Tính toán lý thuyết về ảnh hưởng của từ trường đối với đặc điểm nhiệt động lực học và chuyển pha của hợp kim nền sắt của X. J. Liu và các cộng sự [112] đã chỉ ra rằng từ trường ngoài làm giảm năng lượng tự do Gibbs của pha α-Fe (hình 2.5).
Hình 2.5: Sự thay đổi năng lượng từ tự do nội (liên quan đến sự thay đối entropy) (đường liền) và năng lượng từ tự do ngoại (do sự tác động của trường ngoài lên từ độ của hệ).
Kết quả thực nghiệm của A.Bund và A. Ispas [12] khi nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên mầm và sự phát triển mầm của các lớp kim loại niken cho thấy kích thước hạt hình thành nhỏ và số lượng hạt nhiều hơn trong trường hợp có từ trường (hình 2.6).
41
Hình 2.6: Ảnh AFM của các lớp Ni đã kết tủa bằng phương pháp điện hóa với thế điện cực -1,1V trong trường hợp không có từ trường và trường hợp có từ trường (B=0,7 T).
Số lượng hạt và kích thước của chúng xác định từ ảnh AFM được cho trên bảng 2.1 dưới đây.
Bảng 2.1: Số lượng hạt và kích thước trung bình của các lớp Ni đã kết tủa tại -1.1V
Mật độ từ thông (T) Số lượng hạt Kích thước trung bình (nm2 )
0 235 27508
0,7 1021 8365
Wang Qiang và các cộng sự [108] đã thực hiện việc tính toán lý thuyết và tiến hành thực nghiệm khảo sát sự đóng rắn của Sn và Al trong từ trường 10 T cũng đi đến kết luận rằng từ trường làm mịn hạt, ảnh hưởng đến mầm tinh thể và có vai trò quan trọng trong việc điều khiển định hướng cấu trúc đóng rắn. Mặt khác họ cũng chỉ ra ảnh hưởng của từ trường lên quá trình đóng rắn, định hướng của Sn (vật liệu thuận từ) và Al (vật liệu nghịch từ) có sự khác nhau. Tuy nhiên, các tác giả cũng nêu rằng, để giải thích được đầy đủ ảnh hưởng của từ trường lên cấu trúc đóng rắn của vật liệu thì cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng hơn.
42 Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường xung theo một hướng đóng rắn của nhôm nguyên chất được Zhilong Zhao và các cộng sự trình bày trong [123]. Các kết quả thu được về hình thái học theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của các mẫu nhôm nguyên chất khác nhau với mật độ từ trường xung khác nhau cho thấy từ trường đã có tác dụng làm mịn hạt (hình 2.7, 2.8).
Hình 2.7: Các cấu trúc đóng rắn theo mặt cắt dọc của mẫu nhôm nguyên chất với mật độ từ trường khác nhau: (a) 0 T; (b) 0,049 T; (c) 0,072 T; (d) 0,126 T; (e) 0,143 T; (f) 0,154 T; (g) 0,175 T; (h) 0,187 T; và (i) 0,204 T.
43 Từ trường có tác dụng làm mịn hạt, kích thước hạt nhỏ nhất với đường kính trung bình 0,341 mm đạt được dưới tác dụng của từ trường 0,154 T (hình 2.7f và hình 2.8f). Ở từ trường cao hơn 0,154 T các tác giả thu nhận được kích thước hạt không phải là nhỏ hơn nữa mà là lớn hơn, điều này có nghĩa rằng từ trường 0,154 T là tối ưu nhất cho sự làm mịn kích thước hạt, làm nhỏ hạt. Bằng tính toán lý thuyết và sự lý giải bản chất của vấn đề các tác giả đã cho thấy rằng khi từ trường cao thì nhiệt lượng Jun - Lenxơ do từ trường gây ra càng lớn, sự gia tăng này là lớn hơn sự giảm năng lượng tự do bởi tương tác từ của từ trường ngoài với vật liệu.
Hình 2.8: Các cấu trúc đóng rắn theo mặt cắt ngang của mẫu nhôm nguyên chất với mật độ từ trường khác nhau: (a) 0 T; (b) 0,049 T; (c) 0,072 T; (d) 0,126 T; (e) 0,143 T; (f) 0,154 T; (g) 0,175 T; (h) 0,187 T; và (i) 0,204 T.