ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2007, том 104, № 3, с. 241-244
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ _
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 669.15:539.213.2:537.622.4
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА, ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И КОБАЛЬТА С ДЕСТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ
© 2007 г. В. В. Шулика, А. П. Потапов, Н. И. Носкова
Институт физики металлов УрО РАН, 620041 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
Поступила в редакцию 09.01.2007 г.
Исследованы магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов с магнитострикцей насыщения, близкой к нулю, с дестабилизированной магнитной доменной структурой. Изучено изменение магнитных характеристик после двух обработок, приводящих к дестабилизации доменной структуры: термомагнитной обработки в высокочастотном магнитном поле 80 кГц и закалки в воде. Показано, что дестабилизация как первым, так и вторым способом значительно улучшает магнитные свойства аморфных сплавов. Однако при закалке аморфного сплава наблюдается температурно-временная нестабильность магнитных свойств. Закалка в воде исследуемых нанокристаллических сплавов приводит к ухудшению магнитных свойств.
PACS 75.50.Tt, 81.40.Rs
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы были достигнуты большие успехи в разработке и получении магнитомягких аморфных и нанокристаллических сплавов с высокими магнитными свойствами [1-4]. Одновременно был проявлен большой интерес к пониманию стабильности структуры и свойств [5, 6].
Основными факторами, определяющими магнитные свойства магнитомягких сплавов, являются структурная гомогенизация и стабилизация доменной структуры вследствие направленного упорядочения атомов, вакансий, разнообразного типа дефектов. Эффект стабилизации доменной структуры, уменьшающий подвижность границ доменов при перемагничивании, негативно сказывается на гистерезисных свойствах.
Известно, что дестабилизация доменной структуры аморфных сплавов с магнитострикцией насыщения ~ 0 путем закалки в воде от температуры Кюри Тс приводит к снижению магнитных потерь, коэрцитивной силы, повышению магнитной проницаемости [7]. Однако данных о влиянии быстрого охлаждения на температурно-времен-ную стабильность магнитных свойств магнитомягких аморфных сплавов мало, а для нанокристаллических сплавов практически нет.
Нами был разработан новый способ дестабилизации доменной структуры [8] - термомагнитная обработка (ТМО) в высокочастотном магнитном поле. Основная идея этого метода заключа-
ется в следующем: при частотах выше 50 кГц перемагничивание осуществляется путем неоднородного вращения намагниченности. Если при таком перемагничивании производить отжиг, то как и в случае ТМО во вращающемся поле, анизотропия наводиться не будет, доменная магнитная структура окажется дестабилизированной. Как показано в [8], применение такой обработки к аморфным сплавам привело к значительному улучшению их свойств.
Представляет интерес сравнить изменения магнитных свойств и их температурно-временную стабильность после указанных выше обработок, приводящих к дестабилизации доменной структуры.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследовали магнитные свойства и структуру аморфных и нанокристаллических лент с близкой к нулю с дестабилизированной доменной структурой. Аморфные ленты различного состава Fe5Co70Si15B10, Со81.5Мо9.^г9,
Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9, Fe73.5Cu1Nb1.5Mo1.5Si13.5B9,
Fe69Cu1Nb1.5Mo1.5Si13.5B9Co4.5 получали методом закалки из расплава на вращающийся медный диск. Толщина ленты 20-25 мкм, ширина - 5 мм. Для снятия закалочных напряжений аморфные образцы отжигали в вакууме при температуре 350-400°С в течение 1 ч. Для получения нанокристалли-ческой структуры образцы на основе железа отжи-
Таблица 1. Значения Тс и Ткр для аморфных и нано-кристаллических сплавов
Сплав Тс, °С Т °С кр
а.с. Ре5Со708^5Вш 380 480
а.с. Со81.5Мо9.57г9 460 540
нкс Fe73.5CU1Nb3Si13.5B9 570 540
нкс Fe7з.5CulNbl.5MOl.5Silз.5B9 570 540
нкс ^69Си1№1.5Мо1.5^13.5В9Со4.5 470 450
Таблица 2. Магнитные свойства аморфных сплавов после различных обработок
Сплав Обработка Ц0 Нс, А/м Р0.2/20000, Вт/кг
Fe5Co7оSil5Blо Отжиг 4500 1.3 30
Закалка 45000 0.4 5
в воде
ТМО в Н~ (80 кГц) 46000 0.4 5
Со81.5Мо9^Г9 Отжиг 1200 1.5 35
Закалка 50000 0.3 5
в воде
ТМО в Н~ (80 кГц) 50000 0.3 5
гали при температуре 520°С в течение 30 мин1. Для дестабилизации доменной структуры нанокристал-лических образцов проводили термомагнитную обработку (ТМО) в переменных магнитных полях высокой частоты (80 кГц). ТМО проводили следующим образом: аморфный образец нагревали до температуры 520°С в магнитном поле, выдерживали в поле при температуре 520°С в течение 30 мин и охлаждали до комнатной температуры в магнитном поле со скоростью 200°С/ч (термомагнитная обработка была совмещена с переходом сплава из аморфного состояния в нанокристаллическое). Напряженность магнитного поля при ТМО составляла 10-20 Нс. Часть образцов закаливали в воде от температуры Кюри, скорость охлаждения была 5000 град/мин. Структуру лент исследовали методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM-200KX. Для просмотра в электронном микроскопе были приготовлены
1 Такая обработка была выбрана согласно литературным данным [1, 2]. В [1] сообщается, что для нанокристалличе-ского сплава Fe7з 5Cu1NbзSi1з 5В9 магнитные свойства и структура не чувствительны к условиям отжига в интервале температур 500-580°С. В [2] определена температура нанокристаллизации (460°С) для сплавов Fe-Cu-Nb-Si-B, в которых атомы Fe частично замещены атомами Со (5%). Полученные нами результаты показали, что увеличение температуры отжига до 520°С не ухудшает магнитные свойства этих сплавов.
методом электролитической полировки фольги, в которых самые тонкие участки достигали толщины 200-300 нм. На тороидальных образцах с внешним диаметром 22 мм и внутренним - 16 мм измеряли статические петли гистерезиса, начальную магнитную проницаемость и магнитные потери Р0.2/20000. Магнитные потери измеряли на частоте 20 кГц и индукции 0.2 Тл. Их вычисляли по площади динамических петель гистерезиса, записанных с помощью стробоскопического метода [9]. Начальную магнитную проницаемость определяли на частоте 80 Гц в поле напряженностью 0.05 А/м. Значения температуры Кюри Тс и температуры кристаллизации Ткр для аморфных и на-нокристаллических сплавов приведены в табл. 1. Тс и Ткр были определены по стандартным методикам. Тс была найдена из температурной зависимости намагниченности насыщения, Ткр - из температурного хода электросопротивления, скорость нагрева образцов - 5°С/мин.
В табл. 2 представлены магнитные свойства аморфных сплавов Ре5Со708115В10 и Со815М9.^г9, отличающихся температурами Кюри и кристаллизации, после отжигов без поля, ТМО в высокочастотном магнитном поле и закалки в воде.
Из таблицы видно, что дестабилизация доменной структуры аморфных сплавов с ^ ~ 0 как первым, так и вторым способом значительно улучшает магнитные свойства сплавов. Однако при закалке аморфного сплава Ре5Со708115В10 наблюдается температурно-временная нестабильность магнитных свойств. Относительное изменение начальной магнитной проницаемости после выдержки при температуре 120°С в течение 60 ч по сравнению со значением после закалки составило примерно АЦо/Цо ~ 7%. Безметаллоидный сплав Со815Мо9.^г9 обладает более высокой температур-но-временной стабильностью магнитных свойств. Для этого сплава относительное изменение начальной магнитной проницаемости после выдержки при температуре 120°С в течение 60 ч по сравнению со значением после закалки составило ~3%. Это, по-видимому, связано с высокой Тс и Ткр этого сплава.
Повысить температурно-временную стабильность магнитных характеристик аморфных сплавов с относительно низкими значениями Тс и Ткр можно с помощью термомагнитной обработки в высокочастотном магнитном поле. Применение этой обработки для дестабилизации доменной структуры аморфного сплава Ре5Со708115В10 повышает темпе-ратурно-временную стабильность магнитных характеристик (Ац0/ц0 < 3%).
Следует отметить, что применение ТМО в высокочастотном магнитном поле уменьшает температурный гистерезис начальный магнитной проницаемости для этих сплавов. Это, вероятно, обусловлено дестабилизацией доменной структуры.
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА 243
Таблица 3. Магнитные свойства нанокристаллических сплавов с дестабилизированной доменной структурой
Сплав Обработка Мо Hc, A/м P0.2/20000, Вт/КГ
Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 Отжиг, 520°С, 30 мин 40000 0.56 8.0
ТМО в Н~ (80 кГц) 53000 0.48 5.5
Закалка в воде 10000 1.6 -
Fe73.5Cu1Nb1.5Mo1.5Si13.5B9 Отжиг, 520°С, 30 мин 42000 0.48 7.5
ТМО в Н~ (80 кГц) 60000 0.32 4.0
Закалка в воде 12000 1.1 -
Fee,CUiNbi.5M0i.5Sii3.5B9C04.5 Отжиг, 520°С, 30 мин 45000 0.4 7.5
ТМО в Н~ (80 кГц) 60000 0.24 4.0
Закалка в воде 14000 0.8 -
После термообработки в высокочастотном магнитном поле образец имеет практически идеально размагниченное состояние, локальная магнитная анизотропия близка к нулю. Начальная магнитная проницаемость имеет максимальное значение. При термоциклировании от комнатной температуры до 120°С изменение величины начальной магнитной проницаемости минимальное, так как в этом температурном интервале образование локальной магнитной аниторопии затруднено из-за низкой активности диффузионных процессов при этих температурах, закрепление доменных границ еще только начинается (Д|0/|0 < 3%).
В табл. 3 сравниваются магнитные свойства нанокристаллических сплавов, полученные в результате дестабилизщации доменной структуры двумя способами: ТМО в поле высокой частоты и закалки в воде от Tc. Из таблицы видно, что образцы после закалки имеют повышенные значения коэрцитивной силы и пониженную магнитную проницаемость. Следует отметить существенную разницу в действии закалки в воде на магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. Скорее всего, это связано с тем, что в результате закалки от точки Кюри в исследуемых нанокристаллических образцах возникают внутренние напряжения из-за наличия в структуре сплавов наноразмерных выделений фазы а - Fe-Si, имеющих магнито-стрикцию Xs —5 х 10
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.