ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2013, том 114, № 3, с. 237-240
УДК 669.1'24'782'781:539.213:537.621
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
ФЕРРОПАРАМАГНИТНЫЙ ПЕРЕХОД В СПЛАВЕ Fe-Ni-Si-B В АМОРФНОМ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИЯХ
© 2013 г. Б. А. Корниенков, М. А. Либман, Б. В. Молотилов, Э. И. Эстрин
ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина", 10500Москва, ул. 2-ая Бауманская, д. 9/23
E-mail: leonora-libman@mail.ru Поступила в редакцию 20.03.2012 г.
Исследовано влияние отжига исходно аморфного сплава Fe—Ni—Si—B (типа 2НСР) на величину точки Кюри в аморфном и кристаллическом состояниях. Установлено, что отжиг в области существования аморфной фазы приводит к росту точки Кюри при увеличении температуры отжига вплоть до температуры начала кристаллизации. Зависимость изменения положения точки Кюри от температуры отжига описывается экспоненциальной функцией, что свидетельствует о развитии термически активируемых процессов непосредственно в аморфной фазе. В случае отжига при температурах выше температуры кристаллизации наблюдается рост точки Кюри кристаллической фазы при повышении температуры отжига.
Ключевые слова: аморфная фаза, кристаллическая фаза, точка Кюри, дилатометрия, магнитометрия, кристаллизация.
DOI: 10.7868/S0015323012120066
ВВЕДЕНИЕ
Металлические сплавы в аморфном состоянии обладают уникальными магнитными свойствами и могут быть использованы в качестве магнито-мягких материалов [1—4]. Одной из важнейших характеристик таких материалов является температурная стабильность магнитных свойств, величина которой определяется положением ферро-парамагнитного перехода (точки Кюри — Тс). Исследование влияния термических обработок на положение точки Кюри аморфных сплавов различных составов описано в работах [2, 5, 6]. Согласно [2], имеет место следующая картина. В сплаве Ре27№53Р14Б6 отжиг в интервале температур (Т) существования аморфной фазы приводит к увеличению Тс, причем зависимость Тс(Т) имеет экстремальный характер с максимумом при Т ~ 0.8Ткр (Ткр — температура кристаллизации). В сплаве же Ре65.2Сг19.3Б19.98126 происходит уменьшение величины Тс, зависимость ТС(Т) также имеет экстремальный характер с минимумом при температуре отжига Т ~ 0.8Ткр. В обоих случаях величина изменения температуры Кюри не превышает 20°С.
В настоящей работе исследовалось влияние термической обработки в аморфном и кристаллическом состояниях на величину температуры Кюри в промышленном сплаве Ре—№—81—Б ( типа 2 НСР).
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Для проведения исследований был выбран сплав следующего химического состава (ат. %): Бе - 75.9; N1 - 1.33; 81 - 9.16; Б - 13.0; Си - 0.21; МЪ - 0.4. Эксперименты проводились на ленте шириной 10 мм и толщиной 20 мкм, полученной закалкой расплава на вращающийся медный барабан на установке Ротор-5. Ранее в работе [7] методом рентгеноструктурного анализа было показано, что полученная таким образом лента из сплава типа 2НСР имеет аморфную структуру. Из аморфной ленты были изготовлены образцы для проведения исследований, которые представляли собой рулоны диаметром 4 и длиной 10 мм.
Анализ фазовых превращений в сплаве типа 2НСР при нагреве и охлаждении проводился методами дилатометрии и магнитометрии. Дилато-граммы измерялись на дилатометре с индуктивным датчиком [8] при скорости нагрева 8°С/мин. Температурная зависимость намагниченности изучалась на магнитометрической установке методом измерительного трансформатора на частоте 1000 Гц и величине намагничивающего поля 8 кА/м [9]. Температура образца при проведении исследований измерялась хромель-алюмелевой термопарой, рабочий спай которой находился непосредственно в контакте с образцом.
Первоначально методом дилатометрии были установлены температурные границы существо-
Рис. 1. Дилатограмма исходно аморфного сплава типа
2НСР при нагреве и охлаждении.
вания аморфной структуры в исследованном сплаве.
При нагреве аморфного сплава на дилатограм-ме наблюдаются следующие особенности (рис. 1). На начальной стадии нагрева наблюдается увеличение длины образца, обусловленные термическим расширением исходно аморфного сплава (рис. 1, участок а—Ь). При температуре 345°С (рис. 1, точка Ь) наблюдается отклонение дилато-граммы от ее линейного хода (уменьшение длины образца), которое увеличивается по мере повышения температуры. Этот эффект обычно связывается с уменьшением в сплаве величины свободного объема [10]. При температуре 566°С (рис. 1, точка с) начинается резкое уменьшение длины образца, связанное с кристаллизацией, которое заканчивается при температуре 594°С (рис. 1, участок с—й). В интервале температур 660—707°С (рис. 1, участок в—/) наблюдается второе интенсивное уменьшение длины образца, которое может быть связано либо со вторым этапом кристаллизации, либо с фазовым переходом в образовавшейся ранее (на первой стадии) кристаллической фазе.
Таблица 1. Температурные интервалы первой и второй стадий кристаллизации в сплаве типа 2НСР
Стадии кристаллизации I II
Начало, °С 566 660
Конец,°С 594 707
200 300 400 500
T, °C
Рис. 2. Температурная зависимость намагниченности
сплава типа 2НСР в исходно аморфном состоянии.
При охлаждении наблюдается линейное уменьшение длины образца, обусловленное термическим сжатием закристаллизовавшегося объема.
В табл. 1 приведены данные о температурных интервалах первой и второй стадий кристаллизации, полученные из дилатометрических измерений.
Согласно магнитометрическим данным, при нагреве исходно аморфного сплава вблизи температуры 450°С наблюдается быстрое уменьшение намагниченности до нулевого значения в точке Кюри аморфной фазы. Если охлаждение проводится после небольшого перегрева относительно температуры Кюри, кривая охлаждения полностью совпадает с кривой нагрева — гистерезис отсутствует (рис. 2).
При нагреве до более высоких температур, но не выше температуры начала первой стадии кристаллизации, точка Кюри аморфной фазы повышается при повышении температуры отжига и достигает 469°С после отжига при температуре 524°С, (рис. 3, 4) и 496°С после отжига при температуре 547°С (рис. 4). Повышение точки Кюри связано, очевидно, с термически активируемым процессом перемещения атомов в аморфной фазе, так как изменение температуры Кюри (ATC) от величины температуры отжига (Т) (рис. 4) описывается экспоненциальной зависимостью вида ATC ~ exp(—Q/kT) (Q — энергия активации, к — постоянная Больцмана).
ФЕРРОПАРАМАГНИТНЫЙ ПЕРЕХОД В СПЛАВЕ
239
д е
ч
с у
13
с о н н е
¡^
и н
а На
О 70 г
200
300
400
500
и р
2
ы ур
ту
а р
е п м е т е и н е н е м з
Из
60 50 40 30 20
10
470 480 490 500 510 520 530 540 550 Т °С
А отж> ^
т, °с
Рис. 4. Изменение величины температуры Кюри сплава типа 2НСР в аморфном состоянии в зависимости от температуры отжига (время отжига 12 мин).
Рис. 3. Температурная зависимость намагниченности сплава типа 2НСР в аморфном состоянии, предварительно нагретого до температуры 524°С.
Магнитометрические измерения показали также, что если исходно аморфный образец нагрет до температуры, превышающей температуру конца первой стадии кристаллизации (594°С), то на температурной зависимости намагниченности при охлаждении наблюдается подъем при 547°С, соответствующий точке Кюри кристаллической фазы, возникшей на первой стадии кристаллизации. Если же нагрев исходно аморфного образца осуществляется до температур, превышающих температуру окончания второй стадии кристаллизации (707°С). то в процессе охлаждения также наблюдается подъем намагниченности, связанный точкой Кюри кристаллической фазы, возникшей на этой стадии процесса. Величина температуры Кюри в этом случае повышается с ростом температуры отжига от 726 до 755°С.
Таким образом, при нагреве аморфной ленты, изготовленной из сплава типа 2НСР, наблюдаются три особенности. Этими особенностями явля-
ются: точка Кюри аморфной фазы, положение которой зависит от температуры нагрева; точка Кюри кристаллической фазы, возникающей на первой стадии кристаллизации; точка Кюри кристаллической фазы, образующейся на второй стадии кристаллизации (или при фазовом переходе кристаллической фазы, возникшей на первой стадии кристаллизации, в другую кристаллическую фазу).
Данные о температурах Кюри аморфной и кристаллических фаз исследованного сплава приведены в табл. 2.
Результаты дилатометрического и магнитометрического исследования сплава типа 2НСР показывают, что при нагреве аморфной фазы в ней происходят термически активируемые процессы. Они приводят, с одной стороны, к уменьшению объема, а, с другой — существенному росту температуры Кюри на величину 60—70°С, что существенно больше чем у сплавов, описанных в работах [2, 5, 6], причем зависимость изменения Тс от температуры отжига имеет монотонный характер во всей области существования аморфной фазы.
Таблица 2. Температуры Кюри аморфной и кристаллических фаз сплава типа 2НСР
Состояние Температура Кюри, °С
Исходная аморфная фаза 434
Аморфная фаза после отжига при температуре 524°С 469
Аморфная фаза после отжига при температуре 547°С 496
Кристаллическая фаза, после отжига при температуре 594°С 547
Кристаллическая фаза, после отжигов при температурах превышающих температуру окончания второй стадии кристаллизации 726-755
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы. М.: Металлургия, 1987. 328 с.
2. Аморфные металлические сплавы / Под ред. Ф.Е. Люборского. М.: Металлургия, 1987. 583 с.
3. Алехин В.П., Хоник В.А. Структура и физические закономерности деформирования аморфных сплавов. М.: Металлургия, 1992. 248 с.
4. Абросимова Т.Е. Эволюция структуры аморфных сплавов // УФН. 2011. Т. 181. № 12. С. 1265-1281.
5. Власова Е.Н., Молотилов Б.В., Зайцева Г.А. Структура и магнитные свойства аморфных сплавов системы Со-Бе-81-Б // ФММ. 1982. Т. 54. № 6. С. 1095-1102.
6. Власова Е.Н., Молотилов Б.В. Ближний порядок в магнитных аморфных сплавах // Металлофизика. 1983. Т. 5 № 3. С. 80-89.
7. Корниенков Б.А., Артамонов Е.В. Улучшение магнитных свойств аморфных сплавов 2НСР // Сталь 2009. № 6. С. 69-71
8. Эстрин Э.И. Дилатометр с индуктивным датчиком для изучения фазовых превращений // За
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.