Luận án Nghiên cứu công nghệ chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B có lực kháng từ cao

 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. Từ trường trong lòng ống dây
có thể được sử dụng để nạp từ cho các mẫu vật liệu khi chỉ dùng một nửa chu kì
hình sin của dòng điện phóng. Để tránh được hiệu ứng trường khử từ, các mẫu khối
đều được cắt theo dạng hình trụ và gắn chặt vào bình để tránh sự dao động của mẫu
trong quá trình đo.
 Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung.
 Trong quá trình làm thực nghiệm chúng tôi đã sử dụng hệ đo từ trường xung
đặt tại Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
(hình 2.12). Từ trường cực đại mà hệ đo này đạt được cỡ 90 kOe.
 Hình 2.12. Hệ đo từ trường xung.
 59
 Các giá trị Hc và Ms có thể được xác định trực tiếp từ đường từ trễ trong
phép đo trên hệ từ trường xung, riêng giá trị tích năng lượng cực đại (BH)max phải
được chuyển đổi đơn vị và tính toán như sẽ trình bày dưới đây. Kết quả của phép đo
từ trễ là các đường Mm(H) với H là từ trường ngoài có đơn vị là Tesla (T) và Mm là
từ độ khối lượng có đơn vị là emu/g (hình 2.13a).
 150 30
 M(H)
 100 20 B(H)
 50 10
 0 0
 M,B (kG) M,B
 4
 M (emu/g) M -50 -10
 -100 -20
 -150 -30
 -3 -2 -1 0 1 2 3 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
 H (T) H (kOe)
 a) b)
 Hình 2.13. Đường M(H) thu được từ hệ đo (a) và đường M(H) và B(H) đã được
 xử lý và chuyển đổi đơn vị (b).
 Các số liệu này được xử lý để đưa về dạng 4 M(H) và B(H) (hình 2.13b)
bằng cách sử dụng các công thức chuyển đổi đơn vị như sau:
 3
- Chuyển từ độ theo khối lượng Mm (emu/g) sang từ độ theo thể tích Mv (emu/cm ):
 Mv = Mm
 là khối lượng riêng, được xác định từ việc đo thể tích và khối lượng của
nam châm. Giá trị thực nghiệm thu được với các mẫu chế tạo cỡ 7,5 g/cm3.
- Chuyển từ trường ngoài sang trường hiệu dụng Heff đơn vị là Oe có tính đến hiệu
ứng trường khử từ (phụ thuộc vào hình dạng và kích thước mẫu đo):
 Heff = Hext - 4 Mv.N
 Hext là từ trường ngoài có đơn vị Oe.
 N là hệ số khử từ, phụ thuộc vào hình dạng mẫu. Ví dụ, mẫu hình cầu N =
1/3; màng mỏng N = 1/2. Trong luận án này, chúng tôi đo mẫu ở dạng hình trụ và N
được xác định thông qua đường biểu diễn sự phụ thuộc của chúng vào tỷ số L/d với
 60
L là chiều dài mẫu, d là đường kính mẫu (hình 2.14). Hình 2.15 là một ví dụ về
đường cong từ trễ đã bổ chính ứng với mẫu hình trụ có tỷ số L/d bằng 0,4.
- Cảm ứng từ B có đơn vị là Gauss:
 B = 4 Mv + Heff
- Tích năng lượng:
 (BH) = Heff.B (đơn vị: GOe)
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của hệ số khử từ Hình 2.15. Đường cong từ trễ của nam
 N vào tỷ số L/d của mẫu hình trụ [8]. châm Nd-Fe-B chưa bổ chính (đường
 liền nét) và đã bổ chính (đường đứt
 nét) ứng với mẫu hình trụ [8].
Kết luận chương 2
 Phương pháp thiêu kết cho phép chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B với
các hạt từ có kích thước vài micromet được liên kết nhau bởi một pha phi từ giàu
Nd ở biên hạt. Vật liệu có vi hạt kích thước nanomet được chế tạo bằng phương
pháp nghiền cơ năng lượng cao. Phương pháp nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử và hiển
vi quang học rất tiện ích trong việc nghiên cứu vi cấu trúc của vật liệu, nó trở thành
công cụ rất hữu hiệu cho phép đi sâu tìm hiểu bản chất vật liệu trong các giai đoạn
của công nghệ chế tạo, làm cơ sở để định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Phương pháp đo từ trễ cho phép xác định các thông số từ của vật liệu như lực kháng
từ Hc, cảm ứng từ dư Br, tích năng lượng cực đại (BH)max.
 61
 Chương 3
 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ LÊN CẤU TRÚC
 VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA NAM CHÂM THIÊU KẾT Nd-Fe-B
 Các điều kiện công nghệ ảnh hưởng đáng kể lên vi cấu trúc, qua đó ảnh
hưởng đến tính chất từ của vật liệu. Hợp kim với thành phần xác định để chế tạo
nam châm cần có một điều kiện công nghệ tối ưu tương ứng. Trong quá trình chế
tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, những yếu tố ảnh hưởng lên vi cấu trúc như hợp
phần, quá trình luyện kim, thời gian nghiền, môi trường nghiền, chế độ thiêu kết, xử
lý nhiệt Các yếu tố này đều đóng vai trò quan trọng và có mối quan hệ chặt chẽ
với nhau. Hợp kim có hợp phần thích hợp và được nấu luyện tốt sẽ cho tỉ phần pha
2:14:1 lớn. Kích thước khuôn đúc và tốc độ nước làm nguội phải phù hợp để tạo ra
được sự kết tinh định hướng trong khối hợp kim, đây là một trong các nhân tố quyết
định tính từ cứng của nam châm. Nếu kích thước hạt tạo ra bởi quá trình nghiền
không được khống chế hay sự phát triển hạt sau thiêu kết không được kiểm soát, thì
nam châm có cấu trúc đa đômen sẽ dẫn đến sự suy giảm lực kháng từ. Nhiệt độ,
thời gian ủ hay cách làm nguội trong quá trình xử lý nhiệt cũng đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra vi cấu trúc mong muốn với các hạt từ cứng có kích thước tối
ưu và được ngăn cách nhau bởi lớp biên hạt giàu Nd mỏng, trơn nhẵn sẽ giúp cải
thiện đáng kể lực kháng từ. Trong chương này, chúng tôi trình bày các kết quả
nghiên cứu ảnh hưởng của hợp phần, quá trình nấu luyện hợp kim, thời gian nghiền,
dung môi nghiền, chế độ thiêu kết và quá trình xử lý nhiệt lên cấu trúc và tính chất
từ của nam châm thiêu kết Nd-Fe-B.
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ đất hiếm lên tính chất từ của nam châm
 Trong quá trình chế tạo nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, việc lựa chọn tỉ phần
của các nguyên liệu đầu vào (Nd, Fe và FeB) đóng vai trò quan trọng. Bởi vì, hợp
kim với thành phần thích hợp sẽ tránh được sự tạo ra các pha tinh thể không có lợi
cho tính từ cứng trong quá trình rắn hoá. Chẳng hạn như sự hình thành các tinh thể
Fe hoặc giàu Fe sẽ tạo ra các mầm đảo từ, làm suy giảm lực kháng từ. Hợp kim với
 62
hợp phần hợp lý mới đảm bảo được tỉ phần lớn của pha Nd2Fe14B và tạo ra được
các pha có lợi cho tính từ cứng. Thông thường, nồng độ Nd và B được tăng so với
thành phần hợp thức 2:14:1 với mục tiêu tạo được các pha phi từ giàu Nd và B ở
biên hạt, đồng thời để bù vào lượng Nd bị ôxy hóa trong quá trình nấu luyện hợp
kim. Trong quá trình thiêu kết, Nd dư thừa có nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ chảy ra
trước tạo thành pha lỏng giúp gắn kết các hạt từ cứng với nhau, tạo mật độ cao và
lực kháng từ lớn cho nam châm. Tuy nhiên, nếu nồng độ đất hiếm lớn sẽ làm tăng
giá thành và giảm độ bền hóa học của vật liệu. Đồng thời, từ độ bão hòa của nam
châm sẽ bị suy giảm. Để tìm được nồng độ đất hiếm thích hợp, chúng tôi đã tiến
hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Nd lên tính chất từ của nam châm tương ứng
với các hợp phần sau: Nd15Fe77B8, Nd16,5Fe77B6,5 và Nd20,5Fe73B6,5. Hợp phần
Nd15Fe77B8 là hợp phần đầu tiên được công bố và thường thấy trong hợp phần của
các nam châm đất hiếm thương mại. Tuy nhiên, trong điều kiện công nghệ chế tạo
đã áp dụng, nam châm với hợp phần này có tính từ cứng yếu. Điều này có thể do
quá trình nghiền, mẫu bột rất dễ bị ôxy hóa sẽ làm suy giảm lực kháng từ. Vì vậy,
chúng tôi chỉ đưa ra kết quả ứng với hai hợp phần còn lại là Nd16,5Fe77B6,5 (A) và
Nd20,5Fe73B6,5 (B).
 Đường cong từ trễ và đường đặc trưng từ của hai nam châm sau khi thiêu kết
ở nhiệt độ 1080oC trong 1 h được thể hiện trên hình 3.1. Ta có thể nhận thấy rằng,
mẫu A có cảm ứng từ dư lớn hơn nhưng lực kháng từ lại nhỏ hơn, với các thông số
tương ứng của mẫu A là Hc = 6,1 kOe, Br = 13,8 kG và mẫu B là Hc = 15,4 kOe, Br
= 11,3 kG (hình 3.1a). Điều này là do nồng độ Fe trong mẫu A lớn hơn mẫu B
nhưng nồng độ đất hiếm Nd trong mẫu A lại nhỏ hơn mẫu B. Tuy mẫu B có lực
kháng từ lớn hơn đáng kể nhưng tích năng lượng cực đại (BH)max thu được lại nhỏ
hơn khá nhiều so với mẫu A. Tích năng lượng cực đại (BH)max của mẫu A và mẫu B
tương ứng đạt được là 41 MGOe và 30,7 MGOe (hình 3.1b và 3.1c). Như vậy, khi
nồng độ đất hiếm lớn ta rất dễ chế tạo được nam châm có lực kháng từ cao, nhưng
ngược lại cảm ứng từ dư sẽ suy giảm rất nhanh, dẫn đến tích năng lượng (BH)max
không tăng đồng thời với Hc mà có xu thế giảm đi. Mặt khác, với nồng độ đất hiếm
 63
cao ta không thể nâng cao hơn nữa (BH)max của nam châm bằng quá trình xử lý
nhiệt. Bởi vì theo lý thuyết, giới hạn của (BH)max được xác định theo biểu thức
 2
(BH)max (Br /4). Trường hợp lý tưởng nam châm thiêu kết Nd-Fe-B chứa 100%
pha Nd2Fe14B và có đường trễ vuông. Khi đó Br có giá trị bằng từ độ bão hòa
(4 Ms) của pha này là 16 kG, và (BH)max = 64 MGOe. Các nghiên cứu cho thấy
rằng để tạo được nam châm thiêu kết có tích năng lượng (BH)max lớn (trên 50
MGOe) thì nồng độ Nd phải giảm xuống dưới 14%, để có được cảm ứng từ dư lớn.
Tuy nhiên, khi đó đòi hỏi công nghệ chế tạo phức tạp và khắt khe hơn nhiều. Chẳng
hạn như kích thước hạt phải đủ nhỏ và quy trình xử lý nhiệt cũng phức tạp hơn.
 20 15
 H = 6,1 (kOe); B = 13,8 kG
 Nd Fe B c r
 16,5 77 6,5
 15 (BH) = 41 MGOe
 max
 10
 10
 5 4 M
 0 B
 M (kG) M
 M,B (kG) M,B BH
 4
 -5 4
 5
 -10
 -15
 Nd Fe B
 20,5 73 6,5
 -20 0
 -30 -20 -10 0 10 20 30 -40 -30 -20 -10 0
 H (kOe) H (kOe)
 a) b)
 12
 H = 15,4 (kOe); B = 11,3 kG
 c r
 (BH) = 30,7 MGOe
 10 max
 8
 4 M
 6 B
 M,B (kG) M,B Hình 3.1. Đường từ trễ (a) và các
 BH
 4 4
 đường đặc trưng từ của các nam châm
 2
 với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 (b) và
 0
 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
 Nd20,5Fe73B6,5 (c).
 H (kOe)
 c)
 Trong thực tế, thông số đánh giá phẩm chất của nam châm (BH)max không
chỉ phụ thuộc vào cảm ứng từ dư, mà còn phụ thuộc vào lực kháng từ và độ vuông
góc của đường cong khử từ. Cảm ứng từ dư có thể được cải thiện bằng các phương
 64
pháp như tăng tỉ phần thể tích của pha chính Nd2Fe14B, cải thiện sự định hướng các
hạt trong quá trình ép hay tạo được mật độ cao trong quá trình thiêu kết. Đối với lực
kháng từ, sự bổ sung vào thành phần hợp kim một số nguyên tố khác ngoài các
thành phần chính (Nd, Fe, B) và việc cải tiến công nghệ sẽ tạo ra vi cấu trúc tối ưu
và làm tăng cường đáng kể thông số từ này. Tuy nhiên, rất khó để có thể nâng cao
được đồng thời cả Hc và Br. Bởi vì, vi cấu trúc trong quá trình chế tạo ảnh hưởng
mạnh đến các thông số từ trên. Nam châm có tỉ phần pha từ cứng Nd2Fe14B lớn sẽ
làm tăng được Ms và Br, nhưng nếu biên hạt rất mỏng và còn nhiều khuyết tật (do
pha giàu Nd giảm đi), dẫn đến làm tăng tương tác trao đổi giữa các hạt và làm suy
giảm lực kháng từ. Trong trường hợp nếu các hạt từ được cô lập tốt bởi lớp biên hạt
thuận từ, thì sự hình thành của pha này có thể làm tăng vật liệu biên, do đó làm
giảm tỉ lệ pha chính Nd2Fe14B, dẫn đến giảm từ độ dư [79, 88]. Tuy nhiên, các
nghiên cứu đã chứng tỏ rằng, khi thêm một lượng nhỏ các nguyên tố như Dy, Cu,
Al, Zr và điều khiển các tham số trong quá trình chế tạo có thể tăng cường đáng
kể lực kháng từ Hc mà chỉ làm giảm rất ít giá trị từ dư Br [21, 60, 67, 88, 136]. Như
vậy, trong hai hợp phần đã khảo sát thì hợp phần Nd16,5Fe77B6,5 hứa hẹn sẽ cho tính
chất từ tốt hơn. Bởi vì, đối với hợp phần này ta có thể nâng cao lực kháng từ hơn
nữa bằng quá trình xử lý nhiệt thích hợp hay bổ sung các nguyên tố khác nhằm cải
thiện biên hạt, thay đổi tính dị hướng từ tinh thể, đồng thời vẫn có thể thu được
(BH)max đủ lớn đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong thực tế. Chính vì vậy, quá trình
khảo sát để tìm ra điều kiện công nghệ chế tạo tối ưu trong phần sau được chúng tôi
tiến hành trên mẫu nghiên cứu với hợp phần Nd16,5Fe77B6,5.
3.2. Ảnh hưởng của quá trình luyện kim lên sự tạo pha Nd2Fe14B
 Trong nam châm thiêu kết Nd-Fe-B, tính từ cứng được quyết định bởi pha
tinh thể Nd2Fe14B có dị hướng từ lớn. Vì vậy, để chế tạo nam châm có chất lượng
cao thì điều đầu tiên cần phải được thỏa mãn đó là hợp kim sau khi nấu trên lò trung
tần có tỉ phần của pha từ cứng Nd2Fe14B lớn. Tuy nhiên, pha Nd2Fe14B không nóng
chảy một cách tương đẳng, nghĩa là dung dịch rắn hóa tại thành phần hợp thức
không đơn pha. Trong thực tế, do tốc độ làm nguội không thể quá chậm để đảm bảo
 65
trạng thái cân bằng, nên pha mềm Fe luôn còn dư lại. Cấu trúc với pha 2:14:1 được
bao bọc bởi các hạt Fe sẽ làm suy giảm tính từ cứng của nam châm. Do đó, để hạn
chế sự hình thành các pha không mong muốn và nâng cao tỉ phần của pha từ cứng
Nd2Fe14B, ngoài việc lựa chọn hợp phần thích hợp thì quá trình nấu luyện phải làm
sao để hợp kim được kết tinh định hướng tốt nhất. Điều này có thể được thực hiện
thông qua việc điều khiển các yếu tố như nhiệt độ, thời gian nấu luyện hay tốc độ
làm nguội Yếu tố quan trọng đầu tiên là việc xếp vật liệu trong lò trung tần vì nó
sẽ ảnh hưởng đến sự đồng nhất của hợp kim (do quá trình nấu trong môi trường bảo
vệ nên ta không thể khuấy trộn được). Kinh nghiệm cho thấy, việc xếp vật liệu FeB
xuống đáy nồi, Fe xung quanh và Nd ở giữa nồi sẽ cho kết quả tốt nhất (hình 3.2a).
Quá trình nóng chảy của các vật liệu ban đầu được quan sát qua cửa kính của lò
trung tần (hình 3.2b).
 a) b)
 Hình 3.2. Các nguyên liệu được xếp đặt (a) và hợp kim nấu chảy (b)
 trong lò trung tần.
 a) b)
 Hình 3.3. Khuôn đúc (a) và khối hợp kim sau khi chế tạo trên lò trung tần (b).
 66
 Nhiệt độ và thời gian cũng đóng vai trò quyết định. Nếu nhiệt độ và thời gian
không đủ thì hợp kim sẽ không đồng nhất. Nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian nấu
quá lâu sẽ làm hao hụt đáng kể lượng đất hiếm. Trong quá trình nấu luyện, nhiệt độ
được điều chỉnh thông qua việc thay đổi dòng điện cấp cho cuộn cảm. Còn thời gian
nấu hợp kim tối ưu vào khoảng 30 phút. Quá trình đúc thì kích thước khuôn đúc và
áp lực nước làm lạnh sẽ ảnh hưởng nhiều đến tốc độ làm nguội, tức là ảnh hưởng
đến sự kết tinh định hướng của hợp kim. Khuôn đúc làm bằng thép chịu nhiệt, có độ
rộng 4 cm, được lựa chọn phù hợp với công suất của lò trung tần và áp lực nước
làm nguội khuôn.
 a) b)
 Hình 3.4. Ảnh chụp bên trong khối hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 có (a) và không có (b)
 sự kết tinh định hướng của các hạt Nd2Fe14B.
 Hình 3.3 là ảnh khuôn đúc và khối hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 sau khi chế tạo
trên lò trung tần. Sự kết tinh định hướng của các hạt được thể hiện rõ khi quan sát
ảnh chụp bên trong của khối hợp kim sau khi nấu (hình 3.4). Hình 3.4a cho thấy sự
định hướng các hạt có dạng cột vuông góc với bề mặt khối hợp kim, tức là vuông
góc với bề mặt của khuôn đúc. Các hợp kim này thể hiện sự kết tinh định hướng rất
rõ theo phương làm nguội và dễ dàng chẻ vỡ theo chiều kết tinh định hướng. Mẫu
chứa các khuyết tật như trên hình 3.4b chứng tỏ hợp kim không có sự kết tinh định
hướng hoàn toàn. Sự kết tinh không định hướng này là do áp lực nước làm nguội
không đủ mạnh. Để thấy được sự kết tinh định hướng của các hạt trong khối hợp
kim ảnh hưởng mạnh đến tính chất từ của nam châm, chúng tôi tiến hành so sánh
đường từ trễ của hai mẫu sau thiêu kết (hình 3.5).
 67
 15 15
 10 10
 5 5
 kG
 0 kG 0
  
  
 4
 -5 4 -5
 -10 -10
 -15 -15
 -30 -20 -10 0 10 20 30 -30 -20 -10 0 10 20 30
 H (kOe) H (kOe)
 a) b)
 Hình 3.5. Đường từ trễ của hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 được nghiền 3 h có (a) và
 không có (b) sự kết tinh định hướng của các hạt Nd2Fe14B.
 Ta nhận thấy sự khác biệt rất rõ về tính chất từ của hai mẫu trên. Khi hợp
kim có các hạt được định hướng tốt, lực kháng từ thu được là 5 kOe (hình 3.5a).
Trong khi đó, với mẫu không thể hiện sự kết tinh định hướng hoàn toàn, tính từ
cứng của nam châm sau thiêu kết gần như bị triệt tiêu với Hc  0,14 kOe (hình
3.5b).
Hình 3.6. Giản đồ XRD của hợp kim khối Nd16,5Fe77B6,5 chưa nghiền (các vạch màu
 đỏ thẳng đứng là giản đồ của mẫu chuẩn Nd2Fe14B).
 Mặt khác, sự kết tinh định hướng trong khối hợp kim đúc còn được minh
chứng thêm bằng kết quả nhiễu xạ tia X. Hình 3.6 là giản đồ XRD của hợp kim khối
 68
Nd16,5Fe77B6,5 khi chưa nghiền. Sự chênh lệch lớn về cường độ các đỉnh nhiễu xạ
của hợp kim so với phổ chuẩn của pha Nd2Fe14B cho ta thấy được sự kết tinh có
định hướng của các hạt 2:14:1. Một số đỉnh nhiễu xạ của mẫu hợp kim hơi sai lệch
vị trí so với giản đồ chuẩn là do bề mặt của mẫu hợp kim khối dùng để phân tích
nhiễu xạ tia X chưa được mài phẳng.
 Như vậy, việc tạo được các hạt Nd2Fe14B có phương tinh thể song song với
phương làm nguội, tức là kết tinh định hướng theo trục c sẽ gây ra tính dị hướng từ
lớn cho vật liệu. Đây là điều kiện cần để tạo nam châm có cảm ứng từ dư và lực
kháng từ lớn.
3.3. Ảnh hưởng của quá trình nghiền lên sự tạo pha Nd2Fe14B và kích thước hạt
3.3.1. Ảnh hưởng của dung môi nghiền lên sự tạo pha Nd2Fe14B và tính chất từ
 Quá trình nghiền nhằm mục đích thu được các hạt nhỏ để tăng lực kháng từ.
Tuy nhiên, do chứa đất hiếm Nd, hợp kim rất dễ bị ôxy hóa nên quá trình nghiền
cần được tiến hành trong môi trường bảo vệ là dung môi hữu cơ. Dung môi sử dụng
được lựa chọn phù hợp để thu kích thước hạt mong muốn, đồng thời tránh sự xuất
hiện các pha lạ ảnh hưởng đến phẩm chất từ của nam châm. Công nghệ chế tạo nam
châm thiêu kết Nd-Fe-B trước đây trong Viện Khoa học vật liệu sử dụng dung môi
là xăng máy bay. Tuy nhiên, nguồn cung cấp không đảm bảo về số lượng và chất
lượng. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này quá trình khảo sát được tiến hành với các
dung môi là: xăng trắng công nghiệp (DM1), xăng vàng công nghiệp (DM2) và
cồn công nghiệp (DM3). Hình 3.7 là giản đồ XRD của hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 khi
nghiền trong các dung môi khác nhau với cùng thời gian nghiền 3 h.
 Kết quả phân tích trên giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy quá trình nghiền ướt
không làm thay đổi nhiều cấu trúc pha của hợp kim. Với mẫu được nghiền trong
dung môi là xăng trắng công nghiệp, các đỉnh nhiễu xạ thu được đều tương ứng với
pha Nd2Fe14B. Trong khi đó, với dung môi xăng vàng công nghiệp, có sự xuất hiện
các đỉnh nhiễu xạ ứng với pha lạ chưa xác định ở các góc nhiễu xạ 2 cỡ khoảng
30o, 50o và 60o. Nguyên nhân xuất hiện các pha lạ này có thể là do chất phụ gia
 69
trong xăng gây ra. Trên giản đồ XRD của hợp kim nghiền trong cồn công nghiệp, ta
cũng nhận thấy ngoài pha Nd2Fe14B còn có đỉnh nhiễu xạ tương ứng với pha
 o o o o
Nd(OH)3 tại các góc nhiễu xạ 2 cỡ khoảng 27 , 28 , 40 và 49 . Điều này được giải
thích là do xảy ra phản ứng giữa Nd với ôxy và nước có trong cồn công nghiệp.
Hình 3.7. Giản đồ XRD của hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 nghiền trong các dung môi khác
 nhau với cùng thời gian nghiền 3 h.
 Dung môi nghiền ảnh hưởng đến 15
 DM1
 DM2
sự tạo pha trong mẫu, qua đó sẽ ảnh 10
 DM3
hưởng đến tính chất từ của nam châm
 5
(hình 3.8). Bột hợp kim khá đơn pha kG
 0
Nd Fe c nghi  
 2 14B khi đượ ền trong xăng 4
 -5
trắng công nghiệp, nên lực kháng từ thu
được lớn đạt 5 kOe. Trong khi đó, các -10
 -15
pha lạ hình thành khi nghiền trong dung -20 -10 0 10 20
môi xăng vàng công nghiệp và cồn công H (kOe)
 Hình 3.8. Đường từ trễ của hợp kim
nghiệp, dẫn đến lực kháng từ suy giảm
 Nd16,5Fe77B6,5 được nghiền 3 h trong các
đáng kể, tương ứng là 2,2 kOe và 0,8
 dung môi khác nhau sau thiêu kết.
kOe. Từ kết quả phân tích trên, chúng
tôi đã lựa chọn dung môi là xăng trắng công nghiệp để nghiền các mẫu nghiên cứu
 70
trong luận án với mục đích tránh được sự xuất hiện của các pha lạ làm ảnh hưởng
đến chất lượng của nam châm.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến kích thước hạt bột và sự tạo pha
Nd2Fe14B
a) Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến kích thước hạt bột
 Như chúng ta đã biết, sự phát triển hạt trong suốt quá trình thiêu kết pha lỏng
không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học, nhiệt độ thiêu kết, thời gian thiêu kết
mà còn chịu ảnh hưởng bởi kích thước hạt bột và sự phân bố của chúng. Kích thước
hạt trung bình trong nam châm phụ thuộc chủ yếu vào kích thước hạt của bột hợp
kim. Đồng thời, sự phân bố kích thước hạt này trở nên đồng đều hơn với sự giảm
kích thước và chiều rộng vùng phân bố hạt bột ban đầu.
 a) b)
 c) d)
 Hình 3.9. Ảnh SEM của bột hợp kim Nd16,5Fe77B6,5 sau các thời gian nghiền thô
 khác nhau: 5 p (a), 10 p (b), 15 p (c) và 20 p (d).
 71
 Tuy nhiên, việc cải thiện lực kháng từ của nam châm bởi sự giảm kích thước
hạt bột chỉ có thể xuống đến một giá trị tới hạn cùng thời gian nghiền tối ưu tương
ứng. Vì vậy, việc khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền lên kích thước hạt bột là
cần thiết để chế tạo nam châm có tính chất từ tốt.
 Trước tiên, ảnh hưởng của thời gian nghiền thô lên kích thước hạt