T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (1), Tr. 37 - 41, 2005<br />
<br />
<br />
§iÖn kÕt tña mµng máng hîp kim tõ tÝnh CoNi: ¶nh<br />
h ëng cña c¸c yÕu tè c«ng nghÖ ®Õn c¸c tÝnh chÊt tõ<br />
§Õn Tßa so¹n 3-12-2003<br />
Mai Thanh Tïng, NguyÔn Thanh ThuyÕt<br />
Khoa C«ng nghÖ Hãa häc, Tr$êng §¹i häc B¸ch khoa H* Néi<br />
<br />
<br />
summary<br />
Influences of electrodeposition parameters and anealling temperature on magnetic properties<br />
of the electrodeposited thin film CoNi were investigated. Results show that coercive force Hc<br />
attains the maximum value when the concentration ratio of metals in the electrolyte is [Co2+] :<br />
[Ni2+] = 0.2 : 0.8 ÷ 0.4 : 0.6. The presence of Sacharin in electrolyte enhances the coercive force<br />
(Hc) of the electrodeposited layer. The increase of layer thickness results the decrease of Hc. The<br />
coercive force does not change significantly when the alloy film is annealed at Ta < 300oC while<br />
Hc increases at annealing temperature Ta > 300oC.<br />
<br />
<br />
I - Giíi thiÖu cho lùc kh¸ng tõ cao trong khi lùc kh¸ng tõ sÏ<br />
thÊp khi hîp kim nhËn ® îc cã cÊu tróc lËp<br />
M ng máng hîp kim tõ tÝnh coban-niken ph ¬ng t©m mÆt. Ngo i ra, lùc kh¸ng tõ sÏ lín<br />
còng nh c¸c hîp kim nhãm s¾t ® îc ®Æc biÖt h¬n khi c¸c textua nhÊt ®Þnh xuÊt hiÖn [3, 4, 7 -<br />
quan t©m nghiªn cøu do øng dông réng r*i cña 11]. Tuy nhiªn cÊu tróc cña hîp kim v tÝnh chÊt<br />
chóng trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö, c«ng nghÖ tõ chÞu ¶nh h ëng phøc t¹p v o ®iÒu kiÖn ®iÖn<br />
th«ng tin [1 - 11]. HiÖn nay, c¸c bé ghi tõ trong kÕt tña v chÕ ®é ñ nhiÖt.<br />
m¸y tÝnh ®Òu ®ang sö dông m ng máng vËt liÖu Trong b i b¸o n y, chóng t«i sÏ tr×nh b y<br />
tõ cøng 2 nguyªn hoÆc 3 nguyªn cña c¸c kim c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh cña c¸c th«ng sè<br />
lo¹i nhãm s¾t. §Æc tr ng cña hÖ vËt liÖu n y l ®iÖn kÕt tña (tû lÖ nång ®é kim lo¹i, mËt ®é<br />
® êng cong tõ trÔ kh¸ réng, lùc kh¸ng tõ Hc cao. dßng, nhiÖt ®é, phô gia v chiÒu d y m ng) v<br />
Do ®ã vËt liÖu cã kh¶ n¨ng nhiÔm tõ ë kho¶ng chÕ ®é ñ ®Õn tÝnh chÊt tõ cña hîp kim CoNi.<br />
tõ tr êng réng v tÝn hiÖu cã thÓ dÔ d ng ® îc<br />
ghi khi cã nguån tõ tr êng ngo i. Trªn c¸c bé II - ThÝ nghiÖm<br />
ghi tõ, nhiÒu líp m ng máng CoNi ® îc t¹o<br />
chång lªn nhau ®Ó cã thÓ ghi xãa nhiÒu lÇn. M ng hîp kim CoNi ® îc kÕt tña ®iÖn trong<br />
Th«ng th êng, c¸c m ng máng CoNi ® îc chÕ b×nh cã dung tÝch 150 ml. Catot sö dông l ®ång<br />
t¹o b»ng ph ¬ng ph¸p ®iÖn hãa do mét lo¹t c¸c thau cã diÖn tÝch 5 cm2 - 7 cm2. Qu¸ tr×nh kÕt tña<br />
u ®iÓm cña ph ¬ng ph¸p: gi¸ th nh thÊp, dÔ ® îc tiÕn h nh b»ng ph ¬ng ph¸p dßng tÜnh<br />
®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh v cã thÓ t¹o m ng trªn c¸c (Galvanostatic) víi mËt ®é dßng thay ®æi tõ 0,5<br />
chi tiÕt 3 chiÒu cì micro. A/dm2 ®Õn 5 A/dm2. Dung dÞch ®iÖn kÕt tña cã<br />
C¸c nghiªn cøu gÇn ®©y cho thÊy tÝnh chÊt th nh phÇn: NiSO4.6H2O, CoSO4.7H2O, H3BO3<br />
tõ cña m ng máng nhËn ® îc sau khi ®iÖn kÕt 0,4 M, KCl 0,2 M. Nång ®é [Ni2+] v [Co2+]<br />
tña phô thuéc rÊt nhiÒu v o cÊu tróc tinh thÓ cña thay ®æi tõ 0,05 M ®Õn 0,95 M sao cho tæng cña<br />
hîp kim cã cÊu tróc lôc gi¸c t©m ®¸y (hcp) sÏ chóng trong dung dÞch lu«n l 1 M. TÊt c¶ c¸c<br />
<br />
37<br />
hãa chÊt ®Òu cã ®é tinh khiÕt cao (> 99,5%), s¶n s¾t v lùc kh¸ng tõ Hc ®¹t ® îc gi¸ trÞ cao nhÊt<br />
xuÊt t¹i Trung Quèc. Dung dÞch lu«n ® îc t¹i nång ®é Co2+ trung b×nh. C¶m øng tõ d Br<br />
khuÊy tõ v nhiÖt ®é gi÷ kh«ng ®æi T = 50oC. cña c¸c m ng hîp kim nhËn ® îc ®Òu n»m trong<br />
pH ®iÒu chØnh b»ng H2SO4 v KOH nh»m gi÷ ë kho¶ng 0,1 ÷ 0,2 Wb/m².<br />
gi¸ trÞ æn ®Þnh b»ng 5. H×nh 2 l ¶nh h ëng cña tû lÖ nång ®é<br />
§ êng cong tõ trÔ cña c¸c m ng hîp kim [Co ] : [Ni2+] ®Õn lùc kh¸ng tõ cña hîp kim<br />
2+<br />
<br />
® îc ®o trªn m¸y VSM (Vibrating Sample nhËn ® îc. C¸c ký hiÖu th nh phÇn trªn mçi<br />
Magnetometer). Th nh phÇn m ng, cÊu tróc tÕ ®iÓm ®o l th nh phÇn hîp kim ë tû lÖ nång ®é<br />
vi ® îc nghiªn cøu b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö [Co2+] : [Ni2+] t ¬ng øng. KÕt qu¶ cho thÊy lùc<br />
quÐt SEM/EDAX PHILLIPS. kh¸ng tõ kh«ng thay ®æi ®¬n ®iÖu theo tû lÖ<br />
nång ®é m ®¹t cùc ®¹i ë kho¶ng tû lÖ nång ®é<br />
III - KÕt qu¶ v th¶o luËn [Co2+] : [Ni2+] = 0,2 : 0,8 ÷ 0,4 : 0,6. Lùc kh¸ng<br />
tõ cùc ®¹i n»m trong kho¶ng 170 ÷ 180 Oe.<br />
1. ¶nh h ëng cña tû lÖ nång ®é [Co2+] : [Ni2+] Kho¶ng cùc ®¹i n y t ¬ng øng víi th nh phÇn<br />
hîp kim chøa 23 ÷ 25%Ni. Theo Fedotiev, khi<br />
H×nh 1 biÓu diÔn c¸c ® êng cong tõ trÔ cña th nh phÇn Ni trong hîp kim v ît qua ng ìng<br />
m ng hîp kim CoNi ® îc ®iÖn kÕt tña trong c¸c 23%, pha tinh thÓ lôc gi¸c t©m ®¸y (hcp) t¨ng<br />
dung dÞch cã nång ®é Co2+ thÊp ([Co2+] : [Ni2+] ®¸ng kÓ, dÉn ®Õn viÖc lùc kh¸ng tõ t¨ng [10].<br />
= 0,05 : 0,95), nång ®é Co2+ trung b×nh ([Co2+] : Tuy nhiªn, khi h m l îng Ni tiÕp tôc t¨ng qu¸<br />
[Ni2+] = 0,3 : 0,7) v nång ®é Co2+ cao ([Co2+] : 25%, c¸c textua t¨ng m¹nh l m lùc<br />
[Ni2+] = 0,05 : 0,95). KÕt qu¶ cho thÊy c¸c hîp kh¸ng tõ gi¶m dÇn [11]. V× hai nguyªn nh©n<br />
kim nhËn ® îc thÓ hiÖn tÝnh chÊt s¾t tõ víi trªn, hiÖn t îng ®¹t cùc ®¹i cña lùc kh¸ng tõ x¶y<br />
® êng cong tõ trÔ ®Æc tr ng cña hîp kim nhãm ra.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
H×nh 1: § êng cong tõ trÔ cña c¸c m ng hîp H×nh 2: ¶nh h ëng cña tû lÖ nång ®é [Co2+] :<br />
kim ®iÖn kÕt tña trong c¸c dung dÞch cã tû lÖ [Ni2+] tíi lùc kh¸ng tõ cña m ng hîp kim.<br />
nång ®é [Co2+] : [Ni2+] = 0,05 : 0,95; 0,3 : 0,7; §iÒu kiÖn ®iÖn kÕt tña: pH = 5, T = 50oC,<br />
0,9 : 0,1. §iÒu kiÖn kÕt tña: pH = 5, T = 50oC, Dk = 2A/dm2, chiÒu d y m ng d = 1 µm<br />
Dk = 2A/dm2<br />
<br />
2. ¶nh h ëng cña phô gia sacarin kim kÕt tña trong c¸c dung dÞch (i) kh«ng chøa<br />
sacarin v (ii) chøa 2 g/l sacarin. KÕt qu¶ cho<br />
H×nh 3 l ® êng cong tõ trÔ cña 2 m ng hîp thÊy viÖc bæ sung sacarin v o dung dÞch l m<br />
<br />
38<br />
t¨ng lùc kh¸ng tõ cña hîp m ng hîp kim tõ textua sang v tinh thÓ nhËn ® îc<br />
kim nhËn ® îc tõ Hc = 176 khi cã sacarin th êng Ýt khuyÕt tËt h¬n [11].<br />
Oe lªn Hcsac = 236 Oe (h×nh<br />
3). ¶nh chôp kÝnh hiÓn vi<br />
®iÖn tö quÐt (SEM) v ph©n<br />
tÝch EDX (h×nh 4 v 5) cho<br />
thÊy khi thªm sacarin,<br />
m ng hîp kim nhËn ®ù¬c<br />
cã cÊu tróc tinh thÓ mÞn<br />
h¬n, nh ng th nh phÇn hîp<br />
kim thay ®æi kh«ng ®¸ng<br />
kÓ (17,6%Ni khi kh«ng cã<br />
sacarin v 19%Ni khi cã<br />
sacarin). Nh vËy, viÖc t¨ng<br />
lùc kh¸ng tõ khi thªm<br />
Sacarin kh«ng ph¶i do thay<br />
®æi h m l îng Ni trong H×nh 3: § êng cong tõ trÔ cña c¸c m ng hîp kim ®iÖn kÕt tña trong<br />
m ng. ¶nh h ëng cña c¸c dung dÞch kh«ng chøa Sacarin v chøa sacarin.<br />
sacarin cã thÓ ® îc gi¶i §iÒu kiÖn ®iÖn kÕt tña: [Co2+] : [Ni2+] = 0,3 : 0,7, pH = 5,<br />
thÝch do thay ®æi textua cña T = 50oC, Dk = 2A/dm2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
H×nh 4: (a) ¶nh SEM v (b) phæ EDX cña MHK CoNi ®iÖn kÕt tña trong dung dÞch kh«ng cã<br />
sacarin. §iÒu kiÖn ®iÖn kÕt tña: [Co2+] : [Ni2+] = 0,3 : 0,7, pH = 5, T = 50oC, Dk = 2A/dm2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
H×nh 5: (a) ¶nh SEM v (b) phæ EDX cña MHK CoNi ®iÖn kÕt tña trong dung dÞch chøa 2 g/l<br />
sacarin. §iÒu kiÖn kÕt tña: [Co2+] : [Ni2+] = 0,3 : 0,7, pH = 5, T = 50oC, Dk = 2A.dm-2<br />
39<br />
3. ¶nh h ëng cña chiÒu d!y m!ng cña m¹ng l íi tinh thÓ do qu¸ tr×nh tho¸t hi®r«<br />
v hÊp phô cña hi®r«xit sÏ ® îc söa ch÷a. Do<br />
®ã, tinh thÓ nhËn ® îc sÏ ho n thiÖn h¬n v<br />
m ng hîp kim cã ®é kh¸ng tõ cao h¬n.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
H×nh 6: ¶nh h ëng cña chiÒu d y m ng tíi lùc<br />
kh¸ng tõ cña m ng hîp kim CoNi. §iÒu kiÖn<br />
®iÖn kÕt tña pH = 5, T = 50oC, Dk = 2A/dm2<br />
H×nh 7: ¶nh h ëng cña nhiÖt ®é ñ tíi lùc kh¸ng<br />
H×nh 6 biÓu diÔn ¶nh h ëng cña chiÒu d y tõ Hc cña m ng hîp kim. §iÒu kiÖn ®iÖn kÕt tña:<br />
biÓu kiÕn cña m ng tíi lùc kh¸ng tõ. ChiÒu d y pH = 5, T = 50oC, Dk = 2A/dm2<br />
biÓu kiÕn ® îc khèng chÕ b»ng ®iÖn l îng kÕt<br />
tña (víi gi¶ thiÕt hiÖu suÊt dßng l 97%). KÕt IV - KÕt luËn<br />
qu¶ cho thÊy tuy khi chiÒu d y m ng t¨ng,<br />
l îng vËt liÖu tõ CoNi t¨ng theo, nh ng lùc TÝnh chÊt tõ cña m ng hîp kim CoNi ® îc<br />
kh¸ng tõ Hc l¹i gi¶m. KÕt qu¶ n y ® îc gi¶i t¹o b»ng ph ¬ng ph¸p ®iÖn kÕt tña phô thuéc<br />
thÝch do sù thay ®æi cÊu tróc tinh thÓ cña hîp v o mét lo¹t c¸c yÕu tè: tû lÖ [Co2+] : [Ni2+]<br />
kim. Khi chiÒu d y m ng t¨ng, sù chuyÓn cÊu trong dung dÞch, chiÒu d y m ng, phô gia<br />
tróc lôc gi¸c t©m ®¸y (hcp) ®Æc tr ng cña Co saccarin v chÕ ®é ñ. M ng hîp kim ®¹t ® îc<br />
sang lËp ph ¬ng t©m ®¸y c ng trë nªn phæ biÕn,<br />
lùc kh¸ng tõ cao nhÊt (Hc = 170) 180 Oe t¹i tû lÖ<br />
dÉn tíi Hc gi¶m. KÕt qu¶ n y còng phï hîp víi<br />
c¸c nghiªn cøu cña Andricacos v Bubendorf [3, nång ®é [Co2+] : [Ni2+] = 0,2 : 0,8 ÷ 0,4 : 0,6. Sù<br />
7]. cã mÆt cña phô gia sacarin trong dung dÞch ®iÖn<br />
kÕt tña l m t¨ng lùc kh¸ng tõ. Trong khi ®ã, lùc<br />
4. ¶nh h ëng cña chÕ ®é ñ nhiÖt kh¸ng tõ gi¶m khi chiÒu d y m ng t¨ng. ChÕ ®é<br />
ñ nhiÖt còng ¶nh h ëng ®Õn tÝnh chÊt tõ: ë nhiÖt<br />
¶nh h ëng cña chÕ ®é ñ tíi tÝnh chÊt tõ cña ®é ñ T < 300oC, lùc kh¸ng tõ Ýt thay ®æi trong<br />
m ng hîp kim CoNi ® îc nghiªn cøu ë c¸c khi T > 300oC sÏ l m t¨ng ®¸ng kÓ lùc kh¸ng tõ.<br />
nhiÖt ®é 200oC, 300oC, 400oC (thêi gian ñ 1 h).<br />
KÕt qu¶ biÓu diÔn trªn h×nh 7 cho thÊy lùc Lêi c¶m ¬n: C«ng tr×nh ®$îc thùc hiÖn d$íi sù<br />
kh¸ng tõ cña hîp kim nhËn ® îc t¨ng kh«ng hç trî cña Ch$¬ng tr×nh Khoa häc c¬ b¶n cÊp<br />
®¸ng kÓ khi t¨ng nhiÖt ®é ñ ®Õn 300oC. Tuy Nh* n$íc, mO sè KHCB 530801.<br />
nhiªn, khi t¨ng nhiÖt ®é ñ ®Õn 400oC, lùc kh¸ng<br />
tõ cña hîp kim nhËn ® îc t¨ng m¹nh. Theo<br />
T i liÖu tham kh¶o<br />
Andricacos, t¹i gi¸ trÞ nhiÖt ®é trong kho¶ng<br />
320) 340oC, qu¸ tr×nh ph¸t triÓn h¹t tinh thÓ sÏ 1. Mai Thanh Tïng, NguyÔn Thanh ThuyÕt,<br />
diÔn ra bét ph¸t l m cho m ng hîp kim nhËn TuyÓn tËp b¸o c¸o Héi nghÞ Hãa häc to n<br />
® îc cã kÝch th íc h¹t lín h¬n v do ®ã, lùc quèc, H Néi 10-2003.<br />
kh¸ng tõ cña m ng hîp kim còng t¨ng theo [3].<br />
Mét nguyªn nh©n kh¸c cña hiÖn t îng t¨ng lùc 2. Mai Thanh Tïng, NguyÔn Thanh ThuyÕt. T¹p<br />
kh¸ng tõ ë nhiÖt ®é Ta > 300oC l c¸c khuyÕt tËt chÝ Hãa häc, T. 42, sè 4, Tr. 439 - 443 (2004).<br />
40<br />
3. C. Andricacos, T. L. Romankiw. Magne- 7. J. L. Bubendorf, C. Meny, E. Beaurepaire,<br />
tically Soft Materials in Data Storage: Their P. Panissod, J. P. Bucher. Eur. Phy. J., B17,<br />
Properties and Electrochemistry, in P. 635 - 643 (2000).<br />
Advances in Electrochemical Science and 8. R. Sard, C. D. Schwartz, R. Weil. J.<br />
Engineering, VCH 1994. Electrochem. Soc., 113, P. 424 - 428 (1966).<br />
4. Y. Keith, A. Sasaki, J. Talbot. J. Electro- 9. S. Goldbach, R. de Kermadec, F. Lapique. J.<br />
chem. Soc., 147, 189 - 197 (2000). Appl. Electrochem., 30, P. 277 - 284 (2000).<br />
5. E. Gomez, E. Valles. J. Appl. Electrochem., 10. N. P. Fedochiev. et al. Electrolicheskije<br />
29, P. 805 - 812 (1999). Splavuji, Mashgiz Moskova, 223 - 227 (1962).<br />
6. G. V. Elmore, P. Bakos. J. Electrochem. 11. A. Armyanov. Electrochim. Acta, 45, P.<br />
Soc., 111, P. 1244 - 1248 (1964). 3323 - 3335 (2000).<br />
<br />
<br />
<br />
(TiÕp theo trang 9)<br />
<br />
2. §ç Tr H ¬ng. T¹p chÝ Hãa häc v C«ng gong, New South Wales, Australia (2002).<br />
nghÖ Hãa chÊt, sè 9, 74 (2001). 4. GPI International Limited, 30 Kwai Wing<br />
3. (a) Wei Kang Hu and Dag Noréus, Chem. Road, Kwai Chung, N. T. Hong Kong, GP<br />
Mater., 15, P. 974 - 978 (2003); (b) C. Y. batteries technical hand book (2002).<br />
Wang, S. Zhong, D. H. Bradhust, H. K. Liu, 5. TËp b¸o c¸o khoa häc 'Ni-MH-Rechageable<br />
S. X Dou; Technique Repport, University of Batteries', TECHBULL.pdf. T i liÖu cña h*ng<br />
Wollongong, Norrthfields Avenue, Wollon- Duracell, ®/c: www.duracell.com (2003).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
41<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
