научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВБЛИЗИ ТОЧКИ КЮРИ НА ЭФФЕКТЫ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВБЛИЗИ ТОЧКИ КЮРИ НА ЭФФЕКТЫ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2008, том 106, № 4, с. 367-370

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ _

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 669.15.537.636:537.623

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВБЛИЗИ ТОЧКИ КЮРИ НА ЭФФЕКТЫ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ

© 2008 г. В. В. Губернаторов, Т. С. Сычева, И. И. Косицына, Л. Р. Владимиров

Институт физики металлов УрО РАН, 620041 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Поступила в редакцию 17.09.2007 г.; в окончательном варианте - 16.01.2008 г.

Обнаружено, что циклическая термомагнитная обработка в районе точки Кюри улучшает магнитные свойства магнитомягких сплавов, в частности, снижает коэрцитивную силу в сплаве Fe-70 вес. % Ni на 15% по сравнению с обычной термомагнитной обработкой.

PACS: 75.60.Nt, 81.40.Rs

ВВЕДЕНИЕ

Одним из путей улучшения магнитных свойств ферромагнетиков является термическая обработка, проводимая при температуре ниже точки Кюри (Гс) в присутствии внешнего магнитного поля, (ТМО). Наибольший эффект от ТМО - снижение коэрцитивной силы Нс и удельных потерь, повышение максимальной магнитной проницаемости и остаточной индукции в направлении действия магнитного поля - наблюдается в магнитомягких сплавах на Бе-№ основе (пермаллоях) [1].

Нами установлено [2, 3], что существенный вклад в формирование магнитных свойств магнитомягких сплавов при ТМО вносит предшествующее ей статическое деформационное старение1. В работах [2, 3] дефекты в сплаве Бе - 3 вес. % создавали охлаждением с различными скоростями после высокотемпературного отжига (1000°С, 1 ч). Оказалось, что положительные эффекты ТМО максимальны при охлаждении со скоростью 60-100 °С/мин (ускоренное охлаждение), а при 0.5-1 и 1000 °С/мин (медленное и быстрое охлаждение) - они практически отсутствуют. Это

1 Деформационное старение - взаимодействие атомов рас-

творенных элементов со "свежими" (незакрепленными и подвижными) дефектами кристаллического строения, введенными в сплав каким-либо способом. При этом взаимодействии расположение атомов растворенных элементов в объеме сплава изменяется с аномально высокой скоростью. При деформационном старении возможны четыре стадии (в порядке очередности): упорядочение, образование атмосфер и сегрегаций, выделение. Если старение происходит при выдержке после введения дефектов - то это статическое старение, а если в процессе образования дефектов - то динамическое [4].

означает, что перед ТМО в сплав следует вносить дефекты в оптимальном количестве, которое обеспечивает при определенном режиме (температуре и выдержке) статического деформационного старения образование нанокластеров с повышенным (по сравнению с матрицей) содержанием атомов растворенных элементов и сверхструктурой (т.е. осуществляется только первая стадия деформационного старения - упорядочение) . При последующей ТМО за счет магнитоупругого взаимодействия границ магнитных доменов с определенного рода неоднородностями (нанокласте-рами со сверхструктурой В2 в железокремнистых сплавах и Ь12 в пермаллоях, "свежими" дефектами и некоторыми примесными атомами) происходит их перераспределение, приводящее к повышению уровня магнитных свойств. Отметим, что статическое деформационное старение можно совместить с ТМО, если "свежие" дефекты вводить в сплав перед ТМО. В связи с этим актуальным становится поиск способов создания в сплавах "свежих" дефектов. При этом следует иметь в виду, что при соответствующих условиях из-за высокой скорости диффузии атомов возможно динамическое деформационное старение.

2 Наличие в железокремнистых сплавах обогащенных кремнием областей со сверхструктурой В2 размером 3-4 нм (нанокластеров) впервые было замечено в [5]. В работах [6, 7] высказано предположение, что нанокластеры при ТМО приобретают анизотропную форму (они становятся вытянутыми вдоль направления внешнего воздействия) и происходит их перераспределение. В [8] экспериментально выявлена анизотропия нанокластеров со сверхструктурой В2 в монокристаллах Бе - 3 вес. % й с наведенной магнитной анизотропией (10 А вдоль и 8 А поперек направления внешнего магнитного поля).

Влияние различных видов термической обработки на ве-

личину Нс

Обработка Нс, А/м

ВТО 17.84

ВТО + ТМО 8.40*

ВТО + ЦТМО 7.12*

* Среднее значение по трем образцам.

3

Результаты работ [9, 10] позволяют считать, что одним из способов создания дефектов в сплавах является циклическая термообработка в районе точки Кюри (ЦТО) - пульсирующий нагрев до Тс ± п°С.

Цель данной работы - выяснить влияние циклической термомагнитной обработки в районе точки Кюри (ЦТМО) на магнитные свойства маг-нитомягких сплавов, в частности на коэрцитивную силу, которая зависит от степени совершенства материала.

МАТЕРИАЛ, ОБРАБОТКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено на очень чувствительном к ТМО ГЦК-сплаве Бе-70 вес. % N1 (Тс = = 612°С, в интервале температур 20-1050°С фазовые превращения 1-го рода отсутствуют).

Из прокатанной на 96.5% ленты толщиной 0.07 мм были изготовлены образцы 5 х 100 мм, которые отжигали в вакууме при 1000°С в течение 1 ч, затем охлаждали со скоростью 60 °С/мин. В результате такого высокотемпературного отжига (ВТО) образцы имели острую кубическую кристаллографическую текстуру |100}(001>, размер зерен 0.2 мм и содержали (согласно [2]) оптимальное количество "свежих" дефектов. Для последующих обработок было отобрано шесть образцов, имеющих одинаковую Нс = 17.84 А/м.

Далее одну половину образцов подвергали ЦТМО - нагреву 600 -—► 630°С, другую для контроля - ТМО при 600°С. Режим ЦТМО: нагрев от

3 В [9] показано, что при ЦТО (5 циклов нагрева 750 -*-

-790°С) армко-железа (Тс = 770°С) феррит наклепыва-

ется под действием термострикционных напряжений, возникающих из-за изменения удельного объема при превращении 2-го рода, и субструктура в нем измельчается. В [10] выявлена корреляция между Нс и изменением микроструктуры при ЦТО (до 500 циклов нагрева 290 -*-350°С) в спеченных постоянных анизотропных магнитах из сплава Ре76№!6В8 (Тс = 316°С). При этом отмечается, что, во-первых, изменение микротвердости основной фазы Рем№2В (более 90% по весу) связано с возникновением упругих напряжений в кристаллитах (зернах) вследствие увеличения количества дефектов. Во-вторых, появление и растворение включений свидетельствует об аномально высокой скорости диффузии атомов, обусловленной повышенной плотностью дефектов.

комнатной температуры до 600°С со скоростью 10 °С/мин, выдержка 5 мин; повышение температуры до 630°С со скоростью 10 °С/мин, выдержка 5 мин; понижение температуры до 600°С со скоростью 10 °С/мин, выдержка 5 мин; подъем температуры и так 5 циклов; охлаждение до комнатной температуры со скоростью 5 °С/мин. Режим ТМО: нагрев от комнатной температуры до 600°С со скоростью 10 °С/мин, выдержка 25 мин (равная суммарной выдержке образцов при 600°С при ЦТМО); охлаждение до комнатной температуры со скоростью 5 °С/мин. Количество циклов при ЦТМО было таким же, как в работе [9], выдержка при температуре ниже Тс была близка к оптимальной, в соответствии с данными работы [11]. ЦТМО и ТМО осуществляли в вакууме в присутствии внешнего переменного магнитного поля с частотой 50 Гц и амплитудой (напряженностью Н~) 10 кА/м.

Эффективность обработок оценивали по коэрцитивной силе, которая определялась по кривым намагничивания образцов, снятых с помощью прибора на основе фотогальванометрического компенсационного микровеберметра Ф-190. Электронно-микроскопическое исследование структуры сплава выполняли на микроскопе ШМ-200СХ. Образцы толщиной 0.07 мм механически не утонялись, фольги готовились электролитической полировкой.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения Нс после различных обработок представлены в таблице. Видно, что применение ЦТМО снижает Нс на 15% по сравнению с ТМО. Происходит это, согласно [11], благодаря более глубокой рафинировке сплава по дефектам и примесям, что делает магнитную доменную структуру более совершенной и дестабилизированной. На первый взгляд, этот результат противоречит данным работ [9, 10], в которых обнаружено, что при ЦТМО и ЦТО в исследованных сплавах дефектность и Нс возрастают.

По нашему мнению, повышение или снижение Нс при циклических термообработках зависит от стадий деформационного старения, протекающих в сплаве при заданном режиме обработки. Если реализуются поздние стадии деформационного старения, то Нс растет. Это связано с тем, что образовавшиеся на дефектах атмосферы, сегрегации или включения делают дефекты неподвижными и при ТМО они не перераспределяются. Такая ситуация присуща прежде всего твердым растворам внедрения, так как в них очень высокая скорость диффузии атомов внедрения (например, углерода и азота в армко-железе, бора в фазе Бе14Ш2В). В нашем случае сплав Бе-70% N1 является твердым раствором замещения, у ко-

369

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Структура сплава Бе-70% N1 после ВТО (а), ТМО (б) и ЦТМО (в, г).

торого скорость диффузии атомов замещения не такая высокая, поэтому при ЦТО успевает реализоваться только первая стадия деформационного старения с образованием нанокластеров; при этом часть подвижных дефектов сохраняется. При ТМО в результате взаимодействия нанокластеров, имеющих сверхструктуру Ь12, и подвижных дефектов с границами магнитных доменов происходит их перераспределение и Нс снижается. Более низкие значения Нс при ЦТМО по сравнению с ТМО (см. таблицу), по-видимому, обусловлены неоднократным запуском механизмов создания "свежих" дефектов и перераспределения подвижных неоднородностей.

О том, что при ТМО и ЦТМО имеет место перераспределение неоднородностей, в частности дислокаций, свидетельствуют результаты электронно-микроскопического исследования структуры сплава после различных обработок.

В исходном состоянии (после рекристаллизаци-онного отжига и ускоренного охлаждения) зерна свободны от выделений (рисунок а). Принято считать [12], что в рекристаллизованном металле плотность дислокаций р составляет ~106-108 см-2. В нашем случае, так как сплав охлаждали ускоренно, можно полагать, что зерна имеют р ~ 108 см-2.

При ТМО в структуре появляются плоские скопления

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