научная статья по теме ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ ВО ВРЕМЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ ВО ВРЕМЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 11, с. 1143-1152

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 537.624:539.213.2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ С ПАРОМ ВО ВРЕМЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКИ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ © 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@yandex.ru

Поступила в редакцию 03.02.2015 г.; в окончательном варианте — 17.03.2015 г.

На примере лент аморфных магнитомягких сплавов Fe77NiiSi9Bi3 и Fe8iBi3Si4C2 с положительной маг-нитострикцией исследовано влияние термической обработки на воздухе совместно с водяным паром на распределение намагниченности и магнитные свойства. Результаты исследования показали наличие температурного запаздывания зависимости максимальной магнитной проницаемости и относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью от температуры изотермической выдержки. Данный эффект может быть связан с ингибированием процессов поверхностной кристаллизации внедренными в поверхность ленты атомами водорода и кислорода. Обнаружены 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 этой стадии обработки в формирование уровня магнитных свойств. Показано, что взаимодействие поверхности ленты с водяным паром не является физической адсорбцией. Взаимодействие с атмосферными газами осуществляется дисперсионными силами и оказывает влияние на распределение намагниченности в плоскости ленты и максимальную магнитную проницаемость.

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

DOI: 10.7868/S0015323015090168

ВВЕДЕНИЕ

Основным фактором, приводящим к улучшению магнитных свойств магнитомягких материалов в результате термообработки, является релаксация внутренних напряжений. В результате подавления кристаллографической магнитной анизотропии, обусловленного структурными особенностями лент аморфных магнитомягких сплавов, влияние внутренних напряжений на магнитные свойства в этом случае проявляется наиболее ярко, а процесс формирования уровня магнитных свойств является многофакторным. Кроме релаксации внутренних закалочных напряжений к известным физическим причинам улучшения магнитных свойств в результате термической обработки на воздухе относятся следующие:

— индуцирование преимущественно плоских анизотропных растягивающих напряжений в результате внедрения атомов водорода и кислорода в поверхностный слой ленты при взаимодействии поверхности с атмосферным водяным паром;

— формирование поверхностного аморфно-кристаллического слоя [1—5].

Преимущественно плоские растягивающие напряжения способствуют уменьшению объема доменов с ортогональной намагниченностью (Корг) и ослаблению вследствие этого стабилизации границ доменов с планарной намагниченностью, что приводит к улучшению магнитных свойств. Анизотропные напряжения индуцируются в результате образования повышенной концентрации внедренных в поверхность ленты атомов в направлении, перпендикулярном результирующей намагниченности, и анизотропной поверхностной кристаллизации ленты. Такие напряжения влияют на распределение намагниченности в плоскости ленты и, следовательно, уровень магнитных свойств. Индуцированные закалкой внутренние напряжения оказывают псевдоодноосное растяжение поперек оси ленты в ее плоскости. Поскольку влияние энергии анизотропии формы на распределение намагниченности в ленте при комнатной температуре является преобладающим, результирующая намагниченность в плоскости ленты ориентируется вдоль ее оси. Согласно теории направленного упорядочения [6], предварительная обработка закаленной ленты водяным паром при комнатной температуре спо-

г, °с г, °с

Рис. 1. Зависимость максимальной магнитной проницаемости образцов сплава РеууК11819Б1з от температуры термообработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = 5 мин и скоростью охлаждения 15 К/мин (а) и 40 К/мин (б), с паром и без него (кривые 2 и 1 соответственно).

собствует образованию повышенной концентрации атомов водорода и кислорода, внедренных в поверхность ленты поперек ее оси, усиливая действие закалочных напряжений. На стадии нагрева снижение роли энергии анизотропии формы влечет за собой переориентацию намагниченности в направление растягивающих напряжений и повышение объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной поперек оси ленты (^9о). Это способствует образованию повышенной концентрации внедренных в поверхность ленты атомов водорода и кислорода вдоль ее оси и соответствующему увеличению псевдоодноосных растягивающих напряжений в этом направлении. При определенных режимах термообработки это приводит к увеличению объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты (К180), и позволяет существенно повысить эффективность термообработки на воздухе [7]. Поскольку при повышении температуры возрастает активность взаимодействия поверхности ленты с паром, в настоящей работе исследовали влияние этого фактора на уровень магнитных свойств при изотермической выдержке, повышая концентрацию водяного пара в камере.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследование проводили на образцах сплава Рг77№1819Б13 и Ре81Б13814С2 с положительной магни-тострикцией насыщения в форме полос размерами

120 х 10 х 0.025 мм, вырезанных из промышленной ленты производства ОАО "Ашинский металлургический завод". Термообработку образцов сплава Рг77№1819Б13 осуществляли на воздухе при (360— 420)° С со скоростью охлаждения 15 и 40 К/мин и длительностью изотермической выдержки 5 мин. Образцы сплава Ре81Б13514С2 отжигали в вакууме при 380° С с длительностью изотермической выдержки 1 мин. 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 перемаг-ничивания проводили индукционно-импульсным методом. Погрешность измерения напряженности 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 [9]. Погрешность измерений не превышала 5%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 показано влияние на максимальную магнитную проницаемость обработки паром по-

40

30

(а)

20 -

10

360 370 380 390 400 410 420

г, °с

50

40

(б)

30 -

20

10 -

360 370 380 390 400 410 420

г, °с

Рис. 2. Зависимость относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью в образцах сплава Ре77№1819Б13 от температуры термообработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = = 5 мин и скоростью охлаждения 15 К/мин (а) и 40 К/мин (б), с паром и без него (кривые 2 и 1 соответственно).

верхности ленты аморфного магнитомягкого сплава Ре77М11819Б13 во время отжига на воздухе в зависимости от температуры изотермической выдержки. Во всех случаях длительность изотермической выдержки составляла 5 мин. При изотермической выдержке в камеру нагрева подавали пар порциями, чтобы не снизить температуру отжига.

Анализ результатов, представленных на рис. 1, показывает, что зависимость цтах от температуры изотермической выдержки немонотонна. После термической обработки совместно с паром на зависимости цтах(г) наблюдается плато, как и после обработки без пара. Отличительной особенностью является то, что после термообработки образцов с паром плато сдвинуто в область больших температур. Полученный результат объясняется в рамках предположений, выдвинутых в [10], что в интервале температур, где наблюдается плато, уже формируется поверхностный аморфно-кристаллический слой, толщина которого меньше оптимальной. Повышение концентрации водяного пара в зоне нагрева приводит к соответствующему увеличению концентрации внедренных в поверхность ленты атомов водорода и кислорода. Это затрудняет протекание процессов поверхностной

кристаллизации, в результате чего аморфно-кристаллический слой формируется при более высокой температуре. Анализ результатов, представленных на рис. 2, показывает, что после термообработки без пара при температуре 420°С формируется состояние ленты с одинаковым относительным объемом доменов с ортогональной намагниченностью при скоростях охлаждения 15 и 40 К/мин. Следовательно, суммарный уровень преимущественно плоских растягивающих напряжений в аморфной матрице, индуцируемых поверхностным аморфно-кристаллическим слоем и внедренными в поверхность ленты атомами водорода и кислорода при взаимодействии с атмосферным водяным паром, практически одинаков. Иная картина наблюдается после термообработки в присутствии водяного пара при изотермической выдержке. Увеличение скорости охлаждения способствует формированию состояния с большим значением относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью, поскольку повышение концентрации водяного пара в камере нагрева и ограничение протекания диффузионных процессов на стадии охлаждения приводит к подавлению процессов кристаллизации. Следовательно, толщина поверхностного аморфно-кристаллического слоя, по

0

0

8000 7000 6000 5000

а 4000

3000

2000

1000

(а)

8000 7000 6000 5000

в 4000

3000

2000

1000

(б)

0 20 40 60 80 10 120 0 20 40 60 80 10 120 140

Н, А/м Н, А/м

Рис. 3. Зависимость магнитной проницаемости от поля для образцов сплава Рв77№1819В1з после термообработки на воздухе при 360°С с длительно

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»