ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2014, том 115, № 9, с. 921-927
УДК 669.1782781:539.213.2:537.634
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА А^-ЭФФЕКТ В АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОЛОКАХ Fe75Si10B15
© 2014 г. А. А. Гаврилюк, А. Л. Семенов, Е. А. Голыгин, А. Р. Гафаров, А. А. Зинченко, Н. В. Морозова, А. В. Гаврилюк, А. Ю. Моховиков
ФГБОУВПО "Иркутский государственный университет" 664003, Иркутск, ул. К. Маркса, 1
e-mail: zubr@api.isu.ru Поступила в редакцию 17.12.2013 г.; в окончательном варианте 01.04.2014 г.
Исследовано влияние температуры нагрева на зависимости АЕ-эффекта от магнитного поля аморфных металлических проволок состава Fe75Si10B15, прошедших термомагнитную обработку в интервале температур от 370 до 470°С. Показано, что при всех температурах термомагнитной обработки при относительно низких температурах нагрева наблюдается отрицательный АЕ-эффект. Рост температуры нагрева проволоки в процессе измерений АЕ-эффекта в интервале от 30 до 330°С приводит к уменьшению как величины отрицательного АЕ-эффекта, так и поля достижения его абсолютного максимального значения. Установлена зависимость поля наведенной анизотропии от температуры нагрева проволоки. Полученные результаты объясняются на основе представлений о магнитоупругом взаимодействии ядра и приповерхностной области проволоки.
Ключевые слова: аморфные металлические проволоки, АЕ-эффект, наведенная магнитная анизотропия, магнитоупругое взаимодействие.
DOI: 10.7868/S0015323014090058
Аморфные металлические проволоки на основе железа являются удобным модельным объектом для исследования взаимосвязи магнитных и магнитоупругих параметров ферромагнетиков. Из-за неоднородности распределения внутренних закалочных напряжений в аморфной металлической проволоке реализуется доменная структура двух типов. В ядре проволоки намагниченность ориентирована вдоль оси проволоки. Если константа магнитострикции проволоки > 0, то намагниченность в ее приповерхностной области ориентирована радиально к оси образца. На процессы перестройки доменной структуры под действием магнитного поля оказывает влияние ряд факторов, связанных с неоднородным характером распределения намагниченности" [1—3]. Среди этих факторов следует отметить следующие:
1. Размеры ядра и приповерхностной области проволок [4].
2. Магнитоупругое взаимодействие ядра и приповерхностной области проволоки [5].
3. Однородность аксиальной анизотропии в ядре проволоки [6].
Можно утверждать, что перечисленные факторы будут оказывать определяющее влияние на ход полевых зависимостей АЕ-эффекта в аморфных металлических проволоках на основе железа. Предварительная термомагнитная обработка сти-
мулирует протекание в проволоках процессов структурной релаксации, приводит к уменьшению уровня внутренних закалочных напряжений и меняет степень влияния указанных факторов на ход полевых зависимостей АЕ-эффекта.
Изменение температуры нагрева проволоки в процессе измерений АЕ-эффекта влияет на величину намагниченности насыщения, константы магнитострикции, поля наведенной предварительной обработкой анизотропии, и, как следствие, на механизмы процесса перестройки доменной структуры проволоки и ход полевых зависимостей АЕ-эффекта. Увеличение температуры нагрева должно приводить к изменению отношения объема ядра к объему приповерхностной области проволоки, ослаблению магнитоупругой связи и уменьшению однородности анизотропии в ядре. В связи с этим представляется актуальным установление наиболее общих закономерностей поведения АЕ-эффекта от магнитного поля при изменении температуры нагрева проволок.
Объектом исследований в нашей работе являлись аморфные металлические проволоки состава Ре758110Б15 длиной 5 х 10-2 м и диаметром (1.65— 1.7) х 10-4 м, полученные вытягиванием из расплава. Проволоки проходили термомагнитную обработку в вакууме 10-3 мм рт. ст. в интервале температур Тобр = 370—470°С в течение 20 мин в
двд
0.3
(а)
0.1
Л£/£о
0.3
0.1
0 0.1
(в)
1500 Н, А/м
ЛВД
0.3
1500 Н, А/м
0.1
0 0.1
1500 Н, А/м
Рис. 1. Полевые зависимости АЕ-эффекта аморфных проволок состава Ре7581юВ15, прошедших термомагнитную обработку при Тобр = 370°С (а), 390°С (б), 420°С (в), 450°С (г). Нагрев образца до температуры Т: ■ - 30°С; Ж - 90°С; ♦ - 150°С; □ - 210°С; Л - 240°С.
магнитном поле 7 х 104 А/м. Магнитное поле в процессе обработки ориентировалось перпендикулярно оси проволоки. Выбор интервала температур обработки обусловлен тем, что именно в таком интервале температур в аморфных проволоках на основе железа наиболее интенсивно протекают процессы структурной релаксации, что приводит к снятию внутренних закалочных напряжений. При этом процессы кристаллизации еще не начались [7]. Величины магнитного поля при обработке, как правило, заведомо достаточны для наведения анизотропии в аморфных металлических сплавах на основе железа [8]. Измерение полевых зависимостей ЛЕ-эффекта проводилось методом резонанса - антирезонанса [8]. Величина ЛЕ-эффекта рассчитывалась из соотношения ЛЕ/Е0 = (ЕН - Е0)/Е0, где Е0 и ЕН - модули упругости проволок в отсутствие магнитного поля и в магнитном поле Н, соответственно. В процессе измерений полевых зависимостей ЛЕ-эффекта осуществляли однократное циклическое изменение температуры в интервале от Т = 30°С до Т = 330°С с шагом 30°С. Относи-
тельная погрешность измерения температуры 23%. Скорость изменения температуры в процессе нагрева составляла 5°С/мин. Относительная погрешность измерения величины ЛЕ-эффекта проволок методом резонанса-антирезонанса составляла не более 3%. Для интерпретации результатов по влиянию температуры нагрева на полевые зависимости ЛЕ-эффекта использовали результаты температурных измерений динамических магнитных параметров исследованных проволок индукционным методом [9]. Частота перемагничивающего поля составляла 1 кГц. Относительная погрешность измерений магнитной индукции составляет 4-5%, внешнего магнитного поля 1-2%. На рис. 1 показано влияние температуры нагрева Т на полевые зависимости ЛЕ-эффекта проволок, прошедших термомагнитную обработку при различных Тобр.
Как видно из приведенных зависимостей, при всех Тобр в проволоках наблюдается отрицательный ЛЕ-эффект - уменьшение модуля упругости ЕН в магнитном поле. В большинстве случаев с ростом Т в интервале от 30 до 90°С абсолютное
Нт
700
шах> А/м
400 -
100
360
420
1 обр
480
, °С
Рис. 2. Зависимости Ншях(7обр). Нагрев образца до
температуры Т: □ — 30°С,
120°С, О - 210°С.
ДВД
0.3 г
0.1
(а)
1500 Н, А/м
-0.1
ДЕ/Е, 0.3
(б)
значение отрицательного АЕ-эффекта возрастает. При дальнейшем увеличении температуры нагрева эта величина уменьшается.
Следует отметить, что изменение Тобр не оказывает заметного влияния на максимальное абсолютное значение отрицательного АЕ-эффекта, но изменяет величину магнитного поля Ншах, при котором она достигается (рис. 2). Так рост Тобр от 370 до 430°С ведет к уменьшению Ншах. Такое уменьшение проявляется во всем температурном интервале последующего нагрева проволок. Также стоит отметить, что поля достижения максимальных абсолютных значений отрицательного АЕ-эффекта при комнатных температурах довольно высоки (Ншах ~ 440-650 А/м). Это может свидетельствовать о высоком уровне внутренних напряжений в исследованных проволоках.
При охлаждении проволок от 330 до 30°С в них также наблюдается отрицательный АЕ-эффект (рис. 3). Максимальное абсолютное значение АЕ-эффекта при охлаждении уменьшается по сравнению с аналогичным значением при нагреве проволок. При этом Ншах возрастает. Вместе с тем говорить о качественных изменениях в полевых зависимостях АЕ-эффекта после проведения цикла "нагрев-охлаждение" не представляется возможным. Наибольшие изменения Ншах в процессе охлаждения наблюдаются у проволок, обработанных при Тобр = 370-390°С, а минимальные — у проволок, обработанных при Тобр = 450—470°С.
Наличие отрицательного АЕ-эффекта свидетельствует о том, что в интервале относительно слабых магнитных полей в приповерхностной области проволок протекают процессы поворота намагниченности. В связи с этим можно говорить о существовании в проволоках наведенной анизотропии, перпендикулярной их длине. Вместе с
0.1
0 0.1
1500 Н, А/м
Рис. 3. Полевые зависимости АЕ-эффекта аморфных проволок состава Ре7581юВ15, прошедших термомагнитную обработку при Тобр = 390°С (а), 450°С (б). Охлаждение образца до температуры Т: О — 300°С; Л - 240°С; □ - 210°С; ♦ - 150°С; Ж - 90°С; ■ - 30°С.
тем, характер наведенной анизотропии в проволоках может существенно отличаться от характера наведенной анизотропии в аморфных металлических лентах, прошедших термомагнитную обработку [10].
На рис. 4 приведены зависимости поля Ншах от температуры нагрева проволок, прошедших термомагнитную обработку при различных Тобр. Наиболее заметные изменения Ншах наблюдаются в области относительно низких температур нагрева (Т < 180°С). В первом приближении зависимость Ншах(Т) может быть описана следующим функциональным выражением:
Нт„ — АТ
-в
(1)
где А и в (в ~ 0.4-0.7) - параметры, зависящие от Т0бр. Будем считать, что Ншах определяется полем блох-неелевского перехода структуры доменных границ Нб-н в приповерхностной области прово-
0
800
max> А/м
400
170
340 T, °C
Рис. 4. Зависимости Нтах от температуры нагрева проволок состава Бе7581юВ15, прошедших термомагнитную обработку при различных температурах Тобр: О - 370°С; О - 390°С; Л - 420°С; □ - 470°С.
лок, которое пропорционально полю наведенной анизотропии Нк [11]:
Нб -н = НК (у н,180 У н,18оУ(У н,180 + У б,180)" (2)
Здесь ун180 и убд80 - поверхностные плотности энергии 180° блоховских и неелевских доменных границ. Следовательно, НК также должно уменьшаться с ростом Т согласно соотношению (1).
Обсудим возможные причины уменьшения НК. Существует несколько возможных механизмов наведения анизотропии в аморфных металлических проволоках. Из этих механизмов следует отметить наведение анизотропии, обусловленной неоднородностью рельефа поверхности проволок [12], стабилизацией их доменной структуры в процессе нагрева, а также возникновением окисленного припов
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.