Luận án Nghiên cứu chế tạo, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH NỀN Fe-Zr

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu chế tạo, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim vô định hình nền Fe-Zr, nhằm tìm kiếm vật liệu tiềm năng cho công nghệ làm lạnh bằng từ trường ở nhiệt độ phòng. Công nghệ làm lạnh bằng từ trường mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiệm điện năng (tăng 20-40% hiệu suất), bảo vệ môi trường, không gây tiếng ồn và có cấu hình nhỏ gọn. Các thách thức chính cần giải quyết là tạo hiệu ứng từ nhiệt lớn trong từ trường thấp, điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha về vùng nhiệt độ phòng và mở rộng dải nhiệt độ làm việc.

Các hợp kim vô định hình nền kim loại chuyển tiếp, đặc biệt là hệ Fe-Zr, được đánh giá cao nhờ giá thành thấp, điện trở suất cao, khả năng chống ăn mòn tốt, tính chất cơ học ưu việt, độ từ trễ thấp và khả năng điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha Tc trong khoảng 260-310 K, phù hợp cho ứng dụng làm lạnh ở nhiệt độ phòng.

Đề tài đã nghiên cứu thành công công nghệ chế tạo các hệ hợp kim dạng băng bằng phương pháp phun băng nguội nhanh, bao gồm Fe90-xPrxZr10, Fe90-xLaxZr10, Fe90-xNdxZr10, Fe81-xCr4+xB2Nd3Zr10, Fe82-xCr4+xB2Gd2Zr10, Fe84-xCr2+xB2Co2Zr10 và Fe90-xCoxCu1B2Zr7. Hầu hết các mẫu băng thu được đều có cấu trúc gần như vô định hình và thể hiện tính từ mềm với lực kháng từ nhỏ (dưới 100 Oe). Nhiều mẫu cho thấy sự chuyển pha từ sắt từ sang thuận từ (FM-PM) khá sắc nét ở lân cận nhiệt độ phòng.

Các hệ hợp kim Fe90Zr10 pha tạp Pr, La và Nd đã được điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha về nhiệt độ phòng. Cụ thể, mẫu Fe89Nd1Zr10 đạt biến thiên entropy từ cực đại |ΔSm|max = 1,56 J.kg⁻¹.K⁻¹ và mẫu Fe89La2Zr10 đạt khả năng làm lạnh tương đối RC = 74 J/kg. Đối với hệ Fe-B-Zr, mẫu Fe79Cr6B2Nd3Zr10 đạt |ΔSm|max = 0,96 J.kg⁻¹.K⁻¹ và mẫu Fe88Co2Cu1B2Zr7 đạt RC = 130 J.kg⁻¹. Nhìn chung, các hợp kim nguội nhanh có giá trị |ΔSm|max nhỏ hơn một số hợp kim khác nhưng bù lại có vùng nhiệt độ làm việc rộng, mang lại khả năng làm lạnh cao hơn. Các tham số tới hạn và trật tự từ của nhiều mẫu hợp kim đã được xác định, cho thấy sự tồn tại của trật tự tương tác sắt từ tầm xa và sự ảnh hưởng của nguyên tố pha tạp.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1. Tổng quan về hiệu ứng từ nhiệt trên các hệ hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr
• Chương 2. Các kỹ thuật thực nghiệm
• Chương 3. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh ba thành phần Fe-(La,Nd,Pr)-Zr.
• Chương 4. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kimnguội nhanh năm thành phần Fe-(Cr,Cu)-(Nd,Gd,Co)-B-Zr.