Luận án Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng nền Nd-Fe-B cấu trúc nanomet bằng phương pháp nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao

MỞ ĐẦU Vật liệu từ cứng (VLTC) là vật liệu có khả năng tích trữ năng lượng của từ trường tác động lên nó và trở thành nguồn phát từ trường. Khả năng tích trữ năng lượng đó được đặc trưng bằng đại lượng tích năng lượng cực đại (BH)max của vật liệu. VLTC được ứng dụng từ rất lâu và trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống: Kim la bàn, cửa tủ lạnh, ổ cứng máy tính, mô tơ, máy phát điện, máy tuyển quặng, thiết bị khoa học kỹ thuật, thiết bị y tế… Tiềm năng ứng dụng lớn đã thúc đẩy sự tìm kiếm vật liệu mới và công nghệ chế tạo mới, nhằm tạo ra những vật liệu có tính chất từ tốt hơn đáp ứng được các yêu cầu của cuộc sống hiện đại. Một trong các VLTC được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhiều hiện nay là vật liệu nanocomposite nền Nd-Fe-B. VLTC nanocomposite nền Nd-Fe-B bao gồm các pha từ mềm (Fe3B, a-Fe) và pha từ cứng (Nd2Fe14B) có kích thước nanomet [25]. Ở kích thước này, hiệu ứng tương tác trao đổi đàn hồi giữa pha từ cứng và pha từ mềm cho phép khai thác được cả từ độ bão hòa lớn của pha từ mềm và lực kháng từ cao của pha từ cứng, để tạo nên một vật liệu có tích năng lượng (BH)max lớn. Loại vật liệu này có thể chỉ cần một lượng Nd bằng khoảng 1/3 so với nam châm thiêu kết Nd2Fe14B thông thường, nên làm tăng độ bền cơ học, hóa học và giảm đáng kể giá thành. Mặt khác, công nghệ chế tạo cũng đơn giản hơn và dễ dàng tạo được nam châm có hình dạng phức tạp theo yêu cầu. Với những ưu điểm đó, nó được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm nghiên cứu, nên tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 20% cao hơn cả tốc độ tăng trưởng của nam châm thiêu kết [56]. Tuy nhiên, VLTC nanocomposite nền Nd-Fe-B vẫn còn một số yếu điểm cần được khắc phục như lực kháng từ Hc chưa cao, tích năng lượng cực đại (BH)max thực tế nhỏ hơn 20 MGOe còn cách xa giới hạn lý thuyết (theo lý thuyết (BH)max đạt trên 100 MGOe), nhiệt độ Curie thấp và công nghệ chế tạo chưa ổn định. Điều đó đặt ra là làm cách nào để nâng cao được tính chất từ và ổn định công nghệ chế tạo vật liệu. Tính chất từ của VLTC nanocomposite nền Nd-Fe-B được quyết định rất nhiều bởi kích thước hạt, dạng hạt, sự phân bố hạt trong vật liệu và bản chất pha từ của hạt. Cấu trúc lý tưởng của các VLTC này là các pha từ mềm nằm xen kẽ, bao bọc các pha từ cứng một cách đồng đều. Tuy vậy, để chế tạo được vi cấu trúc như vậy là điều không dễ dàng. Tính chất từ của VLTC nanocomposite nền Nd-Fe-B còn phụ thuộc vào bản chất của các pha từ thành phần (từ độ bão hòa, dị hướng từ tinh thể…). Hiện nay, có hai hướng nghiên cứu chính nhằm cải thiện cấu trúc, nâng cao phẩm chất của vật liệu: một là bổ sung vào hợp kim nền Nd-Fe-B một số nguyên tố khác với mục đích thay đổi tính chất từ nội tại của vật liệu hoặc cải thiện vi cấu trúc [14], [15], [20], [47]; hai là thay đổi điều kiện công nghệ chế tạo để tạo ra vi cấu trúc và thành phần pha của vật liệu như mong muốn [16], [32], [38], [44], [69], [70], [91]. Từ những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu chế tạo hợp kim từ cứng nền Nd-Fe-B cấu trúc nanomet bằng phương pháp nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao. Đối tượng nghiên cứu của luận án: VLTC nanocomposite (Nd,Pr,Dy)-(Fe,Co)-Nb-B. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Nâng cao chất lượng và hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd-Fe-B, bằng cách thay đổi hợp phần và khảo sát mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của chúng. Phương pháp nghiên cứu: Luận án được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm. Các mẫu nghiên cứu được chế tạo bằng phương pháp phun băng nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao. Nghiên cứu cấu trúc của mẫu bằng các kỹ thuật nhiễu xạ tia X và hiển vi điện tử. Tính chất từ của vật liệu được khảo sát bằng các phép đo từ trễ và từ nhiệt. Các nam châm kết dính được chế tạo theo quy trình công nghệ ép nguội và ép nóng. Ý nghĩa khoa học của luận án: Các kết quả nghiên cứu của luận án đã xây dựng được bức tranh tương đối hoàn thiện về ảnh hưởng của hợp phần và các điều kiện công nghệ chế tạo lên cấu trúc và tính chất từ của VLTC nanocomposite Nd-Fe-B. Mặt khác, đề tài có ý nghĩa khoa học cao trong việc ứng dụng các hiệu ứng vật lý ở kích thước nanomet cho việc tạo ra các loại vật liệu từ tiên tiến. Nội dung của luận án bao gồm: Thêm vào hợp kim Nd-Fe-B một số nguyên tố (Pr, Dy, Nb, Co) để tăng cường được các tham số từ cứng như lực kháng từ, tích năng lượng cực đại và nhiệt độ Curie TC, đồng thời làm ổn định công nghệ chế tạo vật liệu. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ phần các nguyên tố và công nghệ chế tạo lên cấu trúc và tính chất từ của VLTC nanocomposite Nd-Fe-B. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B bằng cả hai phương pháp: nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao. Nghiên cứu ảnh hưởng tương hỗ giữa các điều kiện chế tạo để đưa ra công nghệ chế tạo tối ưu. Thử nghiệm chế tạo nam châm đàn hồi Nd-Fe-B bằng phương pháp ép nguội và ép nóng. Bố cục của luận án: Nội dung chính của luận án được trình bày trong 4 chương. Chương đầu là phần tổng quan về VLTC nanocomposite Nd-Fe-B. Chương tiếp theo trình bày các kỹ thuật thực nghiệm về phương pháp chế tạo mẫu và các phép đo đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu, cách tính đại lượng (BH)max và sai số trong các phép đo. Hai chương cuối trình bày các kết quả nghiên cứu đã thu được, bàn luận về ảnh hưởng của hợp phần và các yếu tố công nghệ lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B. Kết quả chính của luận án: Đã khảo sát một cách hệ thống ảnh hưởng của các nồng độ đất hiếm từ nhỏ (RE = 4%) đến lớn (RE = 12%) và ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm Nb, Co, Pr và Dy lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B. Đã xây dựng được quy trình công nghệ tương đối hoàn thiện để chế tạo được VLTC nanocomposite Nd-Fe-B có chất lượng tốt, có thể đưa vào ứng dụng thực tế. Luận án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE Nd-Fe-B 1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng VLTC đã được tìm thấy và ứng dụng từ rất lâu, nhưng phải đến thế kỷ XX thì VLTC mới thực sự được nghiên cứu và ứng dụng nhiều. Đầu tiên là vật liệu thép kỹ thuật có (BH)max ~ 1 MGOe. Tiếp theo là vật liệu Alnico và ferit từ cứng có (BH)max ~ 5 MGOe được chế tạo. Việc tìm ra VLTC chứa đất hiếm là một bước tiến quan trọng trong quá trình phát triển VLTC. VLTC chứa đất hiếm chủ yếu là SmCo5 có (BH)max > 20 MGOe, Sm2Co17 có (BH)max > 30 MGOe và Nd2Fe14B có (BH)max > 50 MGOe. Vật liệu từ cứng nanocomposite Nd-Fe-B, tổ hợp của pha từ cứng Nd2Fe14B và hai pha từ mềm a-Fe, Fe3B được chế tạo vào năm 1988. Loại vật liệu này đang được quan tâm nghiên cứu vì khả năng ứng dụng lớn và có thể nâng cao hơn nữa tích năng lượng (BH)max. Theo tính toán trong lý thuyết vật liệu này có thể cho (BH)max > 100 MGOe. 1.2. Cấu trúc và tính chất từ của vật liệu từ cứng Nd2Fe14B 1.2.1. Cấu trúc tinh thể Hợp kim Nd2Fe14B thuộc nhóm không gian P42/mnm, có cấu trúc tinh thể tứ giác với hằng số mạng a = 0,878 nm và c = 1,220 nm, khối lượng riêng 7,55 g/cm3. Cấu trúc tinh thể Nd2Fe14B ổn định nhờ nguyên tử B kết hợp với 6 nguyên tử Fe tạo thành một hình lăng trụ đáy tam giác và các lăng trụ này lại được nối với nhau bởi các lớp Fe. Cấu trúc tinh thể ổn định cùng với độ bất đối xứng rất cao tạo nên tính từ cứng mạnh cho vật liệu. Tính chất từ Pha Nd2Fe14B có dị hướng từ tinh thể K1 = 4,9.106 J/m3, từ độ bão hòa μ0Ms = 1,61 T và nhiệt độ Curie TC = 585 K (312oC). 1.3. Phân loại vật liệu từ cứng Nd-Fe-B 1.3.1. Nam châm thiêu kết Nd-Fe-B Trong nam châm thiêu kết các hạt từ kích thước vài micromet được liên kết nhau bởi một pha phi từ giàu Nd ở biên hạt. Vật liệu này có tính dị hướng cao, có tích năng lượng cực đại (BH)max lớn, (BH)max ~ 57 MGOe và có lực kháng từ lớn Hc ~ 10 ÷ 25 kOe. 1.3.2. Nam châm kết dính Nd-Fe-B Trong nam châm kết dính các hạt bột sắt từ Nd-Fe-B được liên kết với nhau bởi chất kết dính hữu cơ. Đáng chú ý là nam châm kết dính đàn hồi hay còn gọi là vật liệu nanocomposite. Vật liệu này có vi cấu trúc ở kích thước nanô nên chúng có những tính chất mới mà ở kích thước thông thường không thể có được nên làm tăng phẩm chất từ của vật liệu. 1.4. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B 1.4.1. Cấu trúc của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B Vật liệu nanocomposite là vật liệu tổ hợp hai pha cứng mềm ở kích thước nanomet. Với cấu trúc nano, các hạt từ cứng (Nd2Fe14B) liên kết với các hạt từ mềm (a-Fe, Fe3B) thông qua tương tác trao đổi đàn hồi. Nhờ vậy đã kết hợp được ưu điểm từ độ bão hòa cao của pha từ mềm và tính dị hướng từ lớn của pha từ cứng để tạo ra vật liệu có (BH)max cao. 1.4.2. Tính chất của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B Lực kháng từ và độ vuông đường trễ của vật liệu này phụ thuộc vào vi cấu trúc. Lực kháng từ thay đổi trong khoảng khá rộng từ cỡ 2 kOe đến 15 kOe và tích năng lượng từ cực đại thay đổi trong khoảng từ vài MGOe đến 20 MGOe. Nhiệt độ Curie của vật liệu này được quyết định bởi pha từ cứng Nd2Fe14B (~ 585 K). 1.5. Một số mô hình lý thuyết cho vật liệu từ cứng nanocomposite Nd-Fe-B 1.5.1. Mô hình E. F. Kneller và R. Hawig (K-H) Đây là mô hình đơn giản mà lại khá phù hợp với thực nghiệm. Kết quả tính toán cho thấy, để phát huy tương tác trao đổi giữa hai pha từ cứng và từ mềm, các hạt tinh thể của cả hai pha có kích thước khoảng 10 nm và phân tán đồng đều với tỉ phần thể tích pha từ cứng có thể giảm xuống tới 9% thể tích vật liệu. 1.5.2 . Một số mô hình khác Một số các lý thuyết như của R. Skomski, J. M. D. Coey, Schreft và Fisher có các ưu nhược điểm khác nhau và thường được áp dụng cho các trường hợp cụ thể của vật liệu. 1.6. Các phương pháp chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Nd-Fe-B 1.6.1. Phương pháp phun băng nguội nhanh Nguyên tắc của phương pháp phun băng nguội nhanh là sử dụng năng lượng của dòng cảm ứng để năng lượng hóa vật liệu. Sau đó vật liệu được phun lên bề mặt trống quay nhẵn bóng đã được làm lạnh bởi dòng nước chảy ngầm bên trong, để tạo ra các băng hợp kim nguội nhanh có cấu trúc VĐH hoặc nano tinh thể. 1.6.2. Phương pháp nghiền cơ năng lượng cao Nghiền cơ năng lượng cao (NCNLC) là kỹ thuật sử dụng động năng của các viên bi năng lượng hóa vật liệu (dựa trên sự va đập các bi thép cứng vào vật liệu). Các bi thép này cùng với vật liệu được quay ly tâm hoặc lắc với tốc độ rất cao trong buồng kín cho phép tạo ra bột vật liệu có kích thước nano hoặc VĐH. 1.6.3. Các phương pháp khác Một số phương pháp khác như phương pháp cán nóng và phương pháp tách vỡ tái hợp sử dụng khí hydro HDDR cũng có thể dùng để chế tạo VLTC nanocomposite. 1.7. Các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất từ của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B 1.7.1. Ảnh hưởng của điều kiện công nghệ Điều kiện công nghệ ảnh hưởng nhiều đến vi cấu trúc và do đó ảnh hưởng đến tính chất từ của vật liệu. Mỗi hợp kim với thành phần xác định cần phải có một điều kiện công nghệ tối ưu tương ứng. Các yếu tố trong công nghệ nguội nhanh gồm tốc độ làm nguội hợp kim, nhiệt độ ủ, thời gian ủ nhiệt, tốc độ gia nhiệt. Với phương pháp nghiền cơ năng lượng cao yếu tố công nghệ là tỉ lệ bi/bột, tốc độ nghiền, thời gian nghiền, thể tích cối nghiền và môi trường nghiền. 1.7.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm Tính chất từ của vật liệu có thể được cải thiện đáng kể khi thêm vào một số nguyên tố. Việc pha thêm các nguyên tố đất hiếm như Pr, Dy, Tb có thể làm gia tăng đáng kể lực kháng từ của vật liệu. Nb có thể làm giảm đáng kể kích thước hạt và khống chế hiệu quả sự hình thành các hạt nanô tinh thể trong hợp kim. Ảnh hưởng nổi bật của Co là làm tăng nhiệt độ Curie và góp phần ổn định công nghệ chế tạo 1.8. Ứng dụng và thị trường của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B Vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B trên thị trường hiện nay thường ở hai dạng là bột hợp kim và các nam châm kết dính. Nam châm kết dính Nd-Fe-B có triển vọng ứng dụng ngày càng nhiều trong thực tế. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất nam châm kết dính Nd-Fe-B. Nhìn chung, các nam châm kết dính Nd-Fe-B trên thị trường có tích năng lượng (BH)max thấp hơn 12 MOe. 1.9. Nghiên cứu và phát triển vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B ở Việt nam VLTC nanocomposite Nd-Fe-B luôn được các phòng thí nghiệm ở Việt Nam quan tâm nghiên cứu. Điều này được thể hiện qua nhiều báo cáo tại các hội nghị khoa học và trên các tạp chí chuyên ngành của nhiều nhóm tác giả như nhóm của GS. Nguyễn Hoàng Nghị (ĐHBK Hà Nội), nhóm nghiên cứu của GS. Lưu Tuấn Tài, GS. Nguyễn Châu (ĐHQG Hà Nội), nhóm của PGS. Nguyễn Văn Vượng, PGS. Nguyễn Huy Dân (Viện Khoa học Vật liệu)... Các nam châm kết dính chế tạo được ở trong nước đã có tích năng lượng (BH)max đạt tới khoảng 8 MGOe. Hiện nay, Viện Khoa học Vật liệu là đơn vị khá mạnh trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của vật liệu từ Nd-Fe-B. Chương 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo mẫu hợp kim Nd-Fe-B 2.1.1. Chế tạo các hợp kim khối Nd-Fe-B bằng lò hồ quang Phương pháp hồ quang được dùng để chế tạo các hợp kim khối ban đầu từ các nguyên tố Nd, Pr, Dy, Fe, Co, Nb và hợp kim FeB (B 18%) với độ sạch cao. Các hợp kim khối này được dùng để tạo các mẫu băng và mẫu bột bằng phương pháp phun băng nguội nhanh và nghiền cơ năng lượng cao. 2.1.2. Chế tạo băng hợp kim Nd-Fe-B bằng phương pháp nguội nhanh Hợp kim được nấu nóng chảy bằng lò cao tần rồi được phun lên mặt của một trống đồng lạnh đang quay với tốc độ lớn để tạo ra các băng hợp kim có độ dày 20 ÷ 60 µm. 2.1.3. Chế tạo hợp kim Nd-Fe-B bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao Mẫu nghiền đựng trong cối và được nghiền bởi nhiều bi nghiền có kích thước khác nhau để tăng hiệu quả nghiền. 2.1.4. Xử lý nhiệt mẫu hợp kim Nd-Fe-B Quá trình ủ nhiệt nhằm mục đích tạo pha tinh thể có thành phần và cỡ hạt mong muốn. 2.1.5. Ép tạo viên nam châm kết dính Ép thường (ép nguội): Cho bột vào khuôn, tăng dần lực ép đến 15 tấn, duy trì lực ép khoảng 5 phút, triệt tiêu lực ép dỡ khuôn lấy mẫu, được viên nam châm. Ép nhiệt (ép nóng): cho bột vào khuôn, đặt khuôn vào lò gia nhiệt và ép gia nhiệt ở nhiệt độ 300oC. Duy trì áp lực lên mẫu trong thời gian 15 phút sao cho nhiệt độ của mẫu trong lò giảm xuống dưới nhiệt độ nóng chảy của chất kết dính (150oC) thì xả áp và chờ cho mẫu nguội tự nhiên thì lấy mẫu ra. 2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X Qua phổ nhiễu xạ tia X ta có thể xác định được các đặc trưng cấu trúc của mạng tinh thể như: kiểu mạng, pha tinh thể và các hằng số mạng. Từ phổ XRD cũng có thể đánh giá được độ VĐH và tỉ phần pha tinh thể của các mẫu. 2.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử Phương pháp hiển vi điện tử là kỹ thuật rất hiện đại để kết luận mẫu là VĐH thực sự hay gồm vi tinh thể rất nhỏ trên nền pha VĐH, cũng như xác định cỡ hạt, thành phần pha vi tinh thể. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) cho thông tin về bề mặt mẫu (hình dạng, kích thước hạt, thành phần hóa học ...). Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy - TEM) cho biết thông tin cả về hình dạng, kích thước hạt lẫn cấu trúc bên trong mẫu (cấu trúc tinh thể, hằng số mạng...). 2.3. Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 2.3.1. Phép đo từ nhiệt trên hệ từ kế mẫu rung Để đánh giá sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ chúng tôi sử dụng hệ đo từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer - VSM). Nguyên lý hoạt động của hệ đo này là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Mẫu cần đo được đặt trong từ trường ngoài do nam châm điện gây ra. Mômen từ của mẫu được xác định dựa vào suất điện động cảm ứng sinh ra do sự dịch chuyển tương đối giữa mẫu và cuộn dây thu tín hiệu. 2.3.2. Phép đo từ trễ trên hệ từ trường xung Từ các đường từ trễ đo trên hệ từ trường xung có thể xác định được các đại lượng đặc trưng quan trọng như: Hc, Ms, Mr và (BH)max. Hệ được thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua bộ tụ điện và cuộn dây. Dòng một chiều nạp điện cho tụ làm cho tụ tích năng lượng cỡ vài chục kJ. Sau đó dòng điện tồn tại trong thời gian ngắn đã phóng điện qua cuộn dây nam châm L và tạo trong lòng ống dây một từ trường xung cao. Mẫu đo được đặt tại tâm của cuộn nam châm cùng với hệ cuộn dây cảm biến pick - up. Tín hiệu ở lối ra tỷ lệ với vi phân từ độ và vi phân từ trường sẽ được thu thập, xử lí hoặc lưu trữ cho các mục đích cụ thể. Chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE Nd-Fe-B 3.1. Cải thiện vi cấu trúc và ổn định công nghệ chế tạo vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B bằng cách thêm Nb Hình 3.1. Phổ XRD của mẫu băng Nd10,5Fe83,5-xNbxB6 (x = 0; 1,5 và 3) trước khi ủ nhiệt Hình 3.1 là phổ XRD của các mẫu hợp kim Nd10,5Fe83,5-xNbxB6 (x = 0; 1,5 và 3) được phun băng với tốc độ trống quay v = 30 m/s trước khi ủ nhiệt. So với mẫu không pha Nb thì mẫu pha Nb có cường độ các đỉnh nhiễu xạ yếu dần theo nồng độ Nb, đồng thời khả năng tạo trạng thái VĐH của hợp kim tăng lên. Kết quả đo từ trễ cho thấy mẫu x = 1,5 có đường cong từ trễ khá trơn nhẵn và có Hc khá cao (Hc = 7 kOe). Mẫu x = 0 và x = 3 thể hiện sự đa pha từ và Hc nhỏ. Như vậy, với một nồng độ nhất định, Nb làm giảm kích thước hạt, tăng khả năng tạo trạng thái VĐH trong quá trình nguội nhanh. Đồng thời với tỷ phần thích hợp, Nb có khả năng làm tăng lực kháng từ và độ vuông đường trễ của hợp kim. a) b) Hình 3.4. Các đường từ trễ của mẫu băng Nd10,5Fe83,5-xNbxB6 (x = 0; 1,5 và 3) đã ủ ở nhiệt độ 675oC trong thời gian 10 phút (a) và lực kháng từ Hc phụ thuộc nhiệt độ ủ Ta Để tăng cường tính từ cứng cho vật liệu chúng tôi đã tiến hành ủ nhiệt các mẫu băng Nd10,5Fe83,5-xNbxB6 (x = 0; 1,5 và 3) trong khoảng nhiệt độ từ 625 ¸ 775oC. Kết quả cho thấy quá trình ủ nhiệt làm cho tính từ cứng trong các mẫu x = 1,5 và x = 3 tăng. Mẫu x = 3 sau ủ nhiệt có Hc lớn nhất (hình 3.4a). Hình 3.4b biểu diễn các giá trị Hc theo Ta của các mẫu cho thấy Nb không chỉ làm tăng lực kháng từ mà còn làm ổn định cấu trúc của hợp kim khi điều kiện chế tạo thay đổi (Hc thay đổi rất ít khi Ta thay đổi). Hình 3.6 là các ảnh TEM trường sáng, ảnh SAED và ảnh HRTEM của mẫu được pha Nb với nồng độ là 3%, chúng tôi thấy Nb giúp làm mịn hạt, làm cho các hạt trở nên đồng đều hơn, các biên hạt được phân lập rõ ràng, điều đó giải thích Hc của mẫu lớn . a) b) c) Hình 3.6. Ảnh TEM trường sáng (a), ảnh HRTEM (b) và ảnh SAED (c) của mẫu Nd10,5Fe80,5Nb3B6 ủ ở nhiệt độ tối ưu. Tóm lại với nồng độ Nb trong khoảng 1,5 ÷ 3%, hợp kim có kích thước hạt tinh thể khá đồng đều, cấu trúc vi mô ổn định và lực kháng từ được nâng lên khá cao. 3.2. Nâng cao nhiệt độ Curie của vật liệu nanocomposite Nd-Fe-B bằng cách thêm Co 3.2.1. Ảnh hưởng của Co lên tính chất từ của hợp kim Nd10,5-xFe82CoxNb1,5 B6 ( x = 0, 2, 4, 6 và 8) Hình 3.7 là giản đồ XRD của mẫu băng Nd10,5-xFe82CoxNb1,5 B6 (x = 0, 2, 4, 6 và 8) khi chưa ủ nhiệt. Trên phổ XRD cho thấy khi nồng độ Co tăng lên, sự kết tinh của hợp kim giảm đáng kể. Nồng độ Co trong khoảng từ 4 ¸ 6% mẫu hầu như ở trạng thái VĐH. Như vậy, với nồng độ thích hợp của Co, cấu trúc VĐH của hợp kim được cải thiện đáng kể, khả năng tạo trạng thái VĐH được tăng lên. Kết quả phân tích tính chất từ của các mẫu băng sau ủ nhiệt cho thấy, nhiệt độ ủ tối ưu của các mẫu là 725oC, quá trình ủ nhiệt cải thiện độ vuông đường trễ của mẫu x = 0, tăng cường tính từ cứng cho các mẫu có nồng độ Co từ 2¸4% . Hình 3.7. Phổ XRD của băng nguội nhanh Nd10,5-xFe82CoxNb1,5B6 (x = 2, 4, 6 và 8) với v = 30 m/s. Hình 3.9. Các đường từ trễ của băng hợp kim Nd10,5-xFe82CoxNb1,5 B6 (x = 0, 2, 4 và 6) ủ ở nhiệt độ 725oC. Hình 3.10. Các đường cong từ nhiệt của mẫu Nd10,5-xFe82CoxNb1.5B6 (x = 0, 2, 4, 6 và 8) sau khi ủ nhiệt ở 725oC. Hình 3.10 là đường cong từ nhiệt của các mẫu băng hợp kim Nd10,5-xFe82CoxNb1,5B6 sau khi ủ nhiệt. Khi được ủ nhiệt, TC của các mẫu tăng dần theo nồng độ Co, khoảng nhiệt độ TC của các mẫu thay đổi khá rộng từ ~ 585 đến ~ 650 K. Các đường từ nhiệt chưa giảm về không khi