Ảnh hưởng của pha tạp al và ủ nhiệt lên tính chất từ của hợp kim từ cứng nền co zr b

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ===0o0=== NGUYỄN THỊ HUYỀN ẢNH HƢỞNG CỦA PHA TẠP Al VÀ Ủ NHIỆT LÊN TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHUN BĂNG NGUỘI NHANH Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS NGUYỄN VĂN DƢƠNG HÀ NỘI, 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ===0o0=== NGUYỄN THỊ HUYỀN ẢNH HƢỞNG CỦA PHA TẠP Al VÀ Ủ NHIỆT LÊN TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHUN BĂNG NGUỘI NHANH Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS NGUYỄN VĂN DƢƠNG HÀ NỘI, 2018 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Văn Dương giúp đỡ, bảo tận tình suốt trình thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Huy Dân, ThS Ngyễn Mẫu Lâm Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi trang thiết bị giúp đỡ q trình làm thực nghiệm hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Hà Nội trang bị cho kiến thức cần thiết để thực khóa luận Tuy nhiên, bước đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên đề tài tơi khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong góp ý q thầy, giáo bạn sinh viên để khóa luận tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp: “Ảnh hưởng pha tạp Al ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B” kết nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy giáo ThS Nguyễn Văn Dương Khóa luận không trùng với kết tác giả khác Tôi xin cam đoan điều thật, sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm   Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B 1.1 Tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B khơng pha tạp 1.1.1 Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) 1.1.2 Hệ hợp kim Co72Zr8B20 1.1.3 Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh 1.2 Tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B có pha tạp 11 1.2.1 Hệ hợp kim Co80Zr18-xMxB2 (x = - 2) M = C, Cu, Ga, Al Si 11 1.2.2 Hệ hợp kim Co80Zr18-xTixB2 (x = - 4) 15 1.2.3 Hệ hợp kim Co80-xZr18CrxB2 (x = 0, 2, 4) 19 1.2.4 Hệ hợp kim Co80Zr18-xNbxB2 (x = - 4) 23 CHƢƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 27 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu 27 2.1.1 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B lò hồ quang 27 2.1.2 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B phương pháp nguội nhanh 28 2.1.3 Xử lí nhiệt mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B 29 2.2 Các phương pháp nghiên cứu tính chất từ 30 2.2.1 Tính chất từ khảo sát phép đo từ trễ hệ từ trường xung (PFM) 30 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Tính chất từ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt 32 3.2 Tính chất từ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) sau ủ nhiệt 33 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) vật liệu sắt từ, khó khử từ khó từ hóa VLTC phát sử dụng sớm lịch sử loài người Trước CN người Trung Quốc biết dùng viên đá nam châm thiết bị la bàn để xác định phương hướng Kể từ đến chúng ln giữ vị trí quan trọng sử dụng vật liệu thiết yếu sống Khơng dừng lại đó, người khơng ngừng nghiên cứu, chế tạo, tìm kiếm vật liệu từ có phẩm chất từ tốt để mở rộng phạm vi sử dụng Kể từ VLTC Nd-Fe-B có giá trị từ dư Br = 1,0 T, lực kháng từ Hcj = 280 kA/m tích lượng cực đại (BH)max  12,4 MGOe Coehoorn cộng phát vào năm 1988, đến có bước phát triển đáng kể VLTC Hiện nay, nam châm thiêu kết Nb-Fe-B với tính chất từ nội tốt chúng sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày tivi, tủ lạnh, động cơ, đầu đĩa, đến thiết bị sử dụng công nghiệp: máy tuyển quặng, hay y tế máy chụp cộng hưởng từ [15, 2] Tuy nhiên, nghiên cứu gần cho thấy tính chất từ loại vật liệu đạt gần giới hạn lí thuyết Hơn loại vật liệu chứa nguyên tố đất ngày cạn kiệt tự nhiên, đồng thời trữ lượng đất tập chung chủ yếu số nước (Trung Quốc chiếm > 97%) dẫn tới độc quyền Từ làm cho giá thành sản phẩm tăng cao, khó chủ động việc nghiên cứu loại vật liệu [11, 7] Chính nhà khoa học tìm cách làm giảm nồng độ đất tạo pha từ cứng không chứa đất Gần đây, số hệ vật liệu không chứa đất quan tâm nghiên cứu Mn-Bi, Mn-Ga, Co-Zr [10, 13] Bằng cách pha thêm nguyên tố như: Si, Nb, Al, Cr, Ti, thay đổi điệu kiện công nghệ nhiệt độ ủ, thời gian ủ, cải thiện đáng kể cấu trúc tính chất từ băng hợp kim Có nhiều phương pháp sử dụng để chế tạo vật liệu từ phương pháp thiêu kết, phương pháp nguội nhanh, phương pháp nghiền cơ,… phương pháp phun băng nguội nhanh cho phép tạo băng hợp kim nguội nhanh có cấu trúc vơ định hình nano tinh thể Từ sở đặc điểm thực tế chuyên ngành đào tạo, lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Ảnh hưởng pha tạp Al ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B chế tạo phương pháp phun băng nguội nhanh” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất từ hợp kim từ cứng Co-Zr-B Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Vật liệu từ cứng Co-Zr-B pha tạp Al - Nghiên cứu tính chất từ Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo hợp kim Co-Zr-Al-B lò hồ quang - Phun băng hợp kim Co-Zr-Al-B hệ phun băng nguội nhanh - Đo tính chất vật lý hệ mẫu chế tạo - Nghiên cứu tính chất từ hợp kim chế tạo Phƣơng pháp nghiên cứu - Tính chất từ nghiên cứu phép đo từ độ hệ từ trường xung Đóng góp đề tài - Hồn thành việc nghiên cứu ảnh hưởng pha tạp Al ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co-Zr-B sở cho việc chế tạo vật liệu từ cứng có lực kháng từ cao mà khơng chứa đất Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, luân văn gồm chương Chương Tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co- Zr-B Chương Kỹ thuật thực nghiệm Chương Kết thảo luận NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B 1.1 Tính chất từ hệ hợp kim Co-Zr-B không pha tạp 1.1.1 Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) chế tạo phương pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ thiêu kết nam châm Co-Zr-B thể hình 1.1 Các nam châm Co-Zr-B chế tạo theo phương pháp thiêu kết xung điện plasma SPS (Spark Plasma Sintering) thể lực kháng từ cao băng nguội nhanh Co-Zr-B Tiếp xúc với nhiệt trình thiêu kết dẫn đến gia tăng lực kháng từ trường hợp ủ băng nguội nhanh Với nồng độ B, lực kháng từ nam châm Co-Zr-B đạt giá trị lớn sau thiêu kết 873 K lực kháng từ đạt giá trị lớn 4,3 kOe với hợp kim Co80Zr18B2 Hình 1.1 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ ủ hợp kim Co80Zr20-xBx [17] Hình 1.2 phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K Các đỉnh nhiễu xạ pha Co5Zr Co23Zr6 tìm thấy hợp kim Co80Zr20, Co80Zr18B2 Co80Zr16B4 Điều cho thấy nam châm Co-Zr-B nung kết 873 K gồm pha Co5Zr Co23Zr6 Đánh giá tỷ lệ tương ứng pha tinh thể hợp kim Co-Zr-B khó khăn chồng chéo đỉnh nhiễu xạ Để so sánh, mơ hình nhiễu xạ tia X hợp kim khối Co80Zr18B2 kiểm tra để xem xét liên kết tinh thể pha Co5Zr Các mẫu XRD hợp kim khối Co80Zr18B2 khác so với hợp kim Co80Zr18B2 bột, cho thấy liên kết tinh thể giai đoạn Co5Zr hợp kim khối Co80Zr18B2 đạt đến mức độ định Tuy nhiên, liên kết tinh thể không quan trọng mong đợi cho nam châm đẳng hướng Nó điều cần thiết để làm biến dạng nam châm Co80Zr18B2 để tạo liên kết tinh thể cao pha CoxZr (x = 5) Hình 1.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu hợp kim Co80Zr20-xBx (x = - 4) thiêu kết nhiệt độ 873 K: (a) Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2 (c) Co80Zr16B4 [17] Hình 1.3 Đường cong từ trễ của mẫu bột Co80Zr18B2 thiêu kết 873K ép song song vng góc [17] Để kiểm tra tính dị hướng từ hợp kim Co-Zr-B chế tạo phương pháp SPS, tính chất từ hợp kim Co80Zr18B2 nung kết 873 K đo theo hướng ép song song vng góc Các đường cong từ trễ thể hình 1.3 Các đường cong từ trễ tương ứng hợp kim Co80Zr18B2 khác nhau, với độ từ dư 6,4 kG đo theo hướng song song cao so với độ từ dư 4,0 kG đo theo hướng vng góc Như vậy, hợp kim Co80Zr18B2 thể tính đẳng hướng từ Sự liên kết tinh thể pha Co5Zr hợp kim Co80Zr18B2 lý cho quan sát tính hướng từ Tích lượng cực đại (BH) max 6,0 MGOe đạt với hợp kim Co80Zr18B2 đo theo hướng song song Giá trị tích lượng lý tưởng (BH)max tính cơng thức (BH)max = Ir2/4 (với Ir giá trị từ dư) giá trị lực kháng từ cao giá trị từ dư Tuy nhiên, giá trị tích lượng cực đại (BH)max hợp kim Co80Zr18B2 nhỏ nhiều so với giá trị lý tưởng (BH)max, ước tính 10,2 MGOe cách sử dụng giá trị từ dư 6,4 kG Điều phần lực kháng từ nhỏ phần độ vuông đường cong từ trễ Như vậy, áp dụng phương pháp biến dạng nóng để cải thiện độ vuông đường cong từ trễ hợp kim Co-Zr-B Nó báo cáo thay nhỏ Nb Mo cho Zr băng nguội nhanh Co-Zr-B dẫn đến cải thiện lực kháng từ [21, 14] nâng cao giá trị tích lượng (BH)max hợp kim Co-Zr-B 1.1.2 Hệ hợp kim Co72Zr8B20 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim Co72Zr8B20 Zhang cộng nghiên cứu [12] Phổ nhiễu xạ tia X mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 chưa ủ ủ nhiệt độ khác thời gian 10 phút thể hình 1.4 Hình 1.4a cho thấy đỉnh nhiễu xạ rộng, điều mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 chưa ủ trạng thái vơ định hình Sau băng hợp kim Co72Zr8B20 ủ 495oC, khơng có pha kết tinh (hình 1.4b) Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt 540oC, đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng đại diện cho số pha tinh thể xuất (hình 1.4c) Sau mẫu ủ 630oC, pha tinh thể Co, Zr B12Zr hình thành (hình 1.4d) Hình 1.5 đường cong từ trễ mẫu băng Co72Zr8B20 chưa ủ ủ 495 C, 540oC 630oC 10 phút Như thấy từ hình 1.5, mẫu băng chưa ủ thể tính từ mềm Sau mẫu ủ 495oC 540oC đường cong từ trễ thay đổi chút ít, mơmen từ bắt đầu đổi chiều Sau mẫu o 30,3% 10% Điều cho thấy, việc bổ sung thích hợp Nb cải thiện đáng kể tính chất từ (đặc biệt lực kháng từ) hợp kim Co-Zr-B Hình 1.32 cho thấy phổ nhiễu xạ tia X mẫu băng Co80Zr18-xNbxB2 (x = 1, 2, 4) Chỉ có ba đỉnh nhiễu xạ rõ rệt quan sát thấy phổ XRD đánh dấu ''1'', ''2'' ''3'' Các đỉnh ''1'' ''3'' pha Co11Zr2, đỉnh nhiễu xạ ''2'', mạnh ba đỉnh pha fcc-Co Hình 1.33 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu băng (a) Co80Zr18B2, (b) Co80Zr17Nb1B2, (c) Co80Zr16Nb2B2 (d) Co80Zr15Nb3B2 Có thể thấy kích thước hạt giảm từ khoảng µm với x = xuống 0,5 µm với x = Kích thước hạt băng Co80Zr15Nb3B2 Co80Zr14Nb4B2 nhỏ để xác định SEM (thường 0,1 µm) Kết cho thấy rằng, việc bổ sung Nb làm giảm kích thước hạt băng Co-Zr-B Mặt khác, giá trị lực kháng từ tăng, đạt giá trị tối đa, sau giảm dần theo giảm kích thước hạt Trong băng Co-Zr-B báo cáo Stroink cộng sự, kết tương tự quan sát [5] Vì vậy, khác biệt kích thước hạt pha Co11Zr2 xác định ảnh hưởng việc bổ sung Nb lên tính chất từ băng Co-Zr-Nb-B; kích thước hạt phù hợp pha Co11Zr2 cho nguyên nhân gia tang mạnh lực kháng từ Hình 1.33 Ảnh SEM mẫu băng (a) Co80Zr18B2, (b) Co80Zr17Nb1B2, (c) Co80Zr16Nb2B2 (d) Co80Zr15Nb3B2 [21] 24 Việc ủ băng Co-Zr-B dẫn đến gia tăng kích thước hạt làm tang lực kháng từ; nhiệt độ ủ tối ưu băng Co-Zr-B 600oC 650oC Như vậy, băng Co80Zr15Nb3B2 ủ nhiệt độ 600oC 650oC [18] Như thể hình 1.34, xử lý nhiệt dẫn đến thay đổi mạnh lực kháng từ băng Co80Zr15Nb3B2 Một giá trị tối ưu Hc = 5,1 kOe thu băng ủ 600oC vòng phút Giá trị lực kháng từ giảm mạnh đến 2,0 kOe ủ 650oC phút Hình 1.35 cho thấy, đường cong từ trễ băng Co80Zr15Nb3B2 chưa ủ (a) ủ 600oC phút (b) Tính chất từ tối ưu Hc = 5,1 kOe (BH)max = 3,4 MGOe thu băng Co80Zr15Nb3B2 ủ 600oC phút Hình 1.34 Lực kháng từ mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 theo thời gian ủ [21] Hình 1.35 Đường cong từ trễ mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 chưa ủ 600oC phút [21] Mặc dù tính chất từ mẫu chưa tương xứng với hợp kim đất hiếm, chúng so sánh với nhiều ferit nam châm loại alnico [5] Phổ nhiễu xạ tia X tương ứng mẫu băng hiển thị hình 1.36 Có thể thấy đỉnh nhiễu xạ pha Co23Zr6 xuất băng ủ 600oC phút Đa số đỉnh nhiễu xạ pha Co23Zr6 tìm thấy phổ XRD băng Co80Zr15Nb3B2 ủ 650oC phút, điều khẳng định pha Co23Zr6 pha cân Cũng vậy, pha từ mềm fcc-Co quan sát băng ủ 650oC phút Dường pha từ cứng Co11Zr2 bị phân hủy thành pha từ mềm Co23Zr6 fcc-Co băng ủ 650oC phút 25 Hình 1.36 Phổ XRD mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 chưa ủ ủ nhiệt độ khác [21] Hình 1.37 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM bang Co80Zr15Nb3B2 điều kiện ủ khác Có thể thấy kích thước hạt băng tăng từ mức 0,1 µm đến khoảng 0,15 µm ủ 600oC phút Sự tăng mạnh lực kháng từ xem gia tăng kích thước hạt pha Co11Zr2 Mặt khác, nghiên cứu vi cấu trúc cho thấy băng ủ 650oC có hạt lớn (khoảng 0,3 µm 1,5 µm) Sự giảm mạnh lực kháng từ chủ yếu tiếp tục xử lý nhiệt làm thúc đẩy kích thước hạt tăng vượt kích thước tới hạn giá trị cao lực kháng từ Hình 1.37 Ảnh SEM mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 ủ (a) 600oC phút, (b) 650oC phút (c) 650oC phút [21] 26 CHƢƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Các phƣơng pháp chế tạo mẫu 2.1.1 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B lò hồ quang Hợp kim chế tạo từ nguyên tố Co, Zr, Al, B với độ cao Các nguyên tố sau cân hợp phần theo nồng độ phần tram nguyên tử nấu lò hồ quang mơi trường khí Ar Mỗi mẫu nấu khoảng - lần để đảm bảo nguyên tố nóng chảy hồn tồn hòa trộn với thành hợp kim đồng Sơ đồ khối lò hồ quang minh họa hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang Khối lượng mẫu 20g, tùy theo mục đích nghiên cứu Để chắn hợp phần không bị bay nhiều trình nấu, hợp kim sau nấu cân lại Tồn q trình chế tạo tiền hợp kim thực khí trơ Ar để tránh oxy hoá Mẫu sau nấu hồ quang để nguội theo lò lấy Lúc này, hợp kim dùng để tạo mẫu băng phương pháp phun băng Hình 2.2 hình ảnh tồn hệ nấu mẫu hồ quang mà sử dụng Thiết bị đặt Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam 27 Hình 2.2 a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) Bơm hút chân không, (2) Buồng nấu mẫu, (3) Tủ điều khiển, (4) Bình khí Ar, (5) Nguồn điện b) Ảnh bên buồng nấu: (6) Điện cực, (7) Nồi nấu, (8) Cần lật mẫu 2.1.2 Chế tạo mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B phương pháp nguội nhanh Sơ đồ khối công nghệ nguội nhanh mơ tả hình 2.3 Trong luận văn này, băng nguội nhanh tạo thiết bị ZKG-1 (hình 2.4) đặt Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Vận tốc dài trống quay 40 m/s Khối lượng hợp kim lần phun 20 g Mức chân không trạng thái làm việc cỡ 6,6.10-2 Pa Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh đơn trục 28 Trước phun băng, buồng tạo băng phải vệ sinh Tiền hợp kim đánh xỉ trước cho vào ống thạch anh Đặt tiền hợp kim vào ống thạch anh có đường kính đầu vòi khoảng 0,5 mm đặt gần sát bề mặt trống đồng Hợp kim làm nóng chảy dòng cảm ứng cao tần Hợp kim sau nóng chảy nén áp lực dòng khí trơ Ar chảy qua khe vòi, phun lên mặt trống đồng quay Với tốc độ quay trống 40 m/s, thu băng nguội nhanh có độ dày khoảng 20 m, chiều rộng cỡ 2-3 mm Hình 2.4 Hệ phun băng nguội nhanh: a) Ảnh thiết bị phun băng nguội nhanh: Bơm hút chân không, Buồng mẫu, Nguồn phát cao tần b) Ảnh bên buồng tạo băng: Trống quay, Vòng cao tần, Ống thạch anh 2.1.3 Xử lí nhiệt mẫu hợp kim Co-Zr-Al-B Q trình ủ nhiệt thực lò ủ nhiệt dạng ống Thermolyne (hình 2.6) điều khiển nhiệt độ tự động, tốc độ gia nhiệt tối đa đạt 50oC/phút Hình 2.6 Ảnh thiết bị ủ nhiệt [1] 29 Trong thí nghiệm, sử dụng phương pháp ủ ngắt Mẫu đưa vào vùng nhiệt độ khảo sát theo yêu cầu ủ thời gian mong muốn, sau lấy làm nguội nhanh để tránh tạo pha khác nhiệt độ trung gian 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu tính chất từ 2.2.1 Tính chất từ khảo sát phép đo từ trễ hệ từ trường xung (PFM) Các phép đo từ trễ thực hệ đo từ trường xung với từ trường cực đại lên đến 90 kOe Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý đo từ trường xung [9] Hình 2.8 Hệ đo từ trường xung [1] Hệ thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua tụ điện cuộn dây (hình 2.7) Dòng chiều qua K1, nạp điện cho tụ, tụ tích lượng cỡ vài chục kJ Khố K2 đóng, dòng điện hình sin tắt dần Dòng điện thời gian tồn ngắn phóng điện qua cuộn dây nam châm L tạo lòng ống dây từ trường xung cao Mẫu đo đặt tâm cuộn nam châm với hệ cuộn dây cảm biến pick - up Tín hiệu lối tỷ lệ với vi phân từ độ vi phân từ trường thu thập, xử lí lưu trữ cho mục đích cụ thể Từ trường lòng ống dây sử dụng để nạp từ cho mẫu vật liệu dùng nửa chu kì hình sin dòng điện phóng Từ trường lớn hệ đạt tới 100 kOe Hệ điều khiển đo đạc kĩ thuật điện tử ghép nối với máy tính 30 Để tránh hiệu ứng trường khử từ, mẫu đặt cho từ trường song song dọc theo chiều dài mẫu, mẫu khối cắt theo dạng hình trụ Các mẫu đo gắn chặt vào bình mẫu để tránh dao động mẫu trình đo 31 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất từ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trƣớc ủ nhiệt Hình 3.1 Đường cong từ trễ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt Kết cho thấy, mẫu băng hợp kim thể tính từ cứng lực kháng từ mẫu không cao, thay đổi từ 2,38 kOe (với x = 0) đến 3,09 kOe (với x = 2) Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nồng độ Al mẫu băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt thể hình 3.2 4M (kG) x=0 x=2 -2 -4 -6 -8 -8 -6 -4 -2 H (kOe) x=3 x=4 c Hình 3.1 Đường cong từ trễ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt 3.2 B 2.4 c H (kOe) 2.8 1.6 x (%) Hình 3.2 Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nồng độ Al mẫu băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) trước ủ nhiệt 32 Có thể nhận thấy, lực kháng từ tăng lên tăng nồng độ Al từ đến 2% (từ 2,38 đến 3,09 kOe) Lực kháng từ đạt giá trị lớn 3,09 kOe nồng độ Al 2% Tiếp tục tăng nồng độ Al lên 4% lực kháng từ băng hợp kim giảm mạnh xuống 1,31 kOe 3.2 Tính chất từ băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 0, 2, 4) sau ủ nhiệt Nhằm cải thiện tính chất từ băng hợp kim tiến hành ủ mẫu băng ứng với nồng độ Al nhiệt độ khác từ 550oC đến 700oC thời gian 10 phút 4M (kG) o 550oC 600 C -2 -4 o -6 -8 -6 -4 -2 H (kOe) 650oC 700 C c Hình 3.3 Đường cong từ trễ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ nhiệt độ khác thời gian 10 phút Hình 3.3 đường cong từ trễ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ nhiệt độ khác thời gian 10 phút Có thể thấy lực kháng từ Hc thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ ủ Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nhiệt độ mẫu băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 2) thể hình 3.4 Trong khoảng nhiệt độ từ 550-600oC lực kháng từ thay đổi không nhiều (từ 2,88 đến 2,9 kOe) Khi nhiệt độ tăng lên 650oC lực kháng từ tăng rõ rệt đạt cực đại 3,72 kOe Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 700oC lực kháng từ lại giảm mạnh xuống 3,08 kOe Để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian ủ lên tính chất từ mẫu băng Co77Zr18Al2B3, tiến hành ủ mẫu băng nhiệt độ 650oC thời gian khác từ đến 15 phút 33 3.8 3.4 3.2 c H (kOe) 3.6 2.8 550 600 o 650 T ( C) 700 a Hình 3.4 Sự phụ thuộc lực kháng từ theo nhiệt độ mẫu băng Co77Zr20-xAlxB3 (x = 2) Hình 3.5 đường cong từ trễ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ 650oC thời gian 2, 5, 10 15 phút Hình 3.6 phụ thuộc lực kháng từ vào thời gian ủ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ 650°C thời gian 2, 5, 10 15 phút Có thể thấy rằng, lực kháng từ phụ thuộc nhiều vào thời gian ủ nhiệt Với thời gian ủ nhiệt phút, lực kháng từ đạt khoảng 2,95 kOe Khi tăng thời gian ủ lên 10 phút lực kháng từ đạt giá trị cao Hc 3,72 kOe tích lượng (BH)max 2,44 MGOe (được xác định hình 3.7) Tiếp tục tăng thời gian ủ lên 15 phút lực kháng từ giảm xuống 3,4 kOe 4M (kG) phút phút -2 -4 -6 -8 -6 -4 -2 H (kOe) 10 phút 15 phút c Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ 650oC thời gian 2, 5, 10 15 phút 34 3.8 c H (kOe) 3.6 3.4 3.2 2.8 10 T (phút) 15 a Hình 3.6 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào thời gian ủ mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ 650oC thời gian 2, 5, 10 15 phút Điều giải thích tăng thời gian ủ lên 10 phút tỷ phần pha từ cứng kích thước hạt đạt tối ưu Ở thời gian ủ dài (15 phút) làm 4M, B (kG) tỷ phần pha từ cứng giảm phân hủy pha từ cứng thành pha từ mềm, kích thước hạt tăng lên dẫn tới tính chất từ băng hợp kim giảm BH (MGOe) BH 4M B -4 -3 -2 -1 H (kOe) c Hình 3.7 Đường cong xác định tích lượng (BH)max mẫu băng Co77Zr18Al2B3 ủ 650oC thời gian 10 phút 35 KẾT LUẬN Trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp, em hoàn thành nội dung sau: - Đã tìm hiểu tổng quan vật liệu từ cứng không chứa đất Co-Zr- B - Đã chế tạo khảo sát tính chất từ băng nguội nhanh Co77Zr20xAlxB3 (x = - 4) - Tính chất từ băng hợp kim thay đổi theo nồng độ Al, nhiệt độ thời gian ủ Trước ủ nhiệt lực kháng từ đạt giá trị cao 3,09 kOe pha thêm 2%Al - Sau ủ nhiệt, lực kháng từ tích lượng mẫu băng đạt giá trị cao 3,72 kOe 2,44 MGOe tương ứng thay 2% Al cho Zr ủ nhiệt độ 650oC thời gian 10 phút 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đồn Minh Thủy, Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo nam châm kết dính nguội nhanh Nd-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội, 2006 [2] A.M Gabai, N.N Schegolewa, V.S Gaviko, G.V Ivanova, Phys Met Metall 95, 122–128 (2003) [3] D Li, D Pan, S Li and Z Zhang, “Recent developments of rare-earth-free hardmagnetic materials”, Sci China-Phys Mech Astron., 59 (1), pp 617501-1- 61750117, 2016 [4] D.J Branagan, M.J Kramer, R.W McCallum, J Alloys Compd 244, 27 (1996) [5] G Stroink, Z.M Stadnik, G Viau, R.A Dunlap, J Appl Phys 67, 4963–4965 (1990) [6] G.V Ivanova, N.N Shchegoleva, A.M Gabay, J Alloys Comp 432, 135–141 (2007) [7] H Kronmuller and S Parkin, “Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials”, John Wiley & Sons Ltd, pp 1943, 2007 [8] H.W Chang, C.F Tsai, C.C Hsieh, C.W Shih, W.C Chang, C.C Shaw, J.M.M.M 346, 74-77 (2013) [9] Hellstern E., Fecht H J, Garland C., Johnson WL In: McCandlish L E,Polk D E., Siegel R.W, Kear B.H, editors Multicompoment ultrafine microstructures, vol 132 Pittsburgh, PA: Mater Res Soc,1989 P 137-142 [10] J M D Coey, "New permanent magnets; manganese compounds", J Phys.: Condens Matter, 26(064211), pp 1-6, 2014 [11] K Bourzac, “The rare-earth crisis”, Technol Rev., 114, pp 58-63, 2011 [12] K Zhang, D.W Zhou, B Han, Z Lv, X.C Xun, X.B Du, Y.Q Liu, B Yao, T Zhang, B.H Li, D Wang, J Alloys Compd 464, 28-32 (2008) 37 [13] Kramer, McCallum, Anderson, and Constantinides, "Prospects for Non-Rare Earth Permanent Magnets for Traction Motors and Generators", JOM., 64(7), pp 752-763, 2012 [14] M Zhang, J Zhang, C Wu, W Wang, F Su, Physica B 405, 1725- 1728 (2010) [15] O Gutfleisch, M A Willard, E Bruck, C H Chen and S G Sankar, “Magnetic Materials and Devices for the 21st Century: Stronger, Lighter, and More Energy Efficient”, Adv Mater., 23, pp 821-842, 2011 [16] T Saito and M Itakura, J Alloys Compd 572, 124-128 (2013) [17] T Saito T Akiyama, J Appl Phys 115, 17A749 (2014) [18] T Saito, Appl Phys Lett 82 (14), 2305–2307 (2002) [19] T Saito, Appl Phys Lett 82, 2305–2307 (2003) [20] Z Hou, H Li, W Wang, J Alloys Compd 593, 1-6 (2014) [21] Z Hou, J Zhang, S Xu, C Wu, J Zhang, Z Wang, K Yang, W Wang, X Du, F Su, J.M.M.M 324, 2771 (2012) [22] Z Hou, S Xu, J Zhang, C Wu, D Liu, F Su, W Wang, J Alloys Compd 555, 28-32 (2013) 38 ... cứu: Ảnh hưởng pha tạp Al ủ nhiệt lên tính chất hợp kim từ cứng Co- Zr- B chế tạo phương pháp phun b ng nguội nhanh” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất từ hợp kim từ cứng Co- Zr- B Đối tƣợng... Đường cong khử từ mẫu b ng Co8 0Zr2 0-xBx (x = - 4): (a) Co8 0Zr2 0, (b) Co8 0Zr1 8B2 , (c) Co8 0Zr1 6B4 [16] Hình 1.7 Phổ XRD mẫu b ng Co8 0Zr2 0-xBx (x = - 4): (a) Co8 0Zr2 0, (b) Co8 0Zr1 8B2 , (c) Co8 0Zr1 6B4 ... phù hợp pha Co1 1Zr2 cho nguyên nhân gia tang mạnh lực kháng từ Hình 1.33 Ảnh SEM mẫu b ng (a) Co8 0Zr1 8B2 , (b) Co8 0Zr1 7Nb 1B2 , (c) Co8 0Zr1 6Nb 2B2 (d) Co8 0Zr1 5Nb 3B2 [21] 24 Việc ủ b ng Co- Zr- B dẫn