Phương pháp nguội nhanh thường được dùng để tạo hợp kim vơ định hình. Ngun 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 (VĐH). Phương pháp phổ biến hiện nay là phun hợp kim nóng chảy lên tang của một trống đồng quay nhanh, sơ đồ khối được mơ tả
trên hình 2.2. Theo đó, hợp kim ban đầu được đựng trong ống thạch anh có vịi phun và được nấu chảy bằng dịng cảm ứng cao tần.
Hình 2.2. Sơ đờ khối của hệ phun băng nguội nhanh.
Hợp kim lỏng được nén bởi áp lực của dịng khí trơ (Ar) và chảy qua khe vòi, phun lên mặt trống đồng đang quay. Giọt hợp kim lỏng được giàn mỏng và bám trên mặt trống đồng trong khoảng thời gian ∆t, trong khoảng thời gian này nhiệt độ hợp kim giảm từ nhiệt độ nóng chảy (∼ 1500 K) xuống nhiệt độ phòng, tức là ∆T ∼ 103 K. Tốc độ nguội được tính bằng cơng thức R = ∆T/∆t. Tốc độ làm nguội hợp kim được thay đổi bằng cách thay đổi tốc độ quay của trống đồng. Hợp kim lỏng bị đông cứng lại khi tiếp xúc với trống đồng, sau đó văng ra khỏi mặt trống. Trong trường hợp hợp kim có chứa nguyên tố đất hiếm hoặc các ngun tố dễ bị oxy hố, q trình tạo băng phải được thực hiện trong mơi trường chân khơng cao hoặc nạp khí trơ (Ar, He...) để bảo vệ.
Hợp kim có thể được tiếp tục làm nguội bởi khí trong buồng phun và thành buồng. Bằng cách này có thể làm nguội hợp kim nóng chảy với tốc độ
từ 105 K/s đến 106 K/s. Nếu tốc độ làm nguội lớn, tức là tốc độ quay của trống đồng đủ lớn, các mẫu băng có cấu trúc vơ định hình hồn tồn. Nếu tốc độ quay của trống đồng khơng đủ lớn thì mẫu băng sẽ bị kết tinh một phần hoặc hoàn toàn.
Trong luận văn này, băng nguội nhanh được tạo bằng thiết bị ZGK-1 (hình 2.3) đặt tại Phịng thí nghiệm trọng điểm thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thiết bị này bao gồm máy hút chân không (1), chuông làm việc (2) và nguồn phát cao tần (3). Hình 2.3b là ảnh các bộ phận trong chng, bao gồm trống quay (4), vòng cao tần (5) và ống thạch anh có đầu vịi để phun hợp kim nóng chảy (6).
Thiết bị có các tham số chính sau [9]: - Công suất điện: 25 kW.
- Mức chân không trong trạng thái làm việc: 6,6.10-2 Pa. - Vận tốc dài của trống quay: 5-48 m/s.
- Khối lượng hợp kim tối đa mỗi lần phun: 100 gr.
- Trống quay được làm bằng hợp kim Cu/Cr, đường kính 300 mm.
Hợp kim phối liệu sau khi tạo ra được đánh sạch xỉ rồi cho vào ống thạch anh có đầu vịi đường kính khoảng 0,7 mm, trước khi sử dụng ống thạch anh được làm sạch bằng aceton hoặc cồn. Khoảng cách giữa đầu vòi và mặt trống quay là một yếu tố ảnh hưởng đến độ dày, độ rộng của băng do đó ảnh hưởng lên tính chất của băng nguội nhanh, thường khoảng cách này được chọn trong khoảng 1-10 mm. Trong một số trường hợp để hợp kim nóng chảy có thể phun lên mặt trống đồng cần phải đẩy bằng dịng khí trơ từ phía sau ống, do đó phải chú ý đóng mở van xả khí này trong q trình hút chân khơng và bơm khí trơ vào chng để tránh khơng khí cịn trong ống dẫn. Tùy thuộc vào tốc độ quay của trống và loại vật liệu, băng nguội nhanh có độ dày từ 20 µm đến 60 µm, chiều rộng từ một vài đến vài chục mm. Trong luận văn này
chúng tôi chế tạo các mẫu băng với cùng một vận tốc trống quay là v = 40 m/s.
Hình 2.3. (a) Ảnh toàn bộ thiết bị phun băng nguội nhanh: (1) hệ chân không, (2) buồng tạo băng, (3) hộp điều khiển, (b) ảnh bên trong buồng tạo băng: (4) trống đồng, (5) cuộn cao tần, (6) ống thạch anh.