Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:144

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu "Nghiên cứu chế tạo, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về hiệu ứng từ nhiệt trên các hệ hợp kim nguội nhanh; Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh ba thành phần Fe-(La, Nd, Pr)-Zr; Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh năm thành phần Fe-(Cr, Cu)-(Nd, Gd, Co)-B-Zr.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr

N HÀN LÂM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- NGUYỄN HOÀNG HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH NỀN Fe-Zr Chuyên ngành: ật liệu điện tử ã số: 9.44.01.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2022
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- NGUYỄN HOÀNG HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH NỀN Fe-Zr Chuyên ngành: ật liệu điện tử ã số: 9.44.01.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. NGUYỄN HUY DÂN 2. PGS. TS. NGUYỄN MẠNH AN Hà Nội - 2022
I CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến GS.TS. Nguyễn Huy Dân và PGS.TS. Nguyễn Mạnh An, những người thầy đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Ngoài việc hướng dẫn tận tâm về mặt khoa học, sự quan tâm, cảm thông, động viên và khích lệ của các thầy đã giúp tôi vượt qua được muôn vàn khó khăn. Tôi chân thành cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho học tập và nghiên cứu của cơ sở đào tạo là Viện Khoa học vật liệu cùng Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin chân thành cám ơn tới cơ Quan công tác trong quá trình tôi hoàn thành luận án là Trường Đại học Hồng Đức, Trường THPT Chuyên Lam Sơn đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian vừa qua. Tôi xin cám ơn sự định hướng và giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS. Trần Đăng Thành, TS. Nguyễn Hải Yến, TS. Phạm Thị Thanh, TS. Đinh Chí Linh, TS. Nguyễn Mẫu Lâm, những người đã cho tôi những lời khuyên bổ ích, những bàn luận sâu sắc về chuyên môn để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin cám ơn các anh chị em làm việc và học tập tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu và linh kiện điện tử: NCS. Nguyễn Văn Dương, TS. Nguyễn Hữu Đức, TS. Dương Đình Thắng, TS. Nguyễn Thị Mai, CN. Nguyễn Huy Ngọc, ThS. Kiều Xuân Hậu... Những trao đổi chuyên môn sâu sắc, những kinh nghiệm nghiên cứu hữu ích và sự giúp đỡ vô tư của anh chị và các bạn là phần đóng góp to lớn giúp tôi hoàn thành được luận án này. Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất. Sự tin tưởng cũng như giúp đỡ về mọi mặt của gia đình và bạn bè đã là chỗ dựa vững chắc và là nguồn lực to lớn cho tôi thực hiện thành công luận án này. Hà Nội, tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Hoàng Hà i
L I CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong các hợp tác nghiên cứu đã được sự đồng ý của các đồng tác giả. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hoàng Hà ii
Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu 1. Danh mục chữ viết tắt AFM : Phản sắt từ GMCE : Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ FM : Sắt từ FOPT : Chuyển pha loại một MCE : Hiệu ứng từ nhiệt MFT : Lý thuyết trường trung bình PM : Thuận từ M12kOe : Từ độ xác định trong từ trường 12 kOe RC : Khả năng làm lạnh RCFWHM RCAREA RCWP RS : Độ dốc tương đối SOPT : Chuyển pha loại hai TLTK : Tài liệu tham khảo VSM : Từ kế mẫu rung VĐH : Vô định hình XRD : Nhiễu xạ tia X 2. Danh mục các ký hiệu C : Nhiệt dung H : Từ trường Hc : Lực kháng từ M : Từ độ iii
Ms : Từ độ bão hòa Mo, Ho và D : Các biên độ tới hạn Sm : Entropy từ SL : Entropy mạng Se : Entropy điện tử T : Nhiệt độ TC : Nhiệt độ chuyển pha Curie Tpk : Nhiệt độ đỉnh của đường biến thiên entropy từ phụ thuộc nhiệt độ  : Nhiệt độ rút gọn β, γ và δ : Các số mũ (tham số) tới hạn o : Độ cảm từ ban đầu TFWHM : Độ bán rộng của đường biến thiên entropy từ phụ thuộc nhiệt độ ∆H : Biến thiên từ trường ∆Sm : Biến thiên entropy từ ∆Smmax : Biến thiên entropy từ cực đại ∆Tad : Biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt iv
Danh mục các hình và đồ thị Trang Hình 1.1. Mô phỏng về hiệu ứng từ nhiệt. 5 Hình 1.2. Sơ đồ làm lạnh bằng từ. 6 Hình 1.3. Các đường phụ thuộc của từ đ vào từ trường ở các nhiệt 10 độ khác nhau. Hình 1.4. Sự phụ thuộc số liệu MS(T) và 0 1 (T) vào nhiệt độ cùng 14 với các đường làm khớp theo hệ thức Arrott-Noakes (a) và các đường M|ε|β phụ thuộc vào H|ε|(β+γ)) ở các nhiệt độ lân cận TC (b) của hợp chất La0,7Ca0,3Mn1-xFexO3. Hình 1.5. Từ độ tự phát và nghịch đảo của độ cảm ở vùng gần nhiệt 16 độ Curie. Hình 1.6. Hệ spin phân bố theo mô hình Ising. 18 Hình 1.7. Số các công bố (number of research papers published 20 annually) về MCE trong những năm (year) gần đây (Discovery of giant magnetocaloric effect: Các phát hiện về hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ). Hình 1.8. So sánh công nghệ làm lạnh nén giãn khí (phải) và công 21 nghệ làm lạnh sử dụng MCE (trái). Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý (trái) và ảnh chụp (phải) máy lạnh từ 22 thương phẩm của hãng Chubu Electric/Toshiba. Hình 1.10. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại (|ΔSm|max) 23 vào nhiệt độ đỉnh (Tpeak - nhiệt độ mà tại đó có biến thiên entropy từ cực đại) của một số hệ vật liệu từ nhiệt (với ΔH = 50 kOe) . Hình 1.11. Sự phụ thuộc của entropy từ vào nhiệt độ của các mẫu băng 25 hợp kim Fe90−xMnxZr10 (x = 8 và 10) với H = 50 kOe . Hình 1.12. Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie (a), từ độ bão hòa (b) và biến 26 v
thiên entropy từ vào nhiệt độ(c) của băng hợp kim vô định hình Fe90-xZr10Bx với H = 10 kOe (content: hàm lượng). Hình 1.13. Biến thiên entropy từ của các hệ băng vô định hình Fe85- 27 yZr10B5Mny (a), Fe85-yZr10B5Cry (b) và Fe85-yZr10B5Coy (c) với H = 10 kOe. Hình 1.14. Giản đồ XRD của các hợp kim Fe89-xBxZr11. 28 Hình 1.15. Sự biến thiên của nhiệt độ Curie (a), từ độ bão hòa (b) và 29 lực kháng từ (c) với sự thay thế của B trong các mẫu băng hợp kim Fe89-xBxZr11. Các biểu tượng rỗng là các dữ liệu được lấy từ các Tài liệu tham khảo. Hình 1.16. Sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ Sm vào nhiệt 30 độ (temperature) của các mẫu băng hợp kim Fe89-xBxZr11 (x = 0, 5 và 10) với H = 18 kOe. Hình 1.17. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe92-xZr8Bx (x = 3, 4 30 và 5)(Spun ribbons: băng nguội nhanh). Hình 1.18. Các đường cong từ trễ được đo tại nhiệt độ 10K trong từ 31 trường 50 kOe (a), hình lồng vào trong là mỗi liên hệ giữa Ms vào x, các đường cong M(T) (b) của băng hợp kim Fe92-xZr8Bx (x = 3, 4 và 5) trong từ trường 300 Oe (amorphous ribbons: Băng vô định hình, measured at 10 K under a field of 5T: Đo đạc ở nhiệt độ 10 K trong từ trường 5 T, Field applied: Từ trường đặt. Hình 1.19. Các đường cong -Sm(T) của các hợp kim vô định hình 32 Fe92-xZr8Bx trong từ trường 1-5 kOe với x = 1, 2 và 3 tươn ứng (a), (b) và (c). Hình 1.20. Mối liên hệ (-ΔSMpk) và Hn của các hợp kim vô định hình 33 Fe91-xZr9Bx ở nhiệt độ TC (a), hình lồng vào là các đường n-T của 3 hợp kim. Đường làm khớp -(-ΔSMpk) theo TC trong từ trường 50 kOe (b) của các mẫu hợp kim Fe-Zr-B vi
(được liệt kê trong bảng 1.3)(obtaind under 5T: thu được trong từ trường 5 T). Hình 1.21. Sự phụ thuộc ΔTad vào nhiệt độ của hợp kim vô định hình 4 Fe87Zr8B5 trong từ trường 15 kOe và 50 kOe. Hình chèn vào là các đường Cp(T) của hợp kim. Hình 1.22. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe88Zr11B1, Fe88Zr(11- 35 x)B1Cox (x = 0, 1 và 2) và Fe88-yZr11B1Coy (y = 1 và 2). Hình Các đường cong từ trễ được đo tại nhiệt độ phòng (a), 36 1.23 hình lồng vào trong là các đường từ hóa tại 220 K, các đường cong M(T) (b) của hợp kim Fe88Zr11B1, Fe88Zr(11- x)B1Cox (x = 0, 1, 2) và Fe88-yZr11B1Coy (y = 1, 2) trong từ trường 500 Oe. Hình 1.24. Các đường Arrot của hợp kim vô định hình Fe88Zr11B1. Hình 37 lồng vào là các đường cong từ nhiệt của Fe88Zr11B1. Hình 1.25. Các đường cong -Sm (T) của các hợp kim vô định hình 37 Fe88Zr11B1, Fe88Zr(11-x)B1Cox (x = 1, 2) và Fe88-yZr11B1Coy (y = 1, 2) trong từ trường 15 kOe. Hình 1.26. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ -Sm vào nhiệt độ 39 của hợp kim vô định hình Fe88-2xCoxNixZr7B4Cu1 với H = 15 kOe. Hình 1.27. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại 40 |S M pk |, nhiệt độ Curie T C và các giá trị của khả năng làm lạnh RC vào nồng độ Co và Ni của hệ hợp kim Fe 88-2x Co x Ni x Zr 7 B 4 Cu 1 Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ nấu hồ quang. 44 Hình 2.2. a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) bơm hút chân không, 45 (2) buồng nấu mẫu, (3) tủ điều khiển, (4) bình khí Ar, (5) nguồn điện; (b) Ảnh bên trong buồng nấu: (6) điện cực, (7) nồi nấu, (8) cần lật mẫu. vii
Hình 2.3. Sơ đồ các bước nấu hợp kim. 45 Hình 2.4. Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nh nh đơn trục. 46 Hình 2.5. a) Thiết bị phun băng nguội nhanh ZGK-1: 46 (1) bơm hút chân không, (2) buồng mẫu, (3) nguồn phát cao tần; (b) bên trong buồng tạo băng: (4) trống quay, (5) vòng cao tần, (6) ống thạch anh. Hình 2.6. Hình ảnh các thiết bị nhiễu xạ tia X: Hệ Siemen D5005 48 (a), hệ XRD EQUINOX 5000(b). Hình 2.7. Hệ đo VSM: a) sơ đồ khối: (1) màng rung điện động, 49 (2) giá đỡ hình nón, (3) mẫu so sánh, (4) cuộn thu tín hiệu so sánh, (5) bệ đỡ, (6) cần giữ bình mẫu, (7) bình chứa mẫu, (8) cuộn dây thu tín hiệu đo, (9) cực nam châm; b) ảnh chụp hệ VSM. Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các băng hợp kim Fe90-xPrxZr10 51 (x = 1, 2 và 3). Hình 3.2. Các đường cong từ nhiệt của các băng hợp kim 51 Fe 90-x Pr x Zr 10 (x = 1, 2 và 3) trong từ trường 100 Oe. Hình 3.3. Các đường cong từ trễ của hệ hợp kim băng Fe90-xPrxZr10 52 (x = 1 và 2) ở nhiệt độ phòng. Hình 3.4. Các đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ của các băng 53 hợp kim Fe90-xPrxZr10 với x =1(a) và x = 2(b) trong các từ trường khác nhau. H nh 3.5. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường tại các nhiệt độ 53 khác nhau của các băng hợp kim Fe90-xPrxZr10 với x = 1(a) và x = 2(b). Hình 3.6. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy vào nhiệt độ trong từ 54 trường biến thiên của các mẫu băng hợp kim Fe90-xPrxZr10 với x = 1 (a) và x = 2 (b). Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ hợp kim Fe90-xLaxZr10 với x 55 viii
= 1, 2 và 3. Hình 3.8. Các đường từ trễ đo ở nhiệt độ 300K của các băng hợp kim 56 Fe90-x LaxZr10 (x = 1, 2 ). Hình lồng trong là một phần của các đường từ trễ ở vùng từ trường nhỏ. Hình 3.9. Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ trong H = 100 Oe của 57 các băng hợp kim Fe90-x LaxZr10 (x = 1, 2 và 3). Hình 3.10. Các đường phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ của các mẫu 57 băng hợp kim Fe90-x LaxZr10 trong các từ trường khác nhau x = 1 (a) và x = 2 (b). Hình 3.11. Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường ở các nhiệt độ khác nhau 58 được suy ra từ các đường M(T) của hệ hợp kim băng Fe90- xLaxZr10 với x = 1 (a) và x = 2 (b). Hình 3.12. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy vào nhiệt độ trong từ 59 trường biến thiên ΔH = 12 kOe của các mẫu băng hợp kim Fe90-xLaxZr10 với x = 1 (a) và x = 2 (b). Hình 3.13. Các đường M S và χ 0 -1 phụ thuộc vào nhiệt độ của 59 Fe 90-x La x Zr 10 với x = 1 (a) và x = 2 (b). Hình 3.14. Giản đồ XRD của hệ hợp kim Fe90-xNdxZr10 (x = 1, 2, 3, 4 60 và 5). Hình 3.15. Các đường phụ thuộc của từ độ vào nhiệt trong từ trường 61 100 Oe (a) và đường biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha TC vào nồng độ Nd (b) của các băng hợp kim Fe90-xNdxZr10 (x = 1, 2, 3, 4 và 5). Hình 3.16. Hình 3.16. Các đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng (a) và sự 62 phụ thuộc từ độ trong từ trường 12 kOe vào nồng độ Nd (b) của các băng hợp kim Fe90-xNdxZr10 (x = 1, 2, 3, 4 và 5) Hình 3.17. Các đường cong M(T) đo trong từ trường khác nhau của 63 mẫu băng Fe90-xNd với x = 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d) và 5 (e). Hình 3.18. Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường ở các nhiệt độ khác nhau 64 của hệ hợp kim băng Fe90-xNdxZr10 với x = 1 (a), 2 (b), 3 ix
(c), 4 (d) và 5 (e). Hình 3.19. Sự phụ thuộc của |ΔSm| của các băng hợp kim Fe90- 65 xNdxZr10 vào nhiệt độ trong các từ trường khác nhau x = 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d) và 5 (e). Sự phụ thuộc biến thiên entroy của các mẫu vào nhiệt độ trong từ trường ΔH = 12 kOe (f). Hình. 3.20. Các đường biểu diễn sự phụ thuộc Sm/Smax theo  của 67 băng hợp kim Fe90-xNdxZr10 với x = 1, 2, 3, 4 và 5. Hình 3.21. Các đường M2-H/M tại các nhiệt độ khác nhau của hợp kim 68 Fe90-xNdxZr10 với x = 1 (a), 2 (b), 3 (c),4 (d) và 5 (e). Hình 3.22. Sự phụ thuộc của Ms và 0-1 vào nhiệt độ của mẫu băng hợp 69 kim Fe90-xNdxZr10 với x = 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d) và 5 (e). Hình 4.1. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 71 (x = 1, 2, 3 và 4). Hình 4.2. Các đường cong M(T) rút gọn được đo trong từ trường 72 100 Oe (a), 12 kOe (b) và đường dM/dT phụ thuộc nhiệt độ (c) của các băng hợp kim Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 (x = 1, 2, 3 và 4). Hình 4.3. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở các nhiệt độ khác 73 nhau của các mẫu băng Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 với x = 2 (a) và x = 3 (b). Hình 4.4. Các đường cong -Sm(T) trong các biến thiên từ trường khác nhau 74 các mẫu băng Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 với x = 2 (a) và x = 3 (b). Hình 4.5. Độ biến thiên entropy từ cực đại |Sm|max phụ thuộc vào biến 75 thiên từ trường của các mẫu băng Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 (x = 2 và 3). Hình 4.6. Sự phụ thuộc của vùng nhiệt độ làm việc vào biến thiên từ 76 trường của các băng hợp kimFe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 (x = 2 và 3). x
Hình 4.7. Khả năng làm lạnh RC phụ thuộc vào biến thiên từ trường 76 của các mẫu băng Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10 (x = 2 và 3). Hình 4.8. Sự phụ thuộc của số mũ n vào nhiệt độ T của mẫu băng hợp 77 kim Fe79Cr6Nd3B2Zr10 trong các biến thiên từ trường khác nhau. Hình 4.9. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe82-xCr4+xB2Gd2Zr10 78 (x = 1, 2, 3 và 4). Hình 4.10. Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ rút gọn của các băng 79 hợp kim Fe82-xCr4 + xGd2B2Zr10 (x = 1, 2, 3 và 4) trong từ trường 100 Oe. Hình chèn vào trong là sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha TC vào nồng độ Cr trong các mẫu. Hình 4.11. Các đường cong từ trễ tại nhiệt độ phòng của các băng 80 hợp kim Fe82-xCr4 + xGd2B2Zr10 (x = 1, 2, 3 và 4). Hình chèn vào trong là sự phụ thuộc của từ độ ở từ trường 12 kOe vào nồng độ Cr trong các mẫu. Hình 4.12. Hệ đường cong M(T) đo trong từ trường khác nhau của 81 mẫu băng Fe82-xCr4 + xGd2B2Zr10 với x = 1 (a), x = 2 (b), x = 3 (c) và x = 4 (d). Hình 4.13. Hệ đường cong M(H) tại các nhiệt độ khác nhau của mẫu băng 82 Fe82-xCr4+xGd2B2Zr10 với x = 1 (a), x = 2 (b), x = 3 (c) và x = 4 (d). Hình 4.14. Hình 4.14. Sự phụ thuộc của |ΔSm| của các băng hợp kim Fe82- 83 xCr4 + xGd2B2Zr10 vào nhiệt độ trong các từ trường khác nhau x = 1 (a), 2 (b), 3 (c) và 4 (d). Sự phụ thuộc biến thiên entroy của các mẫu vào nhiệt độ trong từ trường ΔH = 12 kOe (e). Hình 4.15. Các đường M2 -H/M tại các nhiệt độ khác nhau của các 84 mẫu băng Fe82-xCr4+xB2Gd2 Zr10 với x = 1 (a), x = 2 (b), x = 3 (c) và x = 4 (d). Hình 4.16. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ bão hòa Ms(T) và nghịch 85 đảo của độ cảm từ ban đầu -10(T) cùng với các đường làm xi
khớp theo các hệ thức Arrott-Noakes cho các mẫu băng Fe82- xCr4+xB2Gd2Zr10 với x = 1 (a), x = 2 (b), x = 3 (c) và x = 4 (d). Hình 4.17. Các đường Kouvel-Fisher của băng hợp kim Fe82- 86 xCr4+xB2Gd2Zr10 với x = 1 (a), x = 2 (b), x = 3 (c) và x = 4 (d). Hình 4.18. Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim Fe84- 88 xCr2+xCo2B2Zr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6). Hình 4.19. Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng (a) và sự phụ thuộc của từ 89 độ bão hòa vào nồng độ Cr (b) của các mẫu băng hệ Fe84- xCr2+xCo2B2Zr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6). Hình 4.20. Các đường cong từ nhiệt rút gọn trong từ trường 100Oe 90 của hệ hợp kim băng Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6). Hình 4.21. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở các nhiệt độ khác 90 nhau của các mẫu băng hợp kim Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 với x = 3(a) và x = 4(b). Hình 4.22. Các đường cong -ΔSm(T) (với ΔH = 12 kOe) của các mẫu 91 băng hợp kim Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 với x = 3(a) và x = 4(b). Hình 4.23. Các đường cong M2-H/M tại các nhiệt độ khác nhau của 92 mẫu băng Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 với x = 3 (a) và x = 4 (b). Hình 4.24. Các đường Ms và χ0-1 phụ thuộc vào nhiệt của mẫu Fe84- 92 xCr2+xCo2B2Zr10 với x = 3 (a) và x = 4 (b). Hình 4.25. Sự phụ thuộc của (M|ε|-β) vào (H|ε|-(β+γ)) ở các nhiệt độ lân 93 cận TC của băng hợp kim Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 với x = 3 (a) và x = 4 (b). Hình 4.26. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe90-xCoxCu1B2Zr7 (x = 0, 1, 94 2, 3 và 4). Hình 4.27. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở nhiệt độ phòng (a) 95 và sự phụ thuộc của từ độ trong từ trường 12 kOe vào nồng độ Co (b) của hệ băng hợp kim Fe90-xCoxCu1B2Zr7 (x xii
= 0, 1, 2, 3 và 4). Hình chèn trong hình (a) là các đường cong từ trễ trong vùng từ trường thấp. Hình 4.28. Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ rút gọn trong từ trường 96 100 Oe của hệ hợp kim băng Fe90-xCoxCu1B2Zr7 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) (a) và sự phụ thuộc nhiệt độ chuyển pha Curie TC của hệ vào nồng độ Co (b). Hình chèn ở hình a là các đường dM/dT xác định nhiệt độ Curie của các hợp kim. Hình 4.29. Hệ đường cong M(T) đo trong từ trường khác nhau của 97 băng hợp kim Fe90-xCoxCu1B2Zr7 với x = 1 (a),2 (b), 3 (c),4 (d) và 5 (e). Hình 4.30. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở các nhiệt độ khác 98 nhau của mẫu băng Fe90-xCoxCu1B2Zr7 với x = 1 (a),2 (b), 3 (c),4 (d) và 5 (e). Hình 4.31. Sự phụ thuộc của |ΔSm| của các băng hợp kim Fe90- 99 xCoxCu1B2Zr7 vào nhiệt độ trong các từ trường khác nhau x = 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d) và 5 (e). Hình chèn vào là các đường cong phổ quát Sm/(Sm)max theo θ trong từ trường biến thiên biến thiên ΔH = 12 kOe. Sự phụ thuộc biến thiên entroy của các mẫu vào nhiệt độ trong từ trường ΔH = 12 kOe (f). Hình 4.32. Sự phụ thuộc của Smmax vào từ trường của băng hợp kim 101 Fe90-xCoxCu1B2Zr7 (x = 0, 1, 2, 3 và 4). Đường liền nét thu được bằng cách làm khớp số liệu theo hàm Smmax  Hn. Hình 4.33. Các đường Arrott theo các mô hình trường trung bình (a), 102 3D Heisenberg (b), 3D Ising(c) và trường trung bình ba điểm tới hạn của các băng hợp kim Fe88Co2Zr7B2Cu1. Hình 4.34. Sự phụ thuộc của RS theo các mô hình vào nhiệt độ của 103 các băng hợp kim Fe88Co2Zr7B2Cu1. (MF: trường trung bình, HS: 3D Heisenberg, 3D IS: 3D Ising và TMF: xiii
trường trung bình điểm ba tới hạn). Hình 4.35. Sự phụ thuộc của Ms(T) và χ0-1(T)vào nhiệt độ theo 104 phương pháp MAP (a) và các đường Kouvel-Fisher của băng hợp kim Fe88Co2Zr7B2Cu1. xiv
Danh mục các bảng Trang Bảng 1.1. Giá trị của các tham số tới hạn theo lý thuyết 19 Bảng 1.2. Các giá trị nhiệt độ chuyển pha TC, độ biến thiên từ 25 trường ∆H và biến thiên entroy từ cực đại |Sm|max của các hợp kim vô định hình (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 (M = Ni, Al, Si, Ga, Ge, Sn). Bảng 1.3. Nhiệt độ chuyển pha TC. Giá trị |ΔSm|max của hợp kim vô định 35 hình Fe-Zr-B. Bảng 1.4. Biến thiên entropy từ và các thông số liên quan của các 39 hợp kim vô định hình Fe88Zr7B4M (M = Ni, Co, Al, Ti) trong từ trường 15 kOe. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Pr lên từ độ, nhiệt độ chuyển 54 pha, biến thiên entropy cực đại, khoảng nhiệt độ làm việc và khả năng làm lạnh của hệ hợp kim Fe90-xPrxZr10 (x = 1 và 2) trong từ trường ΔH = 12 kOe. Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Nd lên từ độ (M12 kOe), nhiệt độ 70 chuyển pha (TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả năng làm lạnh (RC), tham số mũ (β, γ, δ) của hệ băng hợp kim Fe90-xNdxZr10. Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cr lên nhiệt độ Curie (T C ), 75 dải nhiệt độ hoạt động (T FWHM), biến thiên entropy từ cực đại (|∆S m| max ) và khả năng làm lạnh (RC) trong biến thiên từ trường 12 kOe của các mẫu băng Fe 81-x Cr4+x B2 Nd3 Zr10 . Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ Cr lên nhiệt độ chuyển pha 88 (TC), dải nhiệt độ hoạt động (TFWHM), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max) và khả năng làm lạnh (RC) xv
trong biến thiên từ trường 12 kOe của các mẫu băng Fe82-xCr4+xB2Gd2Zr10. Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ Cr lên từ độ ở từ trường 12 94 kOe (M12 kOe), nhiệt độ chuyển pha (TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), vùng nhiệt độ làm việc (T), khả năng làm lạnh (RC) và tham số mũ tới hạn (, , ) của các băng hợp kim Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6) (ΔH = 12 kOe). Bảng 4.4. So sánh hiệu ứng từ nhiệt của hệ băng hợp kim Fe90- 104 xCoxCu1B2Zr7 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) với các hợp kim vô định hình nền Fe đã được nghiên cứu trong các công trình trước. xvi
MỤC ỤC Trang I CẢM ƠN…………………………………………………………………. I L I CAM ĐOAN……………………………………………………………… ii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu.………………………………………..... iii Danh mục các hình và đồ thị………………………………………………….. v Danh mục các bảng……………………………………………………………. xiv MỤC LỤC…………………………………………………………………….. xvi MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN CÁC HỆ HỢP KIM NGUỘI NHANH……………………………………………. 5 1.1. Hiệu ứng từ nhiệt ……..………………………………………………….. 5 1.1.1. Cơ sở nhiệt động học của hiệu ứng từ nhiệt…………………........... 5 1.1.2. Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu........................ 10 1.1.3. Chuyển pha và các tham số tới hạn trong vật liệu từ……………….. 11 1.1.4. Một số mô hình giải thích trật tự sắt từ…………………………….. 14 1.2. Vật liệu từ nhiệt………………………………………………………….. 19 1.2.1. Sự phát triển của vật liệu từ nhiệt…………………………………. 19 1.2.2. Các tiêu chí cho việc ứng dụng vật liệu từ nhiệt…………………. 23 1.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr………………….. 24 1.4. Tóm tắt một số kết quả nghiên cứu về vật liệu từ nhiệt ở Việt Nam……. 41 Kết luận chƣơng 1……………………………………………………………. 43 CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM………………………............. 44 2.1. Chế tạo mẫu................................................................................................. 44 2.1.1. Chế tạo mẫu khối................................................................................ 44 2.1.2. Chế tạo mẫu băng............................................................................... 45 2.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt...... 47 2.2.1. Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X............................................... 47 2.2.2. Nghiên cứu tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt bằng phép đo từ xvii
độ................................................................................................................... 48 Kết luận chƣơng 2……………………………………………………………. 49 CHƢƠNG 3. CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM NGUỘI NHANH BA THÀNH PHẦN Fe-(Pr,La,Nd)-Zr 50 3.1. Hệ hợp kim Fe90-xPrxZr10........................................................................... 50 3.2. Hệ hợp kim Fe90-xLaxZr10.......................................................................... 55 3.3. Hệ hợp kim Fe90-xNdxZr10…………………………………………………. 60 Kết luận chƣơng 3……………………………………………………………. 70 CHƢƠNG 4. CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM NGUỘI NHANH NĂM THÀNH PHẦN Fe-(Cr,Cu)- (Nd,Gd,Co)-B-Zr……………………………………………………………. 71 4.1. Hệ hợp kim Fe81-xCrx+4Nd3B2Zr10…………………………...................... 71 4.2. Hệ hợp kim Fe82-xCr4+xGd2B2Zr10…………………………...................... 78 4.3. Hệ hợp kim Fe84-xCr2+xCo2B2Zr10……………………………………………. 88 4.4. Hệ hợp kim Fe90-xCoxCu1B2Zr7…………………………………………… 94 Kết luận chƣơng 4……………………………………………………………. 106 KẾT UẬN CHUNG........................................................................................... 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ………………………... 109 TÀI IỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 112 xviii