CC BY
19
УДК 669.017.72.666.192
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Ге-Ш-Ёи
Ю.И. Русняк, Е.Ф. Казакова, Н.Е. Ефременко, Т.П. Лобода
(кафедра общей химии)
Изучено влияние добавок третьего компонента на магнитные свойства соединений составов №Ёи2, №2Ее17 в системе Ее-М-Ёи. Показано, что легирование фазы Лаве-са №Ёи2 железом приводит к повышению температуры перехода в магнитоупорядо-ченное состояние, в то время как введение добавок Ёи в кристаллическую решетку интерметаллида М2Ее17 влечет за собой ослабление обменного взаимодействия, что сопровождается уменьшением температуры Кюри.
Интерметаллические соединения (ИМС) редкоземельных металлов (РЗМ) с элементами подгруппы железа, обладающие уникальными магнитными свойствами, имеют низкую технологичность и легко окисляются на открытом воздухе, что сдерживает их применение [1, 2]. Введение легирующих добавок, в частности рутения,, приводит к улучшению технологичности, что позволяет получать сплавы с заданными физико-химическими свойствами. Целью настоящей работы явилось исследование магнитных свойств ИМС системы Ре-№, легированных рутением.
В качестве исходных материалов использовали железо карбонильное (99,95 мас.%), неодим (99,90 мас.%), рутений, аффинированный в порошке (99,97 мас%о). Предварительно спрессованные образцы плавили в дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом на водоохлаждаемом медном поддоне в атмосфере очищенного гелия. Геттером служил титан. Сплавы дважды переплавляли с целью получения однородных по составу образцов. Надо отметить, что при легировании рутением сплавы не разбрызгиваются во время плавки в отличие от бинарных ИМС МБе и №2Бе17, полученные тройные сплавы обладают меньшей хрупкостью, чем вышеуказанные бинарные интерметаллиды. Контроль составов сплавов проводили взвешиванием образцов до и после плавки, а также локальным рентгеноспектральным анализом выборочных образцов на приборе «САМЕВАХ-МюгоЬеат» по методу внешнего стандарта по Ка- и Ьа-аналитияеским линиям. Гомогенизирующий отжиг сплавов проводили при 500°С в двойных вакуумированных кварцевых ампулах с циркониевой стружкой в качестве геттера с последующей закалкой в ледяную воду. Длительность отжига составляла 6000 ч (что обусловлено перитектическим характером образования двойных интерметаллидов
системы Fe-Nd). Фазовый состав образцов подтверждали методом рентгенофазового анализа порошка на дифрактометре «ДРОН-3» на монохроматизированном СиАГа-излучении. Для снятия внутренних напряжений порошки подвергали дополнительному отжигу в течение 2 ч. Значения межплоскостных расстояний определяли с помощью компьютерной программы «EXPRESS». Идентификацию фаз проводили с помощью данных о межплоскостных расстояниях в картотеке JCPDS-ICDD. При расчете параметров решетки использовали программу «POWDER». Измерения начальной магнитной восприимчивости проводили на установке для измерения магнитной восприимчивости в переменном поле Н = 1-5 кЭ. Температуру Кюри фиксировали по скачку индуктивности катушки на оригинальной установке. Измерения проводились в температурном интервале 100-1250 К на частоте 10 кГц. Индуктивность самой катушки в данном температурном интервале меняется незначительно и линейно. Коэффициент заполнения пространства является величиной постоянной для данного опыта.
Результаты исследования фазовых равновесий в системе Fe-Nd-Ru представлены в работах [3, 4]. Показано, что в системе Fe-Nd образуется соединение Nd2Fe17 с гексагональной кристаллической решеткой структурного типа Th2Zn17. ИМС состава NdFe2 не обнаружено ни в литых, ни в отожженных образцах, что согласуется с данными работы [5, 6]. В системе Nd-Ru подтверждено образование кубической фазы Лавеса состава NdRu2 [7] и твердого раствора железа в этом соединении. Растворимость рутения в ИМС Nd2Fe17 невелика и составляет менее 5 ат.%. Фаза Лавеса NdRu2, напротив, растворяет в себе ~52 ат.% железа.
Магнитный анализ сплавов из области твердого раствора на основе интерметаллида NdRu2 показал,
Рис. 1. Изменение точек Кюри в области твердого раствора МЖ_и2_хРех
что увеличение содержания растворенного железа приводит к повышению температуры Кюри образцов. Из рис. 1 видно, что сплавы, содержащие более 30 ат.% железа, при комнатной температуре обладают ферромагнитными свойствами. Точка Кюри образца, содержащего наибольшее количество растворенного железа (~52 ат.%), соответствует температуре 415+4 К. Кривые перехода в парамагнитное состояние для сплавов, содержащих 52 и 45 ат.% железа, представлены на рис. 2.
Измерение магнитной восприимчивости образцов состава М33 3Яи661Ре (МЯи2), М33 3Яи617Ре5, №33 3Яи56 7Ре10, №33 3Яи517Ре15 от температуры жидкого азота до комнатной показало, что указанные сплавы являются парамагнетиками Кюри-Вейса (рис. 3), увеличение концентрации железа в них сопровождается повышением температуры перехода в магнитоупорядоченное состояние и ростом магнитного момента исследуемых фаз. Экстраполяцией прямой Их = АТ) для сплава, соответствующего по со-
ставу соединению №Яи2, было найдено, что парамагнитная точка Кюри этого интерметаллида лежит при температуре ~32+3 К, что близко к значению Qс = 28 К, приведенному в работе [8]. Исследование твердого раствора на основе ИМС Ш2Ре17 показало, что растворение в нем рутения несколько понижает точку Кюри от Qс = 393+3 К для чистого интерметаллида до Qс = 321+5 К для Ш2Ре17, содержащего 2 ат.% Яи.
Наличие в системе Ре-М-Яи фаз с различными температурами перехода в магнитоупорядоченное состояние позволило использовать магнитный анализ для подтверждения фазовых равновесий, установленных физико-химическими методами исследования [3, 4] в той части диаграммы, где сплавы содержат ферромагнитные фазы. Число эффектов на графиках зависимости индуктивности Ьх = /(Т) должно соответствовать количеству ферромагнитных фаз, входящих в состав сплава. Их идентификация проводилась путем сравнения температур эффектов на кривых Ьх = А(Т) для исследуемого образца с температурами Кюри исходных интерметаллических соединений и твердых растворов на их основе (таблица). Так, исследование
Рис. 3. График зависимости 1/с =/( Т) для сплавов из области твердого раствора №Яи2-хРех
Рис. 2. Кривые перехода в парамагнитное состояние для сплавов из фазовой области ШЯи2-хРех
Рис. 4. Кривые перехода в парамагнитное состояние для сплавов состава N(1,, ,Яи|0Ре561 и Ш71Яи5Ре68
сплавов состава Nd33 3Fe667 и Nd207Fe793 показало, что кривые Lx = f(Т) обоих образцов идентичны, температура перехода в магнитоупорядоченное состояние для них лежит при = 393±5 К. Это соответствует точке Кюри интерметаллида Nd2Fe17 (рис. 4), что еще раз подтвердило отсутствие ИМС NdFe2 и .Nd6Fe23, так как в случае существования данных фаз на кривых Lx = /(Т) для образцов указанных составов наблюдался бы еще один эффект при более высокой
температуре. Кривые зависимости индуктивности от температуры также идентичны для сплавов состава Nd33 3Ru10Fe567 и Nd27Ru5Fe68, на них было зафиксировано два температурных перехода при Qa = 320±4 К и Qo = 473±4 К (рис. 4), что указывает на присутствие в данных образцах двух ферромагнитных фаз -твердого раствора на основе интерметаллида Nd2Fe17, содержащего 2 ат.% Ru, и твердого раствора на основе ИМС NdRu2, содержащего 52 ат.% железа.
Температуры Кюри некоторых сплавов системы Fe-Nd-Ru
Состав сплавов, ат.% Точка Кюри Qc, К Ферромагнитная фаза
Nd Ru Fe
33,3 0 66,7 393±3 Nd2Fel7
33,3 5,0 61,7 321±5 Nd1Q,5Ru2Fe87,5
473±7 Nd33,3RuH7Fe52
33,3 10,0 56,7 321±5 Nd1Q,5Ru2Fe87,5
475±7 Nd33,3RuH7Fe52
20,7 0 79,3 392±5 Nd2Fe17
27 5,0 68,0 320±4 Nd10,5Ru2Fe87,5
473±4 Nd33,3RuH7Fe52
27 15,0 58,0 309±4 Nd1Q,5Ru3Fe86,5
431±5 Nd33,3RuMFe46,7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Несбитт Е., Верник Дж. Постоянные магниты на основе редко-
земельных элементов. М., 1977.
2. СавицкийЕ.М., ТереховаВ.Ф. Металловедение редкоземельных
элементов. М., 1975.
3. Ефременко Н.Е., Соколовская Е.М., Раевская М.В. // Сб. тез.
докл. IV Всесоюз. совещ. «Диаграммы состояния металлических систем». М., 1982.
4. SokolovckayaЕ.М., Еfremenko N..Е., Raevckaya М. V. // J. Les.-Com.
Met. 1983. 92. С.
5. СавицкийЕ.М., БуровИ.В. // ЖНХ. 1961. №7. C. 3.
6. КрипякевичП.И. Структурные типы интерметаллических со-
единений. М., 1974.
7. Mansey R.S., Raynor G. V., Harris I.R. // J. Les.-Com. Met.
1968.N14. C. 329.
8. Bozorth R.M., Matthias B. T., Suhl H. et al. // Phys. Rev. 1959. 115.
N 6. P. 1595.
Поступила в редакцию 15.06.04
THE MAGNETIC PROPERTIES STUDY OF Fe-Nd-Ru SYSTEM ALLOYS
J.I. Rusnyak, E.F. Kazakova, N.E. Efremenko, T.P. Loboda
(Division of General Chemistry)
The third component influence on magnetic properties of intermetallic compounds NdRu2, Nd2Fe17 in the Fe-Nd-Ru system has been studied. It has been established that iron addition to Laves phase NdRu2 increases Qc Ruthenium addition into Nd2Fe17 compound leads to decreasing of Qc .
