ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 6, с. 795-799
УДК 539.213.2:536.425:537.662.4
ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПИННИНГОВАННЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА © 2015 г. А. Н. Котвицкий, Г. С. Крайнова, А. М. Фролов, В. А. Иванов, А. С. Кучма
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Дальневосточный федеральный университет, Владивосток E-mail: Galkr_58@mail.ru
Исследованы особенности магнитных свойств спиннингованных лент на основе железа при низко-и высокотемпературном отжиге. Проведено сравнение локальной атомной и магнитной структур быстрозакаленных сплавов в процессе расстеклования и кристаллизации. Выявлены различия в динамике магнитных параметров спиннингованных лент при добавлении в матрицу железа Ni и Co. Определены температуры Кюри сплавов в аморфном и кристаллическом состояниях.
DOI: 10.7868/S0367676515060186
ВВЕДЕНИЕ
Аморфные сплавы — это особый класс материалов с необычными физическими, электрическими, магнитными свойствами [1—3]. Большой интерес представляет исследование металлических стекол, полученных высокотемпературной закалкой. Превосходные магнитомягкие свойства этих сплавов обеспечивают их применение в записывающих головках, трансформаторах и электронных устройствах. В то же время быстрозака-ленные сплавы характеризуются значительной степенью неравновесности, поэтому важными являются вопросы их структурной релаксации, кинетики структурно-чувствительных свойств [3, 4]. Более того, применение их во многих случаях требует предварительной термообработки. Отметим также, что в настоящее время один из способов получения нанокристаллических материалов — это метод направленной кристаллизации из аморфного состояния, позволяющий регулировать свойства варьированием состава и концентрации определенных фаз [4].
ЭКСПЕРИМЕНТ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В данной работе исследованы магнитные свойства спиннингованных лент на основе железа с добавками N1, Со и аморфизаторов 81 и В с промышленной маркировкой: 2НСР, 10НСР 24КСР, 30КСР в исходном состоянии, при низко- и высокотемпературном отжигах с использованием вибромагнитометра и метода мёссбауэровской спектроскопии. Применение методов сканирующей дифференциальной калориметрии и рентгено-структурного анализа позволяет провести сравнительный анализ кинетики магнитных пара-
метров и характера структурной релаксации лент при отжиге.
Ранее проведенные исследования позволили установить [5—7]: профили рентгенограмм спин-нингованных лент представлены в виде двух диффузных пиков, следовательно, все сплавы в исходном состоянии рентгеноаморфны.
Анализ кинетики структуры быстрозакален-ных фольг в аморфном состоянии и при переходе в кристаллическое проводили, используя метод дифференциальной сканирующей калориметрии [8]. На рис. 1 приведен вид DSC-кривой, характерный для исследуемых сплавов на основе Fe. Анализ термограммы показывает, что до температур ~500°С процессы структурной релаксации идут в пределах аморфного состояния, при этом на DSC-кривых наблюдается эндотермический спад. Такое поведение системы связано с особенностями структуры быстрозакаленных сплавов и сопровождается снятием напряжений прокатки, выходом избыточного свободного объема [2, 9], изменением топологического и химического порядков.
При дальнейшем увеличении температуры на термограммах (рис. 1а) наблюдаются экзотермические пики, что указывает на начало многоэтапной кристаллизации спиннингованных лент и позволяет предположить: в пределах аморфного состояния в системе активно проходят ликваци-онные процессы с образованием прекурсора. Увеличение содержания N1 в быстрозакаленном сплаве 10НСР, а также добавление Со (образцы 24КСР и 30КСР) изменяют некоторые особенности поведения системы при отжиге, оставляя характер DSC-кривой в целом неизменным. В зависимости от состава температура, например начала процесса кристаллизации, изменяется от 540° С (сплав 2НСР) до 468°С (образец 24КСР).
795
3*
т, °с
и/и,
^-2НСР^-10НСР -к-24КСР^-30КСР
Рис. 1. а — DCS-кривая, полученная для с быстроза-каленного сплава 2НСР; скорость нагрева 10°/мин; б — кривые намагничивания спиннингованных лент на основе железа в исходном состоянии (вставка — зависимость магнитной восприимчивости % от внешнего магнитного поля Н).
Изучение профиля рентгенограмм, полученных при температуре 500°С [5, 7, 8] показало, что образование прекурсора связано с расслоением исходного аморфного состояния и выпадением нанокристаллов твердого раствора на основе а-железа. Углубление процесса структурной релаксации сопровождается выпадением боридов железа ^е2В, FeB) и кремния ^В). Такие перестройки в структуре быстрозакаленных сплавов
оказывают влияние на структурно-чувствительные магнитные параметры, например коэрцитивную силу Нс. На рис. 1б представлены кривые намагничивания спиннингованных лент 2НСР, 10НСР, 24КСР и 30КСР при приложении внешнего магнитного поля вдоль оси прокатки, вид которых типичен для ферромагнитного состояния вещества. Основные магнитные характеристики исследуемых сплавов коэрцитивная сила (Нс) и поле насыщения (Н,) приведены в табл. 1, анализ которых позволяет сделать вывод, что все образцы в исходном состоянии являются магни-томягкими (Нс < 1 Э), причем в пределах ошибки значения Нс не зависит от легирования матрицы Fe кобальтом или никелем. При этом замена N1 на Со в сплаве на основе железа повышает поле насыщения Н,. Отметим, что вне зависимости от состава спиннингованные ленты обладают значительной магнитной восприимчивостью (рис. 1б, вставка). Однако ее монотонный спад при увеличении внешнего магнитного поля не характерен для ферромагнетиков, как и малый остаточный момент Мг.
Мёссбауэровский спектр, представленный на рис. 2а, представляет собой типичный спектр ферромагнитного вещества, но со значительным уширением и перекрытием линий [11], что указывает на наличие распределения положений мёсс-бауэровских атомов. Анализ экспериментального спектра рис. 2а позволил аппроксимировать его пятью подспектрами, что также подтверждает аморфность быстрозакаленных фольг [12].
Величина сверхтонкого поля на ядре Fe57. Таблица 2, подтверждает влияние легирующих N1 и Со на магнитные параметры лент. Для всех исследуемых фольг отношение интенсивностей симметричных пиков мёссбауэровского спектра одинаково (1 : 1.5 : 1 : 1 : 1.5 : 1). Исходя из геометрии установки, можно сделать вывод, что вектор намагниченности спиннингованных лент ориентирован преимущественно в плоскости.
Анализ динамики магнитных свойств спин-нингованных лент в процессе отжига (рис. 3а) показывает, что основное изменение магнитных параметров сплавов произошло при формировании прекурсора перед кристаллизацией аморфных
Таблица 1. Магнитные характеристики сплавов на основе железа
Магнитные характеристики 2НСР 10 НСР 24КСР 30КСР
исходное состояние Тотж 725 С исходное состояние Тотж 725 С исходное состояние Тотж 725 С исходное состояние Тотж 725 С
Нс, Э 0.23 65 0.17 74 0.12 52 0.28 100
Н Э 440 720 440 720 520 720 520 720
лугам о ТС > С ~ 450 ~475 - -
ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
797
P, от. 1.00
-9 -6 -3 0 3 6 9
и, мм/c
Рис. 2. Мёссбауэровские спектры, полученные со спиннингованной ленты 2НСР в исходном (а) и отожженном, Тотж = 725°С, (б) состояниях.
лент (Тотж ~ 500°С): Нс увеличилась в сотни раз, поле насыщения возросло на 200-300 Э по сравнению с его величиной в исходном состоянии (табл. 1). После высокотемпературного отжига наблюдается изменение хода зависимости х = f(H (рис. 3б). Для всех образцов наблюдается %max при внешнем магнитном поле 80 Э-150 Э в зависимости от состава. Дальнейшее увеличение температуры отжига не приводит к существенным изменениям магнитных параметров. Таким образом, нанокристаллы твердого раствора Ni и Со в a-Fe, сформировавшиеся в процессе поверхностной кристаллизации [10], уже полностью определили магнитные свойства образцов в кристаллическом состоянии.
Особенности процессов расстеклования аморфного состояния, сценарии кристаллизации быстро-закаленных сплавов коррелируют с изменениями магнитных характеристик, поэтому следующим этапом наших исследований было проведение термомагнитного отжига всех образцов до температуры 725° С в поле 950 Э. При этом регистрировалась зависимость магнитного момента насыщения (MS) и остаточного магнитного момента (Mr)
0.5 0 0.5 1.0
0.1 0 0.1
Ms/Ms0 1.0
Ms/Ms0 1.0
200 400 600
-♦-M/Ms (исходн.) H, Э —M/Ms (Т0тж = 500) —±-M/Ms (Тотж = 700) б
>»»»>»1»«—1
500 1000
H, Э
200
400
600 T, °C
200
400
600
800 T, °C
Рис. 3. Кривые зависимости приведенного магнитного момента быстрозакаленного сплава 2НСР при разных температурах отжига (а); зависимость % = ДЯ) для отожженной ленты 2НСР (б); кривые зависимости приведенного магнитного момента от температуры для сплавов 2НСР (в) и 24КСР (г).
а
а
в
0
г
0
Таблица 2. Параметры мёссбауэровских спектров спиннингованных лент в аморфном состоянии
Образец Состав Сверхтонкое поле Нст, кЭ ИC отн. a-Fe, мм/с
2НСР Fe87NÍ2SÍ5B4 251.6 0.11
10НСР Fe80Ni10Si5B5 250.4 0.12
24НСР Fe66Сo24SiзB7 275.3 0.10
30НСР Fe60Co30Si3B6 273.1 0.11
Таблица 3. Параметры мёссбауэровских спектров отожженных быстрозакаленных сплавов на основе железа
Образец Номер магнитной фазы в сплаве Сверхтонкое поле, Нст, кЭ ИC отн. a-Fe, мм/с Фазы
1 323.8 0.6 ТР Ni в a-Fe
2НСР 2 289.8 0.09 Тетрагональная í-Fe3B
3 237.6 0.13 Тетрагональная í-Fe2B
1 321.. 0..5 ТР Ni в a-Fe
10НСР 2 286.3 0.10 Тетрагональная í-Fe3B
3 284.1 0.08 Орторомбическая о-Fe^
4 238.8 0.24 -
24КСР 1 339.8 0.03 ТР Co в a-Fe
2 230.7 0.12 Тетрагональная í-Fe2B
30КСР 1 338.8 0.03 ТР Co в a-Fe
2 228.2 0.11 Тетрагональная í-Fe2B
от температуры (T). Для построения данных зависимостей значение магнитного момента насыщения в каждой точке делили на величину магнитного момента при комнатной температуре Ms0.
Кривая зависимости MJM0 = f(T) для образца 2НСР приведена на рис. 3в, типична для спиннингованных лент с добавкой никеля. Температура Т ~ 450°С трактуется как температура Кюри для аморфного с
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.