ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 3, с. 254-259
УДК 669.8661781:539.12.043:537.622
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
ИНДУЦИРОВАННАЯ ОТЖИГОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ РАДИАЦИОННО-АМОРФИЗОВАННОГО СПЛАВА Er2Fe138B
© 2015 г. Ю. Г. Чукалкин*, А. Е. Теплых*, Н. В. Кудреватых**, С. Г. Богданов*, К. Н. Чу***, С. Ли***, А. В. Андреев****, А. Н. Пирогов***
*Институт физики металлов УрО РАН, 620990 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **Уральский федеральный университет, 620083 Екатеринбург, ул. Мира, 62 ***Корейский исследовательский институт атомной энергии, 305-600 Тайжон, Республика Корея ****Институт физики Академии наук, 18221 Прага, ул. Славянки, 2, Чешская республика
e-mail: pirogov05@gmail.com.
Поступила в редакцию 16.04.2014 г.; в окончательном варианте — 18.07.2014 г.
Для исследования эволюции структурного и магнитного состояния радиационно-аморфизованно-го сплава Er2Fe138B в процессе изотермического отжига от 295 до 1025 К были проведены измерения намагниченности и дифракции нейтронов. Отжиг сплава приводит к кристаллизации фазы типа Nd2Fe14B, занимающей около 84% объема образца, и фазы a-Fe (16%). Нейтронографические данные показывают, что кристаллизация сплава Er2Fe13 8B происходит в температурном интервале 590—638 К. Магнитные измерения свидетельствуют о росте спонтанной намагниченности и коэрцитивной силы с увеличением температуры отжига выше 800 К. Намагниченность подрешетки Er в образце, отожженном при 993 К, меньше, чем в состоянии до аморфизации. Однако тип магнитной анизотропии Er подрешетки не изменился, сохранив ориентацию осей легкого намагничивания в базисной плоскости тетрагональной кристаллической решетки.
Ключевые слова: постоянные магниты, аморфное состояние, изохронный отжиг, кристаллизация, нейтронография.
БОТ: 10.7868/80015323015010039
1. ВВЕДЕНИЕ
Нанокристаллические и аморфные материалы могут показывать функциональные свойства, отличные от свойств обычных материалов. Аморфное состояние редкоземельных сплавов Л—Ре—В представляет большой интерес с точки зрения получения высококоэрцитивных и энергоемких постоянных магнитов [1]. Многочисленные исследования были посвящены формированию нано-кристаллической структуры и магнитных свойств в процессе отжигов композитов Мё—Ре—В, состоящих из магнитожесткой и мягкой фаз [2]. Согласно [3], аморфный сплав Мд4.5Ре77В18.5 кристаллизуется вначале в магнитомягкую фазу Ре3В, а при более высоких температурах формируется двухфазное состояние Мё2Ре14В + Ре3В. Однако в [4] на второй стадии отжига наблюдали кристаллизацию в основном в фазу Мё2Ре23В3, которая на третьей стадии распадалась на Мё2Ре14В и Ре3В. Другой путь кристаллизации сплава №2Ре91-ХВХ был обнаружен в [5], где показано, что при отжигах возникает промежуточная фаза типа ТЬСи7. Существование этой фазы было подтверждено при изуче-
нии процесса кристаллизации сплава Pr2Fe14B/a-Fe [6]. При отжигах сплавов Rx(FeNb)yBz (R = Pr, Nd, Dy и 4 < x < 6; 88 < y < 93; 4 < г < 6) наблюдали, что сплавы кристаллизовались вначале в фазу a-Fe и метастабильную фазу R3Fe62B14, которая на финальной стадии трансформировалась в фазы a-Fe и Nd2Fe14B [7]. Аморфные сплавы NdxFe93 _ xNb1B6 c x > 10 превращались в двухфазное (Nd2Fe14B и a-Fe) кристаллическое состояние без образования промежуточных фаз, тогда как сплавы с 7 < г < 10 переходили в кристаллическое состояние через ме-тастабильные фазы Nd2Fe23B3 and Nd3Fe62B14 [8]. Кристаллическое состояние, образованное фазами Nd2Fe14B, NdFe4B4 и a-Fe, было получено на конечной стадии термомагнитной обработки [9]. Помимо термического воздействия на сплавы в аморфном состоянии были выполнены исследования с использованием лазерного излучения
[10] и пучка высокоэнергетических электронов
[11]. В частности, облучение высокоэнергетическими электронами индуцирует превращение аморфного сплава Fe77Nd45B18. 5 в кристаллическое состояние, содержащего три фазы: a-Fe +
+ Мё2Ре14В + Мё2Ре17 [11]. При этом, был сделан вывод, что фаза Мё2Ре17 формируется только при облучении электронами и не образуется при термическом воздействии. Однако, как показано в [12], образцы Мё—Ре—В, синтезированные с помощью золь-гель метода, содержат фазу Мё2Ре17 даже при высокой температуре отжига.
Несмотря на большое количество работ, закономерности формирования нанокристаллической структуры и свойств сплавов Мё—Ре—В в процессе отжигов, а также влияние разных методов получения аморфного состояния на эти закономерности изучены еще недостаточно. Следует отметить, что в большинстве исследований аморфное состояние образцов было достигнуто с помощью метода спи-нингования расплава [13], интенсивного механического измельчения порошков [14] или путем приложения сильной пластической деформации [15]. В [16] было показано, что аморфное состояние сплавов Мё—Ре—В может быть достигнуто также при облучении высокоэнергетичными электронами. Аморфное состояние сплава Мё4.5Ре77В185 не удалось получить в [16] с помощью спинингования расплава, но оно было достигнуто с помощью облучения электронами. Возможно, что аморфные состояния, получаемые традиционными методами и в результате облучения, различаются, поэтому представляет интерес изучить процесс кристаллизации из радиационно-аморфизованного состояния.
Ранее [17] были представлены результаты наших исследований сплавов Мё2Ре14В и Ег2Ре138В в их радиационно-аморфизованном состоянии, которое было достигнуто с помощью облучения быстрыми нейтронами (Еэф > 1 МэВ). В настоящей работе мы показываем эволюцию структурного состояния и магнитных свойств сплава Ег2Ре138В в процессе изохронных отжигов. Отметим, что облучение электронами создает в облучаемом образце точечные дефекты: вакансии и междоузельные атомы; тогда как воздействие быстрыми нейтронами приводит и к перераспределению атомов по узлам кристаллической решетки. Следовательно, аморфные состояния, полученные с помощью облучения электронами и быстрыми нейтронами, могут существенно различаться по своим свойствам. Нужно отметить также, что в настоящей работе мы выполнили нейтро-нографическое исследование эволюции структурного состояния и магнитных свойств сплава типа Я—Ре—В в процессе отжигов. В литературе имеются лишь единичные работы, посвященные изучению кристаллизации сплавов Я—Ре—В с помощью дифракции нейтронов [18]; в основном применялись рентгено- и электронографический методы исследований. Однако два последних метода дают информацию о свойствах образца лишь в его поверхностном слое, тогда как дифракция нейтронов позволяет получить данные о кристалли-
ческой и магнитной структуре во всем объеме образца.
С точки зрения нейтронографического эксперимента, сплавы Я—Ре—В с ферримагнитным упорядочением намагниченностей Я- и Ре-подрешеток являются более удобными объектами исследования, чем ферромагнитные сплавы: интенсивность магнитных рефлексов в первом случае существенно выше, чем во втором. Это позволяет проводить ней-тронографические измерения на относительно небольших количествах ферримагнитных сплавов, что является важным фактором в эксперименте с радиоактивными образцами. Имея в виду эти два фактора, мы выбрали сплав Ег2Ре138В в качестве объекта исследований.
Изучение влияния нейтронного облучения на сплавы Я—Ре—В представляет и самостоятельный интерес, так как постоянные магниты на основе фазы №2Ре14В используются в синхротронных источниках в качестве аттенюаторов, где они подвергаются воздействию фотонейтронами. Поэтому данные о кристаллизации сплава Ег2Ре138В из ради-ационно-аморфизованного состояния могут быть полезными при разработке способов повышения радиационной стойкости магнитов Я—Ре—В.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В настоящей работе использовали тот же порошковый образец Ег2Ре13 8В, который был получен в аморфном состоянии в результате облучения флю-энсом быстрых нейтронов 1.2 х 1020 н/см2 в [17]. Образец изохронно отжигали в интервале 295— 1025 К в течение одного часа при каждой температуре.
Магнитные измерения были выполнены при комнатной температуре на вибромагнитометре в магнитных полях до цН = 2 Тл.
Нейтронографические измерения были проведены на дифрактометре Д-2, смонтированном на одном из горизонтальных каналов реактора ИВВ-2М (Заречный, Россия). Использовали падающий пучок нейтронов с длиной волны 1.805 х х 10-1 нм. Расчет нейтронограмм выполнен с помощью программного пакета "РиИрго!" [19].
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 приведены нейтронограммы образца Ег2Ре138В, отожженного при температурах до Тотж = = 735 К. Видно, что дифракционные картины, полученные после отжигов образца при температурах ниже 590 К, подобны между собой и показывают широкий максимумом в интервале углов 2© = 40° — 65°. Отжиг при Тотж = 638 К приводит к резкому изменению вида дифрактограммы: она содержит отчетливые рефлексы. Нейтронограм-
256
ЧУКАЛКИН и др.
10
ТОТЖ 735 К
В
о £
о о я <ч
и
о Я
В
Я
И
а
J1
О №
(N1 О
^аДлА/ЛЛ^
638 K
. lAjP Ví
vi
/Ч
Л
541 K
Yy
393 K
295 K
/ 4
20
40 60 29, град
80
100
Рис. 1. Эволюция нейтронограмм порошкового образца Е^Бе^ 8Б с повышением температуры отжига. Нейтронограммы смещены по вертикальной оси для наглядности.
мы, полученные при Тотж = 735 и 993 К (см. рис. 1 и 2), содержат тот же набор рефлексов, как и в случае Тотж = 638 К.
Расчет нейтронограмм образца, отожженного при Тотж = 638, 735 и 993 К позволяет сделать заключение, что образец содержит две основные фазы: одна из них фаза типа Мё2Ре14Б, другая — фаза а-Бе. Параметры кристаллической и магнитной структуры образца после отжига Тотж = = 993 К приведены в таблице. Магнитная структура является ферримагнитной и описывается волновым вектором к = 0, а намагниченность подрешетки Бе близка к значению в исходном (до облучения) кристаллическом состоянии.
Рис. 3 показывает частные петли гистерезиса, измеренные после отжига образца при Тотж = 393 и 958 К. Видно, что коэрцитивная сила Нс значительно увеличилась с ростом температуры отжига.
На рис. 4a представлена зависимость спонтанной намагниченности M образца от температуры отжига. Как видно из рисунка, величина M сохраняет
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.