ổn định với cấu trúc nghĩa là các tính chất không bị ảnh hưởng rõ rệt bởi các thay đổi trong việc xử lí vật liệu xử lí nhiệt hay biến dạng cơ hoặc bởi những sự thay đổi nhỏ trong kết cấu
Trang 1Nghiªn cøu cÊu tróc vµ tÝnh chÊt tõ cña hÖ hîp kim tõ cøng Nd4Fe78B18-xCx (x
= 0, 3, 6 vµ 9) b»ng ph−¬ng ph¸p phun
b¨ng nguéi nhanh
(Khãa luËn tèt nghiÖp)
Trang 2Mở ĐầU
1 Lý do chọn đề tài
Vật liệu từ đã được phát hiện từ rất lâu và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong đời sống, trong nhiều ngành kỹ thuật và trong nghiên cứu khoa học Ngày nay vật liệu từ vẫn đóng vai trò quan trọng và khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ hiện đại rất lớn Do đó, người ta không ngừng nâng cao phẩm chất và tìm ra các vật liệu từ mới
Các vật liệu từ được phân loại thành hai nhóm chính vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng dựa vào lực kháng từ Hc Các vật liệu từ mềm có thể được từ hóa bằng cường độ từ trường thấp, và khi từ trường ngoài bằng 0, chúng trở lại trạng thái từ dư thấp Các vật liệu từ mềm có giá trị lực kháng từ Hc ≤ 10
Oe Ngành kỹ thuật điện dùng một lượng lớn các vật liệu từ mềm như lõi biến áp, rôto, stato trong các động cơ và máy phát điện Các vật liệu từ cứng có khả năng tàng trữ năng lượng của từ trường tác động lên nó và tự mình trở thành nguồn phát từ trường Các vật liệu loại này có lực kháng từ
Hc > 1 kOe Chúng thường được sử dụng làm các nam châm vĩnh cửu Nam châm là vật liệu từ cứng có Hc đủ lớn và Br đáng kể để tạo ra từ trường và giữ ổn định từ tính của chúng trong thời gian dài Chúng được dùng trong các dụng cụ đo lường, điện thoại, loa trong các lĩnh vực tự động hóa, công nghệ thông tin Mỗi nam châm vĩnh cửu đều là mạch từ hở, trong khe hở xuất hiện từ trường được dùng vào các mục đích khác nhau Để đảm bảo cho linh kiện và thiết bị từ tính làm việc ổn định thì các thông số của chúng không được thay đổi theo thời gian do quá trình già hóa Sự già hóa này liên quan tới sự phân hủy các hợp chất hóa học, sự phân bố lại các sai hỏng và sự giải phóng ứng suất nội
Các tính chất từ của các vật liệu được chia thành hai loại Một loại là nhạy với cấu trúc và một loại là ổn định với cấu trúc ổn định với cấu trúc nghĩa là các tính chất không bị ảnh hưởng rõ rệt bởi các thay đổi trong việc
xử lí vật liệu (xử lí nhiệt hay biến dạng cơ) hoặc bởi những sự thay đổi nhỏ trong kết cấu bao gồm số lượng nhỏ tạp chất xác định Các tính chất ổn định với cấu trúc gồm có độ từ hóa bão hòa và nhiệt độ Curie Các tính chất này
Trang 3phụ thuộc lớn vào hợp phần của vật liệu riêng biệt và không phụ thuộc thực
sự vào vi cấu trúc của vật liệu Các tính chất nhạy với cấu trúc bị ảnh hưởng lớn bởi các tạp chất Một lượng nhỏ các nguyên tố như cacbon, ôxy, nitơ, lưu huỳnh thường được pha tạp phổ biến trong các vật liệu từ Các nguyên tố này đặt vào các vị trí khe của mạng tinh thể và do vậy mạng có thể bị biến dạng mạnh Với nồng độ nhỏ của các nguyên tố có thể có ảnh hưởng lớn tới một vài tính chất từ của vật liệu Độ từ thẩm, lực kháng từ, độ tổn hao trễ và cảm ứng từ dư được xem là nhạy với cấu trúc Các tính chất nhạy với cấu trúc được điều khiển qua việc xử lí vật liệu bao gồm xử lí cơ và nhiệt
Nam châm vĩnh cửu nền Nd-Fe-B chiếm một tỉ phần lớn trong các loại nam châm vĩnh cửu ứng dụng trong thực tế Pha từ chính trong loại nam châm này là pha từ cứng Nd2Fe14B Nam châm loại này thường được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết do đó làm tăng giá cả và giảm độ bền hóa học vì còn chứa nhiều đất hiếm và công nghệ chế tạo phức tạp Tích năng lượng cực đại đã đạt được là (BH)max = 57 MGOe thuộc về nam châm Nd2Fe14B chế tạo bằng phương pháp thiêu kết [6]
Năm 1988, Coehoorn và các cộng sự ở phòng thí nghiệm Philip Research đã công bố phát minh nam châm cứng mềm có Hc =3 kOe, Br
= 12 kG, (BH)max = 11,6 MGOe [5] Nam châm này chứa nhiều pha, bao gồm hai pha mềm Fe3B (73% thể tích), α-Fe (12% thể tích) và pha cứng
Nd2Fe14B (15% thể tích) Lượng Nd trong nam châm loại này bằng khoảng 1/3 trong nam châm Nd2Fe14B thông thường, do đó làm giảm giá thành và tăng độ bền hóa học của nam châm Với những ưu điểm đó nó được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm nghiên cứu Để chỉ nam châm loại này người ta dùng thuật ngữ nam châm tổ hợp hai pha cứng mềm,nam châm nanocombosite hay nam châm đàn hồi Trong bài này sử dụng thuật ngữ nam châm đàn hồi Theo tính toán lí thuyết tích năng lượng cực đại của nam châm loại này có thể lên tới 125 MGOe, tuy nhiên trên thực nghiệm mới đạt
được cỡ 20 MGOe ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo nam châm đàn hồi thu hút được nhiều sự chú ý của các nhóm nghiên cứu và tích năng lượng (BH)max đã đạt được vào cỡ 5-10 MGOe
Trang 4Việc tìm ra vi cấu trúc tối ưu cho từng hệ vật liệu và các biện pháp công nghệ để đạt được vi cấu trúc đó được chú ý cả về lí thuyết và thực nghiệm Có nhiều mô hình lí thuyết nhưng khóa luận này giới thiệu về mô hình Kneller-Hawig, đây là mô hình đơn giản về nam châm đàn hồi và các mô hình về sau đều dựa vào nó Phun băng nguội nhanh là phương pháp đơn giản và có khả năng ứng dụng thực tế cao đồng thời nó cũng tỏ ra hiệu quả
để tạo ra nam châm đàn hồi Hợp kim sau khi phun để nâng cao phẩm chất người ta đem đi ủ ở các nhiệt độ khác nhau Để nâng cao phẩm chất của nam châm đàn hồi nền Nd-Fe-B người ta đã thêm vào các nguyên tố thích hợp như
Dy, Pr, Co, Cr, C Vì vậy khoá luận thực hiện " Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim từ cứng Nd4Fe78B18-xCx (x = 0, 3, 6 và 9) bằng phương pháp phun băng nguội nhanh" và sau đó ủ nhiệt
2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Khoá luận này có mục đích nghiên cứu chính là nâng cao lực kháng
từ của nam châm đàn hồi nền Nd-Fe-B bằng cách thay đổi tỷ phần của C, thay đổi tốc độ làm nguội và thay đổi nhiệt độ ủ, khảo sát mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất từ của hợp kim Mặt khác, việc nâng cao các thông từ cứng của hợp kim cũng là mục đích chính của khoá luận
Nhiệm vụ của khoá luận là tìm ra tỷ phần C và công nghệ chế tạo thích hợp để có vật liệu nam châm đàn hồi như mong muốn
3 Đối tượng nghiên cứu
Hợp kim từ cứng Nd4Fe78B18-xCx (x = 0, 3, 6 và 9)
4 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim từ cứng Nd4Fe78
B-18-xCx chế tạo bằng phương pháp phun băng nguội nhanh và sau đó ủ nhiệt
5 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trang 5Gãp phÇn t×m kiÕm c¸c lo¹i vËt liÖu tõ míi, c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ c¬ chÕ t¹o nªn tÝnh tõ cøng cña vËt liÖu tõ cã cÊu tróc nano tinh thÓ
Trang 6Nội dung CHƯƠNG 1 TổNG QUAN Về NAM CHÂM ĐàN HồI NềN Nd-Fe-B
liệu nam châm đàn hồi
Các vật liệu từ cứng có sẵn như Nd2Fe14B có độ phân cực từ bão hòa
JS =à0MS thấp hơn so với vật liệu từ mềm như α-Fe Mặt khác chúng dễ phản ứng hóa học và cũng rất đắt bởi vì chúng chứa nhiều đất hiếm Do vậy, người ta tìm cách tạo ra các nam châm vĩnh cửu từ các vật liệu phức hợp bao
Trang 7gồm các pha sắt từ và tồn tại sự trao đổi qua lại giữa các pha từ (nam châm
đàn hồi) Một trong số các pha từ đó là từ cứng để cung cấp trường kháng từ cao, trong khi các pha khác là từ mềm cung cấp độ phân cực bão hòa JS cao (hình 1.1) và bao bọc các vùng pha từ cứng để ngăn cản sự ăn mòn của chúng Sự khảo sát lí thuyết tổng quát của các hệ này chỉ ra rằng: một là có thể kì vọng hơn nữa một tích năng lượng (BH)max cao, hai là một đường cong khử từ thuận nghịch (do sự trao đổi đàn hồi) và tỉ lệ pha từ cứng thì rất thấp,
cỡ 10% Sự thực hiện công nghệ của các vật liệu này được đưa ra trên nguyên tắc tất cả các pha từ chứa trong đó phải nằm trong một pha mạng giả bền chung để tạo sự gắn kết tinh thể học và do đó sự trao đổi được nối kết một cách từ tính
1.2 Mô hình Kneller-Hawig
Giới hạn lí thuyết về tích năng lượng cực đại của một vật liệu từ được xác định là:
(BH)max ≤ Js2/4à0 (1) để đạt được giới hạn trên cần có các điều kiện kèm theo: cảm ứng từ dư lớn Br ≈ Js, và trường tới hạn cho sự đảo chiều từ độ không thuận nghịch (trường tạo mầm) Hn ≥ Js/2à0 = Ms/2 Do các điều kiện này, giới hạn (1) chỉ
có thể đạt được với vật liệu có hệ số dị hướng từ tinh thể K ≥ Js2/4à0 Nói một cách tổng quát hơn, độ lớn của tỉ số κ = K/( Js2/4à0) đặc trưng cho biểu hiện từ cơ bản của vật liệu Nếu κ ằ 1 biểu hiện chiếm ưu thế do dị hướng từ tinh thể; các vật liệu này gọi là vật liệu từ cứng (vật liệu k) Nếu κ ô 1 biểu hiện được chi phối bởi năng lượng tĩnh từ, các vật liệu như thế gọi là vật liệu
từ mềm (vật liệu m) Giới hạn (1) chỉ có thể đạt được với một vật liệu k Tuy nhiên, đại lượng quyết định ở (1), Js của hầu hết các vật liệu k thấp hơn đáng
kể so với nhiều vật liệu m thông thường, trong khi lực kháng từ HcM của các vật liệu k có thể dôi ra nhiều hơn giá trị Ms/2 cần thiết để đạt tới giới hạn (1)
Từ các lí do nêu trên, dẫn tới việc xem xét các vật liệu phức hợp chứa
đựng cả hai yêu cầu sự phân bố phù hợp và sự trao đổi qua lại các pha được ghép cặp Kích thước giới hạn của các pha và sự thảo luận các mô hình tương ứng của các vi cấu trúc sẽ được trình bày ở phần sau Trên cơ sở đó, các tính chất từ điển hình của các vật liệu này được suy ra
Trang 81.2.1 Vi cấu trúc
∗ Các kích thước tới hạn:
Vi cấu trúc cần đạt được phải không cho phép cơ chế của sự quay từ
độ không thuận nghịch ở mỗi pha một cách dễ dàng Một sự ước lượng đơn giản về kích thước tới hạn tương ứng của các pha có thể nhận được từ mô hình một chiều ở hình 1.2 bao gồm một chuỗi các pha k và m xen kẽ nhau với độ rộng 2bk và 2bm tương ứng Để đơn giản dị hướng từ tinh thể được giả thiết là đơn trục trong cả hai pha, với hai trục dễ song song với trục z và vuông góc với x Mật độ năng lượng dị hướng phụ thuộc vào góc φ giữa M
Năng lượng trên một vùng đơn vị của vách Bloch 1800 ở một vật liệu
đồng nhất có thể được coi gần đúng là gồm năng lượng dị hướng từ và năng lượng tương tác trao đổi
Trang 9Hình 1.2 Mô hình một chiều của vi cấu trúc của các vật liệu
phức hợp ghép cặp trao đổi
Xét quá trình đảo chiều Nếu giả thiết rằng pha cứng k có độ dày hợp
lí tương ứng vào khoảng độ dày tới hạn của nó bk = δ0k = π(Ak/Kk)1/2 Ban
đầu từ độ bão hòa dọc theo trục z (h.1a), sau đó xuất hiện một trường H đảo chiều tăng dần, độ từ hóa sẽ bắt đầu thay đổi từ pha mềm m
Cho bề rộng bm = δ0m = π(Am/Km)1/2
ằ δ0k = bk (do Km ô Kk) Hai vách 1800 cân bằng sẽ hình thành sự đảo chiều ở pha m (h.1b) Khi H tăng nhiều hơn (h.1c), các vách này sẽ bị dồn về phía biên pha k, và mật độ năng lượng ở các vách này sẽ tăng trên giá trị cân bằng Eγm = γm/δm > Eγ0m =
γ0m/δ0m, trong khi độ từ hóa ở pha k M sk còn lại về cơ bản không thay đổi do
Kk>Km Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi Eγm gần tới mật độ năng lượng trung bình Eγ0k của vách k
Eγm = γm/δm ≈ Eγ0k = γ0k/δ0k = 2Kk (7) khi đó vách sẽ mở rộng về phía pha k, do đó dẫn tới sự đảo độ từ hóa không thuận nghịch của cả hai vùng pha m và pha k Trường tới hạn Hno tới hạn tương ứng thì thấp hơn hẳn trường dị hướng của pha k Hno < HAk = 2Kk/Msk
Trường kháng từ HcM được định nghĩa bởi M(HcM) = 0 và HcM ô Hno,
do Msm > Msk và cũng bởi giả thiết rằng bm ằ bk, và do vậy đường cong khử
Trang 10từ giữa Mr(H=0) và M(HcM=0) thuận nghịch hoàn toàn Nếu bây giờ bm giảm tới giá trị bm < δ0m, Hno giữ không đổi, nhưng HcM tăng do H < Hno, bề dày của vách 180oở pha m cơ bản gần vớiδm ≈ bm < δ0m Độ rộng tới hạn của pha
m bcm cho độ kháng từ HcM lớn nhất được xác định bởi (7) với δm = bcm
Đối với pha k bề dày tới hạn không thể nhận được từ lí thuyết Dựa vào các kết quả thực tế thì phù hợp lấy bck vào khoảng bề dày của vách lúc cân bằng bck ≈ δ0k = π(Ak/Kk)1/2 như đã được giả thiết ban đầu Do hầu hết Ak <
Am vì vậy nhìn chung các nhiệt độ Curie của các vật liệu k thấp, bck cỡ khoảng độ lớn của bcm :
bck ≈ bcm (8a)
* Tỉ số thể tích của các pha:
Dạng hình học tối ưu của vi cấu trúc làm cực tiểu tỉ lệ thể tích của pha
k vk = Vk/V (Vk là thể tích của pha k; V là tổng thể tích của vật liệu) dưới các điều kiện các kích thước cân bằng bên trong hai pha, bcm = bck (phương trình 8a) và sự bao bọc hóa học của pha m đối với pha k Lời giải toán học của vấn đề này không cho giá trị cụ thể mà phụ thuộc vào bản chất từng loại vật liệu
Tuy nhiên, chúng ta có thể nói rằng kiểu vi cấu trúc được tìm kiếm là một sự phân bố đồng nhất của một pha k trong một pha m Với giả định hợp
lí rằng pha k với đường kính vài nm là hình cầu (bề mặt nhỏ nhất trên tỉ lệ thể tích) và được phân bố trong không gian gần đúng theo mạng lập phương tâm mặt như được chỉ ở hình 1.3 Từ đó thu được vk = π/24 2 ≈ 0,09 Với mạng lập phương tâm khối cũng thu được cùng kết quả vk = π 3/64 ≈ 0,09
Biết vk ta tính được độ từ hóa trung bình của vật liệu:
Trang 11Ms = vkMsk + (1 - vk) Msm (9) Với Msk < Msm và vk = 0,09 ta được Ms ≈ Msm
Hình 1.3 Cấu trúc lí tưởng của nam châm đàn hồi
1.2.2 Tính chất từ
* Chu trình trễ và đường cong khử từ:
Theo các phân tích ở trên, đường cong khử từ của vật liệu sẽ thuận nghịch trong trường H < Hno đảo chiều, có nghĩa là trước khi từ độ của pha k bắt đầu thay đổi như được minh họa ở sơ đồ hình 1.4a và 1.4b ở H < Hno, vật liệu dị hướng theo một hướng duy nhất do các cặp trao đổi giữa hai pha
Đối với các cặp pha đã biết, dải thuận nghịch của M, ∆Mrev, phụ thuộc vào tỉ lệ thể tích của pha cứng vk hoặc pha mềm vm = 1 - vk, vào tỉ số
Msm/Msk và vào kích thước một bên của pha m bm ở vk và Msm/Msk cố định,
∆Mrev nhỏ nhất với bm ≈ bcm (vi cấu trúc tối ưu hình 3a) và tăng khi bm > bcm(trạng thái trung bình hình 1.4b), do Hno giữ không đổi ở vm lớn, ví dụ vm = 0,8, Mrev có thể vượt quá độ từ dư bão hòa ∆Mrev > Mr (hình 1.4b)
Trang 12Hình 1.4 Các đường cong khử từ điển hình (a) nam châm đàn hồi với vi cấu trúc tối ưu, bm = bcm (b) nam châm đàn hồi với vi cấu trúc dư thừa,
bm ằ bcm (c) nam châm sắt từ đơn pha thông thường (d) nam châm hỗn hợp hai pha sắt từ độc lập Trên hình:exchange spring - đàn hồi trao
đổi, conventional - thông thường, two independent phases - hai pha độc lập, reversible - thuận nghịch, irreversible - không thuận nghịch
Với đặc trưng này và biểu hiện từ khá điển hình, có một ý nghĩa tương
tự với một lò xo cơ học, do đó các nam châm này được gọi là nam châm đàn hồi Tính thuận nghịch nổi bật cùng với độ từ dư cao và lực kháng từ cao của chúng để phân biệt chúng với các nam châm vĩnh cửu pha sắt từ đơn thông thường có đường cong khử từ không thuận nghịch (hình 1.4c)
Để minh họa rõ hơn các đặc điểm này, vài chu trình nhỏ được vẽ ở hình 1.4a - 1.4c, chúng nhận được khi giảm từ trường tới 0 và lại tăng từ trường ở các điểm khác nhau dọc theo đường cong khử từ Về dạng tổng quát của đường cong khử từ M(H), ta thấy từ cơ chế trao đổi đàn hồi một vi cấu trúc tối ưu (bm = bcm) sẽ suy ra một đường cong lồi "đều đặn" (hình 1.4a) giữa Mr và M = 0, tương tự với một nam châm vĩnh cửu thông thường (hình 1.4c) Trong khi một vi cấu trúc dư thừa (bm ằ bcm) dẫn tới một hình dạng
Trang 13hoàn toàn đặc trưng của đường cong khử từ là chỗ lõm suốt từ chỗ độ từ dư thấp đến tận lúc bão hòa theo hướng thuận nghịch ở bất cứ trường hợp nào, cặp trao đổi giữa các pha tạo ra một dạng của chu trình bão hòa như của các vật liệu đồng nhất không có dấu hiệu sự có mặt của hai pha với độ kháng từ khác nhau Nếu không có cặp trao đổi thì chu trình sẽ như ở hình 1.4d
* Tỉ lệ độ từ dư bOo hòa mr = Mr/Ms
Giá tri mr phụ thuộc vào các pha chiếm giữ Một sự tính toán định lượng của mr với một cặp pha cho trước nhìn chung là khó vì nó đòi hỏi xử lí
vi từ của các hệ phức hợp nhiều vật từ Do vậy, chúng ta sẽ chỉ mô tả ở đây
đặc tính của vấn đề và trên cơ sở đó sẽ nhận được lời giải gần đúng cho các trường hợp đơn giản
Giả thiết một cách tổng quát rằng vi cấu trúc có nguồn gốc bởi sự lắng của pha k trong một mạng m như được biểu diễn ở hình 2, và rằng số k lắng trong một loại hạt m là đủ lớn để áp dụng thống kê một cách thích hợp Hơn nữa giả thiết rằng pha k có một cấu trúc tinh thể đơn trục ví dụ như tứ giác hay lục giác, với trục ck là trục dễ từ hóa, trong khi pha m có thể có sự
đối xứng bất kì, đặc biệt là đối xứng lập phương
Do phải có cặp trao đổi từ tính giữa các vùng pha k và m nên các pha phải có sự gắn kết tinh thể học Điều này gợi ý rằng các hướng của trục ckphải song song với trục tinh thể học riêng biệt [h0k0l0] của mạng tinh thể m
có thể coi trục ck nằm cân bằng giữa các hướng [h0k0l0]
Xét một hạt m dạng hình cầu (để loại bỏ dị hướng do hình dạng) và
bỏ qua hiệu ứng khử từ Nhìn chung vectơ độ từ dư bão hòa của pha k M rk
không song song với từ trường ngoài H Pha m và pha k trao đổi qua lại dọc theo các biên pha của chúng Do vậy, dẫn tới độ từ dư của mạng m Mrm sẽ song song với M rk Tuy nhiên độ lớn tương đối của M rm, Mrm/Msm = mrm sẽ lớn hơn mrk bởi vì cặp trao đổi trong mạng m sẽ làm trơn độ từ hóa địa phương M sm(r) Nhìn chung mrm tổng hợp phải được tính từ điều kiện cực tiểu hóa năng lượng tổng cộng
Độ lớn tương đối của cả hai pha:
mr=Mrj/Ms=(1/Ms)[vkmrkMsk+(1-vk)mrmMsm] (10)
có giá trị như nhau cho tất cả các hạt
Trang 14Với một mẫu đa tinh thể của các hạt độc lập về từ với trục tinh thể học của chúng hướng ngẫu nhiên, độ từ dư tương đối mr thu được bởi giá trị trung bình các góc θ giữa hướng của từ trường H và hướng tương ứng [hsksls] của M rj trong các hạt:
mr= Mr/Ms=Mrj<cosθ> (11)
Sự ước lượng bằng số của (11) phụ thuộc vào hiểu biết về đối xứng tinh thể của pha m, các hướng tinh thể học [h0k0l0] của trục ck, các tỉ số thể tích và các độ từ hóa bão hòa của các pha Các kết quả tính toán với các mạng cụ thể cho ta mr ≥ 0,5 tuy nhiên đây không phải là đặc điểm phổ biến của nam châm đàn hồi
Liên hệ các kết quả này với các đặc trưng đã đề cập của đường cong
từ trễ cho thấy rằng, một đường cong khử từ thuận nghịch cùng với một tỉ lệ
độ từ dư bão hòa đẳng hướng mr ≥ 0,5 có thể được xem như một tiêu chuẩn cho sự có mặtcủa cơ chế trao đổi đàn hồi
* Trường tạo mầm đảo từ Hno và trường kháng từ HcM
Trường tạo mầm đảo từ Hno cho sự đảo chiều từ độ không thuận nghịch và trường kháng từ HcM là các đại lượng phức tạp nhất và có thể dự
đoán ít chính xác nhất Chỉ có sự ước lượng đơn giản được thực hiện Nếu cấu trúc được sắp thẳng hàng như hình 1, thì theo (7) ta được:
Hno ≈ 2Kk/à0Msm
Đối với một đa tinh thể đẳng hướng thì:
Hno ≈ Kk/à0Msm (12) Với các giá trị điển hình Kk = 2.106 j/m3, à0Msm = 1,8 T thì Hno ≈ 106
A/m
Đối với một vi cấu trúc tối ưu bm = bcm thì HcM = Hno Đối với một vi cấu trúc dư thừa có nghĩa là bm > bcm, HcM sẽ phụ thuộc vào bm
HcM=Am.π2/2à0Msmbm2 (13)
Cho bm = bcm = π(Am/2Kk)1/2 thế vào (13) ta sẽ được (12)
Theo (12), Hno và tương tự là HcM phải thay đổi theo nhiệt độ do thừa
số Kk/Msm Cụ thể, nếu nhiệt độ Curie của pha k thấp hơn pha m TCk < TCmthì HcM sẽ giảm nhanh khi tăng nhiệt độ và ở TCk sẽ đạt tới giá trị thấp của pha mềm
Trang 151.3 ảnh hưởng của việc pha thêm các nguyên tố lên cấu trúc và tính chất
từ của nam châm đàn hồi nền Nd-Fe-B
Việc pha thêm vào hợp kim Nd-Fe-B một số thành phần ngoài ba thành phần chính nhằm cải thiện một số tính chất của nam châm vĩnh cửu như nâng cao lực kháng từ, nâng cao khả năng chống ăn mòn v.v ở đây tôi giới thiệu một số kết quả nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật liệu gần đây nhất
1.3.1 ảnh hưởng của Nb
Các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng Nb trong nam châm thiêu kết
đã chứng tỏ rằng Nb có tác dụng làm triệt tiêu các vùng giàu Fe kết tinh bất lợi, tạo pha biên hạt NbFeB có tác dụng cải thiện tính chống ăn mòn của nam châm Các nghiên cứu gần đây trên nam châm nanocomposite α-Fe/Nd2Fe14B cho thấy rằng Nb có tác dụng làm mịn kích thước hạt tăng cường tính bền nhiệt, cải thiện độ vuông góc của đường cong khử từ
1.3.2 ảnh hưởng của Co
Một trong những nhược điểm của pha từ cứng Nd2Fe14B là nhiệt độ Curie khá thấp, điều này làm hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng Do vậy ngay từ khi mới phát hiện ra pha từ cứng Nd2Fe14B, việc nghiên cứu nâng cao nhiệt độ Curie của nam châm đã rất được quan tâm Co là nguyên tố có thể thay thế hoàn toàn vị trí của Fe trong mạng tinh thể Nd2Fe14B Nhiều tác tác giả đã nhất trí cao về vai trò của Co trong việc nâng cao nhiệt độ Curie cho nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B Theo đó chỉ cần pha vào hợp kim một lượng nhỏ Co cũng có thể nâng cao nhiệt độ Curie lên khá cao [4]
1.3.3 ảnh hưởng của C
C là nguyên tố hoá học khá phổ biến mà nó lại là nguyên tố phi từ gần giống với B, vì vậy việc thay B bằng C làm giảm giá thành sản xuất nam
Trang 16châm đàn hồi nền Nd-Fe-B Nhưng việc pha thêm C làm giảm khả năng tạo pha từ của nam châm đàn hồi do C là nguyên tố khó phản ứng Tuy nhiên với một nồng độ C thích hợp thì những yêu cầu về từ tính của nam châm đàn hồi vẫn có thể đạt được như nâng cao độ lớn lực kháng từ Hc và tích năng lượng cực đại (BH)max Vì vậy khoá luận này tôi nghiên cứu ảnh hưởng của
C lên cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim là Nd4 Fe78 B18- xCx bằng phương pháp phun băng nguội nhanh và sau đó ủ nhiệt
1.5 là một minh họa giản
đồ C-C-T biểu diễn các quá
trình nguội của hợp kim
trên hệ trục thời gian-nhiệt độ Trên giản đồ này đường cong a tương ứng với trường hợp tốc độ nguội hợp kim lỏng là khá lớn đủ để cản trở sự kết tinh và phát triển hạt, cấu trúc pha của sản phẩm nguội nhanh này là vô định hình Nếu quá trình nguội theo đường cong b thì cấu trúc của sản phẩm hoá rắn nhanh là sự pha trộn giữa pha vô định hình và pha vi tinh thể A, do sự kết tinh bắt đầu ngay sau khi pha vô định hình hình thành, sự khuếch tán của các nguyên tố thành phần trong pha vô định hình để hình thành pha A là khá chậm Đường cong c biểu diễn cho phương pháp tạo cấu trúc composite thông qua quá trình nguội đơn Để thu được cấu trúc hai pha từ cứng và từ mềm, tốc độ nguội cần được chọn một cách thích hợp để tránh sự phát triển hạt ngoài ý muốn
Hình 1 5 Giản đồ C-C-T biểu diễn các đường nguội tạo pha vô định hình
hoặc tinh thể hoá
