Магнитные свойства аморфных магнитомягких сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Мирзалиев И.А. ©

Азербайджанский архитектурно - строительный университет МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ

Аннотация

В статье исследуются изучение влияния пластической деформации на механизмы кристаллизации и магнитные характеристики сплавов на основе железа.

Ключевые слова : магнитная анизотропия ,аморфные магнитомягкие сплавы, магнитные свойства.

Keywords: magnetic anisotropy, amorphous alloys, magnetic properties.

Традиционными магнитомягкими материалами являются электротехнические стали. Удачное сочетание физических свойств поликристаллических сплавов Fe-Si, сравнительно простая технология их изготовления и относительно низкая стоимость привели к широкому их использованию в качестве материалов, как наиболее перспективных для массового промышленного применения .

В зависимости от химического состава аморфные магнитомягкие мaтериалы могут обладать различными магнитными характеристиками. Аморфные магнитомягкие материалы по сравнению с кристаллическими являются достаточно новым классом материалов [1-2]. По сравнению с кристаллическими сплавами на основе тех же элементов аморфные магнитомягкие материалы характеризуются, как правило, несколько более низкими значениями температуры Кюри и индукции насыщения, но зато выгодно отличаются по величинам потерь на перемагничивание, максимальной и начальной магнитной проницаемости ,большим удельным сопротивлением. Эти особенности определяются отсутствием дальнего магнитного порядка в пространственном расположении атомов, а также наличием в аморфной матрице атомов металлоидов. Влияние металлоидов на магнитные характеристики подробно рассмотрены в литературе [3,4,5,6].

Однако для практического применения в промышленности особую важность приобретают технологические характеристики магнитного мате-риала, такие, как параметры петли гистерезиса ,начальная и максимальная магнитная проницаемость и т.д. В связи с этим многие исследования посвящены изучению изменений гистерезисных магнитных характеристик при различных видах обработки, и влиянию различных внешних факторов на эти характеристики.

Важным фактором, влияющим на технические характеристики аморфного магнитомягкого материала, является магнитная анизотропия.

Магнитоупругая анизотропия, возникающая благодаря магнитострикции при наличии внутренних или внешних механических напряжений. При получении аморфного магнитомягкого материала наиболее распространенными методами (закалка на вращающийся диск, закалка между валками, и т.д.) в объеме материала индуцируются внутренние напряжения, как следствие различной скорости охлаждения поверхностных и внутренних объемов материала. В магнитострикционном материале, вследствие негомогенности процесса стеклования, данные напряжения будут индуцировать одноосную анизотропию, изменяющую направление в объеме ленты. Схема формирования доменной структуры при стекловании представлена на рис. 1.

© Мирзалиев И.А., 2015 г.

Рис 1. Схема, иллюстрирующая негомогенность процесса стеклования, условия образования областей сжатия и растяжения и отвечающие им доменные структуры.

Показано, что вследствие негомогенности процесса стеклования в аморфном магнитомягком материале образуются области растяжения и сжатия и соответствующая им доменная структура.

Константа магнитоупругой анизотропии может быть записана в виде:

Ku~ Xs*o, (1.1)

где: Ки-константа магнитоупругой анизотропии, X -магнитострикция насыщения, а -механическое напряжение.

Видно, что данный вид анизотропии однозначно связан с внутренними или внешними напряжениями .Поэтому для оценки вклада магнитоупругой анизотропии необходимо знать уровень внутренних напряжений в материале. Уровень закалочных напряжений можно оценить ,исходя из модельных представлений о релаксационных процессах в металлическом стекле[6,7,8]. Взаимодействие намагниченности с присутствующими внутренними напряжениями может привести к образованию двух осей магнитной анизотропии, причем ось трудного намагничивания ориентирована перпендикулярно поверхности ленты, а ось легкого намагничивания-параллельна этой поверхности. Таким образом, формируются 180°-ные магнитные домены, намагниченные в плоскости ленты и окружающие «островки » мозаичной доменной структуры со всех сторон [6]. Также этот тип анизотропии проявляется при наличии макродефектов в материале. Показано, что концентрационные неоднородности, поры, включения, влияя на поле упругих напряжений вокруг себя, влияют на доменную структуру материала, изменяя его магнитные характеристики. Например,

микронеоднородности типа пузырьков газа между поверхностями ленты и диска-приводят к поперечному сжатию внутренних обьемов ленты, примыкающих к пузырьку. Внутри этих выделенных объемов намагниченность ориентируется перпендикулярно поверхности ленты, а на самой поверхности появляются «островки » мозаичной доменной структуры. Влияние упругой деформации на магнитные характеристики аморфных магнитомягких материалов представлены, например в [4,6] и обзорно в [5,9]. Показано, что релаксация напряжений при отжиге положительно сказывается на формировании магнитномягких свойств аморфного материала.

Как же отмечалось выше, одним из недостатков аморфных сплавов является большая ширина магнитных доменов. Одним из способов, приодящих к уменьшению ширину доменов, может являться нанесение покрытий. Создаваемые при этом напряжения приводят к дроблению доменной структуры.

Известно, что формирование электроизоляционных покрытий на электротехнической стали приводит к улучшению магнитных свойств: уменьшаются удельные магнитные потери, увеличивается максимальная магнитная проницаемость.[10]. Надо заметить, что покрытия, разработанные для электротехнических сталей и хорошо зарекомендовавшие себя, не могут быть использованы для аморфных кристаллизации аморфных материалов. Поэтому для аморфных сплавов были разработаны составы электро-изоляционных покрытий с низкими температурами формирования.

Структурная анизотропия в аморфном материале обусловлена характером формирования аморфной ленты в процессе затвердевания [7,8]. Этот вид анизотропии связан со слоистой атомной структурой, возникающей при закалке, нарушающей изотропность ленты. Анизотропность возникает в момент растекания жидкости с повышенной вязкостью, вследствие деформирования под действием сдвиговы напряжений. Важным отличием этого вида анизотропии является ее уменьшение при нагревании, тогда как другие виды анизотропии остаются практически неизменными вплоть до перехода в неферромагнитное состояние [5]. На рис3 представлена доменная структура в материале с околонулевой магнитострикцией. В отсутствие магнитоупругих эффектов на поверхности ленты, полученной закалкой из расплава на центрифугу, наблюдается доменная структура, обусловленная структурной анизотропией.

Анизотропия атомных пар обусловлена направленным упорядочением, при котором пары магнитомягких атомов ориентируются вдоль определенного направления. Такое направленное упорядочение пар атомов может возникать под воздействием внешних воздействий на материал. Представление о таком виде анизотропии в аморфном магнитомягком материале базируется на классических работах Нееля и Танигучи-Ямамото. Анизотропию такого типа можно получить в результате термомагнитной обработки. В реальных материалах анизотропии описанных типов часто сосуществуют. Другим типом анизотропии, существующим в аморфном материале, является анизотропия формы. Появление такого типа анизотропии связывается с особенностями макроструктуры ленты, состоянием поверхности образца, а также с наличием пор и включений в объеме мате-риала [1,3,5,6,7].

Таким образом видно ,что изменения магнитных характеристик материала на прямую связаны с реализацией того ,или иного механизма индуцирования анизотропии и изменения магнитных характеристик зависят от появления в материале того или иного вида анизотропии.

Рис 2. Схема доменной структуры сплава с околонулевой магнитострикцией, обусловленная структурной анизотропией

Литература

1. Пузей И.М. Структура и свойства аморфных металлов // в сб.Физика конденсированного состояния ( Материалы X X V I школы ЛИЯФ), Л. :изд. ЛИЯФ. 1982. с. 3-42

2. Некрасов A.A., Скородзиевский B.C., Устинов А.И., Чуистов К.В. Структурные изменения при нагреве аморфного сплава Co-Fe-Si-B // в сб. Аморфные металлические сплавы М.: Металлургия. 1983. (МИСиС, Научные труды №147). с. 37-42

3. Судзуки К.,Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные металлы //Под ред. ред. Т.Масумото. М.:Металлургия.1987. 328с.

4. Эгами Т. Атомный ближний порядок в аморфных металлических сплавах//в кн. Аморфные металлические сплавы // Под ред . Ф.Е.Люборского.М.: Ме-таллургия.1987.584с.

5. Кекало И.Б.,Новиков В.Ю .Магнитномягкие сплавы (кристаллические и аморфные ) // Итоги науки и техники . Металловедение и термическая обра-ботка .М.:ВИНИТИ ,1984.т .1 8 с.3-56

6. Дюран Ж. Магнитные свойства металлических стекол // В кн. Металли-ческие стёкла: атомная структура и динамика ,электронная структура, магнитные свойства. Под ред. Г.Гюнтеродта, М.:Мир . 1983.с.325-371

7. Morita Н, Ob i Y . J.Appl.Phis. 1980, v.22, p.313-31 5

8. Morita H , Fujimori H . J.Appl.Phis. 1979, v.20, p. 121-125

9. Кекало И.Б. Влияние состава и условий получения аморфных сплавов на эволюцию их магнитных свойств при отжиге (обзор) // в сб. Аморфные (стеклообразные) металлические материалы. М. : Наука. 1992. с. 107-11 2

10. Полухин В.А., Сидоров Н.И., Белякова Р.М. Водород как фактор метастабильности аморфных сплавов. // 7 Всероссийская конференция с международным участием «Аморфные прецизионные сплавы : технология - свойства - применение »: Тез. докл. ( Москва , 14-16 ноября 2000 г.). - Москва, 2000. - с.134.