Tính chất từ của vật liệu có thể được cải thiện đáng kể khi tính dị hướng từ tinh thể của vật liệu được tăng cường. Các nguyên tố đất hiếm có tính dị hướng lớn hơn Nd (như Pr, Dy, Tb) có thể được sử dụng để làm cải thiện tính dị hướng từ tinh thể của pha R2Fe14B. Việc pha thêm các nguyên tố đất hiếm nặng còn làm gia tăng đáng kể nhiệt độ kết tinh của pha từ cứng. Thêm một lượng nhỏ các nguyên tố nhóm IVB-VIB (như Cr, Nb và Zr) vào hợp kim Nd-Fe-B sẽ tạo ảnh hưởng mạnh lên sự hóa rắn và động học kết tinh của nó [92, 97]. Ngoài ra, Cu cũng được biết như là nguyên tố có thể tạo nên các đám nguyên tử trong giai đoạn đầu của quá trình tinh thể hóa hợp kim vô định hình chứa Fe, điều này được giải thích là do tính không hòa tan được của Cu trong mạng tinh thể Fe mà đọng lại trong pha biên hạt [53], pha thêm 0,2% Cu cũng có thể gây hiệu ứng làm mịn hạt [45]. Crôm có ái lực rất mạnh đối với B, Cr được làm giàu trong pha Fe3B khi nó đang kết tinh và làm ổn định pha này đồng thời triệt tiêu sự hình thành pha Nd2Fe23B3 [98].
Các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng Nb trong nam châm thiêu kết đã chứng tỏ Nb có tác dụng làm triệt tiêu các vùng giàu Fe kết tinh bất lợi, tạo pha biên hạt giàu Nb có tác dụng cải thiện tính chống ăn mòn của nam châm. Trong vật liệu
-Fe/Nd2Fe14B, Nb có tác dụng làm mịn kích thước hạt, tăng cường tính bền nhiệt, cải thiện độ vuông góc của đường cong khử từ [110]. Nb có tác dụng làm ổn định pha Fe23B6 và làm chậm lại quá trình phân chia hệ Fe3B/Nd2Fe14B. Pha Fe23B6 có từ độ tự phát khoảng 1,7 T ở nhiệt độ phòng, từ độ này lớn hơn từ độ tự phát của các pha Fe3B (1,6 T) và Nd2Fe14B (1,61 T). Do vậy, sự có mặt của pha này là có lợi. Theo các nghiên cứu chỉ ra pha Fe23B6 được kết tinh từ pha vô định hình còn dư gần như đồng thời với pha Nd2Fe14B ở nhiệt cao hơn chút ít so với nhiệt độ kết tinh của pha Fe3B.
Một trong những nhược điểm của pha từ cứng R2Fe14B nói chung và pha Nd2Fe14B nói riêng là nhiệt độ Curie khá thấp, điều này làm hạn chế phạm vi ứng
31 dụng của chúng. Do vậy ngay từ khi mới phát hiện ra pha từ cứng R2Fe14B, việc nghiên cứu nâng cao nhiệt độ Curie của nam châm đã rất được quan tâm, Co là nguyên tố có thể thay thế hoàn toàn vị trí của Fe trong mạng tinh thể Nd2Fe14B. Nhiều tác tác giả đã cho thấy vai trò của Co trong việc nâng cao nhiệt độ Curie cho nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B [71]. Theo đó chỉ cần pha vào hợp kim một lượng nhỏ Co cũng có thể nâng cao nhiệt độ Curie lên khá cao [43]. Nguyên nhân làm tăng nhiệt độ chuyển pha Curie của Co được giải thích là do ái lực của nó rất mạnh đối với B, Co thêm vào ở nhiệt độ cao có khả năng hòa tan vào pha từ chính để tạo thành pha Nd2(Fe,Co)14B có nhiệt độ Curie cao.
Kết quả nghiên cứu về nam châm nano tổ hợp nền Nd2Fe14B trong hơn hai thập kỷ qua trên phương diện thực nghiệm vẫn chưa đạt được bước tiến vượt bậc nào. Các nghiên cứu về chủ đề này đã dành được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới như đã trình bày ở trên. Còn ở Việt Nam các nhóm nghiên cứu mạnh về vật liệu từ cứng cũng đã tập trung nghiên cứu và có một số công trình công bố tiêu biểu trên các tạp chí quốc tế [78, 99].
Cho đến nay, giá trị tích năng lượng từ đã đạt được của nam châm nano tổ hợp loại Nd-Fe-B vẫn còn thấp xa so với các dự đoán lý thuyết. Việc thay đổi các điều kiện công nghệ truyền thống, thay đổi hợp phần hay pha thêm tạp chất mới để tạo một vi cấu trúc đồng đều, kích thước hạt phù hợp nhằm tăng cường tương tác trao đổi giữa pha cứng và pha mềm như mong đợi của lý thuyết đều tỏ ra không khả quan [121]. Triển vọng phát triển tiếp tục hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp hai pha cứng/mềm phẩm chất từ tính cao đòi hỏi những công nghệ mới cho phép tác động trực tiếp lên quá trình hình thành của vật liệu. Việc cải tiến công nghệ và kết quả nghiên cứu về phun băng nguội nhanh trong từ trường được đề cập trong chương 5 có tính định hướng mạnh mẽ dựa trên những tìm hiểu lý thuyết - thực nghiệm đối với nam châm THNNHP trình bày trong phạm vi chương 1 này. Để có nền tảng vững chắc cho việc cải tiến công nghệ và biện luận kết quả, cơ sở lý thuyết - thực nghiệm về ảnh hưởng của từ trường lên tính chất của vật liệu được trình bày chi tiết trong chương tổng quan tiếp theo.
32
CHƢƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA TỪ TRƢỜNG LÊN VI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
Sự hình thành vi cấu trúc của vật liệu chính là hệ quả của sự cân bằng các dạng năng lượng tồn tại trong vật liệu trong quá trình chúng được hình thành, sao cho năng lượng của hệ ở mức thấp nhất. Các nghiên cứu về tác động nhiệt, áp suất lên sự hình thành cấu trúc của vật liệu cho phép đưa ra nhiều giải pháp công nghệ cũng như các quy trình kiểm tra, giám sát sự hình thành vi cấu trúc, tổ chức pha của vật liệu. Tác động của điện trường và từ trường lên phẩm chất của vật liệu mang tính đặc thù phụ thuộc vào bản chất điện từ của vật liệu dự định chế tạo. Trong chương này, những nét cơ bản về sự hình thành và phát triển vi cấu trúc của vật liệu, cũng như tính chất của chúng dưới sự tác động của từ trường được trình bày.