Tạo băng nguội nhanh

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 (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 mô tả trên hình 2.2. Theo đó, hợp kim ban đầu được đựng trong ống thạch anh có vòi phun và được nấu chảy bằng dòng cảm ứng cao tần.

Hình 2.2.Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nhanh.

Hợp kim lỏng được nén bởi áp lực của dòng 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 công 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 nguyên tố dễ bị oxy hoá, quá trình tạo băng phải được thực hiện trong môi trường

chân không 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 vô định hình hoàn toàn. Nếu tốc độ quay của trống đồng không 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 Phòng 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 chuông, bao gồm trống quay (4), vòng cao tần (5) và ống thạch anh có đầu vòi 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.

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.

Hợp kim phối liệu sau khi tạo ra được đánh sạch xỉ rồi cho vào ống thạch anh có đầu vòi 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 dòng khí trơ từ phía sau ống, do đó phải chú ý đóng mở van xả khí này trong quá trình hút chân không và bơm khí trơ vào chuông 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 20 µm đến 60 µm, chiều rộng từ một vài đến vài chục mm. Trong luận văn này tôi chế tạo các mẫu băng với cùng một vận tốc trống quay là v = 30 m/s.

TÀI LIỆU THAM KHẢO