научная статья по теме ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 10, с. 1031-1039

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 537.624:539.213.2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ © 2015 г. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, И. О. Павлова, О. А. Минина

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 620000 Екатеринбург, ул. Мира, 19 e-mail: nadezhda — skulkina @Jndex.ru

Поступила в редакцию 25.02.2015 г. в окончательном варианте — 27.04.2015 г.

На примере быстрозакаленного аморфного магнитомягкого сплава Fe77NiiSi9Bi3 с положительной магнитострикцией насыщения исследовано влияние термической обработки на воздухе совместно с водяным паром на распределение намагниченности и магнитные свойства. Взаимодействие поверхности ленты с паром осуществляли на разных стадиях: нагрева, охлаждения и изотермической выдержки. Проведенное исследование подтвердило важность вклада напряжений, индуцированных внедренными в поверхность ленты атомами водорода и кислорода, в формирование уровня магнитных свойств. Обработка поверхности ленты паром на разных стадиях термообработки совместно с вариацией скорости охлаждения позволяет существенно повысить максимальную магнитную проницаемость при оптимальной длительности изотермической выдержки. В основном это происходит за счет уменьшения относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью из-за дополнительного увеличения уровня преимущественно плоских растягивающих напряжений, индуцируемых внедренными в поверхность ленты атомами водорода и кислорода.

Ключевые слова: магнитная проницаемость, намагниченность, аморфные магнитомягкие сплавы, термическая обработка, скорость охлаждения, температура изотермической выдержки, распределение намагниченности, взаимодействие с паром.

DOI: 10.7868/S0015323015100137

ВВЕДЕНИЕ

К известным причинам повышения уровня магнитных свойств в результате термической обработки на воздухе лент аморфных магнитомяг-ких сплавов относятся следующие:

— релаксация внутренних закалочных напряжений способствует усилению роли энергии анизотропии формы и повышению однородности смещения доменных границ в процессе перемаг-ничивания;

— преимущественно плоские растягивающие напряжения в аморфной матрице, которые индуцируются внедрением атомов кислорода и водорода в поверхность ленты при взаимодействии с атмосферным водяным паром и формированием поверхностного аморфно-кристаллического слоя оптимальной толщины, способствуют снижению объема доменов с ортогональной намагниченностью и ослаблению степени стабилизации границ доменов с планарной намагниченностью;

— анизотропные напряжения, индуцируемые анизотропным расположением внедренных в поверхность ленты атомов и обусловленной этими

причинами анизотропной частичной кристаллизацией ее поверхности, оказывают влияние на распределение намагниченности в плоскости ленты [1-5].

Во время термической обработки на воздухе взаимодействие поверхности лент аморфных магнитомягких сплавов с атмосферным водяным паром при нагревании образцов и на начальной стадии изотермической выдержки оказывает существенное влияние на распределение намагниченности и формируемый уровень магнитных свойств. Уменьшение роли энергии анизотропии формы на стадии нагрева вызывает переориентацию намагниченности в плоскости ленты поперек ее оси: в направление обусловленных закалкой псевдоодноосных растягивающих напряжений. Это способствует образованию повышенной концентрации внедренных в поверхность ленты атомов водорода и кислорода вдоль оси ленты, индуцирующей в этом направлении растягивающие напряжения, что приводит к увеличению объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты [6, 7]. Поскольку при комнатной температуре ре-

зультирующая намагниченность направлена вдоль оси ленты, предварительная обработка водяным паром поверхности ленты в закаленном состоянии вызывает образование повышенной концентрации внедренных атомов поперек ее оси, повышая в этом направлении уровень обусловленных закалкой напряжений. В результате этого при определенных режимах термообработки увеличивается объем доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты. Это позволяет существенно повысить эффективность термообработки на воздухе благодаря увеличению растягивающих напряжений, индуцируемых вдоль оси ленты более высокой концентрацией внедренных в процессе термообработки атомов водорода и кислорода.

Термическая обработка на воздухе совместно с водяным паром приводит к температурному запаздыванию кривых зависимости максимальной магнитной проницаемости и относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью от температуры изотермической выдержки. Это может быть связано с ингибированием процессов поверхностной кристаллизации внедренными в поверхность ленты атомами водорода и кислорода. На стадии охлаждения имеют место отличительные особенности влияния термообработки с паром и без пара на распределение намагниченности в плоскости ленты, которые находят объяснение в рамках теории направленного упорядочения с учетом процессов кристаллизации на стадии охлаждения. Это демонстрирует важность вклада диффузионных процессов на данной стадии обработки в формирование уровня магнитных свойств.

Следовательно, стадии нагрева и охлаждения играют важную роль в формировании уровня магнитных свойств в результате термической обработки. Изучение взаимодействия поверхности ленты аморфного магнитомягкого сплава с водяным паром позволяет понять физические причины, оказывающие влияние на распределение намагниченности и магнитные свойства этих объектов. Поэтому в настоящей работе проведено исследование взаимодействия поверхности ленты с водяным паром при термообработке на стадиях нагрева и охлаждения.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследования проводили на образцах ленты аморфного магнитомякого сплава Бе^Ш^^Б^ с положительной магнитострикцией насыщения. Исследуемые образцы имели форму полос размерами 120 х 10 х 0.025 мм, вырезанных из промышленной ленты производства ОАО "Ашинский метзавод". С целью вариации состояний поверхности ленты термообработку на воздухе осуществляли при 400 и 410°С со скоростью охлаждения 15 и 40 К/мин и разной длительностью

изотермической выдержки (т). Поскольку уровень магнитных свойств после отжига зависит от распределения намагниченности в исходном состоянии ленты [8], для исследований выбирали образцы с одинаковым распределением намагниченности в исходном (закаленном) состоянии. Измерение кривых намагничивания, петель гистерезиса в квазистатическом режиме перемагничивания проводили индукционно-импульсным методом. Погрешность измерения магнитного поля и индукции не превышала 2%. Распределение намагниченности в ленте определяли с помощью авторской методики по измерениям зависимости остаточной индукции от максимальной с использованием корреляционной зависимости между объемом доменов с ортогональной намагниченностью и максимальными значениями остаточной индукции с погрешностью, не превышающей 5% [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение влияния взаимодействия поверхности ленты с водяным паром проводили на образцах исследуемого сплава с разным состоянием поверхности. Для исследований использовали образцы с относительным объемом доменов с ортогональной намагниченностью в закаленном состоянии около 44% и максимальной магнитной проницаемостью ~4000. На стадии нагрева и охлаждения в камеру подавали пар при температурах 390—410°С, поскольку в этом интервале температур степень активности диффузионных процессов достаточно высокая и на стадии нагрева намагниченность переориентируется поперек оси ленты (в направление обусловленных закалкой напряжений).

На рис. 1 представлены зависимости магнитной проницаемости от поля для образцов сплава Бе^М^^Б^ после термообработки с паром при 410°С на разных стадиях отжига на воздухе с длительностью изотермической выдержки 20 с. Активность протекания диффузионных процессов при 410°С достаточно высокая, а т = 20 с не приводит к заметной кристаллизации поверхности ленты, поскольку оптимальная длительность изотермической выдержки при этой температуре составляет 20 мин [10]. Видно, что в результате отжига даже при т = 20 с происходит повышение максимальной магнитной проницаемости из-за частичной релаксации внутренних закалочных напряжений. Ограничение протекания диффузионных процессов на стадии охлаждения повышением скорости охлаждения способствует увеличению цтах вследствие получения состояния ленты с меньшим относительным объемом доменов с ортогональной намагниченностью (рис. 1, кривые 1, табл. 1). Такое состояние формируется в результате индуцирования в аморфной матрице преимущественно плоских растягивающих напряжений из-за внедрения атомов водорода и кислорода

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Н, А/м Н, А/м

Рис. 1. Зависимости магнитной проницаемости от поля образцов сплава Рв77№1819В13 после термической обработки при 410°С длительностью изотермической выдержки 20 с с паром на разных стадиях отжига со скоростью охлаждения 15 К/мин (а) и 40 К/мин (б). Обозначения кривых:

1 — ТО; 2 — нагрев с паром; 3 — охлаждение с паром; 4 — нагрев и выдержка с паром.

в поверхностный слой ленты при ее взаимодействии с атмосферным водяным паром. Ограничение протекания диффузионных процессов на стадии охлаждения позволяет сохранить повышенную концентрацию внедрённых в поверхность ленты атомов и повысить уровень индуцируемых напряжений.

При термообработке со скоростью охлаждения 15 К/мин повышение концентрации водяного пара на стадии нагрева приводит к повышению цтах как за счет некоторого уменьшения объема доменов с ортогональной намагниченностью, так и за счет увеличения объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты (рис. 1а, кривая 2, табл. 1). При повышенной же скорости охлаждения формируется состояние ленты, аналогичное тому, которое имеет ме-

сто в результате отжига без пара (рис. 1б, кривая 2, табл. 1). Этот факт свидетельствует в пользу того, что в данном случае большую роль в формирова

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

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»