NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG GMI CỦA HỆ VẬT LIỆU FINEMET, CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ NGUỘI NHANH

Hiện nay, Finemet là thƣơng phẩm từ mềm đƣợc giữ bản quyền bởi Hitachi Metals (Nhật Bản) và Metglas (Mỹ). Ở Việt Nam hiện nay khi nhắc đến công nghệ nanô, vật liệu nanô thì không còn mới lạ nữa mà vấn đề này đang đƣợc nghiên cứu rất nhiều.

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Hữu Tình, các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 cùng các bạn sinh viên lớp K36B – Sư phạm Vật lý đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này

Khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các bạn sinh viên để khóa luận được thực sự hoàn chỉnh, có ý nghĩa trong học tập, nghiên cứu và thực tiễn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Mai

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận của tôi với đề tài: “Nghiên cứu tính chất từ và hiệu ứng

GMI của hệ vật liệu Finemet, chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh”

đã được thực hiện và hoàn thành tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 dưới

sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hữu Tình, các thầy cô trong tổ Vật lý chất rắn

và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khoa Vật lý Trong quá trình nghiên cứu

và thực hiện khóa luận tôi có tham khảo tài liệu của một số tác giả (đã nêu trong mục tài liệu tham khảo)

Tôi xin cam đoan khóa luận của tôi không trùng lặp hoặc sao chép của bất kì ai Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Mai

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: HIỆU ỨNG GMI 3

1.1 Hiệu ứng từ trở khổng lồ GMI 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Cơ chế hiệu ứng GMI 3

1.2 Ảnh hưởng của thông số đo đến tỷ số GMI 6

1.2.1 Cường độ dòng điện chạy qua mẫu 6

1.2.2 Tần số dòng đo 6

1.2.3 Nhiệt độ đo 7

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU TỪ MỀM NANÔ TINH THỂ 8

VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 8

2.1 Vật liệu từ mềm nanô tinh thể 8

2.1.1 Khái niệm 8

2.1.2 Tính chất của vật liệu từ mềm 9

2.1.3 Phân loại vật liệu từ mềm 11

2.2.1 Công nghệ nguội nhanh 13

2.2.1.1 Các phương pháp nguội nhanh chế tạo vật liệu dưới dạng băng mỏng 13

2.2.1.2 Tốc độ nguội của hợp kim nóng chảy 14

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 16

3.1 Đối tượng nghiên cứu 16

3.2 Xử lý mẫu 16

3.2.1 Công nghệ chế tạo các vật liệu có cấu trúc vô định hình bằng thiết bị nguội nhanh đơn trục 16

3.2.1.1 Tạo hợp kim ban đầu 17

3.2.1.2 Phun hợp kim nóng chảy tạo vật liệu ở dạng băng mỏng 19

3.2.2 Kỹ thuật gia công mẫu 20

3.2.3 Xử lý nhiệt 21

3.3 Các phương pháp nghiên cứu 22

3.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X – XRD (X ray diffraction) 22

3.3.2 Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét và phương pháp tán sắc năng lượng

tia X (EDX) 23

3.3.3 Phương pháp quét nhiệt vi sai (DSC) 24

3.3.4 Phương pháp đo từ độ bão hòa bằng từ kế mẫu rung 25

3.3.6 Phương pháp đo tổng trở, GMI 27

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ 29

4.1 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ ủ nhiệt đến tính chất từ của mẫu N 3 (Fe 73,5 Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 ) 29

4.2 Nghiên cứu hiệu ứng GMI trên hệ hợp kim nano tinh thể mẫu N3 (Fe73,5 Cu1Nb3Si13,5B9) 32

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ủ nhiệt đến đến tỷ số GMIr của hợp kim nano tinh thể mẫu N3 (Fe73,5 Cu1Nb3Si13,5B9) 33

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn dề tài

Thế giới đang chứng kiến sự thay đổi chóng mặt của khoa học công nghệ Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem lại những diện mạo mới cho cuộc sống con người và công nghệ điện tử Tuy nhiên, công nghệ điện tử đang tiến đến những giới hạn cuối cùng của kích thước thang vi mô, mà đang bắt đầu được thay thế bởi một thế hệ mới với sự ra đời của khoa học và công nghệ nanô

Nhiều năm trở lại đây, vật lý nói chung và vật lý chất rắn nói riêng đã tiến một bước vượt bậc với những khám phá khoa học quan trọng Khi ba trung tâm khoa học công nghệ lớn của thế giới là: Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản

đã liên tục tăng cường đầu tư cho lĩnh vực khoa học công nghệ mới vừa mang tính mạo hiểm nhưng đầy triển vọng này Sự phát triển của vật lý chất rắn gắn liền với sự phát triển và sử dụng các vật liệu mới với những tính năng đặc biệt của nó Sự xuất hiện hàng loạt các công trình về vật liệu: Công nghệ nanô, vật liệu siêu dẫn làm cho nghành vật lý chất rắn thêm nổi bật Bởi vậy, năm

1988 nhóm nghiên cứu của Y Yoshizawa, S Oguma, K Yamauchi (Phòng thí nghiệm Nghiên cứu các vật liệu từ và điện tử, Hitachi Metals, Nhật Bản)

đã công bố một loại vật liệu từ mềm thương phẩm có cấu trúc nanô dựa trên nền hợp kim của sắt Đây là loại vật liệu với tính từ mềm tuyệt vời với nhiều đặc tính lý thú cả về mặt công nghệ cũng như ứng dụng đó là vật liệu từ mềm Finemet Hiện nay, Finemet là thương phẩm từ mềm được giữ bản quyền bởi Hitachi Metals (Nhật Bản) và Metglas (Mỹ) Ở Việt Nam hiện nay khi nhắc đến công nghệ nanô, vật liệu nanô thì không còn mới lạ nữa mà vấn đề này đang được nghiên cứu rất nhiều Tuy nhiên, vì đây là một chuyên ngành khó nên chúng ta gặp khó khăn trong vấn đề tiếp cận và tìm hiểu sâu về

nó Đó cũng là lý do tôi quyết định chọn đề tài này: “Nghiên cứu tính chất

từ và hiệu ứng GMI của hệ vật liệu Finemet, chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh”

2 Đối tượng nghiên cứu

- Băng từ mềm Cu – Nb chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh có cấu trúc nano dạng hạt

- Tìm hiểu về công nghệ nguội nhanh

- Hiệu ứng GMI

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng quan và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài

- Tổng quan về hiệu ứng từ GMI, cơ chế

- Công nghệ nguội nhanh chế tạo vật liệu nanô có hiệu ứng GMI

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đọc tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Tổng hợp, khái quát hóa các kiến thức tìm hiểu

5 Cấu trúc khóa luận

Khóa luận gồm 4 chương:

Chương 1: Hiệu ứng GMI: Khái niệm, cơ chế, ảnh hưởng của thông số

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: HIỆU ỨNG GMI

1.1 Hiệu ứng từ trở khổng lồ GMI

1.1.1 Khái niệm

Hiệu ứng tổng trở khổng lồ (Giant Magneto - impedance effect) là sự thay đổi mạnh tổng trở Z của vật dẫn có từ tính dưới tác dụng của từ trường ngoài Hc và dòng điện cao tần có tần số  Hay theo L V Panina bản chất điện từ của hiệu ứng tổng trở khổng lồ (GMI) là sự kết hợp giữa hiệu ứng bề mặt và sự phụ thuộc của độ từ thẩm hiệu dụng ( eff) của dây dẫn vào từ

trường

1.1.2 Cơ chế hiệu ứng GMI

Cơ chế của hiệu ứng tổng trở khổng lồ (GMI) có bản chất điện- từ và

có thể giải thích bằng lý thuyết điện động lực học cổ điển Khi cho dòng điện xoay chiều qua dây dẫn có từ tính, dòng điện này sẽ sinh một từ trường biến thiên Ht vuông góc với dây dẫn (hình 1.1)

Mặt khác Ht từ hóa dây theo phương ngang

làm xuất hiện độ từ thẩm theo phương ngang

t Khi ta đưa từ trường ngoài Hext một chiều

song song với trục của dây dẫn thì từ trường

này sẽ làm thay đổi quá trình từ hoá theo

phương ngang tức là thay đổi độ từ thẩm ngang t là nguyên nhân ảnh hưởng đến tổng trở của dây (làm giảm tổng trở)

Tổng trở của dây dẫn từ tính có dòng điện xoay chiều tần số  chạy qua dưới tác dụng của ngoài một chiều Hex đặt dọc theo trục của dây được xác định theo biểu thức sau [1]

- Rdc là điện trở của dây dẫn

r o dc R X

Với  là điện trở suất và  là tần số góc của dòng điện xoay chiều đặt vào dây dẫn Từ (1 5) thấy tổng trở của một dây dẫn có từ tính phụ thuộc vào: bản chất của vật liệu làm dây dẫn (), tần số góc của dòng điện đặt vào dây dẫn (), Độ dầy thấm sâu bề mặt ( ), độ từ thẩm …

Công thức (1.5) cho thấy hiệu ứng GMI là sự thay đổi mạnh tổng trở

Z của vật dẫn có từ tính dưới tác dụng của từ trường ngoài Hext và dòng điện

có tần số cao (w) Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI, người ta đưa ra tỷ số GMIrđược định nghĩa như sau:

Trong đó: Z(H) là tổng trở được đo ở từ trường H

Z(Hmax) là tổng trở đo ở điểm từ trường lớn nhất (của hệ đo) Mối liên hệ giữa độ từ thẩm bề mặt , độ từ thẩm  và từ trường ngoài Hext được thể hiện như hình vẽ 1.2

Khi từ trường ngoài Hext tăng thì độ từ thẩm  giảm dần, tốc độ thấm sâu bề mặt tăng và ngược lại

1.2 Ảnh hưởng của thông số đo đến tỷ số GMI

1.2.1 Cường độ dòng điện chạy

qua mẫu

Các nghiên cứu chỉ ra rằng,

tỷ số GMIr cực đại phụ thuộc vào

cường độ dòng điện chạy qua mẫu

Đồ thị trên hình 1.3 cho thấy sự

phụ thuộc giữa giá trị, hình dạng

đường cong GMI và dòng điện cao

tần có tính tỷ lệ nghịch Đường

cong GMI tương ứng với giá trị

cường độ dòng điện nhỏ cho thấy có sự tách đỉnh rõ nét, nhưng ở dòng có cường độ dòng điện lớn hơn, chúng dần mất đi hiện tượng tách đỉnh và đồ thị chỉ còn một đỉnh Các công bố cũng chỉ ra rằng, sự phụ thuộc của hiệu ứng GMI vào cường độ dòng điện với các vật liệu khác nhau là khác nhau

điện xoay chiều Các nghiên

cứu chỉ ra rằng với sự tăng

của tần số, quá trình từ hóa

qua việc dịch vách đômen diễn ra ở tần số thấp (100kHz – 1 MHz) đối với băng vô định hình Với tần số < 100 kHz, giá trị cực đại của GMI (%) tương

Hình 1.3 Tỷ số GMIr của băng vô định hình

nền Co theo cường độ dòng điện

Hình 1.4 Tỷ số GMIr của băng nano tinh

thể Fe 71 Al 2 Si 14 B 8,5 Cu 1 Nb 3,5 phụ thuộc tần số.

đối thấp, do sự chiếm ưu thế của hiện tượng cảm ứng từ vào từ tổng trở Đối với dải tần số từ 100 kHz đến 10 MHz, dải thông thường với hầu hết các nghiên cứu về hiệu ứng GMI, với sự tăng của tần số, tỷ số GMIrmax lúc đầu tăng, đến giá trị cực đại rồi sau đó giảm Như quan sát thấy ở hình 1.4, khi tần số tăng từ 1 – 5 MHz, GMIrmax tăng, hiệu ứng bề mặt chiếm ưu thế, khi tần số tiếp tục tăng lớn hơn 5 MHz, thì GMImax lại giảm theo chiều tăng của tần số Người ta cho rằng, ở vùng tần số 5 MHz, sự dịch vách đômen mạnh hơn do sự đóng góp của dòng điện xoáy vào độ từ thẩm theo phương ngang

1.2.3 Nhiệt độ đo

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đo trong dải nhiệt độ thấp

sử dụng các hệ vật liệu khác nhau như dây và băng vô định hình nền Co, dây

và băng nano tinh thể nền Fe đã được trình bày trong các công bố Hình 1.5 cho thấy: Khi khảo sát tỷ số GMIr với cùng một mẫu, trong điều kiện nhiệt độ

đo thấp ở các mẫu đã xử lý nhiệt, hầu như kết quả không đổi khi thay đổi nhiệt độ đo Sự thay đổi đáng kể, chỉ được quan sát thấy ở những mẫu chưa

xử lý nhiệt

ìn

Hình 1.5 Tỷ số GMIr đo ở tần số 4 MHz, nhiệt độ thay đổi từ 10K đến 300K

của băng vô định hình Co 69 Fe 4,5 Cu 1,5 Si 10 B 15 chưa ủ (a) và ủ ở 350 0 C (b).

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU TỪ MỀM NANÔ TINH THỂ

VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 2.1 Vật liệu từ mềm nanô tinh thể

2.1.1 Khái niệm

Vật liệu từ mềm, hay vật liệu sắt từ mềm (tiếng Anh: Soft magnetic

material) là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ hóa và khử từ, có nghĩa

là dễ từ hóa và dễ khử từ Vật liệu sắt từ mềm thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ

Hình 2.1 Cấu trúc vật liệu từ mềm nano tinh thể FeCuNbSiB

2.1.2 Tính chất của vật liệu từ mềm

Hình 2.2 Đường cong từ trễ của vật liệu

- Tính chất từ mềm của vật liệu từ mềm là lực kháng từ (coercivity, thường ký hiệu làHc) Lực kháng từ là từ trường ngoài ngược cần thiết để triệt tiêu từ độ của mẫu Lực kháng từ của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn

cỡ 100 Oe Những vật liệu có tính từ mềm tốt, thậm chí có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0,01 Oe)

- Độ từ thẩm ban đầu (intial permeability): Là thông số rất quan trọng nói lên tính từ mềm của vật liệu từ mềm Độ từ thẩm ban đầu được định nghĩa bởi công thức:

Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các vật liệu có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản ứng của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài Như ta biết quan

hệ giữa cảm ứng từ B, từ trường ngoài H và độ từ hóa M theo công thức:

với là hằng số từ, hay độ từ thẩm của chân không H

và M quan hệ theo biểu thức:

được gọi là độ cảm từ (magnetic sucseptibility) Như vậy, B có quan hệ với

H theo công thức:

- Độ từ thẩm cực đại (Maximum permeability): Ta biết rằng vật liệu sắt

từ không những có độ từ thẩm lớn mà còn có độ từ thẩm là một hàm của từ trường ngoài Và độ từ thẩm cực đại cũng là một thông số quan trọng Có những vật liệu sắt từ mềm có độ từ thẩm cực đại rất cao, tới hàng vài trăm ngàn ví dụ như permalloy, hay hợp kim nano tinh thể Finemet

- Cảm ứng từ bão hòa, hay từ độ bão hòa : Vật liệu từ mềm thường có từ độ bão hòa rất cao Loại có từ độ cao nhất là hợp kim

có từ độ bão hòa đạt tới 2,34 T

- Tổn hao dòng xoáy: Như đã biết, vật liệu từ mềm được sử dụng trong

từ trường ngoài, và nếu sử dụng trong trường xoay chiều, sẽ sinh ra các dòng điện Foucault gây mất mát năng lượng và tỏa nhiệt Công suất tổn hao Foucault được tính theo công thức:

với:

là cảm ứng từ bão hoà của lõi

: độ dày của lõi

là một hệ số đặc trưng

: Tần số từ trường xoay chiều

: Khối lượng riêng vật liệu

: điện trở suất

Từ công thức này ta lý giải được việc các lõi biến thế tôn Si (FeSi) được chế tạo thành các lá mỏng nhằm làm giảm độ dày, giảm tổn hao dòng xoáy Đồng thời, lõi FeSi chỉ có thể sử dụng cho biến thế tần số thấp vì ở tần

số cao, tổn hao sẽ rất lớn (do FeSi có điện trở suất thấp), trong khi các vật liệu gốm ferrite có thể sử dụng ở các tần số rất cao do chúng có bản chất gốm, có điện trở suất rất lớn, làm giảm tổn hao dòng xoáy

- Tổn hao trễ (Hysteresis Loss): Khi vật liệu từ mềm được sử dụng trong trường ngoài, nó sẽ bị từ hóa và tạo ra chu trình trễ, và sẽ có năng lượng

bị tổn hao cho việc từ hóa vật liệu

- Đặc trưng tần số: Khi sử dụng ở tần số càng cao, phẩm chất của vật liệu càng bị suy giảm, do đó sự thay đổi của phẩm chất theo tần số là một thông số rất đáng quan tâm

- Từ giảo: Về mặt bản chất, từ giảo là sự thay đổi hình dạng vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài Việc khử từ giảo giúp cho việc tạo ra tính

từ mềm tốt Có những vật liệu có từ giảo bằng 0 như vật liệu vô định hình nền Co

2.1.3 Phân loại vật liệu từ mềm

- Tôn Silic:

Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), hoặc chứa thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn được gọi là hợp kim Sendust, là một trong những vật liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ cứng cao, có độ từ thẩm cao và tổn hao trễ thấp Tuy nhiên, vật liệu này trên nền kim loại, nên có điện trở suất thấp, do đó không thể sử dụng ở tần số cao do sẽ làm xuất hiện tổn hao xoáy lớn

- Hợp kim Permalloy:

Là hợp kim củaniken(Ni) vàsắt (Fe), có lực kháng từ rất nhỏ, độ từ thẩm rất cao (vật liệu Ni75Fe25)có độ từ thẩm ban đầu lớn tới 10000), có độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn cao Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa không cao.

- Hợp kim FeCo:

Là các hợp kim từ mềm có từ độ bão hòa cao, nhiệt độ Curie cao

- Các vật liệu gốm ferrite:

Là hợp chất của ôxit Fe (Fe2O3) với một ôxit kim loại hóa trị 2 khác,

trở suất rất cao nên tổn hao dòng xoáy của ferrite rất thấp, được dùng cho các ứng dụng cao tần và siêu cao tần

- Hợp kim vô định hình và nanô tinh thể:

Là các hợp kim nềnsắt haycô ban (Co), ở trạng thái vô định hình, do

đó có điện trở suất cao hơn nhiều so với các hợp kim tinh thể, đồng thời có khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ học cao, và có thể sử dụng ở tần số cao hơn so với các vật liệu tinh thể nền kim loại Vật liệu vô định hình không có cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị hướng từ tinh thể, vì thế nó có tính từ mềm rất tốt Vật liệu vô định hình nền Co còn có từ giảo bằng 0 nên còn có lực kháng từ cực nhỏ Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nanô tinh thể, là các hạt nanô kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ

tổ hợp hai pha vô định hình và tinh thể nên có tính từ mềm cực tốt và có thể

sử dụng ở tần số cao Vật liệu từ mềm nanô tinh thể thương phẩm tốt nhất là Finemet Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1 được phát minh bởi Yoshizawa (Hitachi Metal Ltd,Nhật Bản) năm 1988 và nhiều thế hệ khác được phát triển sau đó

- Và nhiều loại khác

2.2 Công nghệ chế tạo

2.2.1 Công nghệ nguội nhanh

Công nghệ nguội nhanh từ thể lỏng: Khi hợp kim hay kim loại được làm nóng chảy ở trạng thái lỏng trong vòi phun (nồi nấu), dưới áp suất nén của khí Ar thổi vào vòi phun làm cho hợp kim lỏng phun lên mặt một trống bằng đồng đang quay với tốc độ nhanh Khi gặp mặt trống đồng, hợp kim hay kim loại lỏng dàn mỏng, nhanh chóng mất nhiệt, rồi đông cứng tức thời và văng ra ngoài dưới dạng băng mỏng cỡ từ 20 – 30 m

Theo tính toán và các kết quả thực nghiệm, tốc độ nguội có thể đạt 106 K/S (1 triệu độ trong một giây), nếu vận tốc của mặt trống đồng quay cỡ 30 m/s Với tốc độ nguội như vậy, quá trình kết tinh không kịp xảy ra Hợp kim đông cứng dưới dạng phi tinh thể và được gọi là kim loại thủy tinh hay hợp kim vô định hình (pha G) - một trạng thái mới của kim loại hay hợp kim

2.2.1.1 Các phương pháp nguội nhanh chế tạo vật liệu dưới dạng băng mỏng

Băng hợp kim vô định hình nguội nhanh có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau Tuỳ theo yêu cầu khác nhau về độ mỏng của băng mà người ta có thể sử dụng các phương pháp khác nhau để chế tạo vật liệu Nếu cần băng có độ dày từ 20   m người ta thường dùng phương

a)

Hình 2.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu dạng băng mỏng từ thể lỏng [3]

a/ Phương pháp ly tâm; b/ Phương pháp đơn trục; c/ Phương pháp hai trục

pháp nguội nhanh đơn trục hay ly tâm Nếu cần băng có độ dày lớn hơn 100

m người ta dùng phương pháp hai trục

Trong nghiên cứu này chúng tôi đề cập và nghiên cứu trên thiết bị nguội nhanh đơn trục Phương pháp này thường được dùng nhiều nhất để chế tạo hợp kim dưới dạng băng mỏng nói chung, đặc biệt là hợp kim vô định hình, vì ưu điểm của phương pháp này đơn giản, hợp kim có độ đồng nhất hóa học cao, dễ điều khiển, cho năng suất cao Hợp kim nóng chảy được nấu trong vòi phun thạch anh bằng dòng cảm ứng cao tần, sau đó được phun lên

bề mặt trống đồng đang quay, hợp kim nóng chảy được giàn đều trên bề mặt trống đồng, văng ra dưới dạng băng mỏng

2.2.1.2 Tốc độ nguội của hợp kim nóng chảy

Ở đây, tốc độ chảy của hợp kim nóng chảy phụ thuộc vào kích thước vòi phun, độ chảy nhớt và áp suất khí nén Với các hợp kim có thành phần khác nhau tốc độ làm nguội phụ thuộc vào tính chất của từng hợp kim và hệ

số truyền nhiệt giữa hợp kim nóng chảy và bề mặt của vật làm nguội (trống trong phương pháp nguội nhanh đơn trục)

Quá trình truyền nhiệt giữa hợp kim nóng chảy và mặt trống đồng có thể xảy ra ở một trong ba trường hợp sau (hình 2.4)

 Trường hợp truyền nhiệt lý tưởng: Khi hợp kim nóng chảy và mặt trống đồng tiếp xúc lý tưởng, cản trở truyền nhiệt ở biên giữa chúng không tồn tại

và h = 

 Trường hợp truyền nhiệt chậm: Giữa hợp kim nóng chảy và trống đồng

có sự cản trở truyền nhiệt đặc lớn làm hợp kim nóng chảy không thể toả nhiệt được h = 0

 Trường hợp trung gian: Quá trình truyền nhiệt xảy ra với: 0 < h <  Trong thực tế chỉ tồn tại quá trình truyền nhiệt trung gian Nếu gọi:

- R: Tốc độ làm nguội

- Cp: Nhiệt dung riêng

- : Khối lượng riêng của hợp kim nóng chảy

- b: Bề dày của hợp kim nóng chảy

Thì: R = h(T 1 - T o )/ Cp  b (2.1)

Nếu hợp kim nóng chảy có thành phần không đổi thì (T 1 - T o ) không

thay đổi, khi đó, tốc độ làm nguội tỷ lệ thuận với h và tỷ lệ nghịch với b

- Các trường hợp có thể xảy ra

+ Trường hợp truyền nhiệt chiếm ưu thế nhiệt toả ra nhanh hơn chuyển động của hợp kim nóng chảy Mặt đông cứng của lớp hợp kim ở phía trên mặt trống

+ Trường hợp truyền mômen động lượng chiếm ưu thế hợp kim nóng chảy chuyển động nhanh hơn vận tốc của quá trình truyền nhiệt và mặt đông cứng nằm tiếp xúc với mặt trống

Để chế tạo các hợp kim vô định hình, cho đến nay phương pháp thông dụng nhất vẫn là làm đông cứng cấu trúc chất lỏng (hợp kim lỏng) với tốc độ nguội nhanh Khi làm lạnh hợp kim trong một thời gian dài, sao cho trạng thái cân

bằng nhiệt động được xác lập, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ở nhiệt độ kết tinh T m

Hình 2.4 Sơ đồ mô tả các cơ chế truyền nhiệt trong kỹ thuật nguội nhanh [5]