ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2011, том 111, № 6, с. 587-591
^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 537.624:539.213.2
ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРНЫХ НАГРЕВОВ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА 30КСР © 2011 г. В. В. Гиржон*, А. В. Смоляков*, Н. И. Захаренко**, Н. Г. Бабич**, М. П. Семенько**
*Запорожский национальный университет, 69063 Запорожье, ул. Жуковского, 66, Украина **Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, 01680 Киев, ул. Владимирская, 64, Украина
Поступила в редакцию 12.11.2009 г.; в окончательном варианте — 15.11.2010 г.
Магнитометрическими методами установлено возникновение необратимой магнитной анизотропии в аморфной ленте 30КСР после импульсных лазерных нагревов во внешнем магнитном поле. Исследовано влияние лазерных нагревов на физические свойства сплава, в частности на температуру Кюри и температуру кристаллизации. Показано, что возникающая магнитная анизотропия не совпадает с направлением поля при лазерном нагреве. Предложен механизм возникновения одноосной магнитной анизотропии аморфных лент при импульсных лазерных нагревах в магнитном поле в режимах, не приводящих к кристаллизации.
Ключевые слова: аморфные сплавы, магнитная анизотропия, лазерный нагрев.
Магнитомягкие аморфные металлические сплавы (АМС) на основе железа и кобальта находят широкое применение в трансформаторо- и приборостроении. Свойства этих материалов, в том числе и магнитные, определяются не только химическим составом, но и технологическими параметрами их изготовления. Кроме того, дополнительная термическая или термомагнитная обработка может существенно влиять на свойства указанных материалов. Основной механизм такого влияния состоит в снижении уровня закалочных напряжений, а целью обработки является оптимизация магнитных характеристик лент. Традиционная термообработка АМС при температурах, ниже температуры кристаллизации, кроме сравнительной продолжительности, имеет ряд недостатков, в частности сопровождается охрупчиванием образцов, причиной которого являются дифузионно-контролируемые процессы [1].
Лазерная обработка имеет ряд преимуществ по сравнению с изотермическими отжигами, поскольку выполняется в режимах, не приводящих к кристаллизации, а кратковременность термического воздействия импульсного лазерного луча обеспечивает сохранение физических свойств ленты, которые могут изменяться при длительных нагревах вследствие развития диффузионных процессов. По тем же причинам она может выполняться без использования защитной атмосферы, необходимой при термообработке некоторых АМС, не стойких к окислению при высоких температурах. При этом процесс лазерной обработки может быть легко автоматизирован, что позволяет при необходимости изменять режимы обработки на отдельных участках аморфной ленты.
Очевидно, что лазерную обработку аморфных лент в докристаллизационных режимах можно выполнять и в магнитном поле. Такая — лазерная термомагнитная обработка не сводится к суперпозиции эффектов лазерной и обычной термомагнитной обработки, поскольку существенно отличается длительностью термического влияния. Отметим, что существует достаточное количество работ, в которых исследовано влияние как лазерной, так и термомагнитной обработок на магнитные свойства аморфных сплавов, например, [2—8]. Однако в отличие от обычной термомагнитной обработки, физические механизмы изменения магнитных свойств аморфных лент при лазерной термомагнитной обработке практически не изучены и требуют дальнейших исследований. Исходя из этого, целью настоящей работы является изучение влияния импульсных лазерных нагревов в докристаллизационных режимах на магнитные свойства аморфной ленты на основе железа и кобальта.
Объектом исследований были выбраны образцы промышленной аморфной ленты 30КСР (Ре50Со30816.7Б133), полученной закалкой из жидкого состояния на вращающийся диск. Толщина ленты составляла 35 мкм. Лазерную обработку (ЛО) выполняли расфокусированным пучком на импульсном лазере КВАНТ-12 с длительностью импульса 4 мс и плотностью мощности излучения q = = 18 МВт/м2 и 23 МВт/м2; диаметр пучка при этом превышал ширину аморфной ленты. Нагрев образцов производили без приложенного внешнего магнитного поля и в поле, созданном постоянным магнитом. Использовали три вида ориентации внешнего поля — перпендикулярно плоскости ленты,
588
ГИРЖОН и др.
В, Тл
Рис. 1. Петли магнитного гистерезиса аморфной ленты 30КСР после импульсной ЛО в магнитном поле: 1 — исходное состояние; 2 — ориентация поля вдоль оси ленты; 3 — ориентация поля поперек ленты; 4 — ориентация поля перпендикулярно плоскости ленты.
параллельно оси ленты и параллельно ее ширине. Для образцов, обрабатываемых без магнитного поля, частота следования импульсов составляла 1, 1.5 и 2 Гц, что давало возможность изменять как степень перекрытия лазерных пятен, так и максимальную температуру, достигаемую в образце. Состояние образцов контролировалось рентгенографическим методом с помощью дифрактометра ДРОН-3М, использовалось Со^а-излучение.
Динамические петли магнитного гистерезиса получали индукционным методом на ленточных образцах длиной 200 мм и шириной 9 мм при частоте перемагничивания 500 Гц и направлении магнитного поля вдоль длины аморфной ленты. Температурные зависимости магнитной восприимчивости Х( Т) исследуемых образцов измеряли по методу Фа-радея на автоматизированном магнитометре в температурном интервале 300 < Т < 900 К (напряженность поля в месте нахождения образца равнялась 400 кА/м). Погрешность измерения х не превышала 1%, а точность определения температуры составляла ±1 К. Исследования температурной зависимости электрического сопротивления Я(Т) осуществляли стандартным четырехзондовым методом в температурном интервале 77—400 К.
Установлено, что лазерная обработка с плотностью мощности излучения 18 МВт/м2 без наложения внешнего магнитного поля практически не влияла
на форму и параметры петель гистерезиса образцов сплава. Значения коэрцитивной силы и остаточной индукции находились в пределах Нс = 30.0 ± 0.5 А/м и Вг = 0.30 ± 0.01 Тл соответственно. Обработка в продольном магнитном поле (параллельном оси образца) приводила к изменению петли гистерезиса (рис. 1). При этом остаточная индукция возрастала до 0.38 Тл и несколько увеличивалась коэрцитивная сила (32 А/м). Обработка в поперечном (направленном вдоль ширины ленты) магнитном поле, оказывала слабое влияние на параметры петли гистерезиса, приводя лишь к незначительному уменьшению остаточной индукции (0.29 Тл) и некоторому возрастанию значения Нс (до 31 А/м). Обработка в перпендикулярном магнитном поле вызывала практически такое же изменение магнитных свойств, что и лазерный нагрев в продольном магнитном поле (Вг = 0.40 Тл). Таким образом, во всех случаях происходило незначительное увеличение значений коэрцитивной силы, а характер изменения остаточной индукции существенно отличался от наблюдаемого для ранее исследованного нами сплава Ре768113Б11 [9], для которого лазерная обработка и в поперечном, и в продольном поле приводили к возрастанию величины Вг, а в перпендикулярном к плоскости ленты — к ее уменьшению.
Следует отметить, что ЛО-образцов ленты 30КСР в магнитном поле с увеличенной до 23 МВт/м2 плотностью мощности оказывали такое же влияние на магнитные свойства, что и нагрев с q = 18 МВт/м2. Кроме того, повторная лазерная обработка образцов с измененной ориентацией магнитного поля по сравнению с предыдущей обработкой, незначительно влияла на их магнитные свойства. Таким образом, существенное влияние на магнитные свойства оказывала лишь первая лазерная обработка, что свидетельствует о необратимости изменения магнитных свойств при ЛО.
Измерения относительной магнитной восприимчивости х(Т)/х(300) исходного и обработанных образцов (рис. 2), также показали наличие изменений после ЛО. В исходных необработанных образцах при нагреве выше температуры 600 К наблюдалось монотонное, описываемое законом Кюри— Вейсса, снижение намагниченности. Дальнейшее повышение температуры приводило к изменению характера хода кривой х( Т)/х(300): при температуре 760 К начиналась кристаллизация сплава, сопровождающаяся возрастанием величины х(Т)/х(300), вызванным образованием кристаллических фаз с высокими температурами Кюри [10].
После лазерных обработок во всех режимах на термомагнитной кривой появлялся перегиб в интервале температур от 440 до 480 К, а температура начала кристаллизации, определяемая по температуре начала возрастания значений х(Т)/х(300), возросла примерно на 10 К. Из анализа полученных результатов в парамагнитной области была определена парамаг-
нитная температура Кюри и величина локализованного магнитного момента. Установлено, что температура Кюри в исходном состоянии составляла 613 К и оставалась практически постоянной после лазерных нагревов в различных режимах. Величина локализованного магнитного момента с возрастанием частоты следования импульсов при ЛО монотонно возрастала от 4.49 цВ в исходном состоянии до 4.58 цВ после обработки с частотой 2 Гц.
Для получения дополнительной информации о процессах, происходящих при ЛО-сплава, были проведены исследования магниторезистивного эффекта после обработки в магнитных полях с разной ориентацией. Результаты исследований приведены в таблице. Следует отметить существенное влияние режимов лазерных нагревов и ориентации магнитного поля на температурный коэффициент электросопротивления а, величина которого при обработке в продольном и поперечном поле значительно возрастала. Магнитосопротивление ß = (RH — R0)/R0 • 100% определяли при перпендикулярной ß± и параллельной ß ориентации магнитного поля. Как известно [11], для доменной структуры с хаотически ориентированными доменами, отношение ßy/ß^ = —2. Значительное отличие экспериментальных результатов от этого значения указывает на то, что векторы спонтанной намагниченности АМС для всех исследованных образцов имеют преимущественную ориентацию. Согласно [12], угол 9 между направлением преимущественной ориентации намагниченности и осью ленты можно определить из соотношения tg2(9) = —(ß|/ßj. Величина 9 приведена в таблице. Его зна
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.