научная статья по теме ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ОТЖИГА НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА FE73.7CU1.0NB3.2SI12.7B9.4 Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ОТЖИГА НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО СПЛАВА FE73.7CU1.0NB3.2SI12.7B9.4»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2009, том 107, № 3, с. 261-269

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 669.15'3'293'782'781:537.8:534.8

ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ОТЖИГА

НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА АМОРФНОГО

СПЛАВА Fe73.7Cui.0Nb3.2Sii2.7B94

© 2009 г. М. А. Боровкова, Р. С. Ильясов, Н. В. Федорова, Е. П. Елсуков, А. В. Загайнов, Г. Н. Коныгин, О. М. Немцова

Физико-технический институт УрО РАН, 426001 Ижевск, ул. Кирова, 132 Поступила в редакцию 25.03.2008 г.

Методом двойного электромагнитно-акустического преобразования исследованы динамические магнитоупругие свойства аморфного сплава Ре73.7Си10КЪ328112.7Б94 в зависимости от температуры кристаллизационного отжига. Обнаружены аномальные изменения дифференциальной магнито-стрикции, затухания и скорости ультразвука, связанные (по данным мессбауэровской спектроскопии) с возникновением нормальной к поверхности ленты составляющей магнитных моментов.

РДСБ: 77.65.Dq, 75.80.+д

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивый интерес к аморфным сплавам (АС) Fe-Cu-Nb-Si-B объясняется их уникальными магнитомягкими свойствами. Аморфные ленты сплавов данной системы получают закалкой из жидкого состояния (ЗЖС). Оптимальный уровень магнитных свойств достигается в них после кристаллизационного отжига в результате выделения в аморфной матрице упорядоченной нанокристал-лической фазы Fe-Si [1]. Исследования сплавов со смешанной аморфно-кристаллической структурой направлены в основном на выяснение связи ультрадисперсной структуры и фазового состава со статическими и динамическими магнитными характеристиками, получение термически стабильной константы наведенной магнитной анизотропии, изучение доменной структуры сильномагнитной фазы Fe-Si.

В то же время магнитоупругие эффекты в сплавах типа файнмет, как правило, не рассматриваются, так как вследствие подавления магнитной анизотропии магнитоупругие свойства этих материалов очень низки. Так сплав Fe73.7Cu10Nb3.2Si12.7B94 после отжига при 550°C в течение 2-4 ч приобретает линейную магнитострикцию ^10 <§ 10-6 [2]. Уменьшение времени выдержки приводит к неполному подавлению магнитоупругости (магни-тострикция насыщения XS имеет величину порядка 10-6), хотя магнитные свойства остаются очень высокими. В этом случае гистерезисные магнитные свойства АС определяются как магнитной анизотропией структурного происхождения, так и магнитоупругой анизотропией. В сплавах, получаемых методом ЗЖС, магнитоупругая анизотропия доминирует на начальных этапах процесса кристаллизации, связанных с релаксацией зака-

лочных напряжений, усилением топологической однородности аморфной фазы и образованием ОЦК-структуры в поверхностном слое ленты.

Поскольку термическая кристаллизация АС сопровождается эволюцией магнитоупругих свойств, то исследования этих свойств в зависимости от температуры кристаллизационного отжига могут дать дополнительные сведения о процессах, происходящих на разных ее этапах. Такого рода исследования целесообразно проводить с использованием метода двойного электромагнитно-акустического преобразования (ЭМАП), в основе которого лежит явление динамической магнито-стрикции и динамический магнитоупругий эффект.

Целью настоящей работы было изучение динамических магнитоупругих свойств образцов сплава Ре73 7Си10КЪ3.28112.7Б9.4 в аморфном и аморфно-кристаллическом состоянии. Для исследований использовали ленту шириной 5 мм и толщиной 25 мкм, полученную спиннингованием расплава. Изохронные (1 ч) отжиги проводили в вакууме 10-3 Па в интервале температур от 100 до 520°С. Рентгеновские данные получены на ди-фрактометре ДРОН-3 в СиАа монохроматизиро-ванном излучении (монохроматор - графит). Мессбауэровские измерения были выполнены на спектрометре ЯГРС-4М в режиме постоянных ускорений с использованием источника 57Со в матрице Сг. Температурные зависимости динамической магнитной восприимчивости получены на установке с амплитудой переменного поля 0.8 Э и частотой 125 Гц. Для проведения измерений по резонансной методике двойного ЭМАП готовились образцы шириной 1 мм и длиной 40 мм. Образцы помещались в продольное магнитное поле Н.

Генерация и прием сигнала ЭМАП осуществлялись проходными катушками индуктивности с шириной намотки 5 мм. Измерения проводились на частоте собственного резонанса 50-моды Лэмба в диапазоне 50-150 кГц. На предварительно динамически размагниченных образцах измерялись следующие характеристики: ЭДС, индуцируемая в приемной катушке вторичным электромагнитным полем U, затухание ультразвука Q-1 (величина обратная акустической добротности Q), частота резонанса f. ЭДС двойного ЭМАП измеряли в точке полевого максимума H = Hmax (зависимости U(H) имеют характерный для механизма линейной маг-нитострикции максимум в области процессов вращения). Затухание измеряли двумя методами - методом свободно затухающих колебаний и методом вынужденных колебаний по полуширине резонансной линии [3]. Величина А£-эффекта определялась по зависимостям резонансной частоты от поля f(H).

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПОСЛЕ ИЗОХРОННЫХ ОТЖИГОВ

Рентгеновские дифрактограммы представлены на рис. 1. В исходном состоянии сплав является аморфным с характерным для аморфных веществ "гало" (рис. 1, кривая 1). Вплоть до температуры 460°C вид дифрактограммы не изменяется (рис. 1, кривая 2) за исключением уменьшения ширины половины высоты первого пика "гало" с 5.9 до 5.0 26 град. Первые слабые изменения в структуре наблюдаются после отжига при 480°C (рис. 2, кривая 3). Ширина первого пика уменьшается до 3.6 26 град, у второго пика "гало" появляется составляющая при 82 26 град. Отжиг при 500°C (рис. 1, кривая 4) приводит к формированию аморфно-кристаллического состояния с ОЦК-фазой, параметр решетки которой составляет 0.2850 нм и размером блоков ОКР 10 нм. Используя электронно-микроскопические данные [2, 4] для образцов близкого состава, можно утверждать, что размер блоков ОКР совпадает с размером выделений кристаллической фазы, сформировавшейся после отжига. Отжиг при 520°C приводит к дальнейшей кристаллизации сплава (рис. 1, кривая 5).

На рис. 2 представлены температурные зависимости динамической магнитной восприимчивости %(7), полученные со скоростью нагрева 60 град/мин в интервале температур от 20 до 600°C. Вид зависимостей х(Т) не изменяется вплоть до Тотж = = 480°C (рис. 2, кривые 1 и 2), показывая только температуру Кюри аморфного состояния TC = 330 ± 5°C. Первые изменения на %(Т), связанные с увеличением ширины температурного перехода при TC = 330°C и появлением второго магнитного перехода при Т = 400-500°C (рис. 2, кри-

вые 3-5), обусловлены, очевидно, флуктуациями состава и появлением новых фаз.

Мессбауэровские спектры и функции распределения сверхтонких полей Р(Н) образцов приведены на рис. 3. При нахождении функций Р(Н) варьируемым параметром была интенсивность 2-й и 5-й линий мэссбауэровского спектра 12 и 15, после чего находилось отношение /х.б/12.5. Из рисунка видно, что форма спектров и функций Р(Н) практически остаются неизменными до Тотж = = 470°С (рис. 3, кривые 1-3), свидетельствуя о неизменности характеристик локального окружения атомов Бе и, соответственно, об отсутствии флук-туаций состава в образцах. Отношение /х.б/12.5 находилось в пределах 1.1-1.2 при Тотж < 460°С, немного выросло до 1.4 при Тотж = 470°С и резко увеличилось до 2.5 при Тотж = 480°С. Последнее является следствием резкого уменьшения интенсивности 2-й и 5-й линий мессбауэровского спектра (рис. 3, кривая 4). При слабых изменениях в форме функции Р(Н) этого образца можно утверждать, согласно [5], что значительно увеличилась нормальная составляющая магнитных моментов к плоскости ленты при Тотж = 480°С. При Тотж > 490°С отношение /16//2.5 уменьшается до 0.8, т.е. магнитные моменты в этих образцах вновь преимущественно ориентированны в плоскости ленты. Этот важный эффект появления нормальной составляющей намагниченности после определенных термообработок ранее не был обнаружен в системах на основе Бе типа файнмет [2, 4, 6], но он был надежно зарегистрирован при термообработке аморфных сплавов Бе-81-В [7-9].

На наш взгляд, в файнмете Ге-Си-КЪ-81-В этот эффект не был замечен из-за очень узкого температурного интервала его реализации (20-30°С), в то время как в аморфных сплавах Ге-Б1-В этот интервал составляет 80-100°С [9] . В образцах Бе-81-В было показано [7-9], что причиной ориентации магнитных моментов против размагничивающего поля является появление в приповерхностных слоях лент малого количества кристаллической фазы. В работе [8] на основе сопоставления различных литературных данных дается следующее объяснение. После термообработки в образце могут возникнуть напряжения из-за различия удельных объемов и когерентной связи кристаллической и аморфной фаз. Из-за того, что образующиеся в аморфной матрице на ранней стадии включения кристаллической фазы могут быть совершенными кристаллами и строго ориентированными в ленте, поле возникающих напряжений будет анизотропным, что и приведет к определенной ориентации магнитных моментов в образце, отличной от исходного состояния. Уменьшение /16//2 5 при Тотж > 480°С (рис. 3, кривые 4 и 5) может быть связано с нарушением совершенства кристаллов вследствие отчетливо видных флук-туаций состава образца, появления новых кри-

26(CuKa), град

Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы образцов сплава Fe-Cu-Nb-Si-B для различных температур отжига (1 ч): 1 - исходный; 2 - 460; 3 - 480; 4 - 500; 5 - 520°С.

сталлических фаз, роста их количества и нарушения их когерентной связи с остающейся аморфной фазой [8].

С увеличением температуры отжига до Тотж = = 520°С мессбауэровский спектр и функция Р(Н кардинально отличаются по сравнению с исходным состоянием, что указывает на многофазное состояние этого образца после термообработки.

В рамках данной работы не ставилась задача идентификации фаз в закристаллизованном состоянии. Такое изучение было выполнено в работах [2, 4, 6], в которых показано, что могут формироваться упорядоченная фаза Fe-Si, интерме-таллиды Fe2(Nb, B), Fe2(Si, B) и Fe3(SiB)3.

В целом, по результатам рентгеновских, магнитных и мессбауэровски

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»