Ảnh hưởng của pha tạp si và ủ nhiệt lên cấu trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền co zr b (2017)

TRUỜNG ÐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ

VŨ ĐÀO XUÂN

ẢNH HƯỞNG CỦA PHA TẠP Si VÀ Ủ NHIỆT LÊN
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA
HỢP KIM TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ÐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2017


TRUỜNG ÐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ

VŨ ĐÀO XUÂN

ẢNH HƯỞNG CỦA PHA TẠP Si VÀ Ủ NHIỆT LÊN
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA
HỢP KIM TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ÐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học: ThS. Nguyễn Văn Dương

HÀ NỘI, 2017

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Nguyễn Văn Dương
đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Huy Dân và NCS Ngyễn
Mẫu Lâm đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị cũng như giúp đỡ trong
quá trình làm thực nghiệm và hoàn thành khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến các thầy, cô giáo trong khoa Vật
lý Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã trang bị cho tôi những kiến thức
cần thiết để thực hiện khóa luận này.
Tuy nhiên, đây là bước đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên
đề tài của tôi không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong được sự góp ý
của quý thầy, cô giáo và các bạn sinh viên để khóa luận của tôi được hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 04 năm 2017
Sinh viên

Vũ Đào Xuân


LỜI CAM ĐOAN
Khóa luận tốt nghiệp: “Ảnh hưởng của pha tạp Si và ủ nhiệt lên cấu
trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền Co-Zr-B” là kết quả nghiên
cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Nguyễn Văn Dương.
Khóa luận này không trùng với kết quả của các tác giả khác.
Tôi xin cam đoan những điều trên đây là đúng sự thật, nếu sai tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 04 năm 2017
Sinh viên

Vũ Đào Xuân


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỞ ÐẦU...............................................................................................

1

1. Lý do chọn đề tài........................................................................

1

2. Mục đích nghiên cứu..................................................................

2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................

2

4. Nhiệm vụ nghiên cứu..................................................................

2

5. Phương pháp nghiên cứu...........................................................

3

6. Đóng góp của luận văn................................................................

3

7. Cấu trúc của luận văn ...............................................................

3

NỘI DUNG...........................................................................................

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NỀN CoZr-B.......................................................................................................

4

1.1. Cấu trúc và tính chất từ của một số hệ hợp kim Co-Zr-B
chưa pha tạp...............................................................................

4

1.1.1. Hệ hợp kim Co72Zr8B20.......................................................

4

1.1.2. Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4).................................

5

1.2. Cấu trúc và tính chất từ của một số hệ hợp kim Co-Zr-B có
pha tạp.........................................................................................

9

1.2.1. Hệ hợp kim Co80Zr18-xMxB2 (x = 0 - 2) M = C, Cu, Ga, Al
và Si..............................................................................................

9

1.2.2. Hệ hợp kim Co86,5Hf11,5-xZrxB2 (x = 0, 1, 2, 3 và 5)............

12

1.2.3. Hệ hợp kim Co80Zr18-xTixB2 (x = 0 - 4)................................

14

1.2.4. Hệ hợp kim Co80-xZr18CrxB2 (x = 0, 2, 3 và 4)....................

17

CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM...................................

22


2.1. Chế tạo mẫu hợp im Co-Zr-Si-B.............................................

22

2.1.1. Chế tạo các hợp kim khối nền Co-Zr-Si-B bằng lò hồ
quang............................................................................................

22

2.1.2. Chế tạo băng hợp kim bằng phương pháp phun băng
nguội nhanh..................................................................................

23

2.2. Các phép đo nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ....................

24

2.2.1. Nhiễu xạ tia X.....................................................................

24

2.2.2. Xử lý nhiệt...........................................................................

25

2.2.3. Phép đo từ trễ..........................................................

25

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................

27

3.1. Ảnh hưởng của pha tạp Si lên cấu trúc và tính chất từ của băng
hợp kim Co77 Zr20-xSixB3 (x = 0, 2, 3 và 4) trước khi ủ
nhiệt..............................................................................................

27

3.2. Ảnh hưởng của pha tạp Si và ủ nhiệt lên cấu trúc và tính
chất từ của băng hợp kim Co77 Zr20-xSixB3 (x = 0, 2, 3 và 4)....

28

KẾT LUẬN...........................................................................................

32

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................

33


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu từ cứng (VLTC) đã được tìm thấy từ rất lâu. Trước công
nguyên, người Trung Quốc đã biết dùng những viên đá nam châm trong thiết
bị la bàn. Nhưng phải đến thế kỷ XX, khi thép các bon và thép hợp kim
Volfram được tìm ra mới thay thế nam châm tự nhiên và trở thành vật liệu từ
cứng đầu tiên. Ngày nay, nam châm vĩnh cửu, sản phẩm ứng dụng của
VLTC, được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống: (i) trong
các thiết bị dân dụng hàng ngày như động cơ điện, máy phát điện cỡ nhỏ,

khoá cửa, cửa tủ v.v... cho đến các thiết bị hiện đại trong các nhà máy như
động cơ điện, máy phát điện cỡ lớn…; (ii) trong các lĩnh vực kỹ thuật cao
như tự động hoá, công nghệ thông tin, máy cộng hưởng từ; (iii) đặc biệt là
trong các thiết bị điện tử hiện đại như máy tính, máy ghi âm, ghi hình v.v...
Vật liệu từ cứng nhân tạo đầu tiên có (BH)max ~ 1 MGOe được chế tạo
năm 1920. Từ đó hướng nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao biện pháp
công nghệ và thay đổi hợp phần để tìm kiếm vật liệu mới có (BH) max cao
được phát triển.
Năm 1988 Coehoorn và các cộng sự [21] ở phòng thí nghiệm Philip
Research (Hà Lan) đã phát minh ra loại vật liệu mới Nd-Fe-B có từ dư Br =
1,0 T, Hc = 280 kA/m, (BH)max ~ 12,4 MGOe. Kể từ đây vật liệu Nd-Fe-B
dạng tổ hợp được đặc biệt chú ý nghiên cứu với các phòng thí nghiệm trên
thế giới. Nhiều công trình nghiên cứu về vi cấu trúc, thành phần hợp phần,
công nghệ chế tạo, v.v... trên đối tượng vật liệu này đã được công bố và đã
có những bước tiến vượt bậc trong thương mại và mở rộng phạm vi ứng
dụng [4, 7, 20, 25].
Mặc dù, hợp kim chứa đất hiểm (RE) đã được nghiên cứu rộng rãi cho
việc phát triển nam châm vĩnh cửu mới do tính chất từ nội tại tốt của chúng

1


[2, 3], [7, 9, 11], [13 - 16], [17, 26]. Nhưng hiện nay, các tính chất từ của
nam châm Nd-Fe-B đã được cải thiện đến mức gần giới hạn lý thuyết của
chúng. Bên cạnh đó, nhu cầu về nam châm đất hiếm thực tế tăng một cách
nhanh chóng dẫn đến sự thiếu hụt và sự tăng giá của các nguyên tố đất hiếm
[9]. Do đó, một vấn đề quan trọng, cơ bản và cần thiết đặt ra là phải khám
phá ra loại vật liệu từ cứng mới mà không chứa đất hiếm (RE-free) đồng
thời cải thiện các điều kiện công nghệ từ đó có thể ứng dụng trong công
nghiệp.

Trong những năm gần đây, một số nhà khoa học đã nghiên cứu về hệ
vật liệu không chứa đất hiếm nền Co-Zr, Co-Zr-B. Bằng việc thay thế các
nguyên tố khác nhau như: Si, Cr, Ti, Al, C, Cu, Mo, Hf,… và cải thiện các
điều kiện công nghệ: nhiệt độ ủ, thời gian ủ, thời gian nghiền, vận tốc
phun,… đã thu được những kết quả đáng kể về tính chất từ cứng của chúng.
Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng của
pha tạp Si và ủ nhiệt lên cấu trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền
Co-Zr-B’’
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền Co-ZrB.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Vật liệu từ cứng nền Co-Zr-B pha tạp Si.
- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo hợp kim Co-Zr-Si-B trên lò hồ quang.
- Phun băng hợp kim Co-Zr-Si-B trên hệ phun băng nguội nhanh.
- Đo các tính chất vật lý của hệ mẫu đã chế tạo.
- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hợp kim đã chế tạo.


5. Phương pháp nghiên cứu
- Các mẫu nghiên cứu sẽ được chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh.
- Cấu trúc của vật liệu sẽ được phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia
X.
- Tính chất từ sẽ được nghiên cứu bằng các phép đo từ độ.
6. Đóng góp của luận văn
Hoàn thành việc nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp Si và ủ nhiệt lên
cấu trúc và tính chất từ của hợp kim từ cứng nền Co-Zr-B sẽ là cơ sở cho
việc chế tạo vật liệu từ cứng có lực kháng từ cao mà không chứa đất hiếm.
7. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luân, luận văn được trình bày trong 3
chương:
Chương 1. Tổng quan về vật liệu từ cứng nền Co- Zr-B
Chương 2. Kỹ thuật thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NỀN Co-Zr-B
1.1. Cấu trúc và tính chất từ của một số hệ hợp kim Co-Zr-B chưa pha
tạp
1.1.1. Hệ hợp kim Co72Zr8B20
Ảnh hưởng của ủ nhiệt lên tính chất từ của hợp kim Co72Zr8B20 đã
được Zhang và các cộng sự nghiên cứu [18]. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu
băng hợp kim Co72Zr8B20 khi chưa ủ và ủ ở các nhiệt độ khác nhau trong thời
gian 10 phút được thể hiện trong hình 1.1. Hình 1.1a cho thấy một đỉnh
nhiễu xạ rộng, điều này chỉ ra rằng mẫu băng hợp kim Co72Zr8B20 khi
chưa ủ ở
o

trạng thái vô định hình. Sau khi băng hợp kim Co72Zr8B20 được ủ tại 495 C,
mẫu băng không có pha nào kết tinh (hình 1.1b). Khi nhiệt độ ủ (Ta) đạt
o

540 C, một đỉnh nhiễu xạ cao, rõ ràng đại diện cho một số pha tinh thể xuất
o

hiện (hình 1.1c). Sau khi mẫu được ủ tại 630 C, các pha tinh thể Co, Zr và
B12Zr được hình thành (hình 1.1d).
Hình 1.2 là các đường cong từ trễ

của mẫu băng Co72Zr8B20 khi chưa ủ và ủ
o

o

o

ở 495 C, 540 C và 630 C trong 10 phút.
Như đã thấy từ hình 1.2, các mẫu băng
khi chưa ủ thể hiện tính từ mềm. Sau khi
o

o

mẫu được ủ tại 495 C và 540 C các
đường cong từ trễ thay đổi chút ít, có thể
do các mômen từ bắt đầu đổi chiều.
Sau khi mẫu băng Co72Zr8B20 được
ủ tại

Hình 1.1. Phổ XRD của mẫu
băng Co72Zr8B20 khi chưa ủ (a),
o
o
khi ủ ở 495 C (b), 540 C (c),
o
630 C (d) trong 10 phút [18].

o

630 C trong 10 phút, hình dạng đường
cong từ trễ thay đổi mạnh. Lực kháng từ của mẫu băng tăng lên rất nhiều đó


là do sự kết tinh của mẫu.


Hình 1.2. Đường cong từ trễ của mẫu băng Co72Zr8B20
o
o
o
khi chưa ủ và ủ ở 495 C, 540 C và 630 C trong 10 phút [18].
Lực kháng từ Hc của mẫu băng Co72Zr8B20 khi chưa ủ và ủ ở các nhiệt
độ khác nhau được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Lực kháng từ Hc của mẫu băng Co72Zr8B20 trước và sau ủ nhiệt.
Mẫu thực nghiệm

Hc (Oe)

Mẫu chưa ủ

2,27
o

5,13

o

11,45

o

925,27

Mẫu ủ ở 495 C trong 10 phút
Mẫu ủ ở 540 C trong 10 phút
Mẫu ủ ở 630 C trong 10 phút

Khi nhiệt độ ủ tăng, lực kháng từ tăng lên đáng kể, cho thấy sự suy
o

giảm của tính chất từ mềm. Khi nhiệt độ ủ đạt 630 C, lực kháng từ Hc đạt 925
Oe, gợi ý rằng mẫu trở nên có tính từ cứng.
1.1.2. Hệ hợp kim Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4)
Vi cấu trúc của hợp kim Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4) chế tạo bằng phương
pháp phun băng nguội nhanh đã được Tetsuji Saito và các cộng sự nghiên cứu
[23].


Hình 1.3. Đường cong khử từ của Hình 1.4. Phổ XRD của mẫu băng
mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4): Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4): (a) Co80Zr20,
(a) Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2, (c)
(b) Co80Zr18B2, (c) Co80Zr16B4 [23].
Co80Zr16B4 [23].
Hình 1.3 là các đường cong khử từ của mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = 0 4). Giá trị lực kháng từ thu được cho hợp kim Co80Zr20 là 2 kOe. Việc bổ
sung một lượng 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 là 5 kOe thu được với hợp
kim Co80Zr18B2. Hình 1.4 là phổ nhiễu xạ tia X của các băng hợp kim
Co80Zr20-xBx. Các đỉnh nhiễu xạ của các pha CoxZr và Co23Zr6 được tìm thấy
trong phổ XRD của hợp kim Co80Zr20. Các đỉnh nhiễu xạ của các pha CoxZr

và Co23Zr6 cũng được tìm thấy trong phổ XRD của các hợp kim Co80Zr18B2
và Co80Zr16B4. Tuy nhiên, cường độ của các đỉnh nhiễu xạ của pha Co23Zr6
trở nên yếu hơn khi tăng hàm lượng B. Điều này cho thấy sự thay thế một
lượng nhỏ của B cho Zr trong hợp kim Co80Zr20 dẫn đến sự hình thành của
pha từ cứng CoxZr.


Hình 1.5 cho thấy ảnh hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron
Microscope) của các băng hợp kim Co80Zr20-xBx. Có thể quan sát thấy vi cấu
trúc của hợp kim Co80Zr20 gồm các hạt có đường kính khoảng 1 µm. Các kết
quả trên phổ XRD và từ nhiệt cũng cho thấy các hạt CoxZr. Hiển vi điện tử
quét SEM cũng thu được kết quả tương tự với các hợp kim Co80Zr18B2 và
Co80Zr16B4.

Hình 1.5. Ảnh SEM của mẫu băng Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4): (a)
Co80Zr20, (b) Co80Zr18B2, (c) Co80Zr16B4 [23].
Để làm rõ sự khác biệt giữa
các mẫu vật, sự phân bố kích
thước hạt và kích thước hạt trung
bình đo từ hiển vi SEM được trình
bày trong hình 1.6.
Kết quả cho thấy, kích
thước hạt trung bình của hợp kim
Co80Zr18B2 là nhỏ hơn nhiều so
với các hợp kim khác. Đồng thời,
sự phân bố kích thước hạt của
hợp kim Co80Zr18B2 là nhỏ nhất

Hình 1.6. Phân bố kích thước hạt và
trong ba hợp kim trên. Điều kích thước hạt trung bình (D ) đo từ

ave
ảnh
hiển
vi
SEM
của
các
băng
này cho thấy sự thay thế một
Co80Zr20-xBx (x = 0 - 4) [23].
lượng nhỏ của B cho Zr có
hiệu quả cao trong việc tạo ra các
hạt đồng nhất.


Hình 1.7. là ảnh TEM trường sáng và trường tối của hợp kim
Co80Zr18B2. Các vòng tròn nhiễu xạ mạnh (hình 1.7a) hay các đốm trắng
(hình 1.7b) là của pha CoxZr. Các nghiên cứu TEM cho thấy đường kính các
hạt CoxZr cỡ khoảng 200 nm.

Hình 1.7. Ảnh TEM của băng Co80Zr18B2: (a) trường sáng
và (b) trường tối [23].
Nghiên cứu chi tiết vi cấu trúc được thực hiện bởi STEM. Hình 1.8
cho thấy các hạt được bao quanh bởi các
ranh giới hạt giàu Co. Các mẫu đã được
tìm thấy bao gồm chủ yếu của pha
CoxZr cùng với một lượng nhỏ của các
pha Co23Zr6 và Co. Như vậy, các hạt
tương ứng với các pha CoxZr và các
ranh giới hạt giàu Co tương ứng với

các pha Co. Sự tồn tại của số lượng nhỏ
pha Co23Zr6 đã không được phát hiện
trong các nghiên cứu STEM, do sự
khác biệt về thành phần giữa các pha

Hình 1.8. Ảnh HAADF-STEM của
băng hợp kim Co80Zr18B2 [23].

CoxZr và pha Co23Zr6. Các kết quả STEM của mẫu băng Co80Zr18B2 là một
nam châm nanocomposite trong đó các hạt pha từ cứng CoxZr có đường kính
khoảng 200 nm, được bao quanh bởi các pha từ mềm Co.


1.2. Cấu trúc và tính chất từ của một số hệ hợp kim Co-Zr-B có pha
tạp
1.2.1. Hệ hợp kim Co80Zr18-xMxB2 (x = 0 - 2) M = C, Cu, Ga, Al và Si
Ảnh hưởng của sự bổ sung nguyên tố M (M = C, Cu, Ga, Al và Si) cho
Zr trong tính chất từ, phát triển pha, và vi cấu trúc của băng hợp kim
Co80Zr17M1B2 được nghiên cứu, tính chất từ của chúng được liệt kê trong
bảng 1.2.
Bảng 1.2. Từ độ bão hòa σ12 kOe, từ dư σr, lực kháng từ Hc, tích năng lượng
(BH)max, và nhiệt độ curie TC của pha 5:1 của băng hợp kim Co80Zr17MB2
(M
= C, Cu, Ga, Al, và Si) phun ở Vs = 40 m/s và đo ở
o
25 C.

Rõ ràng, tất cả nghiên cứu về băng Co80Zr17MB2 đều biểu thị đặc tính
tốt của nam châm vĩnh cửu. Đối với băng hợp kim tam nguyên Co80Zr18B2,
tính chất từ đạt được là từ độ bão hòa σ12

kOe

= 63 emu/g, từ dư σr = 49

emu/g, lực kháng từ Hc = 4,1 kOe, và tích năng lượng (BH) max = 5,0
MGOe. Tính chất từ của băng Co80Zr18B2 đã thay đổi khi thay thế các
nguyên tố khác nhau. Với sự thay thế của Cu, Ga, và Al cho Zr, từ hóa ở từ
trường 12 kOe, σ12 kOe , σr giảm nhẹ tương ứng 62 - 63 emu/g và 48 emu/g,
và Hc đã giảm đến 2,8 3,5 kOe, kết quả là (BH) max giảm đến 3,0 - 4,1 MGOe. Điều đáng chú ý, khi
thay thế Si cho Zr có thể nâng cao σ12 kOe, σr, và Hc và tích năng lượng cực
đại (BH) max của băng trên cùng một lúc. Tính chất từ của băng Co80Zr17Si1B2
đạt được là σr = 51 emu/g, σ12 kOe = 64 emu/g, Hc = 4,5 kOe, và (BH) max =
5,3
MGOe.


Hình 1.9 là phổ nhiễu xạ tia X của băng hợp kim Co80Zr17MB2. Kết
quả cho thấy, hai pha từ mềm fcc-Co và Co23Zr6 cùng tồn tại với pha từ
cứng Co5Zr trong băng hợp kim Co80Zr17M1B2 khi không có M và với M =
Cu, Ga,


Al và Si. Với M = C, ngoài những pha trên, một pha yếu đã xuất hiện và
bên cạnh đó, cường độ đỉnh nhiễu xạ của pha fcc-Co và Co23Zr6 được tăng
cường, gián tiếp làm tăng số lượng của pha fcc-Co và Co23Zr6 với sự thay thế
C. Mối quan hệ giữa Zr và C [5] có thể tạo điều kiện cho sự hình thành của
pha ZrC trong băng hợp kim Co80Zr17MB2 với sự bổ sung C. Theo đó, σ12
kOe

và σr

được nâng cao, nhưng HC lại giảm với sự thay thế
C.

Hình 1.9. Phổ XRD của mẫu
băng Co80Zr17MB2 [12].

Hình 1.10. Ảnh TEM của mẫu băng (a)
Co80Zr18B2, (b) Co80Zr17CB2, (c)
Co80Zr17SiB2 và (d) Co80Zr16Si2B2 [12].

Hình 1.10 (a), (b) và (c) là ảnh TEM tương ứng của băng hợp kim
Co80Zr18B2, Co80Zr17CB2 và Co80Zr17SiB2. Rõ ràng, sự thay thế của Si cho
Zr là hữu ích trong việc làm giảm kích thước hạt đến 10 - 30 nm, nhưng sự
thay thế C làm thô kích thước hạt tới 30 - 80 nm. Hơn nữa, một số kết tủa
kích thước khoảng 10 - 15 nm xuất hiện trong băng hợp kim Co80Zr17CB2.
Phân tích tia X phân tán năng lượng (EDX), cho thấy rằng chúng là kết tủa
của Co, phù hợp với phân tích XRD như thể hiện trong hình 1.9.
Nguyên tố Si là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến sự cải thiện của
lực kháng từ và tích năng lượng của băng hợp kim Co80Zr18B2. Vì vậy, ảnh
hưởng của nồng độ Si đến tính chất từ của băng hợp kim Co80Zr18-xSi xB2
cũng được nghiên cứu chi tiết. Hình 1.11 là đường cong khử từ của băng


Co80Zr18-xSixB2, tính chất từ của chúng được tóm tắt trong bảng 1.3. Với sự
tăng nồng độ Si, σ12 kOe và σr tăng nhẹ từ 63 - 65 emu/g và 49 - 51 emu/g.
Lực kháng từ HC và tích năng lượng (BH)max tăng tương ứng từ 4,1 kOe
và 5,0
MGOe (với x = 0) đến 4,5 kOe và 5,3 MGOe với x = 1, sau đó chúng giảm

đến 3,1 kOe và 4,3 MGOe (với x = 2). Trong nghiên cứu này, băng hợp kim
Co80Zr17Si 1B2 đạt được tính chất từ tối ưu là σr = 51 emu/g, σ12

kOe

= 64

emu/g, Hc = 4,5 kOe và (BH)max = 5,3 MGOe.
Bảng 1.3. Tính chất từ của mẫu băng Co80Zr18-xSixB2
[12].

Hình 1.11. Đường cong khử từ
của mẫu băng Co80Zr18-xSixB2
[12].

Hình 1.12. Phổ XRD của mẫu băng
Co80Zr18-xSixB2 [12].


Hình 1.12 là phổ nhiễu xạ tia X của băng hợp kim Co80Zr18-xSixB2.
Kết quả cho thấy, hai pha từ mềm là fcc-Co và Co23Zr6 cùng tồn tại với pha
cứng


Co5Zr trong băng Co80Zr18-xSi xB2. Hơn nữa, cường độ đỉnh nhiễu xạ của pha
fcc-Co được củng cố, cho thấy số lượng của pha fcc-Co tăng lên với sự tăng
của nồng độ Si và do đó σ12 kOe và σr tăng nhẹ. Mặt khác, kích thước hạt tăng
lên khoảng 30 - 80 nm với nồng độ Si là 2% như được chỉ trong hình 1.10
(d), dẫn đến tính chất từ giảm.
1.2.2. Hệ hợp kim Co86,5Hf11,5-xZrxB2 (x = 0, 1, 2, 3 và 5)

Hình 1.13. Đường từ trễ của
mẫu băng Co86,5Hf11,5-xZrxB2
khi chưa ủ và ủ ở 873 K [14].

Hình 1.14. Tính chất từ của mẫu
băng Co86,5Hf11,5-xZrxB2 theo
nồng độ Zr [14].

Hình 1.13 là đường cong khử từ của băng Co86,5Hf11,5-xZrxB2. Các
băng đều thể hiện tính chất từ cứng khi x = 0 - 2 nhưng lại thể hiện tính
chất từ mềm khi thay thế nồng độ Hf khoảng 3 - 5%. Sau khi xử lí nhiệt tối
ưu, tính chất từ cứng của các băng ứng với x = 3 và 5 được thể hiện rõ rệt.
Từ dư Br =
0,61 - 0,74 T, lực kháng từ Hc = 128 - 216 kA/m và tích năng lượng cực đại
3

(BH) max = 23,2 - 52,8 kJ/m . Tính chất từ của băng Co86,5Hf11,5-xZrxB2 sau
khi xử lí nhiệt tối ưu được tóm tắt trong hình 1.14.
Đối với băng tam nguyên Co86,5Hf11,5B2 thu được tính chất từ Br = 0,71
3

T, Hc = 192 kA/m và (BH)max = 34,4 kJ/m . Với x = 1, Br và Hc được cải thiện
và đạt tới 0,74 T và 216 kA/m. Tuy nhiên, với nồng độ Hf tăng tới 5%, tính
chất


3

từ giảm nhẹ với Br = 0,61 T, Hc = 128 kA/m và (BH) max = 23,2 kJ/m . Trong

nghiên cứu này, tính chất từ tối ưu với Br = 0,74 T, Hc = 216 kA/m và
(BH)max
3

= 52,8 kJ/m đạt được với băng Co86,5Hf10,5Zr1B2
.
Hình 1.15 là phổ nhiễu xạ tia X của băng hợp kim Co86,5Hf11,5-xZrxB2.
Kết quả cho thấy, hai đỉnh nhiễu xạ
o

o

tại 2θ = 38,2 và 44,6 được tìm
thấy trong các mẫu với x = 0 - 2
cho thấy sự tồn tại của các pha kết
tinh. Với nồng độ Hf là 3%, mẫu
thể hiện tính chất vô định hình. Sau
khi ủ ở 873K, phổ nhiễu xạ cho hai
mẫu với x = 3 và 5 khá giống mẫu
với x = 0 - 2, điều này ngụ ý cho sự
kết tinh của pha từ cứng trong quá
trình ủ.

Hình 1.15. Phổ XRD của mẫu băng
Co86,5Hf11,5-xZrxB2 [14].

Hình 1.16. Ảnh TEM của mẫu băng Co86,5Hf11,5B2(a), Co86,5Hf10,5Zr1B2
(b),
Co86,5Hf8,5Zr3B2(c) sau khi kết tinh ở nhiệt độ tối ưu [14].
Hình 1.16 là ảnh từ kính hiển vi điện tử của mẫu băng Co86,5Hf11,5B2,

Co86,5Hf10,5Zr1B2 và Co86,5Hf8,5Zr3B2. Kết quả cho thấy, việc thay thế Zr cho


Hf có ích trong việc tinh chỉnh kích thước hạt của băng từ 10 - 35 nm với x
=
0 đến 5 - 15 nm với x = 1. Tuy nhiên, ủ các băng với x = 3 dẫn đến sự tăng


kích thước của các hạt Co11(Hf,Zr)2 (10 – 40 nm). Ngoài ra, thành phần của
các hạt cũng đã được phân tích bởi phổ tán xạ năng lượng EDX cho thấy
rằng tỉ lệ của Co, (Hf+Zr) tương ứng là 83 - 87%, 13 - 17%. Kết quả này
cũng hỗ trợ giả định pha từ cứng trong nghiên cứu băng Co86,5Hf11,5-xZrxB2
là Co11(Hf,Zr)2.
1.2.3. Hệ hợp kim Co80Zr18-xTixB2 (x = 0 - 4)
Hình 1.17 cho thấy từ dư σ r, lực kháng từ Hc và tích năng lượng
(BH) max của băng hợp kim Co 80Zr18-xTixB2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) phun ở tốc độ
là 30 m/s. Kết quả cho thấy, tính chất từ của các mẫu băng phụ thuộc nhiều
vào nồng độ Ti. Các giá trị của lực kháng từ Hc và tích năng lượng cực đại
(BH) max của mẫu băng Co80Zr18-xTixB2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) tăng từ 3,0 kOe
và
3,2 MGOe với x = 2 đến 4,5 kOe và 5,0 MGOe với x = 3. Sau đó chúng giảm
mạnh mẽ với sự gia tăng hơn nữa của nồng độ Ti. Đối với việc bổ sung Ti,
các giá trị σr và (BH)max đều được cải thiện đáng kể.

Hình 1.17. Tính chất từ của
mẫu băng Co80Zr18-xTixB2 (x = 0
- 4) phun ở tốc độ 30 m/s [28].

Hình 1.18. Tính chất từ của mẫu
băng Co80Zr15Ti3B2 ở các tốc độ

nhau [28].

Tính chất từ của mẫu băng Co80Zr15Ti3B2 cũng phụ thuộc mạnh vào
tốc độ làm nguội và điều kiện ủ. Hình 1.18 cho thấy tính chất từ của
Co80Zr15Ti3B2 như một hàm của tốc độ làm nguội (vs). Có thể thấy rằng các
tính chất từ tối ưu của các mẫu băng được phun ở tốc độ khác được đặc trưng


bởi Hc và (BH)max khá thấp. Vì vậy, các băng Co80Zr15Ti3B2 phun ở tốc độ 30
m/s và 40 m/s đã được lựa chọn để ủ nhiệt.

Hình 1.19. Lực kháng từ của mẫu
băng Co80Zr15Ti3B2 phun ở các tốc
độ (a) 30 m/s và (b) 40 m/s theo
thời gian ủ [28].

Hình 1.20. Đường cong từ trễ của
mẫu băng Co80Zr15Ti3B2 phun ở các
tốc độ 30 m/s (a) và 40 m/s ủ ở
o
650 C trong thời gian 2 phút (b) [28].

Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào điều kiện ủ được thể hiện ở
hình
1.19. Rõ ràng là các băng phun ở tốc độ 30 m/s cho thấy một sự suy giảm
o

ổn định của lực kháng từ sau khi ủ nhiệt từ 600 đến 700 C chỉ trong vài
phút. Mặc dù lực kháng từ của băng phun ở tốc độ 40 m/s chỉ là 1,7 kOe,
o

nhưng nó tăng mạnh đến 4,9 kOe sau khi ủ ở 650 C trong 2 phút. Với sự gia
tăng hơn nữa nhiệt độ ủ hoặc thời gian ủ, lực kháng từ giảm mạnh. Đặc
o

biệt, sau khi ủ ở 700 C trong 4 phút, lực kháng từ giảm mạnh đến 1,3 kOe.
Trên hình 1.20 là đường cong từ trễ của băng Co80Zr15Ti3B2 phun ở tốc độ 30
o

m/s khi chưa ủ và phun ở tốc độ 40 m/s sau đó ủ ở 650 C trong 2 phút.
Có thể thấy rằng, các
đường cong từ trễ của băng Co 80Zr15Ti 3B2 trơn mượt và chỉ có một pha từ
cứng được thể hiện, trong khi mẫu băng chưa ủ cho giá trị từ độ thấp
hơn băng đã ủ.