phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm ba chƣơng: Chƣơng 1. Tổng quan về vật liệu từ cứng không chứa đất hiếm nền Co- Zr-B Chƣơng 2. Kỹ thuật thực nghiệm Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận 2 Chƣơng 1.
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG KHÔNG CHỨA ĐẤT HIẾM NỀN Co-Zr-B 1. Cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim Co-Zr-B không pha tạp 1. Cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = 0 - 4) chế tạo bằng phƣơng pháp thiêu kết xung điện Plasma (SPS) Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào nhiệt độ thiêu kết của nam châm Co-Zr-B đƣợc thể hiện trong hình 1. Các nam châm Co-Zr-B đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp thiêu kết xung điện plasma SPS (Spark Plasma Sintering) thể hiện lực kháng từ cao hơn băng nguội nhanh Co-Zr-B.
Tiếp xúc với nhiệt trong quá trình thiêu kết dẫn đến sự gia tăng lực kháng từ nhƣ trong trƣờng hợp ủ các băng nguội nhanh. Với bất kỳ nồng độ B, lực kháng từ của nam châm Co-Zr-B đạt giá trị lớn nhất sau khi thiêu kết ở 873 K và lực kháng từ đạt giá trị lớn nhất là 4,3 kOe với hợp kim Co 80Zr18B2. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào nhiệt độ ủ của hợp kim Co 80 Zr20-xBx [21].2 là phổ nhiễu xạ tia X của mẫu hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = 0 - 4) thiêu kết ở nhiệt độ 873 K. Các đỉnh nhiễu xạ của pha Co 5Zr và Co 23 Zr6 đã đƣợc tìm thấy trong hợp kim Co 80 Zr20 , Co 80Zr18B2 và Co 80 Zr18 B4.
Điều này cho thấy các nam châm Co-Zr-B nung kết ở 873 K gồm các pha Co 5 Zr và Co 23Zr6. Đánh giá về các tỷ lệ tƣơng ứng của các pha tinh thể trong các hợp kim Co-Zr-B là khá khó khăn vì sự 3 chồng chéo của các đỉnh nhiễu xạ. Để so sánh, mô hình nhiễu xạ tia X của hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 đã đƣợc kiểm tra để xem xét sự liên kết tinh thể của các pha Co 5Zr. Các mẫu XRD của hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 hơi khác so với các hợp kim Co 80Zr18B2 bột, cho thấy sự liên kết tinh thể của các giai đoạn Co 5Zr trong hợp kim khối Co 80 Zr18 B2 là đạt đến một mức độ nhất định.
Tuy nhiên, sự liên kết tinh thể là không quá quan trọng nhƣ mong đợi cho các nam châm đẳng hƣớng. Nó là điều cần thiết để làm biến dạng nam châm Co 80 Zr18 B2 để tạo ra một sự liên kết tinh thể cao hơn của pha Co x Zr (x = 5). Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu Hình 1. Đƣờng cong từ trễ của của hợp kim Co 80Zr20-x Bx (x = 0 - 4) thiêu mẫu bột Co 80 Zr18 B2 thiêu kết ở 873 K kết ở nhiệt độ 873 K: (a) Co 80Zr20, (b) đƣợc ép song song và vuông góc [21].
Co 80Zr18B2 và (c) Co 80Zr16B4 [21]. Để kiểm tra tính dị hƣớng từ của hợp kim Co-Zr-B đƣợc chế tạo bởi phƣơng pháp SPS, các tính chất từ của hợp kim Co 80Zr18B2 nung kết ở 873 K đƣợc đo theo hƣớng ép song song và vuông góc. Các đƣờng cong từ trễ đƣợc thể hiện trong hình 1. Các đƣờng cong từ trễ tƣơng ứng của hợp kim Co 80Zr18B2 là khá khác nhau, với một độ từ dƣ 6,4 kG đo theo hƣớng song song cao hơn so với độ từ dƣ 4,0 kG đo theo hƣớng vuông góc.
Nhƣ vậy, hợp kim Co 80 Zr18B2 thể hiện tính đẳng hƣớng từ. Sự liên kết tinh thể của các pha Co 5 Zr trong hợp kim Co 80 Zr18 B2 có thể là lý do cho quan sát tính hƣớng từ. Tích năng lƣợng cực đại (BH) max là 6,0 MGOe đã đạt đƣợc 4 với hợp kim Co 80 Zr18 B2 đo theo hƣớng song song. Giá trị tích năng lƣợng lý tƣởng (BH)max đƣợc tính bằng công thức (BH) max = Ir2/4 (với Ir là giá trị từ dƣ) khi giá trị lực kháng từ bằng hoặc cao hơn giá trị từ dƣ.
Tuy nhiên, giá trị tích năng lƣợng cực đại (BH)max của hợp kim Co 80Zr18B2 là nhỏ hơn nhiều so với giá trị lý tƣởng của (BH)max , ƣớc tính là 10,2 MGOe bằng cách sử dụng giá trị từ dƣ 6,4 kG. Điều này một phần là do các lực kháng từ nhỏ và một phần do độ vuông của các đƣờng cong từ trễ. Nhƣ vậy, áp dụng phƣơng pháp biến dạng nóng để cải thiện độ vuông của các đƣờng cong từ trễ trong hợp kim Co-Zr-B. Nó đã đƣợc báo cáo rằng sự thay thế nhỏ của Nb hoặc Mo cho Zr trong băng nguội nhanh Co-Zr-B dẫn đến cải thiện lực kháng từ [17, 26] và nâng cao giá trị tích năng lƣợng (BH) max của hợp kim Co-Zr-B.
Cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim Co 72 Zr8B20 Ảnh hƣởng của ủ nhiệt lên tính chất từ của hợp kim Co 72Zr8B20 đã đƣợc Zhang và các cộng sự nghiên cứu [15]. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu băng hợp kim Co 72Zr8B20 khi chƣa ủ và ủ ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 10 phút đƣợc thể hiện trong hình 1.4a) cho thấy một đỉnh nhiễu xạ rộng, điều này chỉ ra rằng mẫu băng hợp kim Co 72Zr8B20 khi chƣa ủ ở trạng thái vô định hình. Sau khi băng hợp kim Co 72Zr8B20 đƣợc ủ tại 495 oC, vẫn là không có pha nào kết tinh (hình 1. Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt 540 o C, một đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng đại diện cho một số pha tinh thể xuất hiện (hình 1.
Sau khi mẫu đƣợc ủ tại 630 o C, các pha tinh thể Co, Zr và B12 Zr đƣợc hình thành (hình 1. Phổ XRD của mẫu băng Co72Zr8B20 khi chƣa ủ (a), khi ủ ở 495 oC (b), 540oC (c), 630oC (d) trong 10 phút [15].5 là các đƣờng cong từ trễ của mẫu băng Co 72Zr8B20 khi chƣa ủ và ủ ở 495 oC, 540oC và 630oC trong 10 phút. Nhƣ đã thấy từ hình 1.5, các mẫu băng khi chƣa ủ thể hiện tính từ mềm. Sau khi mẫu đƣợc ủ tại 495 oC và 540 oC các đƣờng cong từ trễ thay đổi chút ít, có thể do các mômen từ bắt đầu đổi chiều.
Sau khi mẫu băng Co 72 Zr8 B20 đƣợc ủ tại 630 oC trong 10 phút, hình dạng đƣờng cong từ trễ thay đổi mạnh. Lực kháng từ của mẫu băng tăng lên rất nhiều đó là do sự kết tinh của mẫu. Đƣờng cong từ trễ của mẫu băng Co72 Zr8 B20 khi chƣa ủ và ủ ở 495 oC, 540 oC và 630o C trong 10 phút [15]. Lực kháng từ Hc của mẫu băng Co 72 Zr8 B20 khi chƣa ủ và ủ ở các nhiệt độ khác nhau đƣợc thể hiện trong bảng 1.
Lực kháng từ Hc của mẫu băng Co 72 Zr8B20 trƣớc và sau ủ nhiệt Mẫu thực nghiệm Hc (Oe) Mẫu chƣa ủ 2,27 Mẫu ủ ở 495 oC trong 10 phút 5,13 Mẫu ủ ở 540 oC trong 10 phút 11,45 Mẫu ủ ở 630 oC trong 10 phút 925,27 6 Với nhiệt độ ủ tăng đi lên đáng kể, cho thấy sự suy giảm của tính chất từ mềm. Khi nhiệt độ ủ đạt 630 oC, lực kháng từ Hc đạt 925 Oe, gợi ý rằng mẫu trở nên từ tính cứng. Cấu trúc và tính chất từ của hệ hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = 0 - 4) chế tạo bằng phƣơng pháp phun băng nguội nhanh Vi cấu trúc của hợp kim Co 80 Zr20-xBx (x = 0 - 4) chế tạo bằng phƣơng pháp phun băng nguội nhanh đã đƣợc Tetsuji Saito và các cộng sự nghiên cứu [20]. Đƣờng cong khử từ của Hình 1.
Phổ XRD của mẫu băng mẫu băng Co 80Zr20-xBx (x = 0 - 4): Co80 Zr20-xBx (x = 0 - 4): (a) Co 80Zr20, (a) Co80Zr20, (b) Co80 Zr18 B2, (b) Co80Zr18B2, (c) Co 80Zr16B4 [20].6 là các đƣờng cong khử từ của mẫu băng Co80 Zr20-xBx (x = 0 - 4). Giá trị lực kháng từ thu đƣợc cho hợp kim Co 80Zr20 là 2 kOe. Việc bổ sung một lƣợng nhỏ của B cho hợp kim Co-Zr dẫn đến một sự gia tăng đáng kể của lực kháng từ. Giá trị lực kháng từ cao nhất 5 kOe thu đƣợc với hợp kim Co 80Zr18 B2.7 là phổ nhiễu xạ tia X của các băng hợp kim Co 80Zr20-xBx.
Các đỉnh nhiễu xạ của các pha Co xZr và Co 23 Zr6 đƣợc tìm thấy trong phổ XRD của hợp kim Co 80Zr20. Các đỉnh nhiễu xạ của các pha Co xZr và Co 23 Zr6 cũng đƣợc tìm thấy trong phổ XRD của các hợp kim Co 80 Zr18 B2 và Co 80 Zr16 B4. Tuy nhiên, cƣờng độ 7 của các đỉnh nhiễu xạ của pha Co 23 Zr6 trở nên yếu hơn khi tăng hàm lƣợng B. Điều này cho thấy sự thay thế một lƣợng nhỏ của B cho Zr trong hợp kim Co 80Zr20 dẫn đến sự hình thành của pha Co xZr.8 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope) của các băng hợp kim Co 80Zr20-x Bx.
Có thể quan sát thấy vi cấu trúc của hợp kim Co 80 Zr20 gồm các hạt có đƣờng kính khoảng 1 µm. Các kết quả trên phổ XRD và từ nhiệt cũng cho thấy các hạt Co xZr. Hiển vi điện tử quét SEM cũng thu đƣợc kết quả tƣơng tự với các hợp kim Co80 Zr18 B2 và Co 80 Zr16 B4. Ảnh SEM của mẫu băng Co80 Zr20-xBx (x = 0 - 4): (a) Co80 Zr20 , (b) Co 80Zr18B2, (c) Co80Zr16B4 [20].
Để làm rõ sự khác biệt giữa các mẫu vật, sự phân bố kích thƣớc hạt và kích thƣớc hạt trung bình đo từ hiển vi SEM đƣợc trình bày trong hình 1. Phân bố kích thƣớc hạt và kích thƣớc hạt trung bình (Dave) đo từ ảnh hiển vi SEM của các băng Co 80 Zr20-xBx (x = 0 - 4) [20]. 8 Kết quả cho thấy, kích thƣớc hạt trung bình của hợp kim Co 80 Zr18 B2 là nhỏ hơn nhiều so với các hợp kim khác. Đồng thời, sự phân bố kích thƣớc hạt của hợp kim Co 80 Zr18 B2 là nhỏ nhất trong ba hợp kim trên.
Điều này cho thấy sự thay thế một lƣợng nhỏ của B cho Zr trong hợp kim Co 80Zr20 có hiệu quả cao trong việc tạo ra các hạt đồng nhất. Nghiên cứu vi cấu trúc trong hợp kim Co 80Zr18B2 hơn nữa đƣợc thực hiện bởi phƣơng pháp đo TEM. Mô hình nhiễu xạ vùng lựa chọn (SAD) và kết quả phân tích các mẫu SAD đƣợc hiển thị trong hình 1. Các đỉnh nhiễu xạ đƣợc lập chỉ số cho pha Co xZr.