ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2015, том 116, № 7, с. 683-693
^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 539.213.2:537.622.4
ПРОЦЕССЫ СТРУКТУРНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В АМОРФНОМ СПЛАВЕ
C069Fe3.7Cr3.8Sij2.5Bn С БЛИЗКОЙ К НУЛЮ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ ' НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ ШУМОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ СКАЧКАМИ БАРКГАУЗЕНА © 2015 г. И. Б. Кекало*, Л. З. Лубяный**, П. С. Могильников*, И. А. Чичибаба**
*Национальный исследовательский технологический университет МИСиС 119991 Москва, Ленинский проспект, 4 **Национальный технологический университет ХПИ, 61002 Украина, Харьков, ул. Фрунзе, 21
e-mail: pavel_mog@mail.ru Поступила в редакцию 11.07.2014 г.; в окончательном варианте — 22.01.2015 г.
Изучена эволюция гистерезисных магнитных свойств и характеристик магнитных шумов, вызванных скачками Баркгаузена, в зависимости от развития в различных температурных районах отжига отличающихся по своей природе процессов структурной релаксации. Показано, что изученный аморфный сплав на основе кобальта обладает высокой по сравнению со сплавами на основе железа пространственной однородностью магнитных шумов. Стабилизация границ доменов вследствие направленного упорядочения (при температурах отжига Та < Тс) и процессы кластеринга (при Та > Тс), фиксируемые методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, не только влияют на уровень гистерезисных магнитных свойств, но определяют и магнитошумовые характеристики сплава. Сопоставление динамики магнитошумовых закономерностей с изменением магнитострикции насыщения позволило прийти к заключению, что не только направленное, но и изотропное ближнее упорядочение влияет на особенности характеристик магнитных шумов. Выявлены интервалы температур отжига, обеспечивающие приемлемые значения гистерезисных магнитных свойств при одновременном низком уровне магнитных шумов. Такая ситуация складывается при некоторой оптимальной концентрации кластеров в изученном сплаве.
Ключевые слова: гистерезисные магнитные свойства (ГМС), магнитострикция насыщения, скачки Баркгаузена, магнитные шумы.
БО1: 10.7868/80015323015070098
ВВЕДЕНИЕ
Аморфные сплавы на основе кобальта с близкой к нулю магнитострикцией, обладая чрезвычайно высокими магнитными свойствами в малых полях, прочно заняли свою нишу в современной технике [1—3]. В них, как и в других классах аморфных сплавов, при отогреве протекают процессы структурной релаксации, различающиеся по своей природе и термодинамическим стимулам [4]. Развитие этих процессов сказывается на подвижности границ доменов (ГД), а следовательно, и на уровне гистерезисных магнитных свойств (ГМС). К таким процессам структурной релаксации следует отнести следующие процессы.
1. Усиление топологической однородности аморфной фазы ("гомогенизация" аморфной фазы) вследствие уменьшения локальных флуктуа-ций плотности различного пространственного диапазона. Этот процесс, происходящий при отжиге, можно трактовать как уменьшение количества и эффективности различного рода дефектов
аморфной структуры [5], которые создают пин-нинг ГД. Гомогенизация аморфной фазы происходит в результате выхода избыточной составляющей свободного и релаксации закалочных напряжений Ст; (в случае тороидальных образцов и за счет релаксации изгибных напряжений сти) [6]. При рассмотрении структурных неоднородностей того или иного пространственного диапазона применяют метод их описания в терминах полей напряжений. В этом случае появляется возможность при обсуждении связи между степенью структурной неоднородности и магнитными свойствами пользоваться естественной для физиков — магнитологов характеристикой, какой является константа магнитоупругой анизотропии Ка:
К = 3 ^ ст, (1)
где ст — внутренние напряжения, — магнитострикция насыщения.
2. Задержка границ доменов (в данном случае — стабилизация ГД) вследствие развития с течением времени процессов направленного упорядочения, происходящих под действием сил магнитного взаимодействия между ближайшими металлическими атомами [7]. Стабилизация ГД проявляется, в частности, в виде таких двух эффектов (эффектов магнитного последействия), коими являются магнитно-обратимый временной спад начальной проницаемости (ВСП) и температурный провал начальной проницаемости (ТПП), наблюдаемый ниже точки Кюри. Для этих эффектов магнитного последействия характерны две особенности. Во-первых, магнитная обратимость — начальная проницаемость восстанавливается до исходного уровня в результате перемагничивания переменным полем. Во-вторых, термическая обратимость — проницаемость восстанавливается в результате быстрого охлаждения (закалки) от температуры, превышающей точку Кюри.
Однако в случае аморфных сплавов указанные эффекты магнитного последействия приобретают специфические черты. Релаксированные значения магнитных свойств этих материалов (^а, Нс) могут не восстанавливаться в полной мере до исходного уровня в результате перемагничивания [1, 4, 8], т.е. в них наблюдается только частичная магнитная обратимость. Обратимую по отношению к магнитному воздействию (перемагничиванию) составляющую ВСП принято обозначить как ВСП-1, а необратимую — как ВСП-2 [1,4]. Именно составляющая ВСП-2 обусловливает деградацию магнитных свойств (^а и Нс) в результате отжига, поскольку перемагничивание в этом случае не приводит к полному восстановлению исходного уровня этих свойств, как это происходит, когда имеет место только ВСП-1.
3. Процессы, приводящие к образованию локальных структурно-композиционных неодно-родностей (кластеров), о существовании и эволюции которых при отжиге судят по результатам, полученными методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (ВАХВ-ше&оё) [9—11] (см. также [5]). Как известно, малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУР) обусловлено существованием в облучаемом теле локальных неодно-родностей электронной плотности, о происхождении которых можно судить только на уровне в той или иной мере обоснованных предположений.
Кластерообразование в аморфных сплавах на основе кобальта может быть двух типов: низкотемпературное, проявляющиеся при температурах отжига на 150—200°С ниже температуры кристаллизации Тх, и высокотемпературное, проявляющееся при температурах отжига, близких к температуре Тх. Последний тип кластеринга связан с перераспределением атомов в связи с развитием начальных стадий кристаллизации [5]. В вы-
сокотемпературных кластерах характер атомного упорядочения, скорее всего, отражает структуру тех фаз, которые в первую очередь образуются при кристаллизации [12]. В ряде аморфных сплавов на основе кобальта наблюдается эффект уменьшения интенсивности МУР с повышением температуры отжига [6]. Данный эффект можно трактовать как результат растворения ("рассасывания") кластеров в силу их энергетической невыгодности при повышенных температурах.
4. В соответствии с концепцией, сформулированной Эгами [13, 14] (см. также [5]), при отогреве аморфных сплавов в них протекают процессы изотропного упорядочения, которые вызывают весьма специфического характера зависимости физических свойств, в том числе и магнитострик-ции А,8, от температуры отжига. Интерпретация этих зависимостей была дана на основе модели равновесных значений свойств. Изменение маг-нитострикции в зависимости от температуры отжига (рост ее величины или уменьшение, перемена знака) может в широких пределах изменять начальную проницаемость в аморфных сплавах с низкой магнитострикцией, поскольку величина магнитострикции может определять удельную площадь границ доменов S, от которой в соответствии с выражением
/? S
а
(2)
зависит начальная проницаемость [7]. Здесь I — намагниченность насыщения, S — удельная площадь ГД № — фактор), а = (с12 Е/ 1х2 )х0 — так называемый коэффициент жесткости, определяющий сопротивление смещению ГД из положения равновесия х0 — дна потенциальной ямы (а-фактор), Е — удельная энергия ГД. В частности, в исходных (ЗЖС) аморфных сплавах со столь низкой магни-тострикцией (А,8 < 10-7), что магнитоупругая константа Кст (1) становится меньше константы анизотропии формы
Къ = 1 N.12,
(3)
основная доменная структура при условии Кст < будет состоять из продольных пластинчатых доменов. Это предопределяет коэффициент Кп = = Вх/В, близкий к единице, низкую удельную площадь ГД и, соответственно, низкие значения начальной проницаемости. Из-за роста магнито-стрикции при отжиге может начать выполняться условие Кст > Х№ что приводит к дроблению доменной структуры и, соответственно, увеличению начальной проницаемости. Возникает нетривиальная ситуация — повышение стимулируется ростом А,8.
а
Применение аморфных сплавов для изделий радиоэлектронной техники и приборостроения предполагает низкие магнитошумовые свойства этих материалов. Однако этому вопросу посвящены только единичные работы. В работе [15] изучали в статическом режиме намагничивания распределения скачков Баркгаузена (СБ) по магнитным полям тороидальных образцах сплавов Fe84Bl6 (К * 30 х 10-6) и Со^В^Вю (К* 10-6). Было показано, что намагничивание происходит в три стадии: в слабых полях путем малых СБ, затем следуют "гигантские" скачки, а завершается техническое намагничивание опять-таки относительно малыми СБ. В работах [16, 17] были изучены параметры СБ в ленточных образцах аморфных сплавов на основе железа.
Цель данной работы — выяснение вопроса о том, как стабилизация ГД вследствие направленного упорядочения и кластеринг, фиксируемый методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, влияют на гистерезисные магнитные свойства и на характеристики магнитных шумов (МШ) в аморфном сплаве на основе кобальта с очень низкой магнитострикцией.
В представленной работе приводятся результаты исследования аморфного сплава состава Со6^е3.7Сг3.8В112.5Вп с очень низкой магнито-стрикцией (К < 10-7), так что в исходном состоянии у него Кст < КN. Сплав был получен спиннин-гованием в виде ленты толщиной около 25 мкм и шириной 5 мм. Аморфное состояние сплава контролировали рентгеновским методом. Гистере-зисные магнитные свойства, а именно, коэрцитивную силу Нс и коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Кп, измеряли в статическом
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.