научная статья по теме ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ВО ВРЕМЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ВОЗДУХЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Физика

Текст научной статьи на тему «ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ВО ВРЕМЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ВОЗДУХЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2011, том 112, № 6, с. 613-619

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 537.624:539.213.2

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ВО ВРЕМЯ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ВОЗДУХЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

© 2011 г. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, И. О. Павлова, О. А. Минина

Уральский государственный университет им. А.М. Горького, 620000 Екатеринбург, просп. Ленина, 51

Поступила в редакцию 24.03.2011 г.; в окончательном варианте — 18.05.2011 г.

На примере лент аморфных магнитомягких сплавов Бе81В13814С2 и Ре77№1819В13 проведено исследование связи уровня магнитных свойств с длительностью изотермической выдержки при термообработке на воздухе. Показано, что зависящая от температуры обработки оптимальная длительность изотермической выдержкит связана с объемом доменов с ортогональной намагниченностью Уорт в исходном (закаленном) состоянии ленты уравнением Корт = ат1/3. Получена зависимость от температуры коэффициента пропорциональности а, определяющего степень активности диффузионных процессов. Представленные в работе результаты позволяют существенно упростить выбор оптимального режима термической обработки на воздухе лент аморфных магнитомягких сплавов на основе железа.

Ключевые слова: аморфные сплавы, намагниченность, магнитная проницаемость, магнитные потери, коэрцитивная сила, термическая обработка, длительность изотермической выдержки.

В закаленном состоянии ленты аморфных магнитомягких сплавов обладают сравнительно низкими свойствами из-за достаточно высокого уровня внутренних закалочных напряжений. Улучшение магнитных свойств аморфных лент после проведения термо- и термомагнитных обработок достигается, как правило, за счет снижения уровня внутренних закалочных напряжений. Релаксация напряжений наступает в течение некоторого времени. Кроме релаксации напряжений важную роль играет взаимодействие поверхности ленты с находящимся в атмосфере водяным паром формирование поверхностного аморфно-кристаллического слоя [1]. Два последних фактора способствуют индуцированию плоских анизотропных напряжений. При достижении оптимальной толщины поверхностного аморфно-кристаллического слоя важную роль играет длительность изотермической выдержки [2].

В настоящей работе исследовано влияние длительности изотермической выдержки при термообработке на воздухе на распределение намагниченности и магнитные свойства лент аморфных магнитомягких сплавов на основе железа. Исследования проводили на образцах в форме полос размерами 100 х 10 х 0.022 мм. Термическую обработку образцов аморфного сплава Бе^М^^В^ осуществляли на воздухе при 410°С со скоростью охлаждения ~15 К/мин. Длительность изотермической выдержки (т) варьировали от 10 с до 40 мин. Вариацию дли-

тельности изотермической выдержки для образцов аморфного магнитомягкого сплава Бе81В13814С2 осуществляли в интервале 10 с—100 мин при температурах 350, 360 и 370°С. Поскольку длительность изотермической выдержки зависит от распределения намагниченности в исходном состоянии ленты, для исследований выбирали образцы с одинаковым распределением намагниченности в исходном (закаленном) состоянии (см. табл. 1). Распределение намагниченности определяли по разработанной нами методике [3]. Измерение кривых намагничивания и петель гистерезиса осуществляли с помощью индук-ционно-импульсного метода в замкнутой магнитной цепи. Для замыкания цепи использовали пермеаметр. Погрешности измерения статических магнитных характеристик и распределения намагниченности ~2 и ~5% соответственно.

Результаты исследования влияния длительности изотермической выдержки на воздухе при темпера-

Таблица 1. Относительные объемы образцов с ортогональной (Корт) и пленарной (К^) намагниченностью, ориентированной вдоль (Р^) и поперек (К^) оси ленты в ее плоскости (закаленное состояние)

Сплав V % 'орт' /и V™ % V180, % V90, %

Fe77NiiSi9Bi3 40 60 40 20

Fe81B13Si4C2 40 60 38 23

(а)

| 20000 * 15000 10000 5000

0

90 80 70 60 50 40 30 20 10

0

10

20 30 т, мин

(б)

—I---

40

>3

1

10

20 т, мин

30 40

Рис. 1. Зависимости максимальной магнитной проницаемости (а) и относительных объемов доменов с ортогональной (Рорт) и планарной (Рпл) намагниченностью (кривые 1 и 2), намагниченностью, ориентированной вдоль (К180) и поперек (Род) оси ленты в ее плоскости (кривые 3 и 4) (б) от длительности изотермической выдержки при 410°С во время термической обработки на воздухе образцов аморфного сплава Ре77М1819Б1з.

туре 410°С на максимальную магнитную проницаемость и распределение намагниченности образцов аморфного сплава Бе^М^^В^ приведены на рис. 1. Из рис. 1а видно, что зависимость цтах(т) имеет вид кривой с максимумом при т ~25 мин. Увеличение длительности изотермической выдержки свыше 30 мин приводит к снижению максимальной магнитной проницаемости. Таким образом, зависимость максимальной магнитной проницаемости от длительности изотермической выдержки аналогична зависимости цтах от толщины поверхностного аморфно-кристаллического слоя, определенной с помощью метода рентгеновской дифракции в параллельных скользящих лучах [1, 2]. Следовательно, оптимальная длительность изотермической выдержки в этом случае составляет ~25 мин и соответ-

ствует состоянию ленты с оптимальной толщиной поверхностного аморфно-кристаллического слоя.

На рис. 1б показана зависимость распределения намагниченности от длительности изотермической выдержки. Видно, что с увеличением длительности изотермической выдержки возрастает относительный объем доменов с планарной (Рпл) и уменьшается относительный объем доменов с ортогональной (Рорт) намагниченностью. Это связано с индуцированием преимущественно плоских растягивающих напряжений от внедрения атомов водорода и кислорода в поверхностный слой ленты и формирования поверхностного аморфно-кристаллического слоя. Поскольку объем кристаллической фазы меньше, чем аморфной, при частичной кристаллизации сплава происходит локальное уменьшение объема в аморфной матрице в месте возникновения и роста кристаллитов. Напряжения растяжения, возникающие при этом в аморфной матрице, являются объемными. Тем не менее, при небольшой толщине поверхностного аморфно-кристаллического слоя плоская компонента напряжений преобладает [2, 4]. При длительности изотермической выдержки, соответствующей оптимальной, наблюдается наименьшее значение объема доменов с ортогональной намагниченностью. Дальнейшее повышение т от 25 до 40 мин не приводит к существенным изменениям значений объема доменов с ортогональной и планарной намагниченностью. Это означает, что при этих значениях длительности изотермической выдержки по-прежнему преобладает преимущественно плоская компонента напряжений, индуцируемых поверхностным аморфно-кристаллическим слоем.

По мере увеличения длительности изотермической выдержки относительный объем доменов с намагниченностью, направленной вдоль оси ленты (Р180), увеличивается, достигая своего максимума при т = 25 мин. Дальнейшее увеличение длительности изотермической выдержки приводит к уменьшению объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты. Объем доменов с планарной намагниченностью, ориентированной поперек оси ленты (Р90), изменяется в противофазе. Увеличение значений Р180 при повышении длительности изотермической выдержки вплоть до 25 мин может быть связано с преобладанием анизотропных растягивающих напряжений вдоль оси ленты, обусловленных образованием во время отжига повышенной концентрации внедренных в поверхность ленты атомов водорода и кислорода в этом направлении [3]. Уменьшение объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты, при дальнейшем повышении длительности изотермической выдержки связано с преобладанием псевдоодноосных рас-

2

20 18 16 14

S12 ^ 10

&5 8

6

4

2

0

(a)

10 Г

9 -

8 -

7 -

6 -

Д 5 -

м 4 -

3 -

2 -

1 -

_1_

_1_

_1_

J

10 15 20 25 30 35 40 45 т, мин (б)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

т, мин

Рис. 2. Зависимости коэрцитивной силы (а) и потерь на гистерезис за цикл перемагничивания (б) от длительности изотермической выдержки при 410°С во время термической обработки на воздухе образцов аморфного сплава БеууМ^^В^.

20000 18000 16000 14000 а12000 J 10000 8000 6000 4000 2000

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0

(a)

10

20 30

т, мин (б)

40

50

10

20 30

т, мин

40

40

Рис. 3. Зависимости максимальной магнитной проницаемости (а) и распределения намагниченности (Рорт> Рпл, Рю и ^180 — кривые 1, 2, 3 и 4 соответственно) (б) от длительности изотермической выдержки при 370°С во время термообработки на воздухе образцов аморфного сплава Ре81В13814С2.

5

тягивающих напряжений поперек оси ленты, индуцируемых анизотропной поверхностной кристаллизацией [2].

Зависимости коэрцитивной силы и потерь на гистерезис за цикл перемагничивания от длительности изотермической выдержки во время термической обработки на воздухе при 410°С приведены на рис. 2. Видно, что и в этом случае при длительности изотермической выдержки 20—25 мин наблюдаются наименьшие значения коэрцитивной силы и потерь на гистерезис.

На рис. 3а для образцов аморфного сплава Бе81В13814С2 показаны зависимости максимальной магнитной проницаемости от длительности изотермической выдержки во время термообработки на воздухе при температуре 370°С. Видно, что в этом случае оптимальная длительность изотермической выдержки составляет 20 мин. Исследования, проведенные для температур 360 и 350°С, показали, что

качественно имеют место такие же зависимости исследуемых характеристик от длительности изотермической выдержки, лишь значения т, соответствующие достижению оптимальных свойств, повышаются при понижении температуры и составляют 20, 30 и 45 мин для температур 370, 360 и 350°С соответственно. При этих выдержках имеет место оптимальное распределение намагниченности в ленте с наибольшим относительным объемом доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты (табл. 2)

Более высокие значения максимальной магнитной проницаемости достигаются при 370°С, по-видимому, за счет

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком