ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2011, том 112, № 4, с. 365-371
^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 669.859'1 '74'782:537.622
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ФАЗ В СПЛАВАХ Sm2(Fe1 _x-yMnxSiy)17 (0 < x < 0.1, 0 < y < 0.3)
© 2011 г. Г. В. Иванова, Г. М. Макарова, П. Е. Маркин, А. Г. Попов, Д. И. Горбунов
Институт физики металлов УрО РАН, 620990 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
e-mail: ivanova@imp.uran.ru Поступила в редакцию 27.12.2010 г.; в окончательном варианте — 11.03.2011 г.
Исследован фазовый состав сплавов Sm2(Fe1 _x_yMnxSiy)17 (0 < x < 0.1, 0 < y < 0.3) после отжига при 1273 К. Установлено, что одновременное введение Mn и Si в сплавы Sm2(Fe1 _ x _ yMnxSiy)17 меняет их фазовый состав. Соединение Sm2(Fe,Mn,Si)17 при температурах Т < 1473 K превращается из модификации Th2Zn17 в Th2Ni17, которая существует лишь при наличии всех четырех элементов. При х > 0.05, у = 0.2 появляются соединения Sm(Fe,Mn,Si)12 и SmMn2Si2, концентрация Mn и Si в Sm2(Fe,Mn,Si)17 понижается; вследствие этого, в исследованных сплавах не удается реализовать соединение Sm2(Fe,Mn,Si)17 с магнитоодноосной анизотропией. Добавка марганца незначительно понижает температуру Кюри TC соединения Sm2(Fe1 _ xMnx)17. Дополнительное введение кремния сопровождается ростом температуры Кюри соединения Sm2(Fe,Mn,Si)17, однако, значения TC оказываются более низкими, чем в соединениях с такой же концентрацией кремния, но не содержащие марганец. Введение марганца понижает также и величину TC фазы Sm(Fe,Mn,Si)12. Замещение железа на марганец в соединении Sm2Fe17 значительно понижает величину намагниченности, дополнительное введение кремния еще больше понижает ее, хотя и менее резко.
Ключевые слова: редкоземельное соединение, фазовый состав, магнитные свойства.
ВВЕДЕНИЕ
Богатые железом интерметаллические соединения редкоземельных элементов представляют интерес как потенциальные материалы для постоянных магнитов. При этом сильная одноосная магнитная анизотропия может быть реализована в соединениях с гексагональной, ромбоэдрической или тетрагональной кристаллической структурой. Такими структурами обладают тройные соединения Я2Ре17С, Я2Ре14Б, Я(Ре,М)12 (Я — редкоземельный элемент или иттрий). В большом количестве работ показано, что изменение типа магнитной анизотропии и повышение температуры Кюри известных соединений могут быть достигнуты путем их легирования элементами С, N 81, Оа. В частности, в работах [1, 2] установлено, что в сплавах 8т2Бе17 _ х81х переориентация оси легкого намагничивания (ОЛН) из плоскости базиса к оси с происходит при х > 3, намагниченность насыщения немного повышается при х = (0.5—1), а затем падает, а величина ТС растет при 0.5 < х < 3.
Небольшие добавки вышеупомянутых элементов могут также приводить к появлению соединений, не существующих в тройных системах. Так, в сплавах ЬаРе(10-7)Оа(3-6)С стабилизирована сверхструктура на основе соединения типа NaZn13 с тетрагональной решеткой [3], в сплавах ЯРе108Ю0.5 [4]
и ЯБе11 _хОахС (Я=Рг, 8т) [5, 6] — структура типа БаСё11 также с тетрагональной решеткой, причем в однофазном нанокристаллическом сплаве 8тРе8Оа3С125 получены высокие значения коэрцитивной силы Нс, достигающие 12 кЭ при 50 К [6].
Авторы [7, 8] изучили соединения 8т2Бе17 _ хМпх и показали, что с ростом х намагниченность уменьшается, а при х > 2 происходит переориентация ОЛН от плоскости к конусу осей, а затем к оси [001]. Есть сведения, что очень маленькая добавка Мп может приводить к заметному повышению коэрцитивной силы: в сплавах Sm—Fe—Mn—N при составе Вт^Ре^с^МП).,^)^^^ значение Нс достигает 7 кЭ [9], в сплавах 8т—Со—Ре—Мп—С при составе 8т12(С00.75ре0.185МП0.0б5)86.5С1.5 Нс = 11.7 кЭ [10]. В обоих случаях сплавы были одноосными ферромагнетиками, причем одноосность и повышение температуры Кюри обеспечивало присутствие азота или углерода и кобальта.
В данной работе исследован фазовый состав и магнитные свойства фаз в сплавах 8т2(Ре1 _ х _ у Мпх81у)17 (0 < х < 0.1, 0 < у < 0.3).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Сплавы составов 8т2(Ре1 _ х _ уМпх81у)17 (0 < х < < 0.1, 0 < у < 0.3) выплавлены методом дуговой плав-
Таблица 1. Фазовый состав и магнитные свойства фаз в сплавах 8ш2(Бе1 _x _^Мп^^)^ , отожженных при 1273 К, 10 ч
Фазовый состав 2 : 17 1 : 12
x y сплавов Ам2/кг Тс, К Тип аниз. Тс, К
0 0.2 r-2 : 17 + a-Fe + 1 : 2 : 2 (следы) «100 515 Кон.
0.05 0 r-2 : 17 + a-Fe 105 380 Пл.
0.05 0.1 h-2 : 17 + r-2 : 17 (следы) + a-Fe (следы) 98 430 Пл.
0.05 0.15 h-2 : 17 + a-Fe (следы) 90 470 Пл.
0.05 0.2 1 : 12 + h-2 : 17 + 1 : 2 : 2 (следы) + a-Fe «480 540
0.05 0.25 1 : 12 + 1 : 2 : 2 + a-Fe 500
0.05 0.3 1 : 2 : 2 + -a-(Fe,Si)
0.1 0 r-2 : 17 + a-Fe 65 390 Пл.
0.1 0.1 h-2 : 17 + r-2 : 17 (следы) + a-Fe 420 Пл.
0.1 0.2 1 : 12 + 1 : 2 : 2 + a-Fe 445
0.1 0.3 1 : 2 : 2 + a-(Fe,Si)
Магнитные свойства фаз
Примечание. Использованы следующие обозначения для фазовых составляющих и приведены параметры решеток фаз:
r-2 : 17 - Sm2(Fe,Mn,Si)17 типа Th2Zn17: a = (0.849-0.854) нм, с = (1.241-1.245) нм,
h-2 : 17 - Sm2(Fe,Mn,Si)17 типа Th2Ni17: а = (0.844-0.847) нм, с = (0.831-0.834) нм,
1 : 12 - Sm(Fe,Mn,Si)12 типа ThMn12: a = 0.846 нм, с = 0.475 нм,
1 : 2 : 2 - Sm(Mn,Fe)2Si2 типа CeAl2Ga2: а = 0.396 нм, с = 1.002 нм,
a-Fe - а = (0.2865-0.2871) нм в сплавах с у = (0-0.2) и 0.2852 нм в сплавах с у = 0.3.
ки. Для компенсации возможной потери самария и марганца за счет испарения при плавке в шихте задавался их избыток в 6 и 3 вес. % соответственно. Состав выплавленных сплавов определялся контрольным взвешиванием. Слитки в вакуумирован-ных кварцевых ампулах отжигали при 1473—1073 К. Отожженные слитки подвергали глубокому травлению для удаления поверхностного слоя. Фазовый состав образцов исследован рентгенографически с использованием Сг-излучения: снимались порошковые рентгенограммы и рентгенограммы колебания со шлифа или скола. Ориентация ОЛН определялась по рентгенограммам колебания с порошка, помещенного на подложку из постоянного магнита, поле которого направлено перпендикулярно плоскости подложки. Для более надежной идентификации фаз снимали рентгенограммы вращения и колебания с ориентированных монокристальных фрагментов размерами 100—200 мкм. Для контроля фазового состава измеряли температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости (ас восприимчивости, х(Т)) в переменном магнитном поле с амплитудой 8 Э при частоте 80 Гц, из которых определяли значения температур Кюри фаз. Значения максимальной удельной намагниченности сплавов измеряли при комнатной температуре с
помощью вибромагнитометра при намагничивании в полях до 15 кЭ.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Фазовый состав сплавов
В табл. 1 приведен фазовый состав сплавов Sm2(Fe1 _ x _ yMnxSiy)17 после отжига при 1273 К. В сплаве Sm2(Fe08SiQ.2)17 присутствуют фазы Sm2(Fe,Si)17 с ромбоэдрической решеткой типа Th2Zn17 (далее для краткости r-2 : 17), a-Fe и следы Sm(Fe,Mn)2Si2 (1 : 2 : 2). В сплавах, содержащих марганец, при 0 < y < 0.2 основной фазой является Sm2(Fe,Mn,Si)17, причем при у = 0 соединение Sm2(Fe,Mn)17 имеет структуру r-2 : 17, а при у > 0.1 наблюдается также и модификация типа Th2Ni17 с гексагональной решеткой (h-2 : 17). Сверхструктурные (т.е. принадлежащие только модификации типа Th2Ni17) рефлексы этой фазы были весьма слабыми на дебаеграммах, но надежно фиксировались на рентгенограммах монокристаллов. В сплавах с y = 0.2 появляются фазы Sm(Fe,Mn,Si)12 (1 : 12) и 1:2 : 2, а с y = 0.3 присутствует лишь a-Fe и фаза 1:2: 2.
фазовый состав и магнитные свойства фаз
367
Таблица 2. Фазовый состав и параметры решеток фаз 8ш2(Ре^ 1 ч при 1473 К
— x — yí
MnxSiy)i7 после отжига образцов в течение
Состав сплава Фазовый состав Параметры решеток фаз 2 : 17
х у r-2 : 17 h-2 : 17
0.05 0.1 r-2 : 17 + h-2 : 17 + a-Fe а,нм 0.8515 (0.4916) 0.8459 (0.4883)
с, нм 1.2448 (0.4149) 0.8333 (0.4167)
с/а 1.462 (0.8440) 0.9851 (0.8534
V (нм)3 0.782 (0.0869) 0.516 (0.0861)
0.05 0.2 1 : 12 + r-2 : 17 + h-2 : 17 + a-Fe (следы) а, нм 0.8498 (0.4906) 0.8474 (0.4892)
с, нм 1.2410 (0.4136) 0.8312 (0.4156)
с/а 1.460 (0.8429) 0.9808 (0.8495)
V (нм)3 0.776 (0.0862) 0.517 (0.0862)
0.1 0.1 r-2 : 17 + h-2 : 17 а, нм 0.8486 (0.4899) 0.8439 (0.4872)
с, нм 1.2438 (0.4146) 0.8339 (0.4170)
с/а 1.466 (0.8463) 0.9882 (0.8559)
V (нм)3 0.776 (0.0862) 0.5143 (0.0857)
Таким образом, одновременное введение небольших количеств Мп и 81 в сплавы, близкие по составу к 8т2Ре17, меняет фазовый состав сплавов. Появляются соединения 8т(Ре,Мп,81)12 и 8т(Ре,Мп)2812, а структура соединения 8т2(Ре,Мп,81)17 превращается из модификации типа ТЬ^п17 в ТЬ2№17. Не наблюдалось соединение 8т3(Ре,М)29, хотя в сплавах 8т—Ре—81 [11] и 8т— Ре—Мп [7, 12] оно обнаружено.
Порошки сплавов с у = 0.3 на магнитной подложке текстуровались так, что на рентгенограммах линии кк1 фазы 1 : 2 : 2 с большими значениями индексов к, к стали интенсивными, а линии с большими значениями I — слабыми, т.е. частицы фазы на магнитной подложке выстроились так, что кристаллографические плоскости, близкие к {кк0}, оказались параллельны поверхности образца. Поскольку известно [13, 14], что при комнатной температуре соединение 8тРе2812 является парамагнетиком, то оно не должно текстуроваться в слабом магнитном поле. С другой стороны, в соединении 8тМп2812 магнитные моменты атомов 8т разупорядочены, а магнитные моменты атомов Мп упорядочены анти-ферромагнитно в направлении [001] тетрагональной решетки. Поэтому антиферромагнитные частицы: становятся этой осью поперек поля. Это позволяет нам заключить, что фаза 1 : 2 : 2 в исследованных сплавах имеет состав, близкий к 8тМп2812.
Известно [15], что соединения Я2Мг со структурой типа ТЬ2№17 могут быть сильно пересыщены элементом М, вплоть до г = 19. В связи с этим были приготовлены сплавы составов 8т2(Ре0.85Мп0.058101)г
c z > 18. Однако, уже при z = 18 в сплаве появилось большое количество дополнительной фазы a-Fe, так что, по-видимому, соединение h-Sm2(Fe0 85Mn0.05Si01)17 практически соответствует стехиометрии 2 : 17.
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.