạc toạ độ các viên bi người ta kết luận là trong sự hỗn hợp các viên bi này cũng tồn tại một cấu trúc nhất định. Do vậy các tính chất của hợp kim vô định hình như thế nào là phụ thuộc vào thành phần hợp kim và công nghệ chế tạo ra nó. Mặt khác theo mô hình Bernal, trong chất lỏng đã tồn tại sẵn các cấu trúc nhất định. Đó là sự sắp xếp các nguyên tử 6 theo những cấu hình nhất định. Trong các đa diện Bernal có các lỗ trống (tâm của đa diện). Số lượng các lỗ trống có kích thước khoảng 20% so với tổng số các nguyên tử tạo nên đa diện. Nếu các nguyên tử kim loại có bán kính lớn (r  0,8 0 A ) thì các nguyên tử á kim có kích thước nhỏ hơn (r  0,2  0,4 0 A ) có thể xen vào các lỗ trống đó và làm ổn định cấu trúc VĐH. Để nhận được hợp kim vô định hình ta thấy rằng trong các công nghệ cần phải tuân theo hai yếu tố sau: + Thứ nhất là các hợp kim dễ bị thủy tinh hóa thường có thành phần 20% nguyên tử á kim và 80% nguyên tử kim loại. Tỷ số này khá trùng với tỷ số 20% kích thước các lỗ trống trong mô hình Bernal. + Thứ hai là phải làm sao giảm đi sự di động của các nguyên tử, các ion hoặc phân tử của các chất tạo thành hợp kim VĐH. + Thứ ba là do trạng thái vô định hình là trạng thái không cân bằng. Trạng thái đó không tương ứng với năng lượng cực tiểu, vì vậy nó dễ dàng chuyển sang trạng thái tinh thể có cấu trúc ổn định hơn. Do đó ta cần phải khống chế quá trình chuyển pha từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh thể. Vì vậy ta cần phải giảm được hoặc ức chế quá trình phát triển kích thước hạt tinh thể. Có như vậy người ta mới chế tạo được vật liệu có cấu trúc từ những hạt vô cùng nhỏ [2, 6, 8]. Để thực hiện được các việc trên, hiện nay người ta nhận thấy tốt hơn cả là nhận vật liệu vô định hình dưới dạng dát mỏng hoặc nhận dưới dạng màng mỏng kim loại. Đó là một trong những lý do để chúng tôi chọn phương pháp phun băng nguội nhanh để sản xuất ra vật liệu VĐH. 1.1.4. Phương pháp phun băng nguội nhanh Phương pháp phun băng nguội nhanh (chill-block solidification) được Duwez và cộng sự giới thiệu vào năm 1960 [9]. Đây là một kỹ thuật làm hoá rắn nhanh hợp kim nóng chảy, ban đầu phương pháp này dùng để tạo ra dung dịch rắn giả bền cho kim loại, sau đó được phát triển để tạo ra hợp kim rắn nhanh có dạng băng. Nguyên tắc của phương pháp này là hợp kim được đặt một ống thạch anh có 7 đường kính đầu vòi khoảng 0,5 đến 1 mm, ống thạch anh này được đặt trong một lò cảm ứng. Khi hợp kim được đốt nóng chảy, qua đầu vòi, nó sẽ phun lên bề mặt một trống quay làm bằng đồng và nhanh chóng được làm nguội, tốc độ nguội rất cao từ 10 5 -10 6 K/s, sản phẩm có dạng băng chiều dày từ 20-50 m. Trống đồng có đường kính khoảng 200-300 mm. Do lực căng bề mặt tại đầu vòi trong một số trường hợp cần phải có một áp suất sau ống thạch anh hợp kim nóng chảy mới có thể rơi lên mặt trống đồng. Có hai loại thiết bị nguội nhanh, thiết bị chỉ có một trống quay gọi là phương pháp nguội nhanh trống đơn (single-roller) và thiết bị có hai trống quay gọi là phương pháp nguội nhanh trống đôi (twin-roller). Phương pháp trống quay đơn được sử dụng phổ biến hơn, cả trong nghiên cứu và sản xuất nam châm thương mại, do sự đơn giản trong cấu tạo và vận hành. Tất cả các mẫu sử dụng trong luận văn đều sử dụng thiết bị loại này nên nó sẽ được mô tả chi tiết trong phần 2.1.2. Hình 1.2 là sơ đồ thiết bị trống quay đôi, hợp kim nóng chảy qua đầu vòi đổ vào khe giữa hai trống quay. Phương pháp này có ưu điểm là làm tốc độ nguội của hợp kim đều hơn nên trạng thái pha của mẫu khá đồng nhất. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu đã chỉ ra tốc độ nguội lại chậm hơn so với thiết bị trống quay đơn (khoảng 10 4 độ/s). 8 Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị phun băng trống quay đôi. Để vô định hình hoá hợp kim, tốc độ làm nguội phải đủ lớn, và để mô tả quá trình này người ta đưa ra giản đồ T.T.T (temperature Time – Transformation). Hình 1.3. Giản đồ C-C-T biểu diễn các đường nguội tạo pha vô định hình hoặc tinh thể hoá. Sự hình thành các pha cũng như quá trình tinh thể hoá hợp kim vô định hình có thể giải thích bằng giản đồ chuyển pha nguội liên tục C-C-T. Hình 1.3 là một minh họa giản đồ C-C-T biểu diễn các quá trình nguội của hợp kim trên hệ trục thời gian - nhiệt độ. Trên giản đồ này đường cong (a) tương ứng với trường hợp tốc độ nguội hợp kim lỏng là khá lớn đủ để cản trở sự kết tinh và phát triển hạt, cấu trúc pha của sản phẩm nguội nhanh này là vô định hình. Nếu quá trình nguội theo đường cong (b) thì cấu trúc của sản phẩm hoá rắn nhanh là sự pha trộn giữa pha vô định hình và pha vi tinh thể A, do sự kết tinh bắt đầu ngay sau khi pha vô định hình hình thành, sự khuếch tán của các nguyên tố thành phần trong pha vô định hình để hình thành pha A là khá chậm. Đường cong (c) biểu diễn cho phương pháp tạo cấu trúc composite thông qua quá trình nguội đơn. Mặc dù về mặt thực nghiệm việc xây dựng một giản đồ C-C-T là rất khó khăn nhưng nó rất hữu dụng để làm sáng tỏ quá trình nguội trong thực tế [9]. Để thu được cấu trúc VĐH, tốc độ nguội cần được 9 chọn một cách thích hợp để tránh sự phát triển các pha tinh thể ngoài ý muốn. Điều này sẽ được thảo luận chi tiết, đầy đủ hơn trong các phần dưới đây. 1.1.5. Các tính chất đặc biệt của hợp kim nguội nhanh 1.1.5.1. Tính chất từ mềm tốt Cấu trúc từ của vật liệu được quy định bởi tương tác trường tinh thể (dị hướng từ) và tương tác trường phân tử (tương tác trao đổi), do đó chịu ảnh hưởng rất mạnh của trật tự nguyên tử. Trong các vật liệu tinh thể, trật tự xa của các nguyên tử làm cho các tính chất của hợp chất có tính dị hướng (nhưng đồng nhất): các mômen từ sắp xếp cộng tuyến (song song hoặc phản song song) dọc theo các phương từ hóa dễ. Các vật liệu vô định hình thông thường là các hợp kim trong đó có thành phần kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni ) có từ tính và có các thành phần tạp á kim ( P, B, C, Si ) đóng vai trò ổn định trạng thái vô định hình là thành phần không có từ tính. Hiện nay, các vật liệu VĐH được đánh giá là những vật liệu có tính từ mềm rất tốt. Trong các vật liệu vô định hình, dị hướng từ có tính địa phương, tức là mỗi một vùng trật tự gần có một phương dễ từ hóa riêng biệt. Khi đó, nếu năng lượng dị hướng từ nhỏ hơn năng lượng tương tác trao đổi, sự sắp xếp của các mômen từ sẽ được quyết định bởi tương tác trao đổi, và có cấu trúc cộng tuyến. Trong trường hợp năng lượng dị hướng từ lớn hơn năng lượng tương tác trao đổi, các mômen từ sẽ sắp xếp hỗn độn theo sự phân bố của các trục từ hóa dễ địa phương ở trong vật liệu, điều này đồng nghĩa với việc dị hướng từ thấp. Cơ sở tính từ mềm liên quan đến quá trình từ hóa trong từ trường thấp và các quá trình quay các mômen từ trong các đômen. Một cách đơn giản có thể coi sự sắp xếp hỗn loạn của các nguyên tử không tạo nên tính dị hướng do đó các mômen Spin có thể dễ dàng quay dần dần trên toàn mẫu bằng các năng lượng khử từ. Do vậy, nguyên nhân chính dẫn đến tính mềm tốt của VĐH là sự vắng mặt của dị hướng từ, nói chính xác hơn là dị hướng từ thấp [2, 7, 8]. 1.1.5.2. Nhiệt độ curie 10 Ngoài các thông số như mômen từ, từ độ bão hòa, lực kháng từ các hợp kim vô định hình còn được đặc trưng bởi nhiệt độ Curie. Khi qua nhiệt độ curie thì chất sắt từ mất hết tính chất sắt từ của nó và trở thành chất thuận từ. Mô men từ của vật liệu ở không độ tuyệt đối không nhỏ hơn nhiều so với vật liệu khối ở dạng tinh thể nhưng nhiệt độ Curie của chúng thấp hơn nhiều so với nhiệt độ Curie của vật liệu tinh thể, tuy nhiên T C của chúng vẫn còn khá cao. Ví dụ, với hợp kim vô định hình Fe – Co thì nhiệt độ Curie T C cỡ 600 – 800K. Các hợp kim vô định hình có nhiệt độ Curie thay đổi mạnh theo thành phần, T C giảm một cách đơn điệu khi hàm lượng á kim tăng. Tuy nhiên khi hàm lượng á kim tăng quá cao lại làm cho tính từ mềm xấu đi. Chính vì vậy tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tìm cách thay thế một phần các nguyên tử Fe bằng các nguyên tử kim loại khác khác nhằm thu được hợp kim có T C thấp và từ độ bão hòa cao. Giá trị T C trong hợp kim VĐH thấp hơn nhiều so với trường hợp tinh thể là do có sự thăng giáng mạnh của tích phân trao đổi đặc biệt ở vùng nhiệt độ cao. Do có tính đồng nhất cao về cấu trúc nên hợp kim VĐH có chuyển pha tại nhiệt độ T C sắc nét, đây là một điều kiện tốt để vật liệu có thể cho biến thiên entropy từ lớn [4, 8]. Nhiệt độ curie trong các hợp kim vô định hình được chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh đơn trục còn phụ thuộc vào tốc độ quay của trống đồng. Nhiệt độ T C của các hợp kim nền Fe giảm dần theo chiều tăng của tốc độ trống đồng [2]. 1.1.5.3. Một số tính chất cơ học của vật liệu vô định hình a. Độ cứng và độ bền vững. Đặc điểm quan trọng của kim loại vô định hình là có thể có độ cứng cao và độ bền vững cao. Độ cứng và độ bền vững thay đổi là do sự phụ thuộc vào thành phần hoá học của hợp kim. Ví dụ trong hợp kim với kim loại nền là nhóm sắt như Fe, Co, Ni thì độ cứng có thể đạt giá trị trên 1000 và độ bền cao hơn 4,0 GN/m 2 . Số liệu này cao hơn giá trị cực đại về độ cứng và độ bền vững của các vật liệu kim loại đang được sử dụng hiện nay. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính bền vững của hợp kim vô định hình là thành phần hoá học của nó. Trong các hợp kim có cùng nguyên tố kim loại 11 cơ bản thì tính chất bền vững biến đổi phụ thuộc vào loại và số lượng nguyên tử á kim mà những nguyên tử này làm giảm bớt tính vô định hình của hợp kim. Nếu trong hợp kim vô định hình kim loại mật độ nguyên tử á kim mà không thay đổi thì độ cứng và độ bền sẽ có thể điều tiết được bằng cách cho thêm nguyên tố kim loại vào hợp kim. b. Ăn mòn hoá học Ngay từ những năm 40 của thế kỉ 20 người ta đã biết hợp kim Nikel hoặc Coban với hàm lượng 10 - 30% nguyên tử phốt pho và nhận nó được bằng cách điện phân trong dung dịch axits phốtphorit là một hợp kim vô định hình. Nhưng vì sản xuất hợp kim vô định hình thời đó bằng phương pháp điện phân còn có những hạn chế nhất định như thành phần mà hợp kim nhận được. Những khảo sát này khi ấy không nhận được sự phát triển đúng mức và sớm đi vào quên lãng. Từ cách nhìn của các nhà hoá học ta thấy kim loại vô định hình là một loại vật liệu mới cho các đặc tính, cấu trúc hoàn toàn khác với cấu trúc tinh thể như biên giới hạt, biến vị không tồn tại trong kim loại vô định hình. Thêm vào nữa, do tốc độ làm nguội quá nhanh nên cấu trúc của kim loại vô định hình gần với sự đồng nhất lí tưởng. Có thể nói rằng cấu trúc của kim loại vô định hình là cấu trúc rắn đồng nhất tốt hơn cả mà ta nhận được hiện nay. Ta lại biết rằng sự ăn mòn của các vật liệu tinh thể trong tự nhiên thường bắt đầu bị ăn mòn ở những chỗ bề mặt ngoài, mà ở đó thể hiện tính không đồng nhất hoá học. Ngược lại ta lại thấy với kim loại vô định hình là hợp kim loại rất bền vững với sự ăn mòn, bởi vì chúng có thành phần hoá học hoàn toàn đồng nhất. c. Tính chất điện Điện trở suất của các hợp kim vô định hình lớn hơn so với điện trở suất của hợp kim đó ở trạng thái tinh thể khoảng 3 – 5 lần. Hệ số nhiệt độ của điện trở suất của hợp kim ở trạng thái vô định hình lại nhỏ hơn tới 10 lần so với trạng thái tinh thể và trong một khoảng nhiệt độ nào đó, hệ số nhiệt của trạng thái vô định hình có thể có giá trị âm. Giới hạn về nhiệt độ của trạng thái vô định hình trùng với nhiệt độ 12 Curie. Điện trở suất lớn của hợp kim VĐH rất có ý nghĩa khi nghiên cứu vật liệu từ nhiệt, điện trở suất lớn sẽ làm giảm tổn hao dòng phucô [5]. 1.2. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nanô tinh thể 1.2.1. Cấu trúc của vật liệu từ mềm nanô tinh thể Các vật liệu nanô tinh thể là các đa tinh thể một pha hoặc nhiều pha với kích thước hạt tinh thể cỡ nanômet, thường thì từ 5 đến 50 nm. Chúng có thể được chế tạo bằng nhiều cách như nghiền cơ năng lượng cao, bằng kỹ thuật lắng đọng hóa học hoặc bằng cách kết tinh từ trạng thái VĐH (có thể thu được trạng thái nanô tinh thể ngay sau khi phun băng hoặc qua quá trình ủ nhiệt). Vật liệu nanô tinh thể bao gồm cả vật liệu từ cứng, từ mềm với nhiều loại nền khác nhau, như nền Fe, nền Co Tuy nhiên, một điều hết sức quan trọng là các vật liệu từ mềm sẽ có khả năng cho biến thiên entropy lớn. Nên ở đây chúng tôi sẽ đề cập vật liệu từ mềm nanô tinh thể nền Fe, được chế tạo thông qua giai đoạn VĐH, cụ thể bằng phương pháp nguội nhanh, sau đó được xử lý nhiệt để tạo pha tinh thể. Một ví dụ điển hình là vật liệu Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9 được chế tạo bởi Y.Yoshizawa và các đồng nghiệp ở công ty Hitachi Metal (Nhật Bản), và có tên thường gọi là Finemet (Fine Mixture of Metals). Finemet được chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh sau đó được ủ ở nhiệt độ thích hợp để tạo nên các hạt nano tinh thể α-Fe(Si) có kích thước chỉ 10 nm trên nền ma trận vô định hình còn dư, ngoài ra tùy thuộc vào chế độ xử lý nhiệt còn có thể tìm thấy các đám nhỏ (cluster) giàu nguyên tử Cu giữa các tinh thể, hay sự xuất hiện của các pha borid sắt sẽ làm giảm đặc tính từ mềm của vật liệu [5, 7]. Với cấu trúc này, Finemet có tính chất từ tuyệt vời mà chưa một vật liệu từ mềm nào trước đó có thể có như: - Có lực kháng từ nhỏ tới cỡ 0,01 Oe. - Độ từ thẩm μ có thể đạt tới vài trăm ngàn (có thể lên tới 600000). - Có từ độ bão hoà cao tới 1,2 - 1,5 T. - Tổn hao trễ rất nhỏ. - Có điện trở suất cao hơn vật liệu từ mềm nền kim loại tới vài bậc, do đó giảm thiểu tổn hao xoáy và cho phép sử dụng ở tần số cao (trong dải KHz thậm chí tới MHz). - Có khả năng chống mài mòn cơ học, chống ăn mòn hoá học rất tốt [5]. [...]... tiền hợp kim sau đó được sử dụng để tạo các mẫu nghiên cứu bằng phương pháp phun băng nguội nhanh 2.1.2 Tạo băng nguội nhanh 31 Phương pháp nguội nhanh thường được dùng để tạo hợp kim vô định hình Nguyên tắc chung là dùng một môi trường lạnh thu nhanh nhiệt của hợp kim nóng chảy, do bị làm nguội nhanh hợp kim vẫn giữ nguyên trạng thái cấu trúc như chất lỏng (VĐH) Phương pháp phổ biến hiện nay là phun hợp. .. giảm nhiệt độ TC của hợp kim Ảnh hưởng của hiệu ứng thay thế trên chính là lý do để chúng tôi tiến hành thay thế một phần Fe bằng Mn trong hệ hợp kim Fe73,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9 (x = 5; 10; 15; 20) nhằm tìm kiếm hợp kim có TC nhỏ và mômen từ lớn (có thể cho biến thiên entropy từ lớn) Trong phần này chúng tôi sẽ trình bày ảnh hưởng của việc thay thế Mn và công nghệ chế tạo lên cấu trúc của hệ hợp kim 3.1.1... Fe73,5Si13,5B9Nd3Au1 Hình 1.9 Họ đường cong từ hóa đẳng nhiệt và biến thiến entropy từ của mẫu hợp kim VĐH Fe73,5Si13,5B9Nd3Au1[13] 29 Chương II THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 2.1.1 Tạo hợp kim ban đầu Vật liệu ban đầu để chế tạo các mẫu hợp kim Fe-Mn-Cu-Nb-Si-B là các kim loại có độ sạch cao, riêng B được sử dụng dưới dạng hợp chất Fero Bo (Fe-B) chứa 18% B Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy chỉ có... đưa về gần vùng nhiệt độ phòng bằng cách thay đổi thành phần cách nguyên tố trong hợp kim 17 1.3 Tổng quan về vật liệu từ nhiệt 1.3.1 Lịch sử phát triển của vật liệu từ nhiệt Ứng dụng về hiệu ứng từ nhiệt đã được sử dụng từ đầu thế kỷ 20, với việc khử từ đoạn nhiệt các muối thuận từ, cho phép ta tạo nhiệt độ cực thấp (thậm trí tới 0,001 K) sử dụng trong các thiết bị đo đạc tinh vi ở nhiệt độ thấp (ví... Một số kết quả nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trong những năm gần đây Cho đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về MCE trên các hệ vật liệu khác nhau được các tác giả công bố Tuy nhiên trong khuân khổ luận văn chúng tôi sẽ trình bày các kết quả về hiệu ứng từ nhiệt trên các họ vật liệu được tập trung nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây bao gồm: các hợp chất liên kim loại (kim loại chuyển... đôi chút so với hợp kim mẹ ban đầu [3, 7] Có thể nói rằng việc phát hiện ra hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ trong các hợp kim VĐH là một phát hiện mới rất quan trọng bởi vật liệu này kết hợp hầu hết ưu điểm của hai thế hệ vật liệu provskite và hợp kim intermetallic đó là có biến thiên entropy từ khổng lồ và nhiệt độ curie dễ dàng điều khiển bằng hiệu ứng thay thế Một điểm mạnh khác của hợp kim VĐH là biến... t, trong khoảng thời gian này nhiệt độ hợp kim giảm từ nhiệt độ nóng chảy ( 1500 K) xuống nhiệt độ phòng, tức là T  103 K Tốc độ nguội được tính bằng công thức R = T/t Tốc độ làm nguội hợp kim được thay đổi bằng cách thay đổi tốc độ quay của trống đồng Hợp kim lỏng bị đông cứng lại khi tiếp xúc với trống đồng, sau đó văng ra khỏi mặt trống Trong trường hợp hợp kim có chứa nguyên tố đất hiếm hoặc... có thể dễ dàng chế tạo được các băng VĐH có tính từ mềm tốt bằng phương pháp phun băng nguội nhanh, nếu chọn quy trình xử lý nhiệt thích hợp sẽ tạo được các pha tinh thể cho nhiều tính chất lý thú hoặc tạo thành vật liệu từ mềm nanô tinh thể có tính “siêu từ mềm” Các vật liệu có tính từ mềm tốt có thể cho kết quả biến thiên entropy từ  Sm lớn trong biến thiên từ trường nhỏ Mặt khác nhiệt độ TC của...13 Ta có thể thấy các tính chất trên của Finemet thỏa mãn rất tốt các yêu cầu của vật liệu từ nhiệt ứng dụng vào các máy làm lạnh bằng từ trường 1.2.2 Vai trò của các nguyên tố trong việc tạo pha và ảnh hưởng tới tính chất từ của hệ hợp kim Fe-Mn-Cu-Nb-Si-B Các hợp kim VĐH từ mềm nền Fe được bổ xung một lượng nhỏ các nguyên tố kim loại, á kim hoặc phi kim khác, các nguyên tố này phải đảm bảo... Công nghệ Việt Nam (hình 2.6) 2.3 Khảo sát tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung (VSM) Các phép đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ và phép đo đường cong từ hóa đẳng nhiệt được thực hiện trên hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) của Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học Vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Thiết bị này có độ nhạy cỡ 10-4 emu và có thể hoạt động trong khoảng từ trường từ -13 . thể chế tạo được hợp kim rắn ở trạng thái VĐH bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp chiếu xạ, phương pháp lắng đọng từ thể hơi, phương pháp lắng đọng hóa học, phương pháp nguội nhanh, . lớn [4, 8]. Nhiệt độ curie trong các hợp kim vô định hình được chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh đơn trục còn phụ thuộc vào tốc độ quay của trống đồng. Nhiệt độ T C của các hợp kim nền Fe. mỏng kim loại. Đó là một trong những lý do để chúng tôi chọn phương pháp phun băng nguội nhanh để sản xuất ra vật liệu VĐH. 1.1.4. Phương pháp phun băng nguội nhanh Phương pháp phun băng nguội