^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
УДК 537.624:539.213.2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕНТ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
И ИХ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
© 2011 г. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, И. О. Павлова
Уральский государственный университет им. А.М. Горького, 620000 Екатеринбург, просп. Ленина, 51
Поступила в редакцию 24.03.2011 г.
На примере лент аморфных быстрозакаленных сплавов Fe8iBi3Si4C2, и Fe77NiiSi9Bi3 исследовали влияние взаимодействия с водой поверхности лент аморфных магнитомягких сплавов на распределение намагниченности и магнитные свойства. Исследования показали, что взаимодействие с водой поверхности лент аморфных кремнийсодержащих магнитомягких сплавов на основе железа приводит к снижению максимальной магнитной проницаемости. Уменьшение p.max обусловлено перераспределением намагниченности в плоскости ленты: повышением объема доменов с планар-ной намагниченностью ориентированной поперек ее оси. Это связано с образованием в этом направлении в результате локально-направленного упорядочения повышенной концентрации внедренных в поверхность ленты атомов, индуцирующих псевдоодноосное растяжение, которое способствует переориентации намагниченности. Степень изменения магнитных свойств зависит от температуры воды.
Ключевые слова: аморфные сплавы, намагниченность, магнитная проницаемость, наводорожива-ние, оксидирование, термическая обработка, ультразвук.
Результаты исследования влияния термической обработки на воздухе на магнитные свойства лент аморфных магнитомягких сплавов на основе железа позволили предложить физическую модель, позволяющую понять изменение комплекса магнитных свойств в результате термообработки [1, 2]. Одной из важных причин, влияющих на формирование магнитных свойств, является формирование плоских растягивающих напряжений в аморфной матрице в результате наводороживания и оксидирования поверхности ленты при ее взаимодействии с водяными парами. Такие напряжения способствуют дополнительному снижению объема доменов с ортогональной намагниченностью и ослаблению стабилизации границ доменов с планарной намагниченностью доменами, намагниченность которых ориентирована перпендикулярно плоскости ленты. Оксидирование и наводороживание происходит анизотропно [3, 4]: поскольку это энергетически выгодно [5], в направлении, перпендикулярном результирующей намагниченности, образуется повышенная концентрация внедренных в поверхность атомов, что способствует формированию псевдоодноосного растяжения в этом направлении.
Изменение условий проведения эксперимента является одним из наиболее важных факторов подтверждения достоверности предложенной модели. С этой целью на предыдущем этапе исследований осуществляли электролитическое оксидирование и наводороживание поверхности лент аморфных маг-
нитомягких сплавов на основе железа при комнатной температуре [3, 4]. Результаты исследований показали, что после наводороживания объем доменов с ортогональной намагниченностью существенно не изменяется, в то время как после оксидирования наблюдается снижение объема доменов с ортогональной намагниченностью. Это обусловлено сравнительно большим эффективным диаметром атомов кислорода, которые при внедрении в поверхностный слой ленты индуцируют более высокие по своему уровню псевдоодноосные плоские растягивающие напряжения. Наблюдаемое снижение объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной вдоль продольной оси ленты, обусловлено возникновением псевдоодноосного растяжения в плоскости ленты в поперечном направлении из-за образования в этом направлении повышенной концентрации атомов водорода, поскольку при этих условиях результирующая намагниченность ориентирована в плоскости ленты вдоль ее оси. Увеличение объема, перемагничиваемого смещением 90-градусных доменных границ, приводит к снижению максимальной магнитной проницаемости и повышению удельных магнитных потерь. Насыщение поверхности ленты кислородом аналогичным образом влияет на распределение намагниченности в плоскости ленты. В работах [6—8] приведены некоторые результаты по влиянию воды на распределение намагниченности и вид поверхностной доменной структуры в лентах аморфных магнитомягких
483
3*
К
го
1.2
е §
«
1.0
в а
0.8
0.6
К
го
К
го
1.2
1.0
^ 0.8
д
о и
-1С 0.6
Л
2.0 г
1.5
1.0
0.5
(а)
(б)
(в)
10
20
30 40 t, мин
50 60
К
т
е а)
в
а
К
СО
со
а в
1.2
1.0
0.8
0.6
1.2
1.0
0.8
0.6
2.0
К) 1.5
1.0
0.5
(г)
(д)
(е)
_1_
_1_
10 20 30 40
t, мин
50 60
Рис. 1. Влияние длительности воздействия воды на максимальную магнитную проницаемость и распределение намагниченности в образцах сплава Ре81В1з814С2 в закаленном состоянии:
а—в — воздействие обычной воды; г—е — воздействие активированной воды: после предварительной обработки ультразвуком.
0
0
сплавов. Отмечается, что взаимодействие поверхности ленты с водой приводит к перераспределению намагниченности и изменению вида поверхностной доменной структуры. Тем не менее, представленные результаты не носят характер комплексного систематического исследования. Поэтому в настоящей работе с целью дальнейшей проверки достоверности предложенной модели представлены результаты систематического исследования влияния на магнитные свойства и распределение намагниченности взаимодействия с водой поверхности лент аморфных магнитомягких сплавов на основе железа.
Исследования проводили на примере лент аморфных быстрозакаленных сплавов Бе81В13814С2 (7421), и БеууМ^В^ (2НСР). Исследуемые образцы имели форму полос размерами 140 х 10 х 0.025 мм, вырезанных из промышленной ленты производства Ашинского металлургического завода. Измерение кривых намагничивания, петель гистерезиса в стати-
ческом режиме перемагничивания проводили ин-дукционно-импульсным методом. Погрешность измерения значений магнитного поля и индукции не превышала 2%. Распределение намагниченности в ленте определяли с помощью разработанной методики по измерениям зависимости остаточной индукции от максимальной с использованием корреляционной зависимости между объемом доменов с ортогональной намагниченностью и максимальными значениями остаточной индукции с погрешностью не превышающей 5% [8].
На рис. 1, 2 и в табл. 1—5 представлены результаты по влиянию длительности воздействия воды на распределение намагниченности и максимальную магнитную проницаемость лент исследуемых сплавов. Из рис. 1а—в и табл. 1 и 2 видно, что выдержка в воде в течение часа образцов ленты аморфного сплава Бе81В13814С2 в закаленном состоянии практически не влияет на максимальную магнитную проницаемость и не приводит к заметному изменению рас-
1.0
8 0.8
X ей
^ 0.6 §
е а
0.4
0.2
(а)
10 20
30 40 /, мин
50 60
е а
а
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
0
(б)
10 20 30 40 50 60
мин
Рис. 2. Влияние длительности воздействия воды на максимальную магнитную проницаемость образцов сплава Ре77М1819В1з в закаленном состоянии:
а — воздействие обычной воды; б — воздействие активированной воды; I — исходное состояние, II — после воздействия воды.
0
пределения намагниченности. Тем не менее, как это видно из таблиц, обнаруживается тенденция к перераспределению намагниченности в плоскости ленты в сторону увеличения объема доменов с планар-ной намагниченностью, ориентированной поперек ее оси. С целью проверки этого факта образцы выдерживали в воде, предварительно подвергнутой воздействию ультразвука частотой 44 кГц. По нашим оценкам, мощность диспергатора была достаточной для частичной ионизации воды. Из табл. 1 и 2 следует, что взаимодействие поверхности ленты с водой, активированной с помощью ультразвука, приводит к некоторому снижению максимальной магнитной проницаемости. Это обусловлено перераспределением намагниченности в плоскости ленты: увеличением относительного объема доменов с планарной намагниченностью, ориентированной поперек ее оси (Г90) за счет соответствующего уменьшения относительного объема доменов с намагниченностью, ориентированной вдоль оси ленты (К180). Такое изменение распределения намагниченности при взаимодействии поверхности ленты с водой находит объяснение в рамках предложенной модели: анизо-
тропного оксидирования и наводороживания ее поверхности. Поскольку при комнатной температуре результирующая намагниченность ориентирована вдоль оси ленты, повышенная концентрация внедренных в поверхностный слой атомов образуется поперек ее оси. Это проводит к псевдоодноосному растяжению аморфной матрицы в указанном направлении. Так как исследуемые материалы обладают положительной магнитострикцией насыщения, плоское псевдоодноосное растяжение ленты попрек ее оси способствует увеличению относительного объема доменов с ориентацией намагниченности в этом направлении. Из рис. 1. видно, что степень изменения свойств в результате взаимодействия поверхности ленты с водой достигает максимума при 15 мин и практически не изменяется вплоть до 1 ч.
Аналогичные результаты получены и для образцов сплава Бе^М^^В^. Из рис. 2 следует, что для достижения наибольшего эффекта воздействия воды на максимальную магнитную проницаемость и в этом случае достаточно 15 мин. Обращает на себя внимание тот факт, что для образцов этого сплава воздействие воды без предварительной обработки
Таблица 1. Влияние выдержки в воде при 20°С на максимальную магнитную проницаемость и распределение намагниченности в образцах сплава Ре81В1зБ14С2
Характеристика Исходное состояние Длительность воздействия воды
15 мин 45 мин
Закаленное (ЗК) Вода Актив. вода Вода Актив. вода
Нтах 4500 4500 4300 4500 4200
V % 40 40 40 40 39
% 60 60 60 60 61
^90, % 23 24 26 24 28
^80,% 37 36 34 36 33
Таблица 2. Относительное изменение максимальной магнитной проницаемости и распределения намагниченности в образцах сплава Ре81Б13814С2 после выдержки в воде при 20°С
Характеристика
Длительность воздействия воды
15 мин
45 мин
Относительное изменение, %
Вода Актив. Вода Актив.
вода вода
Мшах 0 -5 0 -6
V % ' орт> /и 0 0 0 0
Vпя, % 0 0 0 +2
^90, % +4 +14 +3 +23
^80, % -2 -9 -2 -10
ультразвуком уже явно выражено. Качественно оно такое же, как и в случа
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.