Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 1-6

1

Tính cht t và hiu ng t nhit ca h hp kim ngui nhanh
Fe-M-Zr (M = Ni, Co, Mn)
Nguyn Mnh An
1,
*, Nguyn Huy Dân
2

1
Đại học Hồng Đức, 565 Quang Trung, Phường Đông Vệ, Tp.Thanh Hóa
2
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
Nhn ngày 21 tháng 02 năm 2014
Chnh sa ngày 28 tháng 02 năm 2014; chp nhn ăng ngày 04 tháng 3 năm 2014

Tóm tắt: Các băng hp kim Fe
90-x
M
x
Zr
10
(M = Ni, Co, Mn) vi  dày ~15 µm ưc ch to bng
phương pháp ngui nhanh trên h trng quay ơn trc. Kt qu phân tích nhiu x tia X ch ra rng
các mu băng hp kim có cu trúc vô nh hình. Các phép o t nhit cho thy nhit  Curie ca
hp kim thay i rõ rt khi nng  các nguyên t thay th (M) thay i và khong thay i ca
nhit  Curie ph thuc vo bn cht ca nguyên t thay th. Vi nguyên t thay th cho Fe là Ni
hoc Co, nhit  Curie ca hp kim có th ưc ưa v vùng nhit  phòng. T  bão hòa ca

da trên nguyên lý t trưng làm thay i
entropy ca vt liu.  hiu sut làm lnh bng
phương pháp này ln thì hiu ng t nhit ca
vt liu càng phi ln (có bin thiên entropy t
∆S
m
và thay i nhit  on nhit ∆T
ad
ln).
_______
∗

Tác gi liên h. T: 84-903296502
E-mail:

Vic ng dng vt liu t nhit trong các máy
làm lnh có ưu im là không gây ra ô nhim
môi trưng như các máy lnh dùng khí, có kh
năng nâng cao ưc hiu sut làm lnh (tit
kim ưc năng lưng), có th thit k nh gn,
không gây ting n và có th dùng trong mt s
ng dng c bit. Các vn  chính cn ưc
gii quyt  nâng cao kh năng ng dng thc
t ca vt liu t nhit là: i) to ưc hiu ng
t nhit ln trong khong t trưng thp, bi
các thit b dân dng rt khó to ra ưc t
trưng ln; ii) ưa nhit  chuyn pha t
(nhit  làm vic) ca các vt liu có hiu ng
N.M. An, N.H. Dân /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 1-6


không sc nét. Vic la chn ưc các hp
phn  hp kim có kh năng to trng thái vô
nh hình ln mà vn bo m ưc các thông
s t cn thit cho ng dng trong công ngh
làm lnh bng t trưng cũng cn ưc nghiên
cu sâu rng hơn. Trong bài báo này, chúng tôi
s trình bày mt s kt qu nghiên cu tính cht
t và hiu ng t nhit trên h hp kim Fe
90-
x
M
x
Zr
10
(M = Ni, Co, Mn) ưc ch to bng
phương pháp phun băng ngui nhanh.
2. Thực nghiệm
Các mu hp kim ưc cân theo úng thành
phn danh nh t các vt liu ban u có 
sch cao (Fe, Co, Ni, Mn, Zr) và ưc nu h
quang (Trung Quc)  to ra các mu khi.
Hp kim sau mi ln nu ưc lt và nu li,
công vic này ưc lp li năm ln  t ưc
s ng nht ca mu. Các mu hp kim khi
thu ưc dùng  ch to các băng bng k
thut phun băng ngui nhanh trên h trng ng
ơn trc ZKG-1 (Trung Quc) có bung to
mu trong khí Ar  tránh s oxy hóa. Cu trúc
ca các mu ưc phân tích bng phương pháp
nhiu x tia X (XRD) trên thit b SIEMENS

M
x
Zr
10
(M =
Ni, Co, Mn) thu ưc có  dày c 15 µm
(tương ng vi vn tc dài ca trng quay là 40
m/s). Ph nhiu x tia X ca các mu băng hp
kim cho thy chúng có cu trúc hu như vô nh
hình (không có nh nhiu x rõ nét c trưng
cho các pha tinh th). Vi cu trúc vô nh
hình, ta có th thay i t phn ca các nguyên
t trong hp kim mt cách tùy ý  iu chnh
ưc nhit  Curie ca hp kim t ti giá tr
mong mun. ó là mt trong các ưu th ca
hp kim ngui nhanh.
Hình 1 biu din các ưng cong t nhit
rút gn o trong t trưng 100 Oe ca h hp
kim ngui nhanh Fe
90-x
M
x
Zr
10
(M = Ni, Co và
Mn). Ta thy rng T
C
ca hp kim ph thuc
khá rõ vào nng  và bn cht ca các nguyên
t thay th cho Fe. T

C
ca
hp kim li gim xung c 220 K khi nng 
Mn tăng ti 6%. Theo mt s các kt qu ã
công b [10, 11], nhit  Curie ph thuc vào
mô men t nguyên t và hng s tương tác trao
i trong các hp kim. Cu trúc bt trt t trong
các hp kim vô nh hình dn n s bin thiên
v khong cách và s nguyên t lân cn gn
nht, dn n mô men t nguyên t và liên kt
tương tác trao i cc b b thăng giáng. S
thăng giáng ngu nhiên có th làm tăng hay
gim nhit  Curie tuỳ thuc vào  ln ca
các liên kt st t. i vi các hp kim cha
Co, nhit  Curie thưng tăng lên do tương tác
st t trong hp kim ưc tăng cưng. S có
mt ca Ni trong các hp kim vô nh hình nn
Fe-Zr ã làm cho mô men t trung bình ca hp
kim tăng lên, dn n s tăng ca nhit 
Curie. Còn i vi các hp kim nn Fe-Mn,
tương tác trao i gia các nguyên t Fe và Mn
thưng có giá tr âm nên ã làm cho c mô men
t trung bình và nhit  Curie ca hp kim b
suy gim.

0
1
150 200 250 300 350 400 450
x = 0
x = 5

M/M
100K
T (K)

(c)
Hình 1. Các ưng cong t nhit rút gn o trong t trưng 100 Oe ca h hp kim ngui nhanh Fe
90-x
M
x
Zr
10
vi M = Ni (a), Co (b) và Mn (c).
N.M. An, N.H. Dân /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 1 (2014) 1-6

4

 kho sát nh hưng ca Ni và Co lên t
 bão hòa và lc kháng t ca hp kim, các
phép o t tr  nhit  phòng cho các mu
băng hp kim ngui nhanh Fe
90-x
M
x
Zr
10
vi M
= Ni và Co ưc thc hin (hình 2). Ta thy
rng tt c các mu ã kho sát u th hin
tính t mm vi lc kháng t nh (H
c

160
-12 -6 0 6 12
x = 12
x = 9
x = 6
x = 4
x = 3
x = 2
x = 1
M (emu/g)
H (kOe)

(b)
Hình 2. Các ưng t tr  nhit  phòng ca h hp kim ngui nhanh Fe
90-x
M
x
Zr
10
vi M = Ni (a) và Co (b).

 ánh giá  ln ca hiu ng t nhit
ca hp kim, bin thiên entropy t S
m
ca mt
s mu băng ca h hp kim Fe
90-x
Co
x
Zr

150 200 250 300 350 400
x = 4
x = 3
x = 2
x = 1
− ∆S
M
(J. kg
-1
. K
-1
)
T (K)

Hình 3. H ưng cong M(H) ti các nhit  khác
nhau ca mu băng hp kim Fe
87
Co
3
Zr
10
.
Hình 4. S ph thuc ca bin thiên entropy t S
m

vào nhit  ca các mu băng hp kim Fe
90-x
Co
x
Zr

ưng cong S
m
(T)) ca các mu u khá cao
(>100 J.kg
-1
). Các giá tr RC này u cao hơn
so vi RC ca các hp kim ngui nhanh ã
ưc công b như Finemet
(Fe
68,5
Mo
5
Si
13,5
B
9
Cu
1
Nb
3
), Nanoperm (Fe
83-
x
Co
x
Zr
6
B
10
Cu

5
Ga
2
P
10
) [1-5].
iu ó cho thy kh năng ng dng ca hp
kim ngui nhanh Fe-Co-Zr cho công ngh làm
lnh bng t trưng  vùng nhit  phòng là
rt ln.
4. Kết luận
Chúng tôi ã thu ưc mt s kt qu
nghiên cu có ý nghĩa khoa hc và thc tin tt
v tính cht t và hiu ng t nhit ln trên h
hp kim Fe
90-x
M
x
Zr
10
(M = Ni, Co, Mn) ch to
bng phương pháp phun băng ngui nhanh.
Nhit  Curie ca hp kim có th ưc iu
chnh v vùng nhit  phòng bng cách la
chn nng  ca nguyên t thay th thích hp.
Bin thiên entropy t cc i |S
m
|
max
và kh

1−x
Co
x
)
75
Nb
10
B
15
type alloys
prepared by mechanical alloying, J. Alloys
Comp., 496 (2010) 7.
[4] A. Waske, B. Schwarz, N. Mattern, J.
Eckert,

Magnetocaloric

(Fe-B)-based
amorphous

alloys, J. Magn. Magn. Mater., 329
(2013) 101.
[5] N. Chau, P.Q. Thanh, N.Q. Hoa, N.D. The, The
existence of giant magnetocaloric effect and
laminar structure in Fe
73.5
−x
Cr
x
Si

B
x
Si
3
alloy ribbons, J. Appl. Phys., 113
(2013) 17E123.
[8] Huy Dan Nguyen, Tran Huu Do, Hai Yen
Nguyen, Thi Thanh Pham, Huu Duc Nguyen,
Thi Nguyet Nga Nguyen, Dang Thanh Tran,
The Long Phan and Seong Cho Yu, Influence of
fabrication conditions on giant magnetocaloric
effect of Ni–Mn–Sn ribbons, Adv. Nat. Sci:
Nanosci. Nanotechnol. 4 (2013) 025011.
[9] Nguyen Huy Dan, Nguyen Huu Duc, Tran
Dang Thanh, Nguyen Hai Yen, Pham Thi
Thanh, Ngac An Bang, Do Thi Kim Anh, Phan
The Long, Seong-Cho Yu, Magnetocaloric
effect in Fe-Ni-Zr alloys prepared by using
rapidly quenched methods, J. Korean Phys.
Soc., 62 (2013) 1715.
[10] K. H. J. Buschow, Handbook of Magnetic
Materials, Vol. 6, Elsevier Science Publishers
B.V., North-Holland, 1991.
[11] Z. M. Stadnik, P. Griesbach, G. Dehe, P.
Giitlich, T. Miyazaki, Nickel contribution to the
magnetism of Fe-Ni-Zr metallic glasses, Phys.
Rev. B, 35 (1987) 430.

Magnetic Properties and Magnetocaloric Effect of Fe-M-Zr
(M = Ni, Co, Mn) Rapidly Quenched Alloys

magnetocaloric effect (|∆S
m
|
max
~ 1 J.kg
-1
.K
-1
, RC > 100 J.kg
-1
with ∆H = 11 Oe) and high possibility
for practical application of these alloys
Keywords: Giant magnetocaloric effect, Curie temperature, amorphous alloys, rapidly quenching
technology, magnetic refrigeration technology.