Phương pháp nguội nhanh thường được dùng để tạo hợp kim vô định hình. Nguyên tắc chung là dùng một môi trường lạnh thu nhanh nhiệt của hợp kim nóng chảy, do bị làm nguội nhanh hợp kim vẫn giữ nguyên trạng thái cấu trúc như chất lỏng (vô định hình). Phương pháp phổ biến hiện nay là phun hợp kim nóng chảy lên tang của một trống đ ng quay nhanh.
Sơ đ khối của công nghệ nguội nhanh được mô tả trên hình 2.4. Trong luận văn này, băng nguội nhanh được tạo bằng thiết bị ZKG-1 (hình 2.5) đặt tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Vận tốc dài của trống quay trong thiết bị có thể thay đổi từ 5 đến 48 m/s. Mức chân không của trạng thái khi làm việc cỡ 6,6.10-2
Pa.
H n . . Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nhanh đơn tr c.
Đặt hợp kim vào trong ống thạch anh có đường kính trong đầu vòi khoảng 0,5 mm và được đặt gần sát bề mặt trống đ ng. Hợp kim được làm nóng chảy bằng dòng cảm ứng cao tần. Hợp kim sau khi nóng chảy được nén bởi áp lực của dòng khí trơ Ar và chảy qua khe vòi, phun lên mặt trống đ ng
đang quay. Giọt hợp kim được giàn mỏng và bám lên mặt trống đ ng trong thời gian Δt ≈ 10-3 10-2 s, trong khoảng thời gian này nhiệt độ hợp kim giảm từ nhiệt độ nóng chảy xuống nhiệt độ phòng (ΔT ≈ 103
K). Tốc độ nguội R được tính theo công thức:
R = ΔT/ Δt (2.1) Tức là tốc độ làm nguội R khoảng 10-6 10-5 K/s.
Tốc độ làm nguội của hợp kim được thay đổi bằng cách điều chỉnh tốc độ quay của trống đ ng. Hợp kim lỏng bị đông cứng lại khi tiếp xúc với trống đ ng, sau đó văng khỏi mặt trống. Nếu tốc độ làm nguội lớn, tức là tốc độ quay của trống đủ lớn, các mẫu băng thu được sẽ có cấu trúc vô định hình hoàn toàn. Nếu tốc độ quay của trống không đủ lớn thì các mẫu sẽ bị kết tinh một phần.
Hình 2.5.a) Thiết bị phun băng nguội nhanh ZKG-1:1. Bơm hút chân không, 2. Buồng mẫu, 3. Nguồn phát cao tần.b) Bên trong buồng tạo băng:
4. Trống quay, 5. Vòng cao tần, 6. Ống thạch anh.
- Một số lưu ý khi thực nghiệm
+ Bu ng tạo băng phải được vệ sinh sạch sẽ trước khi phun băng. Hợp kim được đánh sạch xỉ trước khi cho vào ống thạch anh.
1 2 3 (a) (b) 4 5 6
+ Đóng mở van xả khí đẩy hợp kim lỏng và van xả khí trơ vào chuông trong quá trình hút chân không để tránh không khí còn trong ống dẫn.
Tùy thuộc vào tốc độ quay của trống và loại vật liệu, băng nguội nhanh có độ dày từ 10 m đến 60 m, chiều rộng từ một vài đến vài chục mm. Trong luận văn này các mẫu băng được tạo thành với cùng một tốc độ trống quay là 20 m/s.