CC BY
31
УДК 539.3
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1453-1455
ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ, ВЫЗВАННОЕ ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
© А.В. Яковлев, Т.Н. Плужникова, Д.Ю. Федотов, А.Д. Березнер, Франсишку Домингуш Антониу
Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация,
e-mail: [email protected]
В работе исследовано влияние различных внешних воздействий на магнитные характеристики аморфных металлических сплавов. Установлено, что существенное влияние на магнитные характеристики оказывает изохронный отжиг, который приводит к снижению намагниченности насыщения. Отмечено, что резкое снижение коэрцитивной силы происходит при температуре вблизи 100 °С. Показано, что изменение магнитных характеристик после электроимпульсного воздействия имеет более сложный характер.
Ключевые слова: металлическое стекло; намагниченность насыщения; коэрцитивная сила; релаксация; отжиг; электроимпульсная обработка; нагружение.
Физика аморфных металлических сплавов или металлических стекол в последние два десятилетия является одной из самых быстроразвивающихся областей физики конденсированного состояния. Большой интерес, который привлекают к себе аморфные металлические сплавы, обусловлен как фундаментальными, так и прикладными аспектами. Так, несмотря на значительное количество научных публикаций, до настоящего времени отсутствуют единые представления о структуре аморфных металлических сплавов. Многочисленные модели [1] аморфного состояния твердого тела, как правило, не могут адекватно описать его физические свойства Особенностью аморфных твердых тел, и в частности, аморфных металлических сплавов, является отсутствие у них дефектов, присущих кристаллическим твердым телам, что во многом обусловливает высокие магнитные свойства аморфных металлических сплавов. Варьирование химического состава МС позволяет получать многообразие их магнитных характеристик.
Несмотря на интенсивные исследования физико-механических свойств аморфных сплавов, в последние десятилетия основные вопросы остаются предметом острых дискуссий, в частности: способы получения сплавов с заранее заданными свойствами [2], связь физико-механических свойств со структурным состоянием, стабильности магнитных свойств, контроля изменений их физических и механических характеристик, а также способы улучшения физико-механических свойств.
В работе проведены исследования магнитных характеристик аморфных металлических сплавов на основе Со системы Co-Fe-Ni-Si-Mn-B-Cr, полученных методом спиннингования. Размеры образцов для исследований 3,5x10x0,02 мм. В первой серии образцы подвергались 10-минутному отжигу при температурах 50, 100, 150, 200 °С [3]. Во второй серии экспериментов образцы предварительно подвергались электроимпульсному воздействию, а также комбинированному
действию импульсного тока и нагружения [4]. Для этих образцов определялись: намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, температура Кюри, температура кристаллизации как после воздействий, так и в исходном состоянии. После указанных воздействий исследовали магнитные характеристики на вибрационном магнитометре фирмы LakeShore.
Все исследованные сплавы в исходном состоянии являются магнитомягкими с узкой петлей гистерезиса.
В первой серии экспериментов для отожженных образцов были получены зависимости коэрцитивной силы и намагниченности насыщения от температуры отжига (рис. 1). Видно, что зависимость коэрцитивной силы от времени отжига представляет собой немонотонную кривую, содержащую как локальные максимумы, так и локальные минимумы. На протяжении всего диапазона температур коэрцитивная сила образцов изменяется в пределах 35 %. Намагниченность насыщения же монотонно убывает со снижением на 20 %, что предположительно связано с устранением структурной релаксацией локальных напряжений при повышении температуры отжига. В диапазоне температур около 100 °С наблюдается резкое снижение коэрцитивной силы сплава.
Во второй серии экспериментов для этих сплавов после импульсной обработки были сняты петли гистерезиса. Результаты приведены в табл. 1. Из полученных результатов видно, что без нагружения увеличение количества импульсов от 1 до 50 приводит к росту намагниченности насыщения на 30 %, а обработка при 100 импульсах уменьшает намагниченность насыщения всего на 20 %. В ходе экспериментов было установлено, что без нагружения увеличение количества импульсов приводит к монотонному снижению коэрцитивной силы вплоть до 50 % при 100 импульсах. Комбинированное действие импульсного тока и на-гружения влияет на изменение коэрцитивной силы незначительно, образуя локальный максимум при
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
а) б)
Рис. 1. Зависимости: а) коэрцитивной силы от температуры отжига; б) намагниченности насыщения от температуры
Таблица 1
Намагниченности насыщения и коэрцитивные силы образцов после электроимпульсной обработки
Номер образца Нс, Э M/m, ед. СГС/г
Специфика обработки Коэрцитивное Магнитное
поле насыщение
1 Исходное состояние 0,46 81,6
2 10 импульсов (100 В) без нагружения 0,42 70,1
3 50 импульсов (100 В) без нагружения 0,35 73,1
4 100 импульсов (100 В) без нагружения 0,33 63
5 10 импульсов (100 В) с нагружением, остановка после пропускания 0,34 63,7
импульсов
6 21 импульс (100 В) с нагружением, разорвался после 21 импульса 0,43 65,3
7 30 импульсов (100 В) с нагружением, не разорвался 0,44 65,7
8 35 импульсов (100 В) с нагружением, не разорвался 0,42 66,7
9 1 импульс (100 В) без нагружения 0,41 68,4
10 1 импульс (100 В) с нагружением до 1000 МПа 0,38 71,7
30-импульсной обработке с увеличением коэрцитивной силы на 5 %. Увеличение механического напряжения образца до 1000 МПа вызывает снижение коэрцитивной силы на 10 %. Это может быть связано с устранением анизотропии, связанной со спонтанными структурными дефектами, такими как: пары атомов с измененной валентностью, микрообласти с пониженной и повышенной плотностью упаковки атомов, поры, межкластерные границы, трещины и т. д.
Таким образом, изохронный отжиг приводит к существенному изменению магнитных характеристик аморфных сплавов на основе кобальта. Следует отметить, что на основании полученных результатов можно говорить о возможности управления магнитными свойствами аморфного материала с помощью изохронного отжига, что является важным заключением для отраслей промышленности, в которых применяются металлические стекла. Электроимпульсная обработка металлических стекол без нагружения, а также комбинированное действие импульсного тока и нагружения также приводит к изменению магнитных свойств последних, но характер изменения более сложный, что может быть связано со спецификой воздействия. При обработке такого типа может возникнуть разрыв ленты, но при
измерениях влияние этого разрыва практически не отразилось. Нагружение образцов при указанных обработках приводит к снижению коэрцитивной силы, что связано с уменьшением дефектов структуры материала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. 416 с.
2. Глезер А.М., Молотилов Б.В. Структура и механические свойства аморфных сплавов. М.: Металлургия, 1992. 208 с.
3. Федоров В.А., Яковлев А.В., Капустин А.Н. Влияние отжига на кинетику процессов охрупчивания аморфных сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 8 (638). С. 3941.
4. Федоров В.А., Яковлев А.В. Проявление электропластического эффекта в металлических стеклах // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 3 (25). С. 99-105.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 15-41-03166).
2. Авторы благодарны профессору Н.С. Перову за помощь в определении магнитных характеристик.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 539.3
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1453-1455
THE MAGNETIC PROPERTIES OF AMORPHOUS METAL ALLOYS DUE TO EXTERNAL EFFECTS
© A.V. Yakovlev, T.N. Pluzhnikova, D.Y. Fedotov, A.D. Berezner, Francisco Domingush Antonio
Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, e-mail: [email protected]
The influence of various external influences on the magnetic characteristics of the amorphous metal alloys is considered. It has been established that a significant influence on the magnetic characteristics having isochronous annealing, which reduces the saturation magnetization. It is noted that the sharp decrease of the coercive force occurs at a temperature near 100 °C. It is shown that the change of electro-magnetic characteristics after exposure is more complicated.
Key words: metallic glass; saturation magnetization; coercive force; relaxation; annealing; electric pulse processing; loading.
REFERENCES
1. Glezer A.M., Permyakova I.E., Gromov V.E., Kovalenko V.V. Mekhanicheskoe povedenie amorfnykh splavov. Novokuznetsk, Siberian State Industrial University Publ., 2006. 416 p.
2. Glezer A.M., Molotilov B.V. Struktura i mekhanicheskie svoystva amorfnykh splavov. Moscow, Metallurgiya Publ., 1992. 208 p.
3. Fedorov V.A., Yakovlev A.V., Kapustin A.N. Vliyanie otzhiga na kinetiku protsessov okhrupchivaniya amorfnykh splavov. Me-tallovedenie. Termicheskaya obrabotka metallov—Metal Science and Heat Treatment, 2008, no. 8 (638), pp. 39-41.
4. Fedorov V.A., Yakovlev A.V. Proyavlenie elektroplasticheskogo effekta v metallicheskikh steklakh. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta — Vector of sciences. Togliatti State University, 2013, no. 3 (25), pp. 99-105.
GRATITUDE:
1. The work is fulfilled under financial support of Russian Fund of Fundamental Research (grant no. 15-41-03166).
2. The authors thank professor N.S. Perov for help in magnetic characteristics definition.
Received 10 April 2016
Яковлев Алексей Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры методики преподавания естественнонаучных дисциплин, e-mail: [email protected]
Yakovlev Aleksey Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Associate Professor of Methodology of Teaching Natural Sciences Department, e-mail: [email protected]
Плужникова Татьяна Николаевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Pluzhnikova Tatyana Nikolaevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Associate Professor of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: [email protected]
Федотов Дмитрий Юрьевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Fedotov Dmitriy Yurevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Postgraduate Student, Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: [email protected]
Березнер Арсений Дмитриевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Berezner Arseniy Dmitrievich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Postgraduate Student, Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: [email protected]
Франсишку Домингуш Антониу, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, студент, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Francisco Domingush Antonio, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Student, Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: [email protected]
