Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B quy mô bán công nghiệp

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI  PHÙNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NAM CHÂM THIÊU KẾT Nd-Fe-B QUY MÔ BÁN CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI, 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Tuy phát sử dụng cách hàng nghìn năm bùng nổ chất lượng phạm vi ứng dụng nam châm vĩnh cửu (NCVC) bắt đầu diễn kể từ phát minh NCVC chứa đất vào thập niên 60 kỉ XX Cho đến hai họ nam châm chứa đất sử dụng rộng rãi Sm-Co Nd-Fe-B Họ NCVC Sm-Co dựa hai pha từ cứng SmCo5 Sm2Co17 có từ tính tốt nhiệt độ Curie cao (Br 10 kG, Hc  44 kOe, (BH)max  33 MGOe, TC  820oC) [13] Tuy nhiên, Co nguyên tố đắt vật liệu mang tính chất chiến lược Việc phát pha từ cứng Nd2Fe14B Croat cộng (Mỹ), Sagawa cộng (Nhật) vào năm 1983 xem bước đột phá lớn lịch sử NCVC không tính chất từ tốt mà trữ lượng nguyên tố Nd Fe vỏ Trái Đất lớn so với nguyên tố đất kim loại chuyển tiếp khác Hai phương pháp chế tạo NCVC dựa vật liệu từ cứng Nd2Fe14B phương pháp thiêu kết phương pháp kết dính Trong nam châm thiêu kết hạt từ có kích thước vài micromet liên kết pha phi từ giàu Nd biên hạt Nam châm có tính dị hướng cao, tích lượng cực đại (BH)max lớn Kỉ lục (BH)max đạt phòng thí nghiệm 57 MGOe [13], đạt 86% giá trị (BH)max lí thuyết (64 MGOe) Hiện nam châm loại chiếm tỉ phần lớn giá trị công nghiệp nam châm Tuy việc phát nam châm Nd2Fe14B xem cách mạng chế tạo NCVC chúng có không nhược điểm từ độ bão hòa chưa thật cao (so với số vật liệu từ mềm), tỉ phần đất nhiều, nhiệt độ Curie thấp Những nhược điểm làm giá thành nam châm cao, bền mặt hóa học phạm vi ứng dụng bị hạn chế Vật liệu từ cứng pha Nd2Fe14B nói riêng hệ RE2TM14B nói chung (RE, TM tương ứng nguyên tố đất kim loại chuyển tiếp) thu hút ý nhiều nhà từ học nhiều phòng thí nghiệm giới Đã có nhiều công trình nghiên cứu công bố tạp chí chuyên ngành hội nghị khoa học giới Nhìn chung có hai hướng nghiên cứu chính: bổ sung vào thành phần hợp kim số nguyên tố khác thành phần Nd, Fe, B nhằm thay đổi tính chất từ nội vật liệu từ độ bão hoà, nhiệt độ Curie, tính dị hướng từ tinh thể, vv tham gia vào trình phản ứng nhằm tạo vi cấu trúc tối ưu khống chế kích thước hạt, dạng hạt, tạo pha biên hạt thích hợp, vv Hai nghiên cứu cải tiến, nâng cao, hoàn thiện công nghệ chế tạo để tạo vi cấu trúc tối ưu [9] Mặt khác có nhiều công trình nghiên cứu lí thuyết thực nghiệm tiến hành nhằm làm sáng tỏ tượng liên quan đến vi cấu trúc, hiểu chế đảo từ, vai trò biên hạt, vv Ở Việt Nam, sau phát minh vật liệu từ Nd2Fe14B công bố, phòng thí nghiệm quan tâm nghiên cứu thành phần hoá học đặc điểm công nghệ Ngày loại vật liệu tiếp tục ý, đặc biệt vật liệu từ nanocomposite Điều thể qua nhiều báo cáo hội nghị chuyên đề tạp chí nhiều nhóm tác nhóm nghiên cứu Đại học Quốc Gia Hà Nội, nhóm trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhóm nghiên cứu Viện Khoa học Vật liệu Hiện nay, nam châm thiêu kết họ Nd-Fe-B chế tạo Việt Nam thường có tích lượng (BH)max đạt cỡ 30 ÷ 35 MGOe [1] Đó thành đáng ghi nhận trình nghiên cứu Tuy tích lượng (BH)max đạt cỡ 30 ÷ 35 MGOe công nghệ chế tạo chưa ổn định Với lí trên, chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn: “Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B quy mô bán công nghiệp” Mục đích nghiên cứu Tìm công nghệ ổn định để chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B quy mô bán công nghiệp có tích lượng từ khoảng 35 MGOe Phương pháp nghiên cứu Luận văn tiến hành phương pháp thực nghiệm  Hợp kim ban đầu chế tạo lò trung tần, sau nghiền phương pháp nghiền bi máy nghiền rung Bột hợp kim ép ướt thiêu kết lò nung  Vi cấu trúc mẫu khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) HITACHI S-4800 Các phép đo đặc trưng từ tiến hành hệ từ trường xung Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận chung Tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng, với sản phẩm ứng dụng quen gọi nam châm vĩnh cửu, vật liệu có khả tàng trữ lượng từ trường tác động lên tự trở thành nguồn phát từ trường Như biết, tính chất từ vật liệu từ đặc trưng đường từ trễ M(H) B(H) Phần đường cong góc phần tư thứ hai gọi đường cong khử từ, dựa vào đường cong khử từ ta xác định tham số lực kháng từ Hc, cảm ứng từ dư Br tích lượng cực đại (BH)max Hình 1.1 Các đường cong khử từ vị trí điểm Hc, Br (nhánh trái) Nhánh phải đường cong biểu diễn phụ thuộc tích lượng BH theo B [5, tr 6] Các nhánh trái hình 1.1 minh họa đường cong khử từ vật liệu từ cứng cách xác định tham số từ Lực kháng từ Hc đặc trưng cho khả phản ứng vật liệu trường khử từ sau từ hóa đến bão hòa Dựa vào giá trị Hc người ta phân loại vật liệu từ thành vật liệu từ mềm, vật liệu ghi từ vật liệu từ cứng Thông thường vật liệu có Hc > kOe (80 kA/m) xem thuộc loại từ cứng Cảm ứng từ dư Br xác định mật độ thông lượng lại nam châm sau từ hóa đến bão hòa, đặc trưng cho sức mạnh nam châm Tích lượng cực đại (BH)max đặc trưng cho khả tàng trữ lượng từ, xem tham số đánh giá phẩm chất vật liệu từ cứng (nhánh phải hình 1.1) [5, tr.6] Từ xa xưa, người Trung Quốc cổ biết đến tính chất từ "đá nam châm" (lodestone), mà sau thành phần hoá học xác định ôxít sắt tự nhiên -Fe2O3 Fe3O4 với Hc cỡ vài chục Oe, Br khoảng ÷ kG Lúc họ cho tính chất từ đá nam châm mang tính thần bí sử dụng chúng dịp lễ lạc, cúng tế Mãi sau chúng dùng làm la bàn phương hướng sử dụng chúng hành trình biển vào kỉ XII Năm 1743, Daniel Bernoulli người đưa ý tưởng tạo nam châm có hình móng ngựa mà vào thời trung cổ trở thành biểu tượng ngành khoa học kĩ thuật Nam châm hình móng ngựa chế tạo thép cacbon (Fe3C), sau thép coban thép volfram Nam châm tương đối yếu với (BH)max ~ MGOe, để có nam châm với sức mạnh vừa phải người ta phải dùng lượng lớn kim loại Hình 1.2 cho thấy mức độ tích trữ lượng nam châm NdFeB so với số loại nam châm khác Hình 1.2 Đá nam châm đựng hộp đồng thau, khối nam châm Ferrit khối nam châm Nd-Fe-B Tất có lượng từ khoảng 0,4 J Hình 1.3 đồ thị mô tả tiến nghiên cứu nâng cao (BH)max kỉ XX Có thể thấy quy luật sau 20 năm (BH)max tăng lên gấp ba lần Tiến gắn liền với thành công nghiên cứu tìm kiếm vật liệu hoàn thiện công nghệ chế tạo Hình 1.3 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu (theo (BH)max) kỷ XX [16, tr.10] Thành công nâng cao phẩm chất từ đánh dấu việc phát hợp kim Alnico Mishima (Nhật Bản) vào năm 1932 Hợp kim chế tạo trình hợp kim hóa ba nguyên tố Ni, Co Fe có pha lượng nhỏ Al Cu, lực kháng từ Hc đạt khoảng 6,2 kOe, nhiên, từ độ bão hòa nhỏ so với thép từ cứng nên (BH)max đạt MGOe Vào thập niên 30 kỉ XX, nam châm loại sử dụng rộng rãi môtơ loa âm Thành phần hợp kim công nghệ chế tạo liên tục phát triển, đến năm 1956 hợp kim Alnico với tính dị hướng lớn vi cấu trúc dạng cột (dị hướng dạng) có (BH)max đạt khoảng 10 MGOe Hiện nay, nam châm loại sử dụng chúng có nhiệt độ Curie cao (850oC) Nhược điểm vật liệu lực kháng từ Hc bé (~ kOe) [19] Hợp kim Alnico chế tạo công nghệ đúc trực tiếp sau ủ từ trường thiêu kết Chính quy trình công nghệ làm phát triển vi cấu trúc dạng cột pha sắt từ mạnh Fe-Co sắt từ Ni-Al yếu Lực kháng từ hợp kim xác định dị hướng hình học pha Fe-Co chế ghim vách đô men pha Ni-Al Những bước tiến đạt vào đầu thập niên 50, việc khám phá vật liệu ferit cứng tổng hợp công ty Philip, Hà Lan Vật liệu ferit có cấu trúc lục giác với hai hợp chất BaO.6Fe2O3 SrO.6Fe2O3 Tuy cảm ứng từ dư thấp (~ 4,2 kG) lực kháng từ chúng có giá trị lớn nhiều so với vật liệu trước (~ kOe), Br thấp nên (BH)max không cao (~ MGOe) Tuy nhiên loại nam châm có ưu điểm giá thành rẻ, hiệu bền Do vậy, ngày chúng vật liệu sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 50% tổng giá trị nam châm vĩnh cửu toàn giới Năm 1966 phát tính chất từ vật liệu YCo5, vật liệu từ cứng dựa nguyên tố 4f nguyên tố 3d Hợp kim sắt từ chứa nguyên tố 3d 4f hứa hẹn cho nhiều tính chất từ cao, kết hợp nguyên tố 3d có từ độ bão hòa lớn, nhiệt độ Curie cao với nguyên tố 4f có tính dị hướng từ tinh thể, tính dị hướng mạnh nhiều so với tính dị hướng dạng Alnico Trữ lượng nguyên tố đất nhẹ vỏ Trái Đất nhiều không kim loại thông dụng kẽm (Zn) hay chì (Pb) Điều hứa hẹn củng cố phát SmCo5 vào năm 1967, nhanh chóng trở thành nam châm đất có giá trị thương mại Nam châm chế tạo dạng nam châm kết dính có (BH)max ~ MGOe Năm 1969 nam châm SmCo5 loại thiêu kết có (BH)max ~ 20 MGOe chế tạo Hướng nghiên cứu nói tiếp tục phát triển đến năm 1976 (BH)max 10 đạt đến giá trị 30 MGOe vật liệu Sm2Co17 Nói chung loại vật liệu có thành phần Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17 sản phẩm nam châm có phẩm chất tốt có vi cấu trúc thích hợp Chúng chế tạo theo công nghệ luyện kim bột xử lí nhiệt độ khoảng 11000C Ngoài ra, xử lí nhiệt độ thích hợp vật liệu có vi cấu trúc dạng hạt Mỗi hạt có thành phần pha Sm2Co17 chứa dư Fe bao quanh lớp biên hạt có pha SmCo5 chứa dư Cu Biên hạt trở thành nơi ghim vách đô men làm tăng lực kháng từ [2] Nam châm loại phù hợp với ứng dụng có nhiệt độ hoạt động cao Sự bất ổn tình hình giới vào năm cuối thập kỉ 70 (thế kỉ XX) gây biến động mạnh cho nguồn cung cấp giá Coban, vật liệu thô chiến lược Do đó, việc tìm kiếm vật liệu từ chứa không chứa Coban cấp thiết đặt Nd Fe ý trữ lượng chúng vỏ Trái Đất nhiều so với nguyên tố khác, so với Nd trữ lượng La Ce nhiều chúng chất phi từ Điều quan trọng mômen từ nguyên tử nguyên tố lớn nhóm tương ứng Nhiều hướng nghiên cứu vật liệu cho nam châm Nd-Fe đưa Một hướng tìm kiếm pha ba thành phần có cấu trúc tinh thể thích hợp, hướng khác tìm cách bền vững hóa pha giả bền phương pháp nguội nhanh Sự tồn hợp chất giàu sắt giản đồ pha ba thành phần Nd-Fe-B Kuzma cộng (Ukrain) lưu ý vào đầu năm 1979, đến năm 1983, Sawaga công ty Sumitomo (Nhật Bản) công bố thành công việc chế tạo nam châm vĩnh cửu với thành phần hợp thức Nd15Fe77B8 có Br = 12 kG, Hc = 12,6 kOe, (BH)max = 36,2 MGOe phương pháp luyện kim bột tương tự phương pháp sử dụng chế tạo nam châm Sm-Co Pha từ pha Nd2Fe14B có 51 Bảng 3.3 Giá trị cảm ứng từ dư Br, lực kháng từ Hc tích lượng cực đại (BH)max nam châm với thời gian thiêu kết Ttk (oC) 1050 1080 1100 Br (kG) 13,2 13,1 12,8 MHc (kOe) 3,7 5,2 4,8 BHc (kOe) 3,6 5,1 4,7 D (g/cm3) 7,2 7,22 7,25 (BH)max (MGOe) 15,8 28 22,2 Qua trình khảo sát thời gian thiêu kết nhiệt độ thiêu kết đây, ta thấy nhiệt độ thiêu kết 1080oC thời gian thiêu kết tối ưu (bảng 3.3) 3.3 Khảo sát ảnh hưởng hợp phần lên tích lượng từ nam châm 20 15 A B 10 4M (kG) -5 -10 -15 -20 -30 -20 -10 H (kOe) 10 20 30 Hình 3.9 Đường từ trễ nam châm thiêu kết với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 (A) Nd20,5Fe73B6,5 (B) 52 Qua tài liệu tham khảo lựa chọn hai hợp phần để khảo sát là: Nd16,5Fe77B6,5 (A) Nd20,5Fe73B6,5 (B) Hình 3.9 cho thấy đường từ trễ nam châm thiêu kết với hợp phần khác nói Các nam châm thiêu kết nhiệt độ 1080oC thời gian thiêu kết Hình 3.10 3.11 đường đặc trưng từ nam châm thiêu kết với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 Nd20,5Fe73B6,5 30 14 4M B 4M B (BH) 12 10 10 4M, B (kG) 4M, B (kG) 20 -10 -20 -30 -20 -15 -10 -5 H (kOe) 10 15 -30 20 -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 a) b) Hình 3.10 Các đường cong M(H), B(H) tích BH nam châm thiêu kết có hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 40 14 4M B 30 10 10 4M, B (kG) 4M, B (kG) 20 -10 -20 -30 -40 -30 4M B (BH) 12 -20 -10 H (kOe) 10 20 30 -35 -30 -25 -20 a) -15 -10 -5 H (kOe) b) Hình 3.11 Các đường cong M(H), B(H) (a) tích BH (b) cúa nam châm thiêu kết có hợp phần Nd20,5Fe73B6,5 53 Ta nhận thấy rằng, mẫu A có cảm ứng từ dư lớn lực kháng từ lại nhỏ Điều nồng Fe mẫu A lớn mẫu B nồng độ đất Nd mẫu A lại nhỏ mẫu B Tích lượng cực đại (BH)max mẫu tương ứng đạt ~28 MGOe ~30 MGOe Khi nồng độ đất lớn dễ chế tạo nam châm có lực kháng từ lớn, ngược lại cảm ứng từ dư suy giảm nhanh (chưa kể đến giá thành đất đắt) Mặt khác, nồng độ Nd lớn ta nâng cao tích lượng (BH)max Bởi theo lí thuyết (ta 4 suy luận hình vẽ) ( BH )max  Br2 Trong trường hợp lí tưởng ( BH )max  Br2 đường trễ có dạng hình vuông Đối với nam châm thiêu kết Nd-Fe-B lí tưởng nam châm chứa 100% pha Nd2Fe14B có đường trễ vuông Khi Br có giá trị từ độ bão hòa (4Ms) pha 16 kG (BH)max = 64 MGOe Trong thực tế, để chế tạo nam châm thiêu kết có tích lượng (BH)max lớn (trên 50 MGOe) nồng độ Nd phải giảm xuống 14% Tuy nhiên công nghệ chế tạo phức tạp khắt khe nhiều 3.4 Ảnh hưởng trình xử lí nhiệt lên tính chất từ nam châm Để nâng cao tích lượng (BH)max nam châm thiêu kết, áp dụng công nghệ xử lí nhiệt cho mẫu Có nhiều công nghệ xử lí nhiệt, nhìn chung phức tạp có nhiều tham số, chẳng hạn số bước, nhiệt độ, thời gian bước, tốc độ lên nhiệt, hạ nhiệt, cách làm nguội nhanh vv Chúng tiến hành thử nghiệm sơ trình xử lí nhiệt theo chế độ khác mẫu nhỏ nhằm tìm chế độ xử lí nhiệt thích hợp 54 Sau tham khảo tài liệu, tiến hành ủ nhiệt lần khoảng nhiệt độ Ta = 650oC ÷ 900oC với thời gian môi trường bảo vệ khí Ar [3, tr.241] Hình 3.13 đường từ trễ nam châm Nd-Fe-B xử lí nhiệt nhiệt độ khác 650oC, 820oC 900oC thời gian nguội nhanh nước 20 o T =650 C a 15 o T =820 C a 10 o T =900 C a 4M(kG) -5 -1 -1 -2 -2 -15 -10 -5 10 15 20 H (kO e) Hình 3.13 Đường từ trễ nam châm Nd-Fe-B ủ nhiệt nhiệt độ Ta khác thời gian h Bảng 3.4 Giá trị cảm ứng từ dư Br, lực kháng từ Hc tích lượng cực đại (BH)max nam châm ủ nhiệt lần Ta (oC) 650 820 900 Br (kG) 12,5 12,8 12,8 MHc (kOe) 4,4 5,5 4,9 BHc (kOe) 4,3 5,3 4,8 (BH)max (MGOe) 24,9 29,8 27,8 D (g/cm3) 7,2 7,25 7,23 55 Từ bảng 3.4 ta nhận thấy sau ủ nhiệt lần mô tả trên, phẩm chất từ nam châm tăng lên nhiều Ở nhiệt độ 820oC phẩm chất từ nam châm tốt xử lí 650oC hay 900oC Do lực kháng từ tích lượng nam châm chưa cao nên tiếp tục tiến hành thử nghiệm xử lí nhiệt theo hai giai đoạn - Ở giai đoạn thứ nhất, mẫu đưa thẳng vào lò nung, ủ nhiệt độ (820oC, 860oC 900oC) làm nguội nhanh (đưa thẳng vào nước) - Ở giai đoạn hai, mẫu đưa thẳng vào lò nung, ủ nhiệt độ 560oC giờ, sau làm nguội nhanh Ở hai giai đoạn, mẫu nung môi trường khí bảo vệ Ar Hình 3.14 đường từ trễ nam châm Nd-Fe-B xử lí nhiệt hai giai đoạn 20 820-560 860-560 900-560 15 10 4M(kG) -5 -10 -15 -20 -20 -15 -10 -5 H (kO e) 10 15 20 Hình 3.14 Đường từ trễ nam châm Nd-Fe-B xử lí nhiệt hai giai đoạn môi trường khí Ar 56 Bảng 3.5 Giá trị cảm ứng từ dư Br, lực kháng từ Hc tích lượng cực đại (BH)max nam châm xử lí nhiệt hai giai đoạn mô tả Ta1 + Ta2 (oC) 900 + 560 860 + 560 820 + 560 Br (kG) 12,5 12,8 13,1 MHc (kOe) 5,1 5,7 6,4 BHc (kOe) 4,9 5,5 6,1 D (g/cm3) 7,21 7,23 7,2 (BH)max (MGOe) 26,3 28,3 29,5 Từ bảng 3.5, ta nhận thấy với chế độ xử lí nhiệt hai giai đoạn phẩm chất từ nam châm nâng cao rõ rệt so với chế độ xử lí nhiệt lần Khi xử lí nhiệt 820oC 560oC (mỗi giai đoạn giờ), nam châm có cảm ứng từ dư, lực kháng từ tích lượng cực đại lớn Đồng thời so sánh với chế độ xử lí nhiệt lần ta thấy chế độ xử lí nhiệt hai giai đoạn cho nam châm có phẩm chất từ tốt Tiếp theo, áp dụng chế độ xử lí nhiệt hai giai đoạn cho mẫu nam châm có kích thước lớn (khối lượng 0,5 kg) - Ở giai đoạn thứ nhất, nam châm ủ nhiệt độ Ta1 = 820oC làm nguội nhanh khí Ar - Ở giai đoạn hai, nam châm ủ nhiệt độ Ta2 khác nhau: 520oC, 540oC, 560oC 580oC giờ, làm nguội nhanh khí Ar Quá trình xử lí nhiệt hai giai đoạn thực lò thiêu kết RVS-260 hoàn toàn tự động theo chương trình cài đặt định trước Hình 3.15 số giản đồ xử lí nhiệt mà tiến hành lò thiêu kết RVS-260 57 00 60 o T ( C) 80 40 20 0 50 10 50 0 25 00 35 00 t (m in) Hình 3.15 Giản đồ xử lí nhiệt hai giai đoạn nam châm thiêu kết Nd-Fe-B:Ta1= 820oC Ta2 = 540oC Hình 3.16 3.17 đường từ trễ đường đặc trưng từ nam châm Nd-Fe-B thiêu kết sau xử lí nhiệt theo bước 20 o T =520 C a2 15 o T =540 C a2 o 10 T =560 C a2 o T =580 C 4M (kG) a2 -5 -10 -15 -20 -20 -15 -10 -5 10 15 20 H (kOe) Hình 3.16 Đường từ trễ nam châm Nd-Fe-B xử lí nhiệt Ta1 = 820oC Ta2 khác 58 30 30 20 4M B 20 10 4M, B (kG) 10 4M, B (kG) 4M B -10 -10 o o T = 520 C T = 540 C a2 a2 -20 -20 -30 -20 -15 -10 -5 H (kOe) 10 15 20 -30 -20 -15 -10 -5 a) 15 20 30 4M B 20 4pM B 10 4M, B (kG) 10 4M, B (kG) 10 b) 30 20 H (kOe) 0 -10 -10 o o T = 560 C T = 580 C a2 -20 a2 -20 -30 -20 -15 -10 -5 H(kOe) c) 10 15 20 -30 -20 -15 -10 -5 H (kOe) 10 15 20 d) Hình 3.17 Các đường M(H), B(H) nam châm Nd16,5Fe77B6,5 dị hướng thiêu kết chân không xử lí nhiệt hai giai đoạn 59 16 16 4M B BH 14 12 4M, B (kG) 4M, B (kG) 12 10 4M B BH 14 10 o T = 520 C a2 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 o T = 540 C a2 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 H (kOe) a) 16 4M B BH 14 12 10 4M B BH 14 4M, B (kG) 12 4M, B (kG) b) 16 -5 10 o T = 560 C a2 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 o T = 580 C a2 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 H (kOe) -5 c) d) Hình 3.18 Các đường đặc trưng từ nam châm Nd-Fe-B xử lí nhiệt hai giai đoạn Bảng 3.6 Giá trị cảm ứng từ dư Br, lực kháng từ Hc tích lượng cực đại (BH)max nam châm sau xử lí nhiệt hai giai đoạn Ta2 520oC 540oC 560oC 580oC Br (kG) 12,7 13,7 13,2 12,5 Hc (kOe) 7,1 7,7 7,6 6,4 D (g/cm3) 7,21 7,25 7,2 7,24 (BH)max (MGOe) 30,3 36,2 34,5 24,4 60 Từ bảng 3.6 ta nhận thấy rằng, trình xử lí nhiệt làm tăng lực kháng từ lên nhiều (từ khoảng kOe chưa xử lí nhiệt lên kOe sau xử lí nhiệt) không làm tăng nhiều cảm ứng từ dư Tính chất từ nam châm ổn định vùng nhiệt độ ủ từ 520 ÷ 560oC Tích lượng (BH)max đạt 30,3 MGOe, 36,2 MGOe 34,5 MGOe xử lí nhiệt nhiệt độ tương ứng 520oC, 540oC 560oC Ở đây, chưa tiến hành bước ép đẳng tĩnh mẫu nam châm trước tiến hành thiêu kết nhằm tăng tỉ khối nam châm, từ làm tăng cảm ứng từ dư Br Vì suy đoán rằng, tiến hành thêm khâu ép đẳng tĩnh tích lượng cực đại nam châm cao Qua kết trình bày đây, ta đưa quy trình sản xuất nam châm quy mô bán công nghiêp có tích lượng từ 35 MGOe sau: Hợp kim Nd16,5Fe77B6 (5 kg) Nghiền thô 5-10 phút (0,2 kg) Nam châm (BH)max  35 MGOe (0,5 kg) Nghiền tinh 3h (2 kg) Xử lí nhiệt hai giai đoạn 820oC 540oC 1h Ép từ trường dị hướng 2T (0,5 kg) Thiêu kết 1080oC 1h 61 KẾT LUẬN Đã nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nghiền bột hợp kim lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 Thời gian nghiền tốt khoảng ÷ Đã nghiên cứu ảnh hưởng chế độ thiêu kết lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 Nhiệt độ thiêu kết 1080oC, thời gian thiêu kết tối ưu Đã khảo sát ảnh hưởng hợp phần lên tích lượng từ nam châm với hai hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 Nd20,5Fe73B6,5 Đã nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lí nhiệt lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 Chế độ xử lí nhiệt hai giai đoạn tối ưu Tìm công nghệ ổn định chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B quy mô bán công nghiệp có tích lượng từ 35 MGOe 62 CÁC BÁO CÁO KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Phùng Anh Tuấn, Nguyễn Huy Dân, Bùi Mạnh Tuấn, Nguyễn Văn Nghĩa, Ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến phẩm chất từ nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B, Đã báo cáo Hội nghị khoa học trẻ Trường Đại học Sư phạm Hà Nội II - Vĩnh Phúc 5/2010 Phạm Đình Thịnh, Đỗ Trần Hữu, Vũ Hữu Tường, Vũ Hồng Kỳ, Nguyễn Thị Thanh Huyền, Phùng Anh Tuấn, Dương Đình Thắng, Nguyễn Huy Dân, Ảnh hưởng điều kiện công nghệ lên tính chất từ nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, Đã báo cáo Hội nghị Vật lí chất rắn Khoa học vật liệu toàn Quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 810/11/2009 Nguyễn Văn Nghĩa, Nguyễn Thị Thanh Huyền, Nguyễn Thị Hương, Nguyễn Hải Yến, Bùi Mạnh Tuấn, Phùng Anh Tuấn, Nguyễn Huy Dân, Nghiên cứu công nghệ chế tạo hệ vật liệu từ cứng Nanocomposite (Nd0,5, Pr0,5)xNb1,5Fe96,5-x-yB2+y phương pháp nguội nhanh, báo cáo Hội nghị khoa học trẻ Trường Đại học Sư phạm Hà Nội II - Vĩnh Phúc 5/2010 Bùi Mạnh Tuấn, Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Nguyễn Huy Dân, Nguyễn Văn Nghĩa, Phùng Anh Tuấn, Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt hệ mẫu La1-xCaxMnO3, báo cáo Hội nghị khoa học trẻ Trường Đại học Sư phạm Hà Nội II - Vĩnh Phúc 5/2010 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Vương Hoàng, Lê Công Quý, Vũ Văn Hồng, Chu Văn Chiêm, Nguyễn Hồng Quyền, Vũ Hữu Tường, Đỗ Khánh Tùng, Vũ Hồng Kỳ, Nguyễn Tuấn Minh, Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lí toàn Quốc lần thứ IV, Núi Cốc 5-7/11/2003, tr 638-642 [2] 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 lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Lưu Tuấn Tài (2008), Vật liệu từ, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội [4] Phạm Đình Thịnh (2009), Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B phương pháp thiêu kết, Luận văn thạc sĩ vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [5] Đoàn Minh Thuỷ (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng tham số công nghệ lên tính chất từ nam châm kết dính RE-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu [6] Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lí tượng từ, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội [7] Nguyễn Xuân Trường (2007), Nghiên cứu sử dụng từ trường công nghệ chế tạo nam châm kết dính Nd-Fe-B, Luận văn thạc sĩ vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [8] L.T.Tú, N.V.Vượng, T.L Hưng, N.C Tráng, N.C Kiên, N.Q Trung, Nam châm Nd-Fe-B thiêu kết chế tạo sở hợp kim thu phương pháp hoàn nguyên Canxi, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lí toàn Quốc lần thứ IV, Núi Cốc 5-7/11/2003, tr 647-650 64 [9] Đỗ Khánh Tùng, Vũ Hữu Tường, Lê Công Quý, Đỗ Vương Hoàng, Một số kết phân tích thành phần cấu trúc vật liệu từ Nd-Fe-B, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lí toàn Quốc lần thứ IV, Núi Cốc ngày 5-7/11/2003, tr 634-637 Tiếng Anh [10] D Brown, Bao-Min Ma, Zhongmin Chen (2002), Developments in the processing and properties of Nd-Fe-B-type permanent magnets, Jour Magn Magn Mater 248, pp 432-440 [11] K.H.J Buschow (1997), Handbook of magnetic materials, Vol 10, Elsevier Science, Holland [12] K.H.J Buschow (1998), Permanent-magnets materials and their applications, materials science foundations, Trasn Tech Publications [13] J.M.D Coey (ed) (1996), Rare-earth iron permanent magnet, Clarendon PressOxford, United Sate [14] Cornelis Hendrik de Goot (1998), Rare-earth, intermetallics from magnetic interaction to permanent magnets, The University of Amsterdam [15] J.J Croat, J.F Herbst, R.W Lee and F.E Pinkerton (1984), High-energy product Nd-Fe-B permanent magnet, Appl Phys Lett., 44(1), pp 148-149 [16] J Fidler, T Schrefl, S Hoefinger and M Hajduga (2004), Recent developments in hard magnetic bulk materials, J Appl phys., 16, pp 455-470 [17] R Fischer and H Kronmuller (1996), Static computational micromagnetism of demagnetization processes in nanoscaled permanent magnets, Phys Rev B, 54(10), pp 7284–7294 [18] R Skomski and J M D Coey (1999), Permanent magnetism, Institute of physics publishing Bristol and Philadelphia [19] R Verhoef (1990), Magnetic interation in R2Fe14B and some other R-T interaction, The Netherland Amsterdam MỤC LỤC 65 MỞ ĐẦU Trang Chương TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng 1.2 Cấu trúc tính chất vật liệu từ cứng Nd-Fe-B 10 1.3 Công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B 1.4 Một số kết nghiên cứu ứng dụng nam châm thiêu kết Viện Khoa học Vật liệu Chương THỰC NGHIỆM 21 2.1 Chế tạo mẫu 32 2.2 Khảo sát cấu trúc, tính chất vật liệu 37 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 41 3.1 Ảnh hưởng thời gian nghiền lên tính chất từ nam châm 41 3.2 Ảnh hưởng trình thiêu kết lên tính chất từ nam châm 44 3.3 Khảo sát ảnh hưởng hợp phần lên tích lượng từ nam châm 49 3.4 Ảnh hưởng trình xử lí nhiệt lên tính chất từ nam châm 51 KẾT LUẬN 59 CÁC BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 26 32