Luận Văn Thạc Sĩ Quản Lý Chất Rắn: Nghiên Cứu Công Nghệ Chế Tạo Vật Liệu Alnico Từ Cứng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu quản lý chất rắn nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng alnico, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Nguyễn Huy Ngọc
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Huy Dân
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng Alnico
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG ALNICO
• 1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng Alnico
• 1.2. Cấu trúc và tính chất từ của vật liệu từ cứng Alnico
• 1.3. Công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng Alnico
• 1.3.1. Phương pháp đúc
• 1.3.2. Phương pháp thiêu kết
• 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu từ cứng Alnico
• 1.4.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt
• 1.4.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm
• 1.5. Tình hình nghiên cứu và chế tạo trong nước
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo mẫu
• 2.1.1. Chế tạo mẫu bằng phương pháp đúc
• 2.1.2. Chế tạo mẫu bằng phương pháp thiêu kết
• 2.2. Xử lý nhiệt mẫu hợp kim
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét
• 2.3.3. Phương pháp hiển vi quang học
• 2.4. Phép đo tính chất từ trên hệ đo từ trường xung
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng Alnico bằng phương pháp đúc
• 3.1.1. Đúc đẳng hướng trong lò hồ quang
• 3.1.2. Đúc dị hướng trong lò trung tần
• 3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng Alnico bằng phương pháp thiêu kết
• 3.2.1. Ảnh hưởng của chế độ thiêu kết
• 3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt
• 3.3. Kết luận chương 3
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng Alnico, một loại vật liệu quan trọng trong lĩnh vực vật lý chất rắn. Tác giả Nguyễn Huy Ngọc đã thực hiện nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của GS. Nguyễn Huy Dân tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Luận văn này không chỉ đóng góp vào lĩnh vực khoa học vật liệu mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc quản lý chất rắn và chất thải.

1.1. Quản lý chất rắn

Quản lý chất rắn là một trong những vấn đề trọng tâm của luận văn. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc chế tạo vật liệu Alnico mà còn đề cập đến việc quản lý chất thải trong quá trình sản xuất. Việc tối ưu hóa quy trình chế tạo giúp giảm thiểu chất thải và tăng hiệu quả sử dụng nguyên liệu.

1.2. Công nghệ chế tạo

Công nghệ chế tạo vật liệu Alnico được nghiên cứu kỹ lưỡng trong luận văn. Hai phương pháp chính được áp dụng là đúc và thiêu kết. Các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, thời gian ủ, và thành phần nguyên liệu được điều chỉnh để đạt được vật liệu có tính chất từ tốt nhất.

II. Vật liệu Alnico

Vật liệu Alnico là một loại hợp kim từ cứng dựa trên cơ sở hệ Al-Ni-Fe. Nó có tính chất từ tốt, đặc biệt là nhiệt độ Curie cao và khả năng chống ăn mòn. Luận văn này nghiên cứu sâu về cấu trúc và tính chất của vật liệu Alnico, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nó.

2.1. Nghiên cứu vật liệu

Nghiên cứu vật liệu Alnico trong luận văn bao gồm việc phân tích cấu trúc tinh thể, tính chất từ, và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu. Các phương pháp như nhiễu xạ tia X và hiển vi điện tử quét được sử dụng để khảo sát cấu trúc vi mô của vật liệu.

2.2. Vật liệu từ cứng

Vật liệu từ cứng Alnico có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không, quốc phòng, và khoa học. Luận văn này đã chế tạo thành công vật liệu Alnico 5 và Alnico 8 với các thông số từ tương đương với các sản phẩm thương mại.

III. Ứng dụng Alnico

Ứng dụng Alnico trong thực tế là một trong những mục tiêu chính của luận văn. Vật liệu này được sử dụng trong các thiết bị điện tử, động cơ, và các ứng dụng quân sự. Nghiên cứu này không chỉ cải thiện hiệu suất của vật liệu mà còn mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực vật liệu từ cứng.

3.1. Kỹ thuật vật liệu

Kỹ thuật vật liệu được áp dụng trong luận văn bao gồm các phương pháp chế tạo và xử lý nhiệt vật liệu Alnico. Các thông số kỹ thuật được tối ưu hóa để đạt được vật liệu có tính chất từ tốt nhất, đáp ứng các yêu cầu ứng dụng thực tế.

3.2. Quản lý chất thải

Quản lý chất thải trong quá trình chế tạo vật liệu Alnico cũng được đề cập trong luận văn. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất giúp giảm thiểu chất thải và tăng hiệu quả sử dụng nguyên liệu, góp phần bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu từ cứng Alnico là hợp kim chủ yếu gồm các nguyên tố Al, Ni, Co, Fe cùng một số nguyên tố phụ gia như Cu, Ti, Nb, có nhiệt độ Curie khoảng 850°C, lực kháng từ Hc trong khoảng 0,5 – 2 kOe, cảm ứng từ dư Br từ 7 đến 14 kG và tích năng lượng cực đại (BH)max dao động từ 1,5 đến 11 MGOe. Alnico được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, hàng không, quốc phòng và khoa học do khả năng chịu nhiệt độ cao (~540°C), độ bền cơ học tốt và khả năng chống ăn mòn vượt trội so với các loại nam châm khác. Mặc dù tích năng lượng cực đại và lực kháng từ của Alnico thấp hơn các nam châm chứa đất hiếm, nhưng tính ổn định nhiệt và cơ tính của nó vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng đặc thù.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng Alnico theo hợp phần thương mại của Alnico 5 (ANC5) và Alnico 8 (ANC8) bằng hai phương pháp chính: đúc và thiêu kết. Mục tiêu là chế tạo được vật liệu có tính chất cơ học và từ tính tốt, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ như nhiệt độ, thời gian ủ nhiệt, thành phần pha thêm lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong giai đoạn 2020-2022.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc xây dựng quy trình công nghệ chế tạo Alnico trong nước, góp phần chủ động nguồn vật liệu từ cứng phục vụ các ngành công nghiệp quốc phòng và công nghệ cao. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học để cải tiến và nâng cao chất lượng nam châm Alnico, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường và ứng dụng thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật lý chất rắn và từ tính, trong đó nổi bật là:

• Lý thuyết phân hủy spinodal: Giải thích cơ chế hình thành cấu trúc vi pha trong hợp kim Alnico, với sự phân tách thành pha sắt từ giàu Fe-Co (α1) và pha phi từ giàu Ni-Al (α2). Quá trình này được điều khiển bởi các yếu tố nhiệt động lực học và khuếch tán, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất từ của vật liệu.

• Lý thuyết Neel-Zijlstra và Cahn: Mô tả sự phát triển và định hướng của các hạt pha α1 trong từ trường, giải thích sự hình thành dị hướng hình dạng và ảnh hưởng của năng lượng từ trường, năng lượng đàn hồi đến cấu trúc vi mô.

• Lý thuyết Stoner-Wohlfarth và các điều chỉnh sau: Mô hình tính toán lực kháng từ Hc dựa trên tương tác giữa các hạt đơn miền, dị hướng đơn trục và ảnh hưởng của tương tác hạt, giúp giải thích các giá trị thực nghiệm của lực kháng từ trong Alnico.

Các khái niệm chính bao gồm: lực kháng từ (Hc), cảm ứng từ dư (Br), tích năng lượng cực đại ((BH)max), phân hủy spinodal, pha α1 và α2, dị hướng hình dạng, và quá trình xử lý nhiệt trong từ trường (XLN).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành theo phương pháp thực nghiệm với các bước chính:

• Nguồn dữ liệu: Các mẫu hợp kim Alnico 5 và Alnico 8 được chế tạo tại Viện Khoa học vật liệu bằng phương pháp đúc (lò hồ quang và lò trung tần) và thiêu kết (nghiền bột, ép viên, thiêu kết trong chân không).

• Phương pháp phân tích: Cấu trúc vi mô được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), và hiển vi quang học. Tính chất từ được đo trên hệ thống từ trường xung, xác định các thông số Hc, Br, Ms và (BH)max.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình chế tạo và xử lý nhiệt mẫu được thực hiện trong khoảng thời gian 2020-2022. Các chế độ ủ nhiệt được khảo sát trong khoảng nhiệt độ 600°C đến 800°C với thời gian ủ từ 3 đến 9 giờ để xác định điều kiện tối ưu.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu hợp kim có khối lượng từ 15 đến 20 g cho phương pháp đúc, và viên ép có kích thước chuẩn Φ4 mm x 4 mm cho thiêu kết. Mẫu được chọn theo tiêu chí đồng nhất về thành phần và kích thước để đảm bảo tính đại diện.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa kỹ thuật luyện kim hiện đại và các phương pháp phân tích vật liệu tiên tiến nhằm đánh giá toàn diện ảnh hưởng của công nghệ chế tạo đến tính chất vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo đến tính chất từ: Mẫu ANC5 và ANC8 đúc đẳng hướng trong lò hồ quang có từ độ bão hòa Ms lần lượt khoảng 150 emu/g và 100 emu/g, lực kháng từ Hc lần lượt 0,3 kOe và 1 kOe trước xử lý nhiệt. Sau khi ủ nhiệt ở 700°C trong 3 giờ, lực kháng từ tăng lên 0,61 kOe (ANC5) và 1,62 kOe (ANC8), cảm ứng từ dư Br đạt 10,6 kG và 8,2 kG, tích năng lượng cực đại (BH)max lần lượt 4,1 MGOe và 5,2 MGOe.

2. Chế độ ủ nhiệt tối ưu: Nhiệt độ ủ 700°C trong 3 giờ được xác định là điều kiện tối ưu cho cả hai loại hợp kim, giúp tăng lực kháng từ lên khoảng 50-70% so với mẫu chưa xử lý. Ủ nhiệt ở 600°C hoặc 800°C cho kết quả thấp hơn, chứng tỏ sự phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ ủ.

3. Ảnh hưởng của thành phần pha thêm: Nồng độ Co cao trong ANC8 (31,5 at.%) giúp tăng nhiệt độ Curie và lực kháng từ, trong khi Ti (5,5 at.%) làm tăng dị hướng hình dạng hạt α1, góp phần nâng cao lực kháng từ. Cu và Al cũng hỗ trợ tăng tính đồng nhất và cải thiện lực kháng từ. Các nguyên tố phụ gia được điều chỉnh để cân bằng giữa cảm ứng từ dư và lực kháng từ.

4. So sánh phương pháp đúc và thiêu kết: Nam châm thiêu kết có tính chất từ kém hơn so với đúc, nhưng có độ bền cơ học cao hơn. Ví dụ, mẫu thiêu kết ANC5 có Hc khoảng 0,63 kOe, Br 10,9 kG và (BH)max 3,9 MGOe, thấp hơn so với mẫu đúc cùng loại.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy quá trình xử lý nhiệt trong từ trường (XLN) đóng vai trò quyết định trong việc hình thành cấu trúc vi pha phân hủy spinodal, từ đó nâng cao lực kháng từ và tích năng lượng cực đại của vật liệu. Nhiệt độ ủ 700°C là điểm cân bằng giữa sự phát triển hạt α1 đủ lớn và duy trì kích thước hạt nhỏ dưới 20 nm, giúp tăng dị hướng hình dạng và giảm tương tác trao đổi giữa các hạt.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả lực kháng từ và tích năng lượng cực đại của mẫu ANC8 tương đương với nam châm thương mại đẳng hướng, chứng tỏ khả năng làm chủ công nghệ chế tạo tại Việt Nam. Tuy nhiên, mẫu ANC5 chưa đạt được cảm ứng từ dư và tích năng lượng cực đại như nam châm dị hướng thương mại, cho thấy cần tiếp tục tối ưu quy trình xử lý nhiệt và điều chỉnh thành phần pha thêm.

Việc sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như SEM, EDX và XRD giúp xác định rõ sự phân bố nguyên tố và cấu trúc pha, hỗ trợ giải thích cơ chế tăng cường lực kháng từ. Các biểu đồ đường từ trễ và ảnh hiển vi quang học minh họa rõ sự thay đổi cấu trúc và tính chất từ trước và sau xử lý nhiệt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt: Thực hiện các thử nghiệm ủ nhiệt với nhiều bước hơn và thời gian kéo dài để tăng cường sự phân tách pha và dị hướng hình dạng hạt α1, nhằm nâng cao lực kháng từ và tích năng lượng cực đại. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Viện Khoa học vật liệu.

2. Điều chỉnh thành phần pha thêm: Nghiên cứu bổ sung các nguyên tố như Nb, Si, S với nồng độ thích hợp để cải thiện dị hướng hình dạng và ổn định pha, đồng thời giảm thiểu sự xuất hiện pha không mong muốn γ. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: Nhóm nghiên cứu vật liệu kim loại.

3. Phát triển công nghệ đúc dị hướng: Áp dụng kỹ thuật đúc với khuôn làm mát có gradient nhiệt và từ trường định hướng để tạo cấu trúc hạt cột, nâng cao cảm ứng từ dư và lực kháng từ cho mẫu ANC5. Thời gian thực hiện: 18 tháng. Chủ thể: Phòng thí nghiệm công nghệ luyện kim.

4. Nâng cao chất lượng thiêu kết: Tối ưu áp suất ép, nhiệt độ và thời gian thiêu kết để tăng mật độ vật liệu, giảm lỗ rỗng, cải thiện tính chất cơ học và từ tính của nam châm thiêu kết. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu vật liệu bột.

5. Xây dựng quy trình sản xuất công nghiệp: Dựa trên kết quả nghiên cứu, thiết kế quy trình sản xuất Alnico quy mô công nghiệp phù hợp với điều kiện trong nước, đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế. Thời gian thực hiện: 24 tháng. Chủ thể: Viện Khoa học vật liệu phối hợp doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và kỹ sư vật liệu từ tính: Luận văn cung cấp kiến thức sâu về cấu trúc, tính chất và công nghệ chế tạo Alnico, hỗ trợ phát triển vật liệu từ cứng mới và cải tiến quy trình sản xuất.

2. Doanh nghiệp sản xuất nam châm và thiết bị điện tử: Tham khảo để áp dụng công nghệ chế tạo Alnico trong sản xuất nam châm vĩnh cửu, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí nhập khẩu.

3. Cơ quan quốc phòng và công nghiệp quốc gia: Sử dụng kết quả nghiên cứu để chủ động nguồn vật liệu từ cứng phục vụ các thiết bị quân sự, hàng không và công nghệ cao, đảm bảo an ninh công nghệ.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành vật lý chất rắn, kỹ thuật vật liệu: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật chế tạo và phân tích vật liệu từ, hỗ trợ học tập và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu Alnico có ưu điểm gì so với nam châm đất hiếm?
   Alnico có nhiệt độ hoạt động cao (~540°C), độ bền cơ học tốt và khả năng chống ăn mòn vượt trội, phù hợp với môi trường khắc nghiệt mà nam châm đất hiếm khó đáp ứng. Ví dụ, trong ngành hàng không và quốc phòng, Alnico vẫn được ưu tiên sử dụng.

2. Tại sao cần xử lý nhiệt trong từ trường (XLN) cho Alnico?
   XLN giúp tạo cấu trúc vi pha phân hủy spinodal với hạt α1 định hướng, tăng lực kháng từ và tích năng lượng cực đại. Quá trình này làm giảm tương tác trao đổi giữa các hạt, cải thiện tính chất từ cứng.

3. Phương pháp đúc và thiêu kết khác nhau thế nào về tính chất vật liệu?
   Đúc tạo ra vật liệu có tính chất từ tốt hơn, đặc biệt là lực kháng từ và tích năng lượng cực đại cao hơn. Thiêu kết cho phép sản xuất số lượng lớn với kích thước nhỏ, có độ bền cơ học cao nhưng tính chất từ kém hơn.

4. Ảnh hưởng của nguyên tố Ti trong hợp kim Alnico là gì?
   Ti làm tăng dị hướng hình dạng hạt α1, kéo dài hạt và tăng hiệu số từ độ bão hòa giữa pha α1 và α2, từ đó nâng cao lực kháng từ. Tuy nhiên, Ti cũng làm giảm cảm ứng từ dư nếu nồng độ quá cao.

5. Làm thế nào để kiểm soát pha không mong muốn γ trong Alnico?
   Kiểm soát nhiệt độ hòa tan và tốc độ làm nguội là yếu tố quan trọng. Nung ở nhiệt độ cao (1200-1300°C) và làm nguội nhanh giúp tránh sự hình thành pha γ, từ đó duy trì tính chất từ tốt.

Kết luận

• Đã thành công trong việc chế tạo vật liệu từ cứng Alnico 5 và Alnico 8 bằng phương pháp đúc và thiêu kết với các thông số từ tương đương nam châm thương mại.
• Xác định được chế độ xử lý nhiệt tối ưu là 700°C trong 3 giờ giúp tăng lực kháng từ và tích năng lượng cực đại đáng kể.
• Phân tích chi tiết ảnh hưởng của thành phần pha thêm và công nghệ chế tạo đến cấu trúc vi pha và tính chất từ của vật liệu.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quy trình chế tạo và phát triển công nghệ đúc dị hướng để nâng cao chất lượng vật liệu.
• Kế hoạch tiếp theo là mở rộng nghiên cứu về xử lý nhiệt đa bước, điều chỉnh thành phần pha thêm và phát triển quy trình sản xuất công nghiệp.

Hành động ngay: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai các đề xuất nhằm nâng cao năng lực sản xuất vật liệu từ cứng Alnico trong nước, góp phần phát triển ngành công nghiệp vật liệu từ và công nghệ quốc phòng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIEN HAN LAM KHOA HOC VA CONG NGHE VIET NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Huy Ngọc NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHE TAO VAT LIEU TỪ CỨNG ALNICO LUAN VAN THAC Si VAT LY CHAT RAN Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIEN HAN LAM KHOA HQC VA CONG NGHE VIET NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Huy Ngọc Lớp: PHY2019B, Khóa: CH2019B __ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHE TAO VAT LIEU TU CUNG ALNICO Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số : 8440104 - LUẬN VĂN THẠCSĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT CHÁT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC: GS. NGUYEN HUY DAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này không trùng lặp với các khóa luận, luận văn, luận án và các công trình nghiên cứu đã công bố. Tác giả luận văn Nguyễn Huy Ngọc ii LOI CAM ON Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS. Nguyễn Huy Dân đã dành cho tôi những định hướng khoa học hiệu quả, sự động viên và giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo là Học viện Khoa học và Công nghệ cùng Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cơ quan mà tôi công tác trong quá trình thực hiện luận văn. Luận văn này được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí của Hợp phần dự án Khoa học Công nghệ trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, mã số TĐANQP. Công việc thực nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu và linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS.

Phạm Thị Thanh, TS. Nguyễn Hải Yến cùng các đồng nghiệp làm việc và học tập tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu và linh kiện điện tử đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn cao học. Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất. Chính sự tin yêu mong đợi của gia đình và bạn bè đã tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận văn này.

Tác giả luận văn Nguyễn Huy Ngọc 11 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TAT Chữ viết tắt/. ký hiệu Tiêng Anh Tiêng Việt ANCS5 Alnico 5 Alnico 5 ANC8 Alnico 8 Alnico 8 (BH) max Maximum energy product Tích năng lượng cực đại bcc Body-centered cubic Lập phương tâm khối B: Remanence Cảm ứng từ du Energy-dispersive X-ray , , EDX Phô tán sắc năng lượng tia X spectroscopy fcc Face centered cubic Lập phương tâm mặt h Hour Giờ He Coercivity Lực kháng từ Ms Saturation magnetization Tw d6 bao hoa SEM Scanning Electron Microscope Kinh hién vi điện tử quét Tc Curie temperature Nhiệt độ Curie XLN Xử lý nhiệt XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X °C Degree Celsius Độ C IV DANH MUC CAC BANG BIEU Bảng I. Thành phần và các thông số từ của một số loại nam châm Alnico chế tạo bằng phương pháp đúc và phương pháp thiêu kết (thành phần còn lại là Fe và các nguyên tố thêm vào khác < 2 Bảng 2. Lực kháng từ H.

của hợp kim ANCS và ANC8 ở các nhiệt độ ủ Ta khác nhau. Một số chế độ XLN nam châm ANCS5. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐÒ THỊ Sự phát triển của các nam châm vĩnh cửu theo (BH)max ở nhiệt độ phòng trong thế kỷ XX [13].-- - 2212222222222 5 So sánh một số tính chất của các loại nam châm.- 6 Sơ đồ vi cầu trúc của nam châm Alnico đo sự phân hủy spinodal trong từ trường [Š].- << c2 Sa 8 Giản đồ pha (a) và năng lượng tự do (b) của quá trình phân hủy spInodal [16 ].----- c- c2 2131 S1 St 9 Giản đồ pha của quá trình phân hủy spinodal [15].- 10 Giản đồ xử lý nhiệt nam châm Alnico [2]. 2 s++<ss2 12 Giản đồ pha của nam châm Alnico [22].-- -- 12 Các công đoạn trong quy trình chế tạo nam châm Alnico bằng phương pháp đúc.- Ăn nhe 15 Các công đoạn trong quy trình chế tạo nam châm Alnico bằng phương pháp bột thiêu kết.

17 Ảnh hiển vi điện tử của ANC§ được xử lý nhiệt trong từ trường trong 10 phut 6 a) 750°C, b) 780°C, c) 810°C va d) 830°C. Hang trên các mẫu song song với hướng từ trường, hàng dưới vuông góc với từ trường [3⁄4].-- ch nh ky 19 Sơ đồ khối của hệ nấu mẫu hồ quang. 222cc ssssseẻ 25 Hệ nấu mẫu hồ quang (a) và bên trong buồng nấu mẫu (b). 26 Lò trung tần ZG-0,01].

2222211111111 rg 27 May dap ham Pex-100x125 (a) và máy nghiền thô DSB 9500x650 (Đ).cQnnnnn SH HT nen hen HH 28 Máy nghiền tỉnh Jet Milling LHL - l. 28 Máy ép thủy lỰC.- ch nh nh như 28 Lò thiêu kết chân không nguội nhanh RVS-15G.- 29 Thiết bị ủ nhiệt Tube Furnace 21100.--c << 29 Thiết bị nhiễu xạ tia X Equinox 5000.----------55- 30 Nguyên lý hiện tượng nhiễu xạ.----cc⁄ << 552 31 Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800. VI Kính hiển vi quang học Axiovert 40 MATT.----:---s:-: Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung.----:---c:cccccc++ Hệ đo từ trường XUng.- Là HH HH HH ườ Đường M(H) thu được từ hệ đo (a) và đường M(H) và B(H) đã được xử lý và chuyên đổi đơn vị (b).----¿-©22cccccxsrxerseee Sự phụ thuộc của hệ số khử từ N vào tỷ số L/d của mẫu hình trụ [8]. Đường cong từ trễ của nam châm chưa bổ chính (đường liền nét) và đã bô chính (đường đứt nét) ứng với mẫu hình trụ [§].

Ảnh chụp mẫu hợp kim ANC5 đúc đẳng hướng trong lò hồ quang Đường từ trễ của hợp kim ANC5§ và ANC§ trước khi XLN. Đường từ trễ của hợp kim ANC5 (a) và ANC§ (b) sau khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 3 h.- Các đường đặc trưng từ của mẫu ANC5 (a) và ANC§ (b) được ủ nhiệt ở 700°C trong 3 h.------ c2 22s sa Ảnh hiển vi quang học kim tương của hợp kim ANC§ trước (a) và sau (b) ủ nhIiỆt. Khuôn đúc (a) và hợp kim sau khi đúc dị hướng trong lò trung tần Ảnh chụp bên trong mẫu ANC5 được đúc ở các chế độ khác nhau: (a) không kết tinh định hướng, (b) kết tỉnh định hướng một phan, (c) kết tinh định hướng hoàn toàn. 2 2+++ se Phổ EDX của hợp kim ANCS (a) va ANCS8 (b) Các đường đặc trưng từ của mẫu ANC5 sau khi ủ nhiệt ở 650°C trong 9 h.- cà Sàn HH TT HH HT HH TT Hàng Các mảnh nhỏ hợp kim sau khi đập thô (a), bột hợp kim sau khi đập hàm (b), nghiền thô (c) và nghién tỉnh (đ).------- Anh SEM của bột hợp kim ANCS được nghiễn thô (a) và nghiền Giản đồ XRD của bột hợp kim ANCS.---5-552ccccccccec Đường từ trễ của bột hợp kim ANC5 thiêu kết ở 1100°C trong 1h Sự phụ thuộc của H‹ vào các nhiệt độ thiêu kết khác nhau.

vii Giản đồ XLN nam cham ANCS5.ccccccccssssssssessssesssseccssecesesessessssesessecenee 49 Gia tri luc khang tir He cua nam cham ANCS sau thiéu kết và XLN ở một số chế độ khác nhau.- 2-2 ++£+2EE+££2EEEetEEEEeerrrkeee 50 Đường từ trễ tiêu biểu của nam châm ANC5 ở chế độ XLN2 và Đường đặc trưng từ của nam châm ANCS trước XLN. 51 Đường đặc trưng từ của nam châm ANCS ở chế độ XLN tối ưu. 52 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LOI CAM ON ii DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT Hi DANH MUC CAC BANG BIEU iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐÔ THỊ Vv 9827. TONG QUAN VE VAT LIEU TU CUNG ALNICO.

Lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng Alnico. Câu trúc và tính chất từ của vật liệu từ cứng Alnico. Công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng AÏICO. Phương pháp đúc.

Phương pháp thiêu kết. Các yếu tố ảnh hưởng lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu từ cứng s28. Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt. Ảnh hưởng của các nguyên tổ pha thêm.

Tình hình nghiên cứu và chế tạo trong nước.- -----+++++++s+2 24 Kết luận chương l.--2-2222++2E++2EEEEEESEEEEEEEEEEEEErErkrerrkrerkrrrrke 24 Chương 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM. Chế tạo TmẫU. Chế tạo mẫu bằng phương pháp đúc.

Chế tạo mẫu bằng phương pháp thiêu kết. Xử lý nhiệt mẫu hợp kim. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc.----:--¿--«+2csz+zx++czse2 30 2. Phương pháp nhiễu xạ tia X.

Phương pháp hiển vi điện tử quét. Phương pháp hiển vi quang học. Phép đo tính chất từ trên hệ đo từ trường xung. KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN.

Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng Alnico bằng phương pháp đúc. Đúc đẳng hướng trong lò hồ quang. Đúc đị hướng trong lò trung tần. Nghiên cứu chế tạo vật 3.

Ảnh hưởng của 3. Ảnh hưởng của Kết luận chương 3. liệu từ cứng Alnico bằng phương pháp thiêu kết chế độ thiêu kết.-ccc-cccccsccsey chế độ xử lý nhiệt.----- DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.--- TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 36 36 40 44 44 41 51 53 54 55 MO DAU 1. Ly do chgn dé tai Vật liệu từ cứng cùng với các sản phâm ứng dụng của nó là nam châm vĩnh cửu đã được biết đến từ rất sớm bởi người Trung Quốc và Hy Lạp cô đại.

Cho đến nay, vật liệu từ cứng vẫn được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, từ các thiết bị quen thuộc không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày như động cơ điện, máy phát điện. cho đến các thiết bị hiện đại trong công nghệ thông tin, quân sự, khoa học, y tế. Khả năng ứng dụng lớn đã thúc đây sự nghiên cứu, tìm kiếm vật liệu mới và cải tiến công nghệ chế tạo, nhằm tạo ra những vật liệu từ cứng có phẩm chất từ tốt hơn và đáp ứng được các yêu cầu của cuộc sống ngày càng phát triển. Hợp kim Alnico lần đầu tiên được phát hiện bởi T.

Trong vài năm sau khi phát hiện, Alnico đã dần thay thế các nam châm điện trong động cơ và loa phóng thanh [2]. Tuy nam châm Alnico có lực kháng từ bé (< 2 kOe) nhưng nhờ có nhiét d6 Curie cao (~ 850°C), nhiệt độ hoạt động lớn (~ 540°C) cùng sự ôn định vượt trội trên một phạm vi nhiệt độ rộng và khả năng chống ăn mòn tốt nên hiện nay chúng vẫn được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như khoa học, hàng không, quốc phòng. mà các loại nam châm khác không thể thay thế được. Đồng thời, việc cải tiến công nghệ chế tạo nhằm nâng cao thông số từ của nam châm loại này vẫn luôn được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây [3-12].