Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Nâng cao lực kháng từ của nam châm thiêu kết Nd-Fe-B bằng cách thay thế Dy cho Nd

MỞ ĐẦU
ủa ó à

Ngày nay,
a

ó

a

a

à

à
í
a

NCVC

ở

-Co và Nd-Fe-B

ó í

max

VLTC khác. Tuy nhiên, nam châm
à

ồ

ó

-

à

ờ
M
óa

à
à

nam châm Nd-Fe-

à

châm

-Fe-B.

à

a

à

Đ

ầ

à

ầ

nam

ủa
-

à a
ó

-

ó

à

a

ầ

- a cơng [2].

í

ủa a

(Nd,Dy)-Fe-B

R2Fe14B (R =

…

hai nguyê

à
2Fe14B,

ở

à

ó

a ồ

ó

ờ

a a

ờ
a

a

a

a Dy2Fe14B, Ms

, HA = 278 kOe, a
a

ở

a

ó pha Dy2Fe14B
ủa

a

a
pha Nd2Fe14

6

Ms

7

kOe

a

a

à

a

a
a

ó

a

a

ở

à

ó

ầ

a

ủa ngành

,
ồ

a
à

í

ó

… [1, 6]. Hai

à

1

Nd2Fe14B, HA = 75
a

a

ó


a

c

à

à í

í

a

à
a

ầ
à

ủa
ầ

ầ

a

(Nd,Dy)-Fe-B

-Fe-

ủ

Đ
a

a
O

- 5 O

-Fe-B.

4 %

a

í
à

- max

O

a

à
ó

ó í

ầ

và máy phát

ầ

a

a
ờ

…[6].

max

~ 30 - 35 M O

à

c

à
a

a
à

ủa

í

í

à

a

à

ầ

ó

a
ữ

à

ủa

là: “Nâng cao lực kháng từ của nam châm thiêu kết Nd-Fe-B bằng cách
thay thế Dy cho Nd”.
Đối tƣợng nghiên cứu của luận án:
a

(Nd,Dy)-Fe-B.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:
a

C
ó

(Nd,Dy)-Fe-

pháp

a (Hc > 10 kOe)

ầ

.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:
ủa

ó

a

a
a

nam châm
a

Đồ
-Fe-

a
2

à

ờ
ó

à
a à

Phƣơng pháp nghiên cứu:
à

M
:

ầ

é

ờ

é

ẳ

ủa

a X.

ủa

Tí

é

tr ờ
Nội dung nghiên cứu của luận văn:
ở

ủa

ủa a

a

à í

-Fe-B.

Bố cục của luận văn:
í

ủa

C

à

:

à

:

à

a

é

a

-Fe-B.

à í
3:

ở

3

ủa

à

ủa

à

a

à í

ủa a

-Fe-B.
Kết quả chính của luận văn:
-Đ

ở

ủa

ủa a

ch

à í

-Fe-B.

-Đ
3 O

a

a

-Fe-

í

ủ

max

ó
3 5M O

a

c

ó

a

a

à

à
í
à

Đ

a

à

a

3


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NAM CH M THI U K T Nd-Fe-B
1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng.

VLTC à
à

à

ờ

ờ

ữ

Q

ờ

698 – 2599

à

Đ

a

(TCN)

a

Đó à
ắ

à

a à

ắ à

à ầ

rung Hoa

a

í

nam châm ó
ầ

é

ờ Nhà Chu (1046 - 771 TCN) và a à

à

ỷ

7 TCN.

a

a à

à

ủa các ơxit ắ Fe3O4.
à

T
a

Đầ

à

a à
é

ầ

à
ó

max

Q

a

é

a

XX

à

 1 MGOe [7].

ở

ó

à

a

ầ
à

a

a ầ

max

ầ

[8].

a

a

A

ở M

a

à

93

à
ó

à
a

A
956

à

à a

óủ

M O

Tuy nhiên, (BH)max

A

ờ
a

9 ó

max

M O

í
ủa

ó

à

ó
a

a

TCN

fa
à

max

a

a

a
ó

a

ữ

ở

9

à

à

à

c

bé (2kOe). Tuy nhiên do có
4


Curie cao (850o

a

a

à

a

Hình 1.1. Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu theo (BH)max ở nhiệt độ phòng
trong thế kỷ XX [8].
à
ở

à a

à

aO 6
à

rẻ

ầ
2O3

khơng cao (4 M O

a
5

à

à

ó

a

3 %

f

à

ầ 3

Curie (TC

à

à
c



a

a

a ờ

ủa

à

M
à à

a

ầ 4f ó í

ó

5

M O
a

à

ầ 4f

à

ầ 3

a

à

à

a
à

à
à

NCVC ủa

E

ó

và SrO.6Fe2O3. Tuy (BH)max ũ

a

[9].

f

í

g (BH)max lên
ở

ũ

a à

ầ

ó
5

à

ở
967


ó

976

3 M O

a

2Co17

a ũ

C

a
ờ

à

a

àZ
a

í

ó

í

ở

ó

ó
a

ầ

a

ở

[10].

a

2Co17

à

ủa

à

aí

à

a

ủa a
a

a

2Co17

a

ó
à

ở

2Co17

à
5

à

ghim v

ầ

a

Mỗ

a

ờ

ỗ

NCVC SmCo5

ờ

max

í

í

a
à

,

-Fe

ó ữ

ở

à

a
ồ
a

3

ỗ
à

a

à

ầ
984

t

ầ

a
a J J

ầ

2Fe14B.

ở

- à

M

a

à

a

ó

ở

a M

c NCVC d a trên pha ba thành phần Nd2Fe14B theo cơng

ngh ngu i nhanh có Br = 8 kG, Hc = 14 kOe, (BH)max = 14 MGOe [11].
Trong khi, nhóm Sawaga M. ở cơng ty Sumitomo (Nh t B n) b
t o thành cơng NCVC có thành phần Nd15Fe77B8

kG, Hc = 12,6 kOe, (BH)max = 36 MGOe [11].
ủa a

a

à

[12].
ó

à

ẻ à
6

à

a

à
-

a

a

a

-

à

- -

a
a

a

Br = 12

ó
à

ầ
M

í

ủa


ủa

Nd
%

í

ủa

o ra d

ng t tinh th l n cho v t li u

ở

của

ữa là vào

v t li u. M t m

988,

a
(BH)max = 12 MGOe.
73%

3

í

i Br = 10 kG, Hc = 3,5 kOe,

a
-

à

a

%

í

í ) [13].

a
à

a

ở í

a

ó

châm Nd2Fe14

ờ

ồ

a
à

ồ

ữa

a

(15%
a

trên 100

à

ỡ
3

à

ủa a

a
à

max

à
à

a
2Fe14B

ủa

max

a

a

a a

M O
MGOe. L

à

a

à

a

à

ó

-

í

Fề
…

[11].
óa à

ũ

ầ

ó

ở

ủa a

ữ

ở

Đ

à

ờ

ầ

à

a

a ũ

ầ

ủa a

a

này trong cơn
1.2) [7].
à

a

ủa
a

NCVC
3

am châm Nd-Fe(> 34%) Y

ó

ó

a
ờ

ồ

ầ

a

à

a

à

ở
max

ầ

ó í
ờ ó

a
à

a
7

ó ó
í

ng
ờ

a)

b)

Hình 1.2. Đầu ra của nam châm vĩnh cửu trong 10 năm qua (a) và tỉ phần các
loại nam châm vĩnh cửu năm 2010 (b) [11].

Hình 1.3. Một số lĩnh vực ứng dụng của nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B [14]
1.2. Cấu trúc và tính chất của nam châm thiêu kết Nd-Fe-B
-Fe-B
a

-Fe-

a
(
à
à

í
ắ à

a : 4:

à

à ó

ầ

a
à

í

a

à

ở
Nd1+Fe4B4 (

ó

a

8

à

ó

à
a

à

ó

Nd2Fe14B

à a

ó

a

a

à
ầ

à ỗ ỗ
à

a

a


4

à
ó í

- : 4:

Nd2Fe14B. Giữa
í

í

ủa a
à ủa

à

a

à

ủa a
ủa

a

c ng
à

à

c

à

í

ủa

Giàu Dd

Hình 1.4. i c u tr c của nam châm thi u ết Nd-Fe-B [15].
a) Pha t cứng Nd2Fe14B
bão hòa a

Fe và

t hi m t o thành h p ch t nh nguyên v i t

é

ủa

những n m 80 ủa

à

ó

a

nhi u nỗ l c vào ầu
a

tìm ki m m

à cu i cùng pha ba ngun Nd2Fe14B
a

pha Nd2Fe14B ịi h
lâu, sắt có xu h

óng. N

á

ng tách riêng thành pha α-Fe.
í
à ồ

à

c

à
ờ

ủa Nd2Fe14
ở

a

ó

a
88
7 55

P42

5 cho

à
[16]. Nd2Fe14

a

984
ó

à
3

a

ó

a

.

ở ủa

2Fe14

í
9

a4

68
à

f


6

í

a

ẳ

à

Mỗ

4

6

ở

a
ẳ

và
a

j 1, Fe

í

j2, Fe k1, Fe k2
àz

à

ởz
ở

í

à

à

í
1

ầ

ó

ở

ở

a í

a

ủa

à

Z = 1/2

Z=0

a)
Hình 1.5.

b)

u tr c tinh thể pha Nd2Fe14B (a), nguyên tử B và 6 nguy n tử Fe

(vị trí e và

1)

tạo thành hình lăng trụ đứng đáy tam giác (b)[16].

b) Pha bi n hạt giàu Nd
ờ
ó

a

ầ

a

a

a

a
a a

-Fe-B, p a
ủa

2Fe14

a

ó

Đ

à

ủ

a à

í

ó a
à

10

à

a
ở


ủa a
ở

à

ủa

a

trong hình 1.6) giúp cơ l

à

ở

t, q trình
ầ

ỗ

ầ

à
ủa

ý
à

t t c ng và ng

chúng.
a

-Fe-B
ắ

ng tác t giữa
ó a

ot

à

t

ó
men

à

ầ

tr ờ

ao).
a

à
à

th ờ

a

a

Hình 1.6. nh l p m ng pha giàu

à

Nd gi a các hạt [16].

óa [17, 18,
19].
1.2.2. Tí

-Fe-B
a

2Fe14B.

í
6

5

à

A

ó

Pha Nd2Fe14

bão hịa  0Ms

ở
6

49

a

J/m3

à 37 6  B
là TC = 585 K (321o

Đ

ờ
à

a

ó
ó

à í

a

óa a

ủa

à

ắ

ủa
ủa a

…
ó

à

ở

à

ầ

óa

à

í

a

ở

à

ữa

í

a
à

à

í

à

í

à

3

ủa
í

ờ

a
ở

à

í

ủa
11

a
í

ồ


ờ

à í

max…

1.3. Cơ chế lực kháng từ trong nam châm thiêu kết Nd-Fe-B
Q

óa

ắ

à

à

a ở

à
óa ó

à

7
a ồ

ó ủa

ờ
ắ

ở:

I = i ISVicosi = 0
ó

i

à

(1.1)

i à ó

í

ữa

a

s

ủa

à

a)

b)

Hình 1.7. Q trình t h a d
a) M u hoàn toàn hử t
tr

ng ngoài nở ra ng

c)

i nh h ởng của t tr

ng tăng dần

b) H≠ 0 và nh các đ men gần h

ch

ng v i t tr

ng ngoài co lại c) H ≠ 0 và đủ

l n vect t độ quay tr ng v i h
Khi H ≠

ng v i t

ng của H.


à

a

a ó:

I = ISi cosi Vi +  Vi (cosi )
ầ

ó

ó

(1.2)

à

ở

à

7
a

ờ

à

ở

a

à

ủa

ủa
7

12

à
à

nh quay.


ở

a

à

ồ

ở
í

à

ở

ủa

ủa

ờ

ở

à
ở r ng và ơmen khơng thu n l i b thu

h p,

có l i v m t n

ời ta

ng. D a vào kh n ng d ch chuy n vách ơmen

a a a

ầ

ầ

ch chính t o l c kháng t : c

a
a

-Nucleation) và c
a

men-Pinning). Hai
à

ng cầ
ờ

nh ngh a là giá tr của t
ó các mầm

ó à

ờ

ầm HN,

o t bắt ầu xu t hi n (hình 1.8) và HP là t
ng khi m t mầm

cùng v i m t vách ômen

ờng ủ

ot

làm

c hình thành

ng ng, vách ômen này không th d ch chuy n

ờng ngồi

khi giá tr t

c

ng t hóa ban ầu) mà t i

cv

d ch chuy n vách ô

i

a

o chi

t q HP.
à

Hai c
ủa a

a

ầ

ầ

.C
a

vách
a ồ

à

ờ

ó. Khơng có

é

ẻ à

ồ :

ờ

óa a

ầ

ờ

à
a

a

à

ầ

a

a,

ờng cong t

9 Đ

t
à

a
a

13

ầ
ầ

a

ó

à
ó Tr

ó
ầ ở

à

a
a

ờ

à

í
é

à

à
ủa

a a

a

c tiên, c
óa a
vách

ó

à

à
a

í

D

Dsd.

ờ

ó

D > Dsd

a

a

a

ờ

ủa í

9

a

ầ

ở

ờ

à NMs (Ms à
ủa

à

ầ
ở

Đ

ờ
a

ầ

ó,

ủa

à

à

í à
ờ

9

HN <
à

ồ

Q trình

a

P,

ờ

HN > HP à à
D  Dsd

ữ

ữ

à

ờ

ầ

à

ầ

a à N là

ồ
à

à

ó

à

HP

ủa

a

à

à
ủa
ờ

à

Hình 1.8. Minh h a quá trình t
h a hử t và vị trí tr
HN [20].

ng tạo mầm đ

Hình 1.9. Đ

ng t hoá ban đầu và

ng t tr của nam châm loại mầm đ o
t và nam châm loại ghim vách đ men
[21].

14


é

ó à

a

a

óa

a

à

ầ

ờ

J J
ờ

a

óa a

ờ

ó

ờ

a

ầ

[5].

é

ờ

ầ

óa

a à
ờ

óa

ờ

a

ầ

ủa

a

a

ờ

a

a

ỡ
à

a

ó
é

à

à ỡ

ó

ẳ

é

à ầ
é

ờ

óa a

khơng bão hịa à
a

ầ

à

ờ

a

ầ

a

ữa a
a

í ó

é
à

í
H

h Block

Hình 1.10. i c u tr c của mầm đ o t và ghim vách đ men. ác mầm đ o t
c thể ở trong hạt ( ) ho c bi n hạt (B) và tâm h m vách ở vị trí
Nh

à ở

[24].
ở í

15

ủa a

à

ó

ở

ủa

ầ

ở

ủa

à
íA

a

ờ

à

í

ờ

a

ờ

thì

ầ

à
ầ

nam châm

ầ

a

à à

ó
í

a

a

à

à

ó

í
à

Q trìn
trên hình 1.11. Đ

a

ủa
ẳ

ờ
ờ

í

ẳ

ủa

à
ờ

à
M

Mr2
ờ

à
ờ

à à

ầ
ờ

à

Đ

Hình 1.11. ác đ ng cong m t
quá trình đ o t của v t liệu c c u
tr c hác nhau [1].
à à

a

a
à

a

ờ

ữ

ầ

Mr1  Ms
ờ

Đ

a
ầ

à
ờ

ủa
ó

à

ó

ủ
a

10 à
16

óở

à
ầ

íA à

à

HN


a

ầ

ó

ủa

ờ

à

ở

ó

í

à

Đ ờ
A

à

ờ

ờ
ờ

à

a

HN

ó
a

à

ó

í

ủa

ó

ờ

ờ
ờ

é A

à

a

ầ

‟

y về lự

1.3.3. Lý

à

g
a

ủa

à
ủa

ờ

à

é

ở

a

à
à

ủa

à

ờ

à

ờ

à

ờ

A

ồ
a a

[10]

ẳ

Hc 

ó

w
à:

2K 1
 NM s
0Ms

(1.3)

à

í
ầ

ủa

0Ms  1 T nên s

3
a à

í

à

A,

ủa

do N  1 và

ó

ó

a

A

20 - 3 %

A.

Đ

a

à

ở

2Fe14

a
ầ

a

ó
à

õ à

ủa
à
17

ỗ
a
ở


ủa
:

a

à

ó

J (T )
H c (T)  cHA (T)  n s
0

ó

à

A

ờ

;

à

ở

(1.4)

à

a à

í
5

-

à

à

ầ

8 - 1,7 ó
ờ

à

a

a

ờ

a

à

à
ờ

ầ

ó

:

c

Hc  K

J
2K 1

 N eff s
Js
0

ó K

ồ
à
à

ủa í
í

à

ầ

ũ
a

a

ủa

ắ

a

à

a

C

eff

à
ó
 kh

2Fe14

-W
à
Hc 

fa
a :

c

B
M s ro

- Neff(4Ms)

ó

(1.6)
ờ

a
ờ
ó

ầ
ầ

ỗ
(1.6

a



ầ

é
ủa

a à

ở

ó í
ẳ

ủa

(1.5)

ó

í
ờ

o

à

ro = 100

à Neff

Hc  11 kOe cho nam châm

í

Nd-Fe-B.
18


1.4. C ng nghệ chế t o nam châm thiêu kết Nd-Fe-B
a
ủa

1.12,

ó

1. Hợp kim nấu
nóng chảy

2. Nghiền th

3. Nghiền tinh

4. Định hƣ ng
trong từ trƣ ng

5. p

ng tĩnh

6. Thiêu kết, xử l
nhiệt

7. Gia c ng cơ khí
8. Bọc l p bảo vệ
9. N p từ

ản ph m

Hình 1.12. ác c ng đoạn trong quy trình chế tạo nam châm thi u ết Nd-Fe-B
các hình nh

ế b n minh h a r h n các b

19

cđ .


9

T

t

nam châm là

Nam châm thi

c ch t o nhi u trong công
a

nghi p và chi m tỷ phần cao nh

t hi

i.

a

- -

a
ầ

ó

a

ầ

a

:
- ỷ

ầ

ủa

a

ủa

a

- í

: 4:
3-5 m.

é

-Đ

ủa

a

ạ

1.4.1.

ợp

b

ầ

Cơn

a

-Fe-

ầ

a
ờ

í

A

ó
à

a

ầ

pha giàu Nd.

óa

ồ
í

a

a

ồ

ủa
ó

à
ờ
í
20

à

ầ
ắ

a

à

à

ó
à

3

í
ờ a

a

ỗ

ủa

ầ

ủa
ó

a a

a

à
à

77%

ắ

ờ

à

ồ
xBy

à

ầ
óa

ủa 3

ủa

a
a

a

a

óí
à

óa

ầ
í

à

Q
.

a

xBy

-Fea

ắ

. Tuy
a

à

ữ
ầ

ầ , ho

ên lị

ủa

í

cho a

ủ

ầ

a

a

óa à
à

a

4B4,

a


à
ắ

ắ
a

Đ

a

à

a

ủa a
: 4:

ầ

ó
í

ồ

a

a

í

a

ồ

a

-Fe-

à

à

a a

à

a a

a

a

ầ

óa ắ
a

ồ

a

tetragonal Nd2Fe14B (  ), pha giàu Boron Nd1+  Fe4B4 ( ) và pha giàu Nd có
ó

M

à

a

à

 -Fe hay Nd2O3 ũ

ữa
à

a

ờ

Nd15Fe77

Đ

à

ầ
g ề

ủa

à

óa a

a

à
ó

ủa

ầ

a ắ

à

2Fe14

ợp

Q

í
í

ó

à

ó í

ỡ

óa

a

í

Nd2Fe14

à
ủa

ỡ

í

à
í

ỡ3†5µ

í

ở

ủa a

-Fe-

í

a

ủa a

í

a
ở

ủa

í

ầ

a

Đầ

à
ỡ 300 

í
í

ủa

ờ

ầ
a

ó

à

Đ

à
3 m), ó

à

21

ỡ

p

à


j

,

Mechanical milling),

ỡ
a) Ph

(hydrogennation decrepitation).

ng pháp nghi n phun (Jet Milling)
a

H

à
à

à

ó
a

13 à

à

a

a

í
à

a
ỡ

à

ồ

í à
ó í

(Jet Milling).

Hình 1.13. Nguy n lý ỹ thu t nghi n phun [22].
b) Ph

ng pháp nghi n c (Mechanical Milling-MM)

Hình 1.14. Nguy n lý ỹ thu t nghi n c h c (nghi n bi) [3].
22

é


à

í

ó

óa

à

ó

é

a

a

à

a

a

ó ắ

ữa

à

à

ẻ

óa à

à

a

14
:

à

í

a

ắ

a

a

à
ồ

ó

ẻ

í

ồ

à ở

a

a

í

í

Q
à

ó

ờ

óa

c) Ph

ng pháp tách v trong hyđro (hydrogennation decrepitation)
a

-Feờ
à

ỷ

í

a
à

ỡ

à

a à

ỡ

à

15).

Hình 1.15. Q trình tách v trong hydro [1].
Ư

í

mà khơn

a

ủa

à
a

í

à

a

1.

Ép ạ v

M

í

ủa

à
a

é

a

à

ó

a

à ó

ẳ

ó

à

a

ó

ầ
é

í

ầ
23

a

:é
óé

ẳ

é


ầ

é
ó í
í

ó

ồ

é

ủa
ạ

é

a
é

a

:K

ạ

é
à
é

ồ

3

a

ó

a [26]:

é

a

ắ
G

ờ

é

Q
G

à

ờ

à

:K

à

ó

ắ

a

ủa ó

ắ

ữa
à

ở

a

G

à
ạ

é

:T

é

à

é

ủa

ầ
ữa

à

óở

a

Hình 1.16.
g cv ih

ữa

à

a

à

tr

ó à

à

í

a

ng đ t song song v i h

ng p (b)

ầ

p đ ng tĩnh (c)

ng p (a) t tr

ng đ t vu ng

p đ ng tĩnh trong hu n cao su (d)

[24].
a
a
é

-Feủa ó

à

a

a
ờ

é

ờ

ầ

a
à

24

Đ

ó

a
ó

16a

à

é

a : a
a

ắ à

é

1.16
ờ

16
í
à

ờ

ẳ
à

a

a

a

ờ

a ở

a

ờ
ờ

ó

à

6

T
à
Đ

à

ữ

ờ

ó

ó

ồ

à

ờ
à

ầ

94
à

a

M
à

a

ủa

ủa

là
a

Đ

ó
í

ồ

í

a

í
a

a

ỗ ỗ

à

ầ

ủa

ờ

à

a

ủa

à

à

ữa

ở

a

í
à

à

a à

ỗ

a

ắ

à
a

ó

à
à

a

a

à
à

a

í

à

a
à

à ở

:

à
ó

à

ủa

ủa

a

ắ

à
ầ
a

à

ắ

ắ

ữa
a

:
a

é
Trong

25