Điều khiển sự hình thành vi cấu trúc trong quá trình đóng rắn ngày càng có vai trò quan trọng đối với các ứng dụng khoa học và kỹ thuật bởi vì luôn tồn tại một mối quan hệ chặt chẽ giữa phẩm chất của vật liệu và vi cấu trúc của nó. Gần đây,
44 quá trình đóng rắn trong từ trường cao là chủ đề nghiên cứu vô cùng hấp dẫn được đề cập trong nhiều công trình nghiên cứu [16, 38, 57, 60, 100, 109, 125].
Các công trình đã báo cáo, đều tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên quá trình đóng rắn của vật liệu. Ta biết rằng, ứng dụng của từ trường là tạo ra lực Lorentz tác dụng lên các chất lỏng dẫn điện chuyển động. Bởi vì quy luật tự nhiên lực Lorentz sẽ làm suy giảm sự chuyển động của chất lỏng cho nên từ trường được sử dụng để thay đổi sự đối lưu tương đối trong quá trình đóng rắn của chất bán dẫn, vật liệu kim loại và hợp kim lỏng dẫn điện. Yasuda và các cộng sự [119] đã ứng dụng từ trường cao để tạo ra sự đóng rắn một chiều đối với hợp kim In - Al. Họ đã tạo được sự phát triển cặp giữa chất rắn Al và chất lỏng In bằng việc giảm sự dịch chuyển địa phương để chế tạo được cấu trúc dạng que đồng đều. Li và các cộng sự [59] đã báo cáo về ứng dụng của từ trường trong thỏi hợp kim đúc Al - Zn làm biến đổi vi cấu trúc từ sự pha trộn các hạt đẳng trục dạng cột thành các hạt có sự phân lớp đối xứng.
Một hiện tượng khác được chú ý hiện nay là ảnh hưởng của từ trường lên định hướng tinh thể của các vật liệu. De Rango và các cộng sự [77] đã báo cáo việc sử dụng từ trường cao đã tạo ra được sự định hướng tinh thể của vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7. Các kết quả tương tự cũng đạt được trong việc định hướng cấu trúc từ của các vật liệu như Bi - Mn [73] và hợp kim Al -Ni [106]. Mặt khác, từ trường được sử dụng để làm chậm quá trình đóng rắn, sự định hướng tinh thể trong hợp kim được tìm ra có thể là song song hoặc vuông góc với hướng của từ trường [61, 62, 72, 107].
Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên quá trình đóng rắn của hợp kim từ cứng nền Sm-Co và Nd-Fe-B được báo cáo trong một số công trình cũng cho thấy rõ ảnh hưởng của từ trường lên quá trình đóng rắn, kích thước hạt, sự định hướng tinh thể và phẩm chất từ tính của chúng. B.A.Legrand và các cộng sự [19] đã chỉ ra sự ảnh hưởng của từ trường lên quá trình đóng rắn của SmCo5, mẫu đo có tính chất dị hướng và có sự định hướng trục dễ của mẫu song song với từ trường ngoài (hình 2.9). Các kết quả tương tự cùng với sự giải thích cơ chế cũng được các tác giả trình bày trong [18].
45
Hình 2.9: Đường từ độ đo tại nhiệt độ phòng của mẫu SmCo5 làm lạnh với Ht = 0 (2 đường ở giữa) và trường hợp đóng rắn trong từ trường 5 T (đường liền nét là đo theo hướng song song với từ trường trong quá trình làm lạnh và đường nét đứt là đo theo hướng vuông góc)[19]
Hợp kim Nd-Fe-B có dị hướng từ tinh thể lớn cùng phẩm chất từ cứng cao nhất, nhưng pha từ cứng có nhiệt độ Curie thấp, Tc = 312 oC là đối tượng khó cho việc điều khiển vi cấu trúc, cấu trúc từ tính trong quá trình đóng rắn. Công trình nghiên cứu của Pierre Courtois và các cộng sự [79] đã thay đổi căn bản sự nhìn nhận thông thường. Bằng các kết quả thực nghiệm, các tác giả đã chỉ ra rằng dị hướng từ của Nd2Fe14B dọc theo trục c còn tiếp tục tồn tại và đủ để cho phép từ trường ngoài định hướng tinh thể Nd2Fe14B theo hướng từ trường ngoài khi nhiệt độ lên tới 1100 oC. Tuy nhiên, khi nhiệt độ trên 1100 oC thì năng lượng dị hướng tác dụng lên các mầm không đủ để định hướng tinh thể lớn lên theo hướng trục c ngay cả trong từ trường cao vì các mầm bị giảm kích thước khi nhiệt độ trên 1100 o
C. Các kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm của C. Paduani và các cộng sự [24] chứng minh rằng mẫu đa tinh thể Nd2Fe14B có thể được định hướng khi đóng rắn trong từ trường trên cơ sở loại bỏ ảnh hưởng định hướng do gradient nhiệt độ (gradT) gây ra (hình 2.10).
46
Hình 2.10: Các đường từ độ thực nghiệm (điểm thí nghiệm) và lý thuyết (đường liền nét) của mẫu đa tinh thể Nd2Fe14B được nấu chảy và đóng rắn trong từ trường, H = 7,5 T. Hướng đo từ song song với từ trường H (vòng tròn đen), vuông góc với từ trường H (vòng tròn trắng - phía dưới)
Việc đúc hợp kim nền Nd-Fe-B trong từ trường được thực hiện bởi các tác giả trong [26, 74]. Tác giả Nguyễn Huy Dân và các cộng sự [74] đã báo cáo về tính dị hướng từ của hợp kim Nd-Fe-Co-Al-B được đúc trong từ trường 0,25 T. Kết quả đo từ (hình 2.11) đã cho thấy từ trường làm giảm lực kháng từ của hợp kim nhưng làm tăng từ độ dư và đường cong từ trễ có độ vuông tăng lên.
Hình 2.11: Đường cong từ trễ của hợp kim Nd40Co15Fe30Al10B5 đo theo hướng song song và vuông góc với hướng từ trường khi đúc: a) H = 0,25 T, b) H=0 T.
47 C. Wang và các cộng sự [26] đã thực hiện phun đúc trên bề mặt trống đồng với từ trường tác dụng là 0,36 T. Phẩm chất từ cứng của mẫu nam châm khối Nd9,5Fe71,5Ti2,5Zr0,5Cr1B14,5C0,5 đúc trong từ trường được nâng cao với: Br = 6,1 kG,
iHc = 10,3 kOe, và (BH)max = 7,3 MGOe (khi H=0: Br = 5,8 kG, iHc = 6,5 kOe, và
(BH)max = 5,9 MGOe). Mặt khác nghiên cứu cũng chỉ ra vi cấu trúc của mẫu nam châm có thiên hướng (00l) mạnh của pha từ cứng Nd2Fe14B.