научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА Со69FE3.7CR3.8SI12.5B11 C ОЧЕНЬ НИЗКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ Физика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА Со69FE3.7CR3.8SI12.5B11 C ОЧЕНЬ НИЗКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 7, с. 675-682

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 539.213.2:537.622.4

ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА Со69Fe3.7Cг3.8Si12.5B11 C ОЧЕНЬ НИЗКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ © 2015 г. И. Б. Кекало, П. С. Могильников

Национальный исследовательский технологический университет МИСиС 119991 Москва, Ленинский проспект, 4 e-mail: pavel_mog@mail.ru Поступила в редакцию 16.05.2014 г.; в окончательном варианте — 22.01.2015 г.

При изучении аморфного сплава Соб9ре37Сг3.88112.5В11 с очень низкой магнитострикцией < 10-7) были обнаружены необычные, "аномальные", закономерности влияния напряжений изгиба (диаметра тороидальных образцов D) на гистерезисные магнитные свойства (Нс, ц5), измеренные в динамическом режиме при частотах f переменного магнитного поля от 0.1 до 20 кГц. При низких частотах f < 1 кГц) коэрцитивная сила Нс изученного сплава практически не зависит от D. Проницаемость ц5 (Н = 5 мЭ), напротив, не зависит от D при высоких частотах и зависит от D при низких. В образцах, подвергнутых высокотемпературному отжигу (390°С) с последующей закалкой в воде, наблюдаются необычные закономерности: проницаемость ц5 увеличивается с уменьшением радиуса тороидальных образцов, т.е. с увеличением изгибных напряжений.

Ключевые слова: гистерезисные магнитные свойства, магнитострикция насыщения, пиннинг границ доменов, изгибные напряжения.

DOI: 10.7868/S0015323015070086

ВВЕДЕНИЕ

В большинстве работ, посвященных вопросу о влиянии изгибных напряжений (диаметра тороидальных образцов В) на гистерезисные магнитные свойства (ГМС) аморфных сплавов, результаты были получены или в статическом режиме, или при одной частоте / переменного магнитного поля (обычно ~1 кГц). В случае аморфных сплавов на основе кобальта ~ 10-6) и железа ~ 35 х 10-6) при частоте 1 кГц с ростом изгибных напряжений (уменьшением В), как правило, наблюдается деградация ГМС — коэрцитивная сила Нс возрастает, начальная проницаемость уменьшается [1]. Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Кп = Вг/В8 ведет себя по-разному в зависимости от его величины до изгиба: он уменьшается, если до изгиба он превышал 0.5, и увеличивается, если он был меньше 0.5. Все эти закономерности отвечают предсказаниям теоретического анализа, проведенного на основе двухосной модели магнитно-анизотропного состояния аморфных лент [2—4].

В случае, если аморфные сплавы обладают такой низкой магнитострикцией (ниже критического значения ), что энергия магнитоупругой анизотропии Ка = 3/2(а,- + аи), обусловленная

закалочными напряжениями а, и напряжениями изгиба аи, становится меньше энергии размагничивающего фактора ленточных тороидальных образцов КN = 1/2Ы1& , то зависимость ГМС от диаметра тороида отсутствует [5]. Вследствие выполнения условия Кст < ^ даже в сильно изогнутой ленте во всем ее объеме доменная структура будет состоять из продольных пластинчатых доменов. Это предопределяет величину Кп > 0.9 (острую продольную магнитную текстуру), отсутствие зависимости ГМС от диаметра тороидов В, а также низкие значения начальной проницаемости ца. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что величина начальной проницаемости зависит не только от пиннинга границ доменов (ГД), но и от их удельной площади S (¿-фактор), что следует из выражения [6]:

I2 S

а

(1)

Здесь S — удельная площадь ГД, а = (й2у / йх2 )х0 — так называемый коэффициент жесткости (а-фак-тор), определяющий сопротивление смещению ГД (пиннинг ГД) из положения равновесия х0 (дна потенциальной ямы), у — удельная энергия ГД.

a

В ряде работ изучались динамические магнитные свойства аморфных сплавов, т.е. свойства, измеренные в переменных магнитных полях. Так, например, в работе [7] изучили зависимость динамической коэрцитивной силы аморфной проволоки сплава Ре77581125В15 в частотном диапазоне 0—1 кГц, а в работе [1] — частотную зависимость составляющих комплексной проницаемости |а (/) аморфного сплава Со70Ре58115В10. В последней работе измерения составляющих ц (/), а именно ц' и ц'', проводились при разных диаметрах тороидальных образцов. В работах [8, 9] зависимость начальной проницаемости аморфных сплавов на основе кобальта от частоты магнитного поля изучали в широком диапазоне частот вплоть до 107 Гц. Однако эксперименты выполнялись на тороидальных образцах одного диаметра.

В представленной работе приводятся результаты исследования аморфного сплава состава Со69Ре37Сг3.881125В11 с чрезвычайно низкой маг-нитострикцией (|А,8| < 10-7), так что можно ожи-

1 0

дать, что ее значение ниже или сравнимо с Л8. Опытные данные по влиянию изгибных напряжений на ГМС получены, во-первых, при разных частотах / (от 0.1 кГц до 20 кГц) и, во-вторых, не только на исходных образцах (в состоянии после закалки из жидкости), но и на образцах, прошедших предварительный отжиг. В таком контексте, насколько нам известно, исследования еще не проводились.

Изученный аморфный сплав был получен спиннингованием в виде ленты толщиной около 25 мкм и шириной 5 мм. Аморфное состояние сплава контролировали рентгеновским методом. Гистерезисные магнитные свойства, а именно ц5 (Н = 5 мЭ) и Нс, измеряли в динамическом режиме на тороидальных образцах с диаметром от 1.75 см до 9.8 см. Эти измерения проводили на автоматизированной установке, позволяющей определять эти свойства на частотах от 0.1 до 20 кГц. Измерения в статическом режиме осуществляли на таких же образцах обычным баллистическим методом.

Изгибные напряжения сти на поверхности аморфной ленты толщиной к можно рассчитывать по формуле

сти = НЕ/Б,

(2)

где Е — модуль упругости. Величина этих напряжений в ленте, свернутой в тороид с диаметром Б = 1.75 см, равна около 125 МПа, а с диаметром Б = 8.9 см — около 31.3 МПа. Релаксацию изгиб-ных напряжений рассчитывали по параметру

у = (1 - Яо/Ят,),

(3)

где До — радиус кварцевой оправки, на которую навивают ленту, Ят , — остаточный радиус кривизны

ленты после отжига при температуре Т в течение времени I.

Магнитострикцию насыщения измеряли методом малоуглового вращения намагниченности (БАМЯ-те&оё). Временной спад начальной проницаемости (ВСП) оценивали по относительному спаду проницаемости ц5 за период времени I = = 30 мин, т.е. величиной Ац/ц (Ац = ц=15с —

ц = 30 мин, ц = ц =15с).

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Изменение ГМС изученного сплава в зависимости от температуры изохронного отжига Та описывается немонотонными кривыми (рис. 1а—1в). Это обусловлено развитием при нагреве таких релаксационных процессов, как стабилизация ГД вследствие направленного упорядочения (при Та< ТС, ТС = 260°С), кластеринга (при Та > ТС) [10], а также изотропного упорядочения, которое вызывает весьма сложного характера зависимость

от температуры отжига Та (см. рис. 1г). Зависимость от Та можно интерпретировать на основе модели равновесных значений свойств, сформулированной Эгами [11] (см. также [12]). Данные по релаксации изгибных напряжений представлены на рис. 1д. Измерения, проведенные в статическом режиме (см. ниже), показали, что такие ГМС, как Нс и Кп, не зависят заметным образом от диаметра тороида Б, что отвечает условию Кст < Км и объясняет высокое значение коэффициента Кп (>0.9) в изученном сплаве.

С увеличением частоты магнитного поля /, независимо от состояния образцов (исходное или отожженное), происходит деградация ГМС (Нс, ц). Однако характер зависимости этих свойств от диаметра тороида Б зависит от частоты/ В случае исходных образцов (см. рис. 2) при низких частотах (НЧ) /< 1 кГц, динамическая коэрцитивная сила, подобно статической коэрцитивной силе (/ = 0), практически не зависит от Б. Однако при высоких частотах (ВЧ) динамическая коэрцитивная сила уменьшается с ростом диаметра Б. Проницаемость ц5 исходных образцов ведет себя иначе: при ВЧ она, напротив, очень слабо зависит от Б, а при НЧ — существенно возрастает с увеличением Б. Коэффициент Кп при этом практически не зависит от диаметра Б (рис. 3б, кривая 1). Это означает, что изгибные напряжения не повлияли на характер доменной структуры и что они не изменили соотношение между константами Кст и Км, т.е. продолжает выполняться условие Кст < Км.

В отожженных при температурах 125 и 175°С (Та < ТС) наблюдаются закономерности частотно-

Ис, мЭ

20 18 16 14 12 10 8 6 4

70000 50000 30000

10000

х 10-7 8 5 4 3 2 1 0 -1

I — (Де/Д)

100

200

300

Рис. 1. Влияние температуры изохронного отжига Та (Га = 0.5 ч) на магнитные свойства (Нс, ца, Кп, (позиции а—г) и релаксацию напряжений (позиция д) аморфного сплава Со69Ре3 7СГ3 8§^2 5ВЦ. Нс и Кп измеряли в статическом режиме; проницаемость Ц5 (Н = 5 мЭ) — при частоте /= 1 кГц; диаметр тороидальных образцов Б =1.75 см. Пунктирными линиями показано предполагаемое изменение ГМС в отсутствие стабилизации ГД и их пиннинга вследствие кластеринга.

го характера, качественно подобные таковым в исходных образцах — Нс практически не зависит от Б при НЧ, а ц5 — при ВЧ. Температура отжига Та = 125°С была выбрана из условия, что стабилизация ГД в заметной степени еще не проявляется, а изменение ГМС (рост ц5 и уменьшение Нс) обусловлено начальными стадиями гомогенизации аморфной фазы. Отжиг же при Та = 175°С выбран

М-5 10000

8000

6000

4000

2000

0 45

40 35

т 30 м

,5 25 20 15 10 5

/, кГц

2

125

58 41.7 31.3

10 Б, см 25 а, МПа

400 450 Та, °С

Рис. 2. Зависимость коэрцитивной силы Нс и проницаемости Ц5 исходных образцов от частоты / магнитного поля (указана на рисунке) и диаметра тороида Б.

потому, что он отвечает максимальной стабилизации ГД вследствие направленного упорядочения (см. рис. 1а—в).

Отметим роль магнитострикции в формировании ГМС, зависимость которой в изученном сплаве от температуры изохронного отжига представлена на рис. 1г. Характер влияния магнито-стрикции на прямоугольность петли гистерезиса (коэффициент Кп) тороидальных образцов в зависимости от вида их исходной магнитной текстуры был проанализирован в работе [2]. В частности, было показано, что в случае магнитно-анизотропного материала с осью легкого намагничивания вдоль длины ленты

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»