7. Cấu trúc luận văn
3.2.4. Hệ hợp kim Co80Zr18-xNbxB2 (x = 0 4)
Hình 3.25 hiển thị sự phụ thuộc của các tính chất từ của băng Co80Zr18-xNbxB2
(x = 0, 1, 2, 3 và 4) vào nồng độ Nb. Các giá trị của từ độ dư r, lực kháng từ Hc
và tích năng lượng cực đại (BH)max đầu tiên tăng, đạt giá trị lớn nhất tại x = 3, sau
đó chúng giảm khi tăng nồng độ Nb. Tính chất từ tối ưu r= 4,8 kG, Hc = 4,3 kOe
và (BH)max = 3,6 MGOe đã thu được trong băng Co80Zr15Nb3B2 phun ở tốc độ 30
m/s. So với mẫu băng Co80Zr18B2, các giá trị này tăng tương ứng là 12,5%, 30,3%
và 10%. Điều này cho thấy, việc bổ sung thích hợp Nb có thể cải thiện đáng kể tính chất từ (đặc biệt là lực kháng từ) của hợp kim Co-Zr-B.
36
Hình 3.26 cho thấy phổ nhiễu xạ tia X của mẫu băng Co80Zr18-xNbxB2 (x = 1,
2, 3 và 4). Chỉ có ba đỉnh nhiễu xạ rõ rệt được quan sát thấy trong các phổ XRD
được đánh dấu ''1'', ''2'' và ''3''. Các đỉnh ''1'' và ''3'' là pha Co11Zr2, đỉnh nhiễu xạ
''2'', mạnh nhất trong ba đỉnh là của pha fcc-Co.
Hình 3.27. Ảnh SEM mẫu băng (a) Co80Zr18B2, (b) Co80Zr17Nb1B2,
(c) Co80Zr16Nb2B2 và (d)Co80Zr15Nb3B2 [39].
Hình 3.27 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM của mẫu băng (a) Co80Zr18B2, (b) Co80Zr17Nb1B2, (c) Co80Zr16Nb2B2 và (d) Co80Zr15Nb3B2. Có thể
Hình 3.25. Tính chất từ của mẫu
băng Co80Zr18-xNbxB2 (x = 0 - 4) theo
nồng độ Nb [39].
Hình 3.26. Phổ XRD của mẫu băng
37
thấy rằng kích thước hạt giảm từ khoảng 2 µm với x = 0 xuống 0,5 µm với x = 2.
Kích thước hạt của băng Co80Zr15Nb3B2 và Co80Zr14Nb4B2 là quá nhỏ để có thể xác
định bằng SEM (thường ít hơn là 0,1 µm). Kết quả này cho thấy rằng, việc bổ sung Nb đã làm giảm kích thước hạt của băng Co-Zr-B. Mặt khác, giá trị của lực kháng từ đầu tiên tăng, đạt giá trị tối đa, sau đó nó giảm dần theo sự giảm kích thước hạt. Trong băng Co-Zr-B báo cáo bởi Stroink và các cộng sự, một kết quả tương tự
cũng được quan sát [13]. Vì vậy, sự khác biệt trong kích thước hạt của pha Co11Zr2
xác định sự ảnh hưởng của việc bổ sung Nb lên tính chất từ của băng Co-Zr-Nb-B;
một kích thước hạt phù hợp của pha Co11Zr2 được cho là nguyên nhân chính của sự
gia tăng mạnh lực kháng từ.
Việc ủ băng Co-Zr-B dẫn đến sự gia tăng của kích thước hạt làm tăng lực
kháng từ; nhiệt độ ủ tối ưu của băng Co-Zr-B có thể là 600 hoặc 650oC [33]. Như
vậy, băng Co80Zr15Nb3B2 được ủ ở nhiệt độ 600o
Cvà 650oC. Như được thể hiện
trong hình 3.28, xử lý nhiệt dẫn đến sự thay đổi mạnh lực kháng từ của băng
Co80Zr15Nb3B2. Một giá trị tối ưu Hc = 5,1 kOe đã thu được trong các băng ủ tại
600oC trong vòng 3 phút. Giá trị của lực kháng từ giảm mạnh đến 2,0 kOe khi ủ ở
650oC trong 7 phút. Hình 3.29 cho thấy, các đường cong từ trễ của băng
Co80Zr15Nb3B2 khi chưa ủ (a) và ủ ở 600oC trong 3 phút (b). Tính chất từ tối ưu Hc
= 5,1 kOe và (BH)max = 3,4 MGOe đã thu được trong băng Co80Zr15Nb3B2 ủ ở
600oC trong 3 phút.
Hình 3.28. Lực kháng từ của mẫu băng
Co80Zr15Nb3B2 theo thời gian ủ [39].
Hình 3.29. Đường cong từ trễ của
mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 khi chưa ủ
38
Mặc dù tính chất từ của các mẫu này chưa tương xứng với các hợp kim đất hiếm, nhưng chúng có thể so sánh với nhiều ferit và nam châm loại alnico [13]. Phổ nhiễu xạ tia X tương ứng của các mẫu băng được hiển thị trong hình 3.30. Có thể
thấy rằng các đỉnh nhiễu xạ của pha Co23Zr6 xuất hiện khi băng được ủ ở 600oC
trong 3 phút. Đa số các đỉnh nhiễu xạ của pha Co23Zr6 có thể được tìm thấy trong
phổ XRD của băng Co80Zr15Nb3B2 ủ ở 650o
C trong 7 phút, điều đó khẳng định rằng
pha Co23Zr6 là một pha cân bằng. Cũng như vậy, pha từ mềm fcc-Co được quan sát
khi băng ủ ở 650oC trong 7 phút. Dường như pha từ cứng Co11Zr2 đã bị phân hủy
thành các pha từ mềm Co23Zr6 và fcc-Co khi băng được ủ ở 650oC trong 7 phút.
Hình 3.30. Phổ XRD của mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 khi chưa ủ và
ủ ở các nhiệt độ khác nhau [39].
Hình 3.31 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM của băng Co80Zr15Nb3B2
trong các điều kiện ủ khác nhau. Có thể thấy rằng kích thước hạt của băng tăng từ
mức dưới 0,1 µm đến khoảng 0,15 µm khi ủ ở 600oC trong 3 phút. Sự tăng mạnh
của lực kháng từ được xem là do sự gia tăng kích thước hạt của pha Co11Zr2. Mặt
khác, nghiên cứu vi cấu trúc cho thấy rằng băng ủ ở 650oC có hạt lớn hơn (khoảng
0,3 µm và 1,5 µm). Sự giảm mạnh lực kháng từ chủ yếu do tiếp tục xử lý nhiệt làm thúc đẩy kích thước hạt tăng vượt quá kích thước tới hạn của các giá trị cao nhất của lực kháng từ.
39
Hình 3.31. Ảnh SEM của mẫu băng Co80Zr15Nb3B2 khi ủ ở
40
KẾT LUẬN
Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp, em đã hoàn thành được các nội dung sau:
- Tìm hiểu được cấu trúc, tính chất và một số ứng dụng của hợp kim Co-Zr. - Tìm hiểu được một số phương pháp phun băng nguội nhanh, phương pháp nghiên cứu cấu trúc và đo tính chất từ.
- Tìm hiểu tổng quan một số kết quả nghiên cứu về hệ hợp kim không chứa đất hiếm nền Co-Zr.
- Các tính chất từ cứng khá tốt đã thu được với một số hệ hợp kim không chứa đất hiếm nền Co-Zr như lực kháng từ đạt 5,1 kOe và tích năng lương 3,6 MGOe đã
thu được trong băng hợp kim Co80Zr15Nb3B2 hay lực kháng từ đạt 4,5 kOe và tích
năng lượng đạt 5,3 MGOe đã thu được với băng hợp kim Co80Zr18Si3B2… bằng
việc thay thế các nguyên tố thích hợp và kết hợp với cải thiện các điều kiện công nghệ: nhiệt độ ủ, thời gian ủ, thời gian nghiền, vận tốc phun,… đã mở ra hướng nghiên cứu mới nhằm tìm ra vật liệu từ cứng có thể thay thế các vật liệu từ cứng truyền thống.
41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đoàn Minh Thủy, Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm kết dính nguội
nhanh nền Nd-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội, 2006.
[2] Trần Quang Vinh, Thiết kế, xây dựng hệ từ kế từ trường xung cao tại Việt
Nam, Luận án tiến sĩ Vật lý, Hà Nội, 2000.
[3] A.M. Gabai, N.N. Schegolewa, V.S. Gaviko, G.V. Ivanova, Phys Met.
Metall. 95, 122–128 (2003).
[4] A.M. Gabay, Y. Zhang, G.C. Hadjipanayis, Journal of Magnetism and
Magnetic Materials. 236, 37 (2001).
[5] B. Shen, L.y. Yang, H.q. Guo, J.x. Zhang and J.g. Zhao, J.M.M.M. 92, 30-
34 (1990).
[6] C. Gao, H. Wan and G.C. Hadjipanayis, J. Appl. Phys. 67, 4960 (1990).
[7] C.C. Hsieh, C.W. Shih, Z. Liu, W.C. Chang, H.W. Chang, A.C. Sun, J.
Appl. Phys. 111, 07E306 (2012).
[8] C.H. George, J.M.M.M. 200, 373 (1999).
[9] Coey, J M D (2014), "New permanent magnets; manganese compounds", J.
Phys.: Condens. Matter, 26(064211), pp. 1-6.
[10] D.C. Jiles, Recent advances andfuture directions in magnetic materials, J.
Acta Materialia. 51, 5907-5939 (2003).
[11] D.J. Branagan, M.J. Kramer, R.W. McCallum, J. Alloys Compd. 244, 27 (1996).
[12] E.F. Kneller, R. Hawig, IEEE Transactions on Magnetics. 27, 3588 (1991). [13] G. Stroink, Z. M. Stadnik, G. Viau and R. A. Dunlop: J. Appl. Phys. 67
(1990) 4963–4965
[14] G.V. Ivanova, N.N. Shchegoleva, A.M. Gabay, Journal of Alloys and Compounds. 432, 135 (2007).
[15] H. Kronmuller, S. Parkin, Handbook of Magnetism and Advanced Magnnetic Materials. vol. 4, John Wiley & Sons Ltd, 1943 (2007).
42
[17] H.M. Lu, W.T. Zheng, Q. Jiang, J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 320 (2007). [18] H.W. Chang, C.C. Hsieh, J.Y. Gan, Y.T. Cheng, M.F. Shih, W.C. Chang,
Journal of Physics D: Applied Physics. 44, 064002 (2011).
[19] 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).
[20] H.W. Chang, C.H. Chiu, W.C. Chang, Appl. Phys. Lett. 82, 4513 (2003). [21] H.W. Chang, C.S. Guo, C.C. Hsieh, Z.H. Guo, X.G. Zhao, W.C. Chang, J.
Appl. Phys. 107, 09A710 (2010).
[22] J. Bauer, M. Seeger, A. Zern, H. Kronmüller, J. Appl. Phys. 80, 1667 (1996).
[23] J.F. Herbst, Reviews of Modern Physics. 63, 819 (1991).
[24] 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). [25] K.H.J. Buschow, J.H. Wernick, G.Y. Chin, J. Less Common Met. 59, 61
(1978).
[26] Kramer, McCallum, Anderson, and Constantinides, and (2012), "Prospects for Non-Rare Earth Permanent Magnets for Traction Motors and Generators", JOM., 64(7), pp. 752-763.
[27] M.E. McHenry, D.E. Laughlin,Nano-scale materials development for future
magnetic applications, Acta Materialia. 48, 223-238 (2000).
[28] R. Coehoorn, D. B. Mooij, J.P.W.B. Duchateau and K. H. J. Buchow, Novel
permanent magnetic materials made by rapid quenching, Journal de
physique. 49, 669-670 (1988).
[29] S. Manjura Hoque, S.K. Makineni, A. Pal, P. Ayyub, K. Chattopadhyay J. Alloys Compd., 620 (2015), p. 442
[30] S.F. Cheng, W.E. Wallace, B.G. Demczyk, in: Proceedings of the 6th International Symposium on Magnetic Anisotropy an Coercivity in Rare- EarthTransition-Metal Alloys, Pittsburgh, PA, October 1990, Carnegie- Mellon University, Pittsburgh, PA, 477–487 (1991).
43
[32] T. Saito and M. Itakura, J. Alloys Compd. 572, 124-128 (2013). [33] T. Saito, Appl. Phys. Lett. 82 (14), 2305–2307 (2002).
[34] W. Zhang, S. R. Valloppilly, X. Li, R. Skomski, J. E. Shield, D. J. Sellmyer, IEEE Trans. Magn. 48, 3603 (2012).
26] B. G. Demczyk, S. F. Cheng, J. Appl. Cryst. 24, 1023 (1991).
[35] W. Zhang, S. Zhang, A. Yan, H. Zhang, B. Shen, Effect of the substitution
of Pr for Nd on microstructure and magnetic properties of nanocomposite
Nd2Fe14B/a-Fe magnets, J.M.M.M. 225, 389-393 (2001).
[36] W.C. Chang, D.Y. Chiou, S.H. Wu, B.M. Ma, C.O. Bounds, Appl. Phys. Lett. 72, 121 (1998).
[37] W.Y. Zhang, X.Z. Li, S.R. Valloppilly, R. Skomski, J.E. Shield, D.J. Sellmyer. J. Phys D: Appl. Phys. 46, 135004 (2013).
[38] Z. Altounian, E. Batalla and J.O. Strom-Olsen, J. Appl. Phys. 59, 2364 (1986).
[39] 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).
[40] Z. Hou, S. Xu, J. Zhang, C. Wu, D. Liu, F. Su, W. Wang, J. Alloys Compd. 555, 28-32 (2013).