ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 8, с. 1138-1141
УДК 537.622.4
ИССЛЕДОВАНИЕ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ Fe85- xCrxB15 (x = 0-20) МЕТОДОМ ЭФФЕКТА МЁССБАУЭРА
© 2015 г. В. С. Покатилов1, Т. Г. Дмитриева1, В. В. Покатилов1, В. В. Китаев2, Н. Б. Дьяконова3
E- mail:pokatilov@mirea.ru
Мёссбауэровские спектры аморфных сплавов Fe85 _ xCrxBj 5 (x = 0—20) были измерены при температуре 91 K. Распределения сверхтонких полей на ядрах 57Fe восстановлены из экспериментальных спектров. Анализ данных проводился в рамках нанокристаллической модели. Атомы хрома замещают атомы железа в нанокристаллах типа a-Fe, орторомбической o-Fe3B и тетрагональной Fe^-фа-зы. Оценены локальные магнитные моменты атомов железа щос в нанокристаллических фазах. Замещение атомов железа на атомы хрома приводит к резкому уменьшению локальных магнитных моментов атомов железа в нанокристаллах.
DOI: 10.7868/S0367676515080232
ВВЕДЕНИЕ
Аморфные магнитные металлические сплавы на основе Ре—Т—В (Т — атом переходного элемента) привлекают широкое внимание исследователей, так как они являются основой магнитомягких и магнитотвердых материалов, некоторые составы которых нашли широкое применение. Несмотря на интенсивные исследования этих сплавов на протяжении более 40 лет, их локальная атомная и магнитная структура остается практически неизученной. Можно отметить, что эта структура достаточно полно изучена только для системы аморфных сплавов Бе—В. Определены ближний порядок и локальная магнитная структура аморфных сплавов Бе—В [1—7]. Методом ЯМР на ядрах ПВ и 57Бе было установлено, что в области составов Ре—(23—25) ат. % В аморфные сплавы состоят преимущественно из субмикрообластей с ближними порядками типа тетрагональной (?) фазы Бе3В [4—7]. Исследования аморфного сплава Бе75В25 методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов показали, что сплав состоит из субмикрообластей типа ?-Бе3В с размером 0.8 нм [8].
В работе [9] проведены электронографические исследования аморфного сплава Ре74В26 и было показано, что сплав состоит из нанокристаллов размером <1 нм. Сплавы с размерами зерен мень-
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики.
2 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону.
3 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва.
ше 2 нм для рентгенографии (а также нейтронографии и электронной микроскопии) из-за размытия дифракционных спектров представляются как аморфные, поэтому такие сплавы следует рассматривать как рентгеноаморфные. Данные ЯМР [1—7] и малоуглового рассеяния нейтронов [8] показывают, что эти сплавы представляют собой не случайное распределение атомов и состоят из субмикрообластей (нанокристаллов, размерами меньше 1 нм) с ярко выраженной локальной атомной и магнитной структурой, аналогичной стабильным или метастабильным кристаллическим фазам, которые появляются на начальных этапах кристаллизации.
Исследования рентгеноаморфных сплавов Бе—Сг— В методом эффекта Мёссбауэра были проведены в ряде работ [например, 10, 11]. В работе [10] для сплавов Бе85 _ хСгхВ15 (х = 5, 10, 15, 20, 25, 30) распределения р(Н) сверхтонких магнитных полей (СТМП) раскладывали на два парциальных состояния по Гауссу, предполагая, что состояние с большим полем относится к атомам железа, у которых в первой координационной сфере нет атомов хрома, а состояние с меньшим полем относится к атомам железа, в ближайшем окружении которого есть атомы хрома. В работе [12] методом эффекта Мёссбауэра исследовались аморфные сплавы Бе80-хСгхВ20 (х = 6, 10, 15, 20) и значения СТМП в пиках в распределениях р(Н) сравнивались со значениями сверхтонких полей соответствующих фаз в сплавах Ре100- хВх.
Цель работы — исследование влияния замещения атомов железа на атомы хрома на локальную атомную и магнитную структуру в рентге-ноаморфных сплавах Бе85 _ хСгхВ15 (х = 0—20).
ИССЛЕДОВАНИЕ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ Fe85- хСгхВ15
1139
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Рентгеноаморфные сплавы Ре85_ хСгхВ15 (х = = 0—20) были приготовлены методом сверхбыстрой закалки расплава на вращающийся медный или стальной диск (методом спинингования). Рентгенографический анализ исследуемых образцов показал, что все образцы были рентгеноаморфными. Были проведены химический и рентгеноспектраль-ный анализы полученных образцов. Содержание бора, железа и хрома определялось с погрешностью не более 0.1 вес. %.
Исследования локальной структуры сплавов Ре85_ хСгхВ15 (х =0—20) выполнены с помощью мёссбауэровского спектрометра на постоянной скорости в геометрии поглощения (спектрометр MS1104em, разработка НИИ физики ЮФУ, г. Ростов-на-Дону) при 91 К. Все мёссбауэровские спектры корректировались на вклад нерезонансной части, а также на эффект поглощения мёсс-бауэровских гамма-квантов, когда интенсивность поглощения превышала 6—8%. Учет толщины образца (поглощения гамма-квантов) проводился по методу, описанному в [13]. Восстановление распределений сверхтонких полей Р(Н из мёсс-бауэровских спектров проводилось по программе DISTRI-M (многоядерное восстановление распределения параметров сверхтонкого взаимодействия) [12].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рисунке приведены мёссбауэровские спектры и восстановленные функции распределений р(Н) сверхтонких полей Н на ядрах 57Бе в рентге-ноаморфных сплавах Ре85_ хСгхВ15 (х = 0—20). Мёссбауэровские спектры для исследуемых составов совпадают с результатами других работ [например, 10]. Как видно из рисунка, замещение атомов железа на атомы хрома существенно изменяет форму мёссбауэровских спектров.
Рассмотрим эффекты ближнего порядка в рентгеноаморфных сплавах Бе—В. Как показано в работах [4—7], ближний порядок и локальная магнитная структура рентгеноаморфных сплавов Бе—В определяется типами метастабильных и стабильных кристаллических фаз, которые выделяются при кристаллизации рентгеноаморфных сплавов Бе—В. В метастабильных кристаллических фазах о-Бе3В и ?-Бе3В, атомы железа имеют разные локальные кристаллографические состояния. В метастабильной фазе ?-Бе3В имеются три кристаллографических неэквивалентных равно заселенных состояний атомов железа Бе(1), Бе(2) и Бе(3). Атомы железа в этих состояниях содержат разные числа атомов железа и бора в ближайшей сфере [13].
Сверхтонкие поля на ядрах 57Fe этих трех атомов железа были измерены в [2—6] и соответственно равны СТП H(1) = 248.6 кЭ, H(2) = 276.9 кЭ и H(3) = 299.5 кЭ при 4.2 К. В метастабильной фазе o-Fe3 B имеются два кристаллографических неэквивалентных состояний железа с отношением засе-ленностей состояний 2 : 1 [12]. СТП H(1) = 260.2 кЭ и H(2) = 286.4 кЭ [2-7]. СТМП на ядрах 57Fe отрицательные, и в статье будут приводиться только абсолютные значения этих полей. Методом ЯМР [5, 6] и эффекта Мёссбауэра [7] были обнаружены два состояния атомов железа в фазе a-Fe быстро-закаленных сплавов Fe-B, содержанием бора ниже 12 ат. %. Эти два состояния атомов железа соответствуют атомам Fe, в ближайшем окружении которых содержится 8Fe и 7Fe + 1B. Сверхтонкие поля на ядрах 57Fe в фазе a-Fe(B) для этих двух состояний атомов железа соответственно равны H(1) = 339.5 кЭ и H(2) = 312.6 кЭ. Атом бора не возмущает магнитные моменты ближайших атомов железа и локальные магнитные моменты ^(Fe) в на-нокристаллитах a-Fe равны ц (Fe) = 2.2 [6].
В работах [6, 7] мёсссбауэровские и ЯМР-спек-тры на ядрах 57Fe в аморфном сплаве Fe85B15 были разложены на семь компонент в соответствии с семью неэквивалентыми кристаллографическими и магнитными состояниями атомов железа и определены относительные количества S этих состояний. Относительные доли для микрообластей с разными ближними порядками в сплаве Fe85B15 были равны S1(a-Fe + a-Fe(B), S2(o-Fe3(B)) и S3(t-Fe3(B)) = = 47 : 30 : 17 (±5).
В настоящей работе для обработки мёссбауэ-ровских спектров мы используем средние значения СТМП H на ядрах 57Fe в каждом типе нано-кристаллов с ближними порядками, подобными фазам a-Fe, o- и t-Fe3(B). Распределения СТП p(H), приведенные на рисунке для составов с х = 0 и х = 5, были разложены на три парциальных гаус-совских подспектра (используя пакет программ ORIGIN) с максимумами, соответствующими средним СТМП На ядер 57Fe в фазе a-Fe, Н0 в фазе o-Fe3B и Ht в фазе t-Fe3B. В распределениях p(H) для сплавах Fe85 - xCrxB15 х = 0 и х = 5 СТМП H0 и Ht фиксировались, а На, ширины и интенсивности пиков в подспектрах варьировались. При обработке спектров сплавов, содержащих хром в количестве х = 10 и 15 СТМП, ширины и интенсивности пиков в подспектрах варьировались. Восстановление p(H) из мёссбауэроских спектров сплавов Fe85 - х CrxB15 проводилось с учетом данных рентгенографии. Рентгенографические исследования отожженных рентгеноаморфных сплавов, содержащих х = 0 и х = 5 показали, что при кратковременном отжиге вблизи и слегка выше температур кристаллизации Ткр и при первой полной кристаллизации в этих сплавах выделяются нано-
1140
ПОКАТИЛОВ и др.
N, % 100 -
90
100
10 -5
90
100
90 : -10
100 b
90 --10
100 -
90
0 б
5 10
p(H) 0.02 г
0.01
0.02 -
0.01 -
10 0
0.01
_|_i_i_— г- I_,_|
-5 0 5 10 0
г
0.01
10 0 0.02
0.01
и, мм ■ c
10 1
100 200 300 400 ж
100
100
200 300
400
100 200 300 к
400
200 300
400 H, кЭ
Мёссбауэровские спектры (а, б, в, г, д) и восстановленные функции распределений сверхтонких полейр(Н) (е, ж, з, и, к) на ядрах Бе в аморфных сплавах Бе85 _ хСгхВ15 (х = 0—20) при 91 К: а, е — Ре85В^, б, ж — Ре80&5В15, в, з — Ре85СгюВ^,
^ и - Fe70Cгl5Bl5, д, к - Реб5Сг20В15.
а
е
0
з
0
кристаллы фаз a-Fe, o-Fe3B в и í-Fe3B. При аналогичных отжигах вблизи температур кри-сталлизаций сплавов, содержащие хром в количестве х =10 и 20 ат. %, выделяются две нанокри-сталлические фазы: a-Fe и í-Fe3B.
В таблице приведены значения средних СТП на ядрах 57Ре (в максимумах подспектров)
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.