научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМООБРАБОТКИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ В ЛЕНТАХ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМООБРАБОТКИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ В ЛЕНТАХ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2013, том 114, № 5, с. 411-418

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 537.624:539.213.2

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМООБРАБОТКИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

НАМАГНИЧЕННОСТИ В ЛЕНТАХ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА © 2013 г. Н. А. Скулкина, О. А Иванов, И. О. Павлова, О. А. Минина

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 620000 Екатеринбург, ул. Мира, 19 e-mail: nadezhda.skulkina@usu.ru Поступила в редакцию 09.07.2012 г.; в окончательном варианте — 25.10.2012 г.

Исследовали влияние температуры изотермической выдержки и скорости охлаждения при термообработке на воздухе на магнитные свойства и распределение намагниченности лент аморфных магнитомягких сплавов с положительной магнитострикцией насыщения на основе железа. Результаты исследования показали, что зависимость максимальной магнитной проницаемости от температуры изотермической выдержки коррелирует с соответствующим изменением распределения намагниченности в ленте и определяется диффузионными процессами, протекающими при термической обработке на воздухе при определенной температуре изотермической выдержки. Повышение скорости охлаждения приводит к неоднозначному влиянию на уровень магнитных свойств. Оно способствует улучшению магнитных свойств в том случае, если после термической обработки на воздухе реализуется, либо преимущественно аморфное состояние поверхности, либо со сформированным поверхностным аморфно-кристаллическим слоем, толщина которого близка к оптимальной.

Ключевые слова: магнитная проницаемость, намагниченность, аморфные магнитомягкие сплавы, термическая обработка, скорость охлаждения, температура изотермической выдержки.

DOI: 10.7868/S0015323013050100

Известно, что физическими причинами, влияющими на уровень магнитных свойств лент аморфных магнитомягких сплавов в результате термической обработки на воздухе, являются снижение уровня обусловленных закалкой внутренних напряжений, взаимодействие поверхности ленты с находящимся в атмосфере водяным паром и формирование поверхностного аморфно-кристаллического слоя [1]. При определенных условиях два последних фактора приводят к индуцированию плоских псевдоодноосных напряжений. Все протекающие при термообработке на воздухе процессы являются диффузионными. Активность их протекания, прежде всего, связана с температурой изотермической выдержки [2, 3]. При этом весьма важными параметрами являются скорость нагрева и охлаждения. Поскольку воздействия двух последних факторов на формирование уровня магнитных свойств после термообработки на воздухе изучены в меньшей степени, а наиболее ярко они проявляются при сравнительно малом уровне внутренних напряжений, в настоящей работе исследовали влияние темпе-

ратуры изотермической выдержки и скорости охлаждения на магнитные свойства и распределение намагниченности в лентах аморфных магни-томягких сплавов на основе железа. Так как активность диффузионных процессов возрастает при повышении температуры, а протекают они на всех стадиях термической обработки: при нагреве, изотермической выдержке и охлаждении, вариация скорости охлаждения способствует пониманию роли того или иного механизма в формировании распределения намагниченности и определенного уровня магнитных характеристик.

Исследования проводили на примере лент магнитомягких быстрозакаленных сплавов и Бе81В1з814С2 с положительной магнитострикцией насыщения, обладающих примерно одинаковым уровнем магнитных свойств, но разными значениями температур Кюри и кристаллизации. Это позволило в более широком температурном интервале варьировать степень активности диффузионных процессов [3]. Исследуемые образцы имели форму полос размерами 100 х 10 х 0.022 мм. Термическую обработку

60000 -

50000 -

40000 -

6

30000 -

20000

10000 -

360 370 380 390 400 410 420 г, °с

Рис. 1. Зависимость максимальной магнитной проницаемости образцов аморфного магнитомягкого сплава Бе77№1819В13 от температуры термической обработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = 5 мин и скоростью охлаждения 15 и 40 К/мин, кривые 1 и 2 соответственно.

образцов аморфного сплава Бе^Ш^^В^ осуществляли на воздухе при 360—430°С со скоростью охлаждения около 15 и 40 К/мин. Поскольку уровень магнитных свойств после отжига зависит от распределения намагниченности в исходном состоянии ленты [1, 3], для исследований выбирали образцы с одинаковым распределением намагниченности в исходном (закаленном) состоянии. Распределение намагниченности определяли по разработанной нами методике [4]. Измерение кривых намагничивания и петель гистерезиса осуществляли с помощью индукционно-импульсного метода в замкнутой магнитной цепи. Для замыкания цепи использовали пермеаметр. Погрешности измерения статических магнитных характеристик и распределения намагниченности не превышала 3 и 5% соответственно.

На рис. 1 показана зависимость максимальной магнитной проницаемости образцов аморфного магнитомягкого сплава Бе^М^^В^ от температуры термической обработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = = 5 мин и скоростью охлаждения 15 и 40 К/мин. Видно, что увеличение температуры изотермической выдержки способствует повышению максимальной магнитной проницаемости. Тем не менее на зависимости цтах от температуры изотермиче-

ской выдержки наблюдается плато в интервале температур 380—400°С при охлаждении как со скоростью 15, так и 40 К/мин. Т.е. в этом интервале температур максимальная магнитная проницаемость практически не зависит от температуры изотермической выдержки при термообработке на воздухе образцов ленты аморфного магнитомягко-го сплава исследуемого состава.

На рис. 2а, в и г показано влияние температуры изотермической выдержки во время термической обработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = 5 мин на распределение намагниченности в образцах аморфного сплава Бе^Ш^^В^. Видно, что характерное нарушение монотонности зависимости относительных объемов доменов с ортогональной Корт и планарной намагниченностью, ориентированной вдоль К180 и поперек К90 оси ленты от температуры изотермической выдержки наблюдается и в этом случае. Аналогичным образом в этом температурном интервале ведет себя и зависимость степени остроты магнитной текстуры в плоскости ленты, характеризуемая отношением К180/У90 (рис. 2б). Таким образом, зависимость максимальной магнитной проницаемости от температуры изотермической выдержки коррелирует с соответствующим изменением распределения намагниченности в ленте, которое, в свою очередь, определяется диффузионными процессами, протекающими в ленте при термической обработке на воздухе с определенной температурой изотермической выдержки. Из рис. 1 и 2 также видно, что повышение скорости охлаждения в разных температурных интервалах приводит к различному характеру влияния термической обработки на распределение намагниченности и максимальную магнитную проницаемость. Например, в результате повышения скорости охлаждения после термической обработки при 360°С имеет место уменьшение максимальной магнитной проницаемости, в то время как после термообработки при 420°С цтах увеличивается. Полученные результаты укладываются в рамки представлений о взаимодействии поверхности ленты во время термической обработки с находящимися в воздухе водяными парами [5]. Обработка паром при 360°С, так же, как и при комнатной температуре приводит к снижению максимальной магнитной проницаемости и увеличению объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной поперек оси ленты [5—7]. Это происходит вследствие того, что при 360°С результирующая намагниченность ориентирована в плоскости ленты вдоль ее оси и повышенная концентрация внедренных в поверхность атомов водорода и кислорода образуется поперек оси ленты, индуцируя при этом псевдоодноосное растяжение. В нашем случае при 360°С небольшое повышение цтах и

0

Н Л

40

30

20

10

(а)

2 А

Ь14

360 370 380 390 400 410 420

г,, °С

(в)

80 70 60 50

40 -

30 20 10 0

12

10

(б)

О оо

2 А

/

/ / /

/

/ А1 1

/ / / /

/ 1

1 1 11111

50

360 370 380 390 400 410 420

г, °С

(г)

о

40 -

30

20 -

10 -

360 370 380 390 400 410 420

г, °С

360 370 380 390 400 410 420

г, °С

8

6

4

2

0

0

0

Рис. 2. Зависимости относительных объемов доменов с ортогональной Ко„т и планарной намагниченностью, ориентированной вдоль К180 и поперек У90 оси ленты, а также отношения К180/^90, характеризующего степень остроты магнитной текстуры в плоскости ленты (рис. а, в, г и б), от температуры термической обработки на воздухе с изохронной длительностью изотермической выдержки т = 5 мин и скоростью охлаждения 15 и 40 К/мин (кривые 1 и 2 соответственно) для образцов аморфного магнитомягкого сплава Бе^М^^В^.

Таблица 1. Распределение намагниченности и максимальная магнитная проницаемость образцов ленты аморфного магнитомягкого сплава Ре77№1819В13 в закаленном состоянии и после термической обработки со скоростью охлаждения 15 К/мин

Состояние ленты И V % ' орт' /и VIШ, % ^^90, % ^80, %

Закаленное 4100 42 58 20 38 1.9

ТО 420°С, т = 5 мин 42200 11.5 89 21 67 3.2

ТО 430°С, т = 1 мин 41000 10.1 90 26 64 2.5

уменьшение относительного объема доменов с ортогональной намагниченностью по сравнению с исходным состоянием (табл. 1) связано с некоторым снижением уровня внутренних закалочных напряжений. Тем не менее объем доменов с планарной намагниченностью, ориентированной поперек оси ленты, увеличивается. Поскольку в этом случае сохраняется преимущественно аморфное состояние поверхности ленты, увеличение значений У90 обусловлено псевдоодноосным растяжением поперек ее оси в результате взаимодействия поверхности с находящимися в воздухе водяными парами.

Повышение скорости охлаждения ограничивает протекание диффузионных процессов на данном этапе. Поэтому после термообработки при 360°С со скоростью охлаждения 40 К/мин внутренние закалочные напряжения релаксиру-ют в меньшей степени, в результате чего имеют место более высокие значения относительного объема доменов с орто

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