Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn và các tham số tới hạn trên hệ hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr

Trong thời gian từ năm 2019 đến năm 2021, TS. Nguyễn Hải Yến đã phối hợp với các cộng sự tại Viện Khoa Học Vật Liệu thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn và các tham số tới hạn trên hệ hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr”.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt và các tham số tới hạn trên hệ hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr nhằm nâng cao khả năng ứng dụng trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường và làm sáng tỏ mối liên hệ giữa cấu trúc, tính chất từ, các trật tự từ của vật liệu. Chế tạo được các băng hợp kim VĐH nền Fe-Zr đủ độ dày và đánh giá được khả năng ứng dụng thực tế của chúng trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường.

Sau hai năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả nổi bật như sau:

- Đã nghiên cứu chế tạo thành công các hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr bằng phương pháp phun băng nguội nhanh như: Fe-Cr-B-Gd-Zr, Fe-Nd-Cr-B-Zr, Fe-Cr-Co-B-Zr, FeCo-B-Cu-Zr, Fe-Nb-B-Co-Zr…

- Cấu trúc của các mẫu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy rằng các hợp kim đều gần như vô định hình. Bằng cách pha thêm các nguyên tố khác như Co, Nb, B, Cr, Nd... khả năng hình thành pha vô định hình (GFA) của các hợp kim nền Fe-Zr đã được nâng cao đáng kể. Các băng hợp kim thu được có chiều rộng khoảng 1 mm, và chiều dày > 30 µm.

- Đã khảo sát tính chất từ của các hợp kim chế tạo được. Tất cả các hệ mẫu đều thể hiện tính từ mềm với lực kháng từ nhỏ (Hc < 100 Oe). Các hợp kim đều xuất hiện chuyển pha từ loại hai sắt từ - thuận từ (FM-PM) xung quanh nhiệt độ chuyển pha Curie TC của chúng. Ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm lên nhiệt độ chuyển pha Curie TC của các hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr là rất khác nhau. Ví dụ, với sự thêm vào của Co từ 0 tới 4%, TC của các hợp kim Fe90-xCoxZr7Cu1B2 đã tăng từ 242 K (với x = 0) tới 342 K (với x = 4). Ngược lại, với sự thêm vào của Cr hoặc Nb đã làm giảm nhiệt độ chuyển pha Tc của các hợp kim nền Fe-Zr. Nhiệt độ Tc của các hợp kim Fe84-xCr2+xB2Co2Zr10 đã giảm từ 330 K xuống 290 K khi nồng độ Cr tăng từ 3 tới 8%. Nhiệt độ Tc của các hợp kim Fe86-xNbxCo2B2Zr10 đã giảm dần về nhiệt độ phòng khi nồng độ Nb tăng từ 0 tới 2%.

- Đã thu được hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số hợp kim. Biến thiên entropy từ cực đại của các hợp kim nền Fe-Zr có thể đạt được là 1 J/(kg.K) trong từ trường biến thiên 12 kOe ở lân cận nhiệt độ phòng. Bên cạnh đó, các mẫu băng hợp kim đã cho khả năng làm lạnh từ khá lớn (RC > 90 J/kg với ∆H = 12 kOe) với dải nhiệt độ hoạt động rộng nằm ở vùng nhiệt độ phòng. Đặc biệt là các hợp kim Fe90-xCoxZr7Cu1B2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) có khả năng làm lạnh từ lớn (lên tới 130 J/kg) trong biến thiên từ trường 12 kOe (gấp đôi giá trị của kim loại Gd). Điều này đã chứng tỏ rằng các hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr là chất làm lạnh từ tiềm năng cho sự làm lạnh từ ở vùng nhiệt độ phòng.

- Các tham số tới hạn và cơ chế chuyển pha của nhiều mẫu hợp kim đã được xác định bằng phương pháp Arrott- Noaks và Kouvel-Fisher. Giá trị Tc thu được là khá phù hợp với thực nghiệm. Các tham số tới hạn của các băng hợp kim nền Fe-Zr được xác định là gần với lý thuyết trường trung bình, đặc trưng cho trật tự sắt từ tương tác xa. - Đã xây dựng được mối tương quan giữa các tham số tới hạn và MCE. Từ đó đã đánh giá được MCE của các hợp kim trong các vùng từ trường và nhiệt độ khác nhau.

Kết quả nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt và các tham số tới hạn trên các hệ hợp kim nguội nhanh nền Fe-Zr có ý nghĩa khoa học và thực tiễn tốt.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19598/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn