WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 10 05;06 Особенности структуры и магнитные свойства аморфных сплавов на основе железа и кобальта в зависимости от условий нанокристаллизации © Н.И. Носкова, В.В. Шулика, А.Г. Лаврентьев, А.П. Потапов, Г.С. Корзунин Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, Россия e-mail: phisica@imp.uran.ru (Поступило в Редакцию 12 января 2005 г.) Изучено влияние структурного состояния аморфных сплавов Fe5Co70Si15B10, Fe60Co20Si5B15, Co81.5Mo9.5Zr9 на их магнитные характеристики при разных условиях нанокристаллизации. Обнаружено влияние постоянного магнитного поля при термомагнитной обработке на процессы структурообразования на начальных стадиях расстекловывания аморфных сплавов. Установлена связь особенностей тонкой структуры исследованных расстекловывающихся аморфных сплавов с величиной поля смещения петли гистерезиса. Развитs физические представления о механизме возникновения смещенных петель гистерезиса в аморфных сплавах.

Введение Для снятия закалочных напряжений образцы отжигали в вакууме при температурах от 300 до 450C. Затем Магнитные свойства магнитомягких материалов за- проводили термомагнитные обработки в продольном висят от их структурного состояния, особенностей магнитном поле различной частоты (постоянном, педоменной структуры, степени стабилизации доменных ременном f = 50 Hz и высокочастотном f = 80 kHz).

границ. Изменяя структуру ферромагнитных материа- Некоторые образцы подвергали комплексной термомаглов, можно управлять их магнитными свойствами. При нитной обработке, которая заключалась в отжиге образисследовании структурного состояния аморфных и на- цов в определенном температурном интервале с однонокристаллических сплавов широко используется метод временным наложением магнитных полей: постоянного электронной микроскопии. Дополнительную информа- и высокочастотного. Часть образцов закаливали в воде цию о структуре сплавов можно получить, используя в переменном магнитном поле от температуры Кюри информативные параметры эффекта Баркгаузена [1,2].

(скорость охлаждения была 5000/min).

В данной работе изучено влияние структурного состо- Структуру аморфных лент исследовали методом прояния аморфных сплавов на основе Fe и Co на магнитные свечивающей электронной микроскопии на микроскопе свойства и параметры эффекта Баркгаузена при раз- JEM-200KX. Для просмотра в электронном микроскопе ных условиях термических и термомагнитных обрабо- из лент сплава были приготовлены методом электроток (ТМО). С этой целью исследовано влияние темпера- литической полировки фольги, в которых самые тонкие туры отжига, скорости охлаждения, частоты магнитного области достигали толщины 200-300 nm.

поля при термообработке на магнитные характеристики.

В качестве информативного параметра эффекта БаркУстановлена связь особенностей структуры аморфных гаузена была выбрана электродвижущая сила потока сплавов (выделение дисперсных фаз) с величиной поля скачков Баркгаузена, усредненная за период перемагсмещения петли гистерезиса H, где H —поле между ничивания. Визуально поток скачков Баркгаузена (СБ) центром петли гистерезиса и началом координат.

наблюдали на экране осциллографа, измеряли на Определен химический состав дисперсных фаз. Разви- полосовых образцах накладным датчиком [3,4]. На тороты физические представления о механизме возникнове- идальных образцах измеряли статические петли гистения смещенных петель гистерезиса в аморфных сплавах.

резиса, начальную магнитную проницаемость µ0 и магнитные потери P0.2/20000. Магнитные потери измеряли при частоте 20 kHz и индукции 0.2 T. Их вычисляли по Экспериментальные результаты площади динамических петель гистерезиса, записанных и их обсуждение строкобоскопическим методом. Начальную магнитную Аморфные ленты получены закалкой расплава на вращающийся медный диск (толщина ленты Таблица 1. Значения Tc и Tcr для аморфных сплавов 20-25 µm, ширина 5 mm). Образцы имели форму по Сплав Tc, C Tcr, C лос и тороидов. Исследование проводили на образцах из аморфных сплавов с различной магнитострикFe5Co70Si15B10 380 цией Fe60Co20Si5B15 (S 30 · 10-6), Fe5Co70Si15B10 Fe60Co20Si5B15 550 Co81.5Mo9.5Zr9 462 (S 0.5 · 10-6) и Co81.5Mo9.5Zr9 с S, близкой к нулю.

62 Н.И. Носкова, В.В. Шулика, А.Г. Лаврентьев, А.П. Потапов, Г.С. Корзунин Таблица 2. Магнитые свойства аморфных сплавов после различных обработок Сплав Обработки µ0 Hc, A/m P0.2/20000, W/kg Br/Bm Fe5Co70Si15B10 Отжиг 4500 1.3 30 0.ТМО в постоянном поле 5200 0.6 37 0.Быстрое охлаждение 45000 0.4 5 0.в переменном поле Fe60Co20Si5B15 Отжиг 1050 2.5 55 0.ТМО в постоянном поле 1200 2.5 60 0.Комплексная ТМО 7500 1.0 7 0.Co81.5Mo9.5Zr9 Отжиг 1200 1.5 35 0.ТМО в постоянном поле 3500 0.8 40 0.Быстрое охлаждение 50000 0.3 5 0.в переменном поле проницаемость определяли при частоте 80 Hz в поле Аналогичные результаты получены для сплавов напряженностью 0.05 A/m. Дополнительно на полосовых Fe60Co20Si5B15 и Co81.5Mo9.5Zr9. Из приведенных эксобразцах измеряли статические петил гистерезиса.

периментальных данных следует, что форма петли гиОсновные характеристики сплавов — температура стерезиса, магнитные потери и проницаемость образцов Кюри Tc и температура кристаллизации Tcr приведены зависят от условий обработки.

в табл. 1. В табл. 2 приведены магнитные свойства В образцах аморфных сплавов на основе Fe и Co сплавов Fe60Co20Si5B15, Fe5Co70Si15B10 и Co81.5Mo9.5Zr9 после отжига без поля наблюдаются петли гистерезиса после термических и термомагнитных обработок при „перминварного“ типа. Перетянутые петли гистерезиразных условиях: µ0 — начальная магнитная проницаеса обусловлены стабилизацией доменной структуры, мость, Hc — коэрцитивная сила, P0.2/20000 — магнитные стремлением границ доменов вернуться в свои первопотери, Br/Bm — коэффициент прямоугольности петли начальные положения, когда перемагничивающее поле гистерезиса.

снижается до нуля. О существовании в образце после На рис. 1 представлены петли гистерезиса сплава отжига без поля стабилизированной доменной струкFe5Co70Si15B10 в разных структурных состояниях: после туры говорят повышенные магнитные потери и низкие отжига без магнитного поля, после ТМО в постоянзначения начальной магнитной проницаемости.

ном магнитном поле и ТМО в поле высокой частоты ( f = 80 kHz). После быстрой закалки на вращающийся диск образец имеет округлую симметричную петлю гистерезиса. После отжига без поля петля гистерезиса имеет перетянутую форму (рис. 1, a). После ТМО в постоянном магнитном поле становится прямоугольной, но появляется смещение петли по оси полей (рис. 1, b). ТМО в магнитном поле, изменяющемся с частотой 80 kHz, приводит к симметричной округлой петле гистерезиса с наименьшей коэрцитивной силой (рис. 1, c). ТМО в поле высокой частоты аналогична ТМО во вращающемся магнитном поле. Заметим, что закалка образца сплава Fe5Co70Si15B10 в воде от температуры Кюри дает такой же результат, что и ТМО в высокочастотном поле.

На рис. 2 показана зависимость поля смещения H от температуры ТМО в постоянном поле для образцов сплава Fe5Co70Si15B10. Время отжига 1 h для всех образцов.

Видно, что ТМО до температур 250C практически не смещает петлю гистерезиса. Обработки в интервале температур 250-350C приводят к небольшому смеРис. 1. Петли гистерезиса аморфного сплава Fe5Co70Si15Bщению петли (порядка 1-2Hc). При более высоких после различных обработок: a — отжиг без магнитного поля;

температурах ТМО смещение петли гистерезиса резко ТМО в постоянном магнитном поле; c — ТМО в поле высокой увеличивается и достигает значений 10-15Hc.

частоты.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Особенности структуры и магнитные свойства аморфных сплавов на основе железа и кобальта... отжига при низкой температуре (280C). Подчеркнем особенность этих фаз — выстраивание дисперсных выделений в цепочки.

На основе выполенных структурных исследований можно заключить, что в аморфном сплаве Fe5Co70Si15B10 в интервале температур ТМО 250-350C небольшое смещение петли гистерезиса связано главным образом с кластерами -Co, ведущими к стабилизации доменной структуры. Смещение петли гистерезиса образцов, отожженных при более высоких температурах, возникает, вероятно, из-за выделения дисперсных фаз с более высокой коэрцитивной силой, направление намагниченности в которых определяется направлением магнитного поля при ТМО.

Структурные исследования сплава Fe60Co20Si5B15 после ТМО в постоянном магнитном поле при температуре 400C показали, что в структуре этого сплава имеются также дисперсные выделения (размером < 5nm) фаз Co2Si и Fe3Si. Направление намагниченности в них определяется направлением магнитного поля при термомагнитной обработке. Отметим, что в результате Рис. 2. Зависимость поля смещения петли гистерезиса от этой обработки в сплаве наблюдаются значительные температуры ТМО в постоянном поле для образцов сплава смещения петли гистерезиса ( H 10-15Hc).

Fe5Co70Si15B10.

При термомагнитной обработке в поле, изменяющемся с частотой 80 kHz, перемагничивание аморфных лент осуществляется процессом вращения намагниченности.

При отжиге образца в таком поле из-за отсутствия выделенного направления индуцированная анизотропия не возникает. Дестабилизация доменной структуры, происходящая при ТМО в высокочастотном поле, приводит к округлым симметричным петлям гистерезиса с низкой коэрцитивной силой, низким магнитным потерям и высоким значениям проницаемости.

Наблюдаемые после термомагнитной обработки в постоянном магнитном поле прямоугольные смещенные по оси полей петли гистерезиса связаны, по-видимому, с наличием в аморфной матрице микрокристаллических высококоэрцитивных выделений, направление намагниченности в которых определяется направлением магнитного поля при ТМО. Проведенные нами структурные исследования подтверждают это предположение.

Структурные исследования аморфного сплава Fe5Co70Si15B10 показали, что после ТМО в постоянном магнитном поле при температуре 280C ( H не превышает 1-2Hc) в матрице аморфного образца возникают дисперсные кластеры -Co. На темнопольном снимке структуры сплава после такой обработки высвечиваются кластеры в виде резких и нерезких точек; на картине микродифракции внутреннее кольцо размыто (рис. 3, a). После ТМО в постоянном магнитном поле при температуре 380C Рис. 3. Электронно-микроскопические снимки структуры H составляет 10-15Hc. В структуре сплава возникают аморфного сплава Fe5Co70Si15B10 и картина микродифракции дисперсные выделения (размером < 5nm) фаз Co2Si после различных ТМО: a — ТМО в постоянном поле при и Fe3Si (рис. 3, b), которые не наблюдались после 280C, b — ТМО в постоянном поле при 380C.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 64 Н.И. Носкова, В.В. Шулика, А.Г. Лаврентьев, А.П. Потапов, Г.С. Корзунин образования на начальных стадиях расстекловывания аморфного сплава при термообработке. По-видимому, постоянное поле вызывает рост кластеров -Co и способствует образованию из них „колоний“ в виде линейных (внутри ленты) или трехмерных образований, которые идут от поверхности ленты.

На рис. 5 представлены осциллограммы огибающих амплитуд потока скачков Баркгаузена для образцов аморфного безметаллоидного сплава Co81.5Mo9.5Zr9 после термообработки при 300Cв течение 2 h (кривая 1) и ТМО в постоянном магнитном поле при температуре 450C в течение 1 h (кривая 2). Сопоставление осциллограмм огибающих амплитуд потока СБ, приведенных на рис. 5, и электронно-микроскопических снимков структуры сплава Co81.5Mo9.5Zr9, представленных на рис. 4, указывает на существование корреляции между структурой сплава и выбранным информативным параметром эффекта Баркгаузена, а именно: распределение СБ по полю по гауссовскому закону соответствует аморфной структуре (рис. 5, кривая 1), возникновение дисперсных выделений в сплаве приводит к появлению на осциллограмме нескольких областей критических полей старта, соответствующих выделениям в аморфной матрице (рис. 5, кривая 2).

После ТМО в постоянном поле на осциллограмме огибающей амплитуд потока СБ виден сдвиг по оси полей, что обусловлено смещением петли гистерезиса.

Рис. 4. Электронно-микроскопические снимки структуры На осциллограмме наблюдается несколько областей криаморфного сплава Co81.5Mo9.5Zr9 и картина микродифракции тических полей старта. Дисперсные фазы -Co, -Co, после различных обработок: a — термообработка 300C, 2 h;

Co2(Mo,Zr) в структуре этого сплава, направление наb — ТМО в постоянном поле 450C, 1 h.

магниченности в которых определяется направлением постоянного магнитного поля при ТМО, приводят к увеличению амплитуды потока СБ с одновременным На рис. 4 представлены электронно-микроскопические сужением областей критических полей старта.

снимки структуры аморфного сплава Co81.5Mo9.5Zr9 после термообработки при 300C в течение 2 h (рис. 4, a) и ТМО в постоянном магнитном поле при температуре 450Cв течение 1 h (рис. 4, b).

Электронно-микроскопические исследования показали, что отжиг при 300C в течение 2 h оставляет матрицу в аморфном состоянии. Однако в картине микродифракции сплава обнаруживается помимо первого и второго диффузных гало одиночные и кольцевые дифракции, последние состоят из мелких рефлексов.

В картине структуры сплава, полученной в режиме темного поля, обнаруживаются кристаллические фазы, расшифровка которых по величине межплоскостных расстояний показала, что их можно отнести к выделениям -Co и -Co фаз размером менее 2 nm.

После отжига в постоянном магнитном поле при температуре 450C в структуре сплава присутствуют дисперсные фазы -Co, -Co, Co2 (Mo,Zr), но структура Рис. 5. Осциллограммы огибающих амплитуд потока скачсплава после такой обработки в большинстве своем ков Баркгаузена для сплава Co81.5Mo9.5Zr9 после различных остается аморфной. Следует особо отметить влияние обработок: 1 — термообработка 300C, 2 h; 2 — ТМО в постоянного магнитного поля на процессы структуро- постоянном поле 450C, 1 h.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Особенности структуры и магнитные свойства аморфных сплавов на основе железа и кобальта... Заключение Обнаружено влияние постоянного магнитного поля при термомагнитной обработке на процессы структурообразования на начальных стадиях расстекловывания аморфных сплавов. Установлена связь особенностей тонкой структуры исследованных расстекловывающихся аморфных сплавов с величиной поля смещения петли гистерезиса. Показано, что параметры эффекта Баркгаузена коррелируют с особенностями тонкой структуры расстекловывающихся аморфных сплавов.

Показано, что перемагничивание образцов, прошедших термомагнитную обработку в постоянном магнитном поле, осуществляется комплексом скачков Баркгаузена с близкими полями старта, что приводит к росту магнитных потерь.

Рекомендованы методы, предотвращающие смещение петли гистерезиса и значительно улучшающие магнитные свойства аморфных магнитомягких материалов:

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.