Nghiên c#u vBt li,u tI mKm Finemet [11, 12]

Một phần của tài liệu phân tích nhiệt ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu (Trang 158 - 167)

NG D NG PHÂN TÍCH NHI T TRONG NGHIÊN

III.5. Nghiên c#u vBt li,u tI mKm Finemet [11, 12]

III.5.1.T1ng h2p v t li u t3m4m Finemet

H�p kim t� v�i thành ph�n Fe76-xCuNbxSi13,5B9 có tên Finemet (g�c t�2 t�ti�ng Anh: Fine và Metal). H�p kim này có nhi�u tính ch�t ��c bi�t v� c�u trúc, t� tính và h�a h�n nhi�u�ng d�ng quan tr�ng, nh�t là trong l�nh v�c �i�n t� và �i�n t�. Chính vì v�y

Finemet �ã�ư�c��c bi�t quan tâm nghiên c�u, k�c�cơb�n c�ng như �ng d�ng.

V� c�u trúc, Finemet là v�t li�u t� dư�i d�ng b�ng m�ng vô

��nh hỡnh v�i �� dày b�ng c� 18ữ22àm. ��c �i�m quan tr�ng v�

c�u trúc c�a Finemet là trên n�n vô ��nh hình c�a b�ng t�r�t m�ng có phân b�các h�t nanô tinh th�, kích c�kho�ng 10nm.

V� phương di�n t�, Finemet là v�t li�u t� m�m v�i nhi�u tính ch�t t� ��c bi�t, thích h�p cho nhi�u�ng d�ng th�c t�. Các thi�t b�

�i�n t�và�i�n t�ch�t�o b�ng v�t li�u Finemet có các ưu�i�m n�i tr�i như: tiêu hao ít n�ng lư�ng, th� tích nh�, gi�m nhi�u và dùng

�ư�c�t�n s�cao.

Ngư�i ta nh�n �ư�c v�t li�u t� m�m Finemet v�i nh�ng ��c trưng c�u trúc và ��c trưng t� ��c bi�t k�trên b�ng cách làm ngu�i c�c nhanh dung d�ch l�ng theo h�p ph�n c�a các nguyên li�u thành ph�n Fe, Si và B, v�i lư�ng b� sung nh�các nguyên t�Cu và Nb.

T�c �� làm ngu�i r�t nhanh, ��t c� 106K/sec, thư�ng th�c hi�n b�ng cách phun dung d�ch h�p ph�n nóng ch�y lên thành tr�ng

��ng�ang quay r�t nhanh.

Hình 3.14 mô t� các bư�c chính c�a quá trình hình thành v�t li�u t�m�m Finemet.

Hình 3.14: Các giai �o�n hình thành và phát tri�n pha c�a v�t li�u t�m�m Finemet

Nhưmô t�trên sơ ��, quá trình t�ng h�p Finemet tr�i qua m�t s� giai �o�n, b�t ��u là giai �o�n ngu�i nhanh �� nh�n �ư�c pha vô ��nh hình không có các “c�m” nanô tinh th�, ti�p theo là các bư�c � nhi�t, phát tri�n tinh th�, t�o nên các “�ám"”nanô và cu�i cùng là �n��nh c�u trúc, hoàn thi�n h�p kim t�.

Ch� �� �nhi�t, bao g�m th�i gian, môi trư�ng và nhi�t�� �, là các thông s� quy�t ��nh kích thư�c, phân b� các h�t nanô t� trên n�n b�ng vô ��nh hình và do �ó quy�t ��nh ch�t lư�ng v�t li�u Finemet.

�� nghiên c�u công ngh� ch� t�o Finemet, ngư�i ta ��c bi�t quan tâm t�i quá trình hình thành tinh th�, bao g�m t�o và phát tri�n m�m nanô tinh th�trên n�n vô��nh hình, ��c bi�t là ��ng h�c các quá trình này.

Phòng thí nghi�m Phân tích nhi�t, Vi�n Hoá h�c, Vi�n Khoa h�c và Công ngh�Vi�t Nam �ã k�t h�p v�i phòng thí nghi�m V�t li�u t� và siêu d�n, Vi�n Khoa h�c V�t li�u, Vi�n Khoa h�c và Công ngh�Vi�t Nam, t�p trung nghiên c�u các quá trình cân b�ng và bi�n ��i pha c�a v�t li�u t�m�m Finemet. Dư�i�ây là tóm t�t các k�t qu� chính �ã ��t �ư�c, ph�n liên quan t�i các �ng d�ng phân tích nhi�t.

III.5.2.Th*c nghi m

M�u Finemet d�ng b�ng t�, r�ng 7mm, dày 18ữ22àm, ch� t�o b�ng phương pháp phun ngu�i nhanh trên thành tr�ng ��ng, �ư�c c�t v�n�� �o phân tích nhi�t.

Th�c nghi�m nghiên c�u ��ng h�c b�t ��ng nhi�t DSC �ư�c th�c hi�n theo quy trình �ã mô t�chi ti�t�m�c III.2.2.2.

�i�u ki�n th�c nghi�m DSC c�th�cho các nghiên c�u Finemet là:

- Thi�t b� :DSC 50 (Shimadzu);

- Lư�ng m�u :(2÷4) mg;

- Ch�t so sánh :Al2O3; - Chén ��ng m�u :Pt;

- Môi trư�ng :Th�i khí Nitơ, 20ml/min.

Song song v�i các nghiên c�u trên DSC, m�t k�thu�t phân tích nhi�t chuyên d�ng cho các nghiên c�u v�t li�u t� K� thu�t t�

nhi�t (Thermal Magnetic TM), c�ng �ã �ư�c �ng d�ng ��

nghiên c�u sâu hi�n tư�ng cân b�ng và bi�n ��i pha c�a v�t li�u Finemet. Các nghiên c�u TM �ư�c th�c hi�n trên thi�t b� t� k�

m�u rung t�t�o (Vibrating Sample Magnetometer – VSM).

�i�u ki�n th�c nghi�m ��i v�i các phép �o��ng h�c b�t ��ng nhi�t trên thi�t b�t�t�o VSM c�ng tương t�nhưv�i DSC, nhưng t�c��quét nhi�t c�c��i cao hơn nhi�u, có th� ��t t�i 100K/min.

III.5.3.K,t qu-và th-o lu n

III.5.3.1.Nghiên c!u chuyOn pha b(ng kPthuQt DSC

Hình 3.15 là các gi�n��DSC �i�n hình c�a v�t li�u Finemet. Trên m�i gi�n �� DSC quan sát th�y 2��nh to� nhi�t, ký hi�u l�n lư�t theo chi�u t�ng nhi�t �� là TDSC1 và TDSC2.��nh to� nhi�t� vùng nhi�t ��th�p hơn (Tp1)�ư�c gán cho quá trình hình thành và phát tri�n pha Fe Si, trong khi ��nh to�nhi�t�vùng nhi�t��cao hơn

�ư�c gán cho pha Fe B.

Hình 3.15: Gi�n�� DSC v�t li�u Finemet v�i thành ph�n ( x) khác nhau.

T�các gi�n��nhi�t trên hình 3.15, d�dàng nh�n th�y c�2��nh to�nhi�t ��u có xu hư�ng d�ch v� phía nhi�t �� cao hơn khi t�ng n�ng�� Nb. D� li�u DSC nêu trên gián ti�p ch� ra m�i quan h�

gi�a thành ph�n v�t li�u v�i��ng h�c hình thành pha c�a Finemet và xa hơn n�a là các tính ch�t t�c�a v�t li�u.

III.5.3.2.Nghiên c!u chuyOn pha b(ng kPthuQt tSnhi&t

Thông s� r�t quan tr�ng c�a v�t li�u t�là nhi�t �� Curie (Tc). Có th� xác ��nh giá tr� Tc t� d� li�u th�c nghi�m t� nhi�t (TM). ��

kh�o sát �nh hư�ng thành ph�n v�t li�u lên tính ch�t t�c�a v�t li�u Finemet, giá tr� Tc c�a các m�u v�i thành ph�n khác nhau �ã�ư�c xác ��nh b�ng TM. Hình 3.16 là gi�n �� TM c�a v�t li�u Finemet v�i các thành ph�n khác nhau. Các phép �o�ã �ư�c th�c hi�n v�i t�c �� quét nhi�t r�t nhanh so v�i th�c nghi�m DSC, ��t t�i

=100K/min, th�c hi�n v�i 7 m�u khác nhau v�thành ph�n, tương

�ng v�i x=0 1 2 3 4 5 và 7.

Hình 3.16: Gi�n�� TM các m�u Finemet v�i thành ph�n khác nhau.

T� d� li�u TM, chúng tôi c�ng �ã ti�n hành x� lý vi phân (thu�n túy toán h�c) �� nh�n �ư�c d� li�u d�ng t� nhi�t vi sai (Differential Thermal Magnetic – DTM) nh�m d� dàng hơn trong vi�c xác ��nh�i�m chuy�n pha t�Tc.

Hình 3.17 là gi�n �� TM và gi�n �� vi phân DTM tương �ng,

��i v�i trư�ng h�p x=3. So v�i d� li�u TM, có th� th�y r�ng vi�c xác ��nh giá tr� nhi�t �� c�c ��i trên �ư�ng DTM d� th�c hi�n

chính xác hơn so v�i xác ��nh tr�c ti�p�i�m u�n trên �ư�ng TM.

Giá tr�th�c nghi�m này c�ng có th�s�d�ng �� xác ��nh các thông s� ��ng h�c chuy�n pha và k�t tinh, tương t� như Tp ��i v�i d�

li�u DSC.

Hình 3.17: D�li�u th�c nghi�m TM và DTM. M�u Finemet Fe76- xCuNbxSi13,5B9, trư�ng h�p x=3. (a): Gi�n�� TM; (b): Gi�n�� DTM.

B�ng 3.8: S�ph�thu�c nhi�t�� chuy�n pha t�Curie (Tc) vào n�ng �� Nb.

Nb (x) Tc(K) 0

1 2 3 4 5 7

723 704 672 593 593 580 510

Giá tr�nhi�t�� chuy�n pha t�TC xác ��nh t�d�li�u DTM c�a các m�u v�i thành ph�n khác nhau �ư�c nêu trên b�ng 3.8. K�t qu�

th�c nghi�m trên b�ng 3.8 cho th�y Tc gi�m rõ r�t khi Nb t�ng.

Nh�n xét này phù h�p v�i các k�t lu�n rút ra t� các nghiên c�u

khác, trong �ó có các nghiên c�u��ng h�c b�t ��ng nhi�t s�trình bày ti�p sau, v�vai trò c�a Nb ��i v�i quá trình hình thành và phát tri�n pha c�a v�t li�u Finemet.

III.5.3.3.Nghiên c!u"#ng h$c b.t"%ng nhi&t

Nghiên c�u ��ng h�c b�t ��ng nhi�t quá trình hình thành và phát tri�n pha tinh th� c�a Finemet �ã�ư�c th�c hi�n trên c� 2 thi�t b�

DSC và VSM. D�li�u th�c nghi�m DSC và VSM sau �ó�ư�c x�

lý theo mô hình ��ng h�c b�t��ng nhi�t Ozawa, có so sánh v�i k�t qu�x�lý theo mô hình ��ng h�c b�t��ng nhi�t Kissinger.

�� nghiên c�u ��ng h�c quá trình k�t tinh, các m�u Finemet Fe76-xCuNbxSi13,5B9v�i thành ph�n khác nhau (x= 0; 1; 2; 3; 4;

5 và 7) �ã �ư�c �o DSC. Quy trình nghiên c�u ��ng h�c b�t

��ng nhi�t DSC �ư�c th�c hi�n như �ã mô t� chi ti�t � m�c III.2.2.2 v�i các t�c �� quét nhi�t khác nhau: 10 – 15 – 20 và 30K/min.;

Hình 3.18 là d�li�u th�c nghi�m nghiên c�u��ng h�c b�t��ng nhi�t DSC �i�n hình c�a m�u Finemet Fe76-xCuNbxSi13,5B9, trư�ng h�p x=3.

Hình 3.18: Gi�n�� DSC m�u Finemet Fe76-xCuNbxSi13,5B9, x=3, v�i t�c�� quét nhi�t khác nhau.

Trên m�i gi�n �� DSC quan sát th�y 2 ��nh to� nhi�t, ký hi�u l�n lư�t theo chi�u t�ng nhi�t �� là TDSC1 và TDSC2. Như �ã phân tích �ph�n trên (III.5.3.1), ��nh to�nhi�t�vùng nhi�t��th�p hơn (TDSC1) �ư�c gán cho quá trình hình thành và phát tri�n pha Fe Si, trong khi ��nh to�nhi�t�vùng nhi�t��cao hơn�ư�c gán cho pha Fe B.

D� li�u trên hình 3.18 cho th�y khi t�ng t�c �� quét nhi�t, c�

hai hi�u�ng nhi�t TDSC1 và TDSC2 ��u d�ch chuy�n v�phía nhi�t��

cao. D�li�u th�c nghi�m DSC sau �ó�ã�ư�c x�lý theo mô hình

��ng h�c b�t ��ng nhi�t Ozawa nh� ph�n m�m “DSC Kinetic Program – Ozawa method”.

D�li�u TDSC1 và TDSC2 ph�thu�c t�c�� quét nhi�t, trư�ng h�p m�u v�i x=3, �ư�c trình bày trên b�ng 3.9.

B�ng 3.9: S�ph�thu�c t�c�� quét nhi�t c�a TDSC

T�c�� quét nhi�t (K.min.-1) TDSC1 (K) TDSC2 (K) 10

15 20 30

827,5 833,5 838,6 846,1

955,9 961,1 967,6

Có th�nh�n th�y v�i các t�c�� quét nhi�t khác nhau, ph�n ��

th� dư�i 750K hoàn toàn trùng nhau. T� 800 t�i 1.000K giá tr� t�

�� t�ng lên, t�o thành 2 ��nh rõ r�t t�i 2 giá tr� nhi�t �� ký hi�u tương �ng theo chi�u t�ng nhi�t��là TVSM1 và TVSM2. V�i các t�c

�� quét nhi�t khác nhau, vùng �ư�ng cong ch�a 2 ��nh nói trên không còn trùng nhau như � vùng nhi�t�� th�p hơn. T�c�� quét nhi�t càng cao, các giá tr�TVSM1 và TVSM2 càng d�ch v�phía nhi�t

�� cao, gi�ng như ��i v�i trư�ng h�p TDSC1 và TDSC2 trên gi�n ��

DSC. Hi�n tư�ng t�ng ��t�hoá�vùng nhi�t��trên 800K, v�i 2

��nh�TVSM1 và TVSM2, quan sát th�y trên hình 3.19 c�ng �ư�c gán m�t cách h�p lý cho s�t�o thành 2 pha Fe(Si) và Fe Nb, tương t�nhưkhi lý gi�i gi�n��DSC.

Hình 3.19: S�ph�thu�c t� �� bão hoà vào nhi�t�� c�a m�u Fe76-xCuNbxSi13,5B9, trư�ng h�p x=3.

D�li�u VSM sau �ó �ã �ư�c chúng tôi x�lý vi phân �� nh�n

�ư�c d� li�u d�ng DTM nh�m d� dàng hơn trong vi�c xác ��nh

�i�m chuy�n pha.

C� 3 d�ng d� li�u DSC, TM và DTM sau �ó �ã �ư�c x� lý

��ng th�i theo mô hình ��ng h�c b�t ��ng nhi�t Ozawa và Kissinger �� nh�n �ư�c giá tr� n�ng lư�ng ho�t hoá. Giá tr� n�ng lư�ng ho�t hoá xác ��nh �ư�c theo các k�thu�t nêu trên �ư�c nêu trong b�ng 3.10.

B�ng 3.10: N�ng lư�ng ho�t hoá xác ��nh t�d�li�u DSC, TM và DTM.

Ozawa Kissinger DSC TM DTM DSC TM DTM E1(kJ/mol) 335 425 397 328 417 394 E2(kJ/mol) 536 597 528 589

K�t qu�xác ��nh n�ng lư�ng ho�t hoá b�ng phương pháp ��ng h�c b�t��ng nhi�t d�a trên d�li�u DSC, TM và DTM cho th�y:

- ��i v�i cùng m�t d�li�u th�c nghi�m, k�t qu�tính theo 2 mô hình Ozawa và Kissinger h�u nhưkhông khác nhau;

- Giá tr� n�ng lư�ng ho�t hoá xác ��nh t� 3 d�ng d� li�u DSC, TM và DTM có s�khác nhau, theo tr�t t�:

Ea(DSC) < Ea(DTM) < Ea(TM).

- H�u nhưkhông th�xác ��nh�ư�c chính xác c�c tr�trên d�

li�u �o t�nhi�t (TM) ��i v�i��nh�nhi�t��cao mà ch�có th�xác ��nh�ư�c trên d�li�u d�ng vi phân (DTM).

- N�ng lư�ng ho�t hoá c�a quá trình � nhi�t �� cao l�n hơn so v�i quá trình �nhi�t��th�p.

III.5.4. K,t lu n

- Các k�thu�t phân tích nhi�t thông d�ng DSC và DTA cùng v�i các k�thu�t phân tích nhi�t chuyên d�ng cho v�t li�u t�

TM, DTM k�t h�p v�i các mô hình ��ng h�c b�t��ng nhi�t Ozawa và Kissinger �ã �ư�c �ng d�ng �� nghiên c�u sâu

��ng h�c hình thành và phát tri�n pha c�a v�t li�u t� m�m Finemet c�ng như �nh hư�ng c�a thành ph�n h�p kim t�i các quá trình trên.

- Các k�t lu�n ��y �� và chi ti�t hơn v� v�t li�u t� m�m Finemet, bao g�m ��ng h�c chuy�n pha, �nh hư�ng thành ph�n h�p kim lên ��c trưng c�u trúc và ��c trưng t�, �ư�c trình bày chi ti�t trong các công trình [11, 12].

Một phần của tài liệu phân tích nhiệt ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu (Trang 158 - 167)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(239 trang)