CC BY
14
L Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 15 (2) 2022
St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2022 Vol. 15, No. 2 -►
Физическое материаловедение
Научная статья
УДК 620.186: 539.378:537.622
DOI: https://doi.org/10.18721/JPM.15204
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРЫ
В СПЛАВАХ СИСТЕМЫ Nd-Pr-Fe-B, ИССЛЕДОВАННЫЕ МЕТОДАМИ АТОМНО-СИЛОВОЙ И МАГНИТНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ И. С. Терёшина 1 5, Г. А. Политова 2 4и, Т. П. Каминская В. В. Попов 1,Д. В. Гундеров 3, А. В. Филимонов 4, И. А. Пелевин 5 1 Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова,
г. Москва, Россия; 2 Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН,
г. Москва, Россия;
3 Институт физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра РАН,
г. Уфа, Россия;
4 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия; 5 Национальный исследовательский технологический университет «Московский институт стали и сплавов (МИСиС)», г. Москва, Россия
Аннотация. В работе получены и исследованы на микро- и наноуровне поликристаллические образцы магнитотвердых материалов общей формулы (Nd1_;cPrx)2Fe14B, подвергнутые процедуре интенсивной пластической деформации (ИПД). Для контроля особенностей формирования наноструктуры соединений до и после ИПД использовались методы атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии (АСМ и МСМ). При изучении поверхностей как исходных, так и деформированных образцов были выявлены различия в текстурообразовании. Для исходных образцов, полученных с помощью метода Чохральского, оказалась характерной столбчатая структура, тогда как после процедуры ИПД структура состояла из концентрических колец, которые содержали вытянутые наноразмерные кристаллиты. Структура магнитных доменов была визуализирована с помощью метода МСМ, который четко продемонстрировал связь между особенностями микроструктуры и конфигурацией магнитных доменов.
Ключевые слова: атомно-силовая и магнитно-силовая микроскопия, магнитотвердый материал, наноструктура, доменная структура
Финансирование: работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проекты № 075-00715-22-00 и № 07842020-0025. И. А. Пелевин и И. С. Терёшина выполняли исследования при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-79-10239.
Для цитирования: Терёшина И. С., Политова Г. А., Каминская Т. П., Попов В. В., Гундеров Д. В., Филимонов А. В., Пелевин И. А. Особенности формирования наноструктуры в сплавах системы Мё-Рг-Ре-Б, исследованные методами атомно-
© Терёшина И. С., Политова Г. А., Каминская Т. П., Попов В. В., Гундеров Д. В., Филимонов А. В., Пелевин И. А., 2022. Издатель: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.
силовой и магнитно-силовой микроскопии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2022. Т. 15. № 2. С. 34-45. DOI: https://doi.org/10.18721/ JPM.15204
Статья открытого доступа, распространяемая по лицензии CC BY-NC 4.0 (https:// creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/)
Original article
DOI: https://doi.org/10.18721/JPM.15204
FEATURES OF THE NANOSTRUCTURE FORMATION IN THE Nd-Pr-Fe-B-SYSTEM ALLOYS: A STUDY BY AFM AND MFM I. S. Tereshina 1 5, G. A. Politova 2 4H, T. P. Kaminskaya
V. V. Popov D. V. Gunderov 3, A. V. Filimonov 4, I. A. Pelevin 5 1 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; 2 Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, Moscow, Russia;
3 Institute of Molecule and Crystal Physics - subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the RAS, Ufa, Russia;
4 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia;
5 National University of Science and Technology "MISIS", Moscow, Russia
Abstract. In this work, polycrystalline samples of hard-magnetic materials of (Ndj_ xPr.)2Fe14B general formula have been prepared and subjected to severe plastic deformation (SPD). Thereafter the features of nanostructure formation in the compounds were investigated before and after SPD using atomic force microscopy and magnetic force one (AFM & MFM). The differences in texture formation were revealed when studying the surface microstructure of both the initial and deformed samples. The initial ones prepared by the Czochralski method, exhibited the columnar structure, while the SPD samples exhibited the concentric rings containing elongated nanosized crystallites. The magnetic domain structure was visualized using the MFM that clearly demonstrated the relationship between the microstructural features and the magnetic domains' configuration.
Keywords: atomic force microscopy, magnetic force microscopy, hard-magnetic material, nanostructure
Funding: The research was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, projects No. 075-00715-22-00 and No. 0784-2020-0025. The research of I. A. Pelevin and I. S. Tereshina was funded by the Russian Science Foundation (Agreement No. 21-79-10239)
For citation. Tereshina I. S., Politova G. A., Kaminskaya T. P., Popov V. V., Gunderov D. V., Filimonov A. V., Pelevin I. A., Features of the nanostructure formation in the Nd-Pr-Fe-B-system alloys: a study by AFM and MFM, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 15 (2) (2022) 34-45. DOI: https://doi.org/10.18721/ JPM.15204
This is an open access article under the CC BY-NC 4.0 license (https://creativecommons. org/licenses/by-nc/4.0/)
© Tereshina I. S., Politova G. A., Kaminskaya T. P., Popov V. V., Gunderov D. V., Filimonov A. V., Pelevin I. A., 2022. Published by Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University.
Введение
Создание новых высокотехнологичных устройств, включая компьютеры, двигатели и генераторы, оборудования для магнитно-резонансной томографии и др. [1 — 3], вызывает большой спрос на высокоэнергетические магнитотвердые материалы, способные работать стабильно при различных температурах. Особое внимание уделяется материалам (Nd,Pr)2Fe14B [1 — 3]. Известно, что постоянные магниты на основе соединения Nd2Fe14B проявляют наилучшие свойства в узком диапазоне температур 150 — 400 K [4, 5]. Наибольшее, экспериментально полученное, энергетическое произведение составляет 475 кДж/м3 (59,6 МГсЭ (мегаГаусс-Эрстед)) [5], что близко к предсказанному теоретическому пределу (BH)max для соединения Nd2Fe14B. Известно, что при Т = 135 K тип магнитной анизотропии в соединении Nd2Fe14B меняется с «легкой оси» на «конус осей легкого намагничивания», другими словами, происходит спонтанный спин-переориентационный переход (СПП) при понижении температуры [6, 7]. Это приводит к уменьшению остаточной намагниченности и энергетического произведения, что ограничивает применимость материала на основе соединении Nd2Fe14B в области низких температур. Частичная замена атомов неодима атомами празеодима позволяет понизить температуру СПП и расширить рабочий температурный диапазон магнитов на основе полученных соединений системы (Nd,Pr)2Fe14B. Следует отметить, что уровень характеристик магнитов сильно зависит от особенностей микроструктуры. Например, известно, что магнитные свойства можно улучшить за счет формирования наноструктур [8, 9]. Сплавы с нанокристалличе-ской структурой могут быть получены различными методами, и прежде всего, традиционными. К последним относятся порошковая металлургия [10, 11], ленточное литье [12, 13], интенсивная пластическая деформация [14 — 18] и другие методы, а также их комбинации [9, 14, 19 — 21]. Существуют и новые современные аддитивные методы производства высокоэффективных магнитных материалов, включая магнитотвердые [22 — 24]. Независимо от выбранного метода, механизмы формирования магнитных свойств и их корреляция со структурными особенностями во многом одинаковы.
Таким образом, методы структурного анализа наноструктурированных материалов можно применять для образцов, полученных любым из перечисленных выше методов, в том числе и современными передовыми; к ним можно отнести, в частности, селективное лазерное плавление (СЛП) материалов Nd-Fe-B [25 — 27]. Процесс СЛП характеризуется высокими скоростями охлаждения (106 К/с [28]) и быстрым затвердеванием, что может приводить к образованию наноструктур.
Следует отметить, что разработка современных высокоэнергетических постоянных магнитов на основе системы лантаноид-железо-бор — R-Fe-B (R = Nd, Pr) возможна только при формировании оптимальной микроструктуры и текстуры, а также оптимального фазового состава и распределения редкоземельной фазы по границам зерен. Наличие в микроструктуре беспорядочно ориентированных или вытянутых зерен основной фазы, включений посторонних фаз (особенно магнитомягких, таких как a-Fe), как правило, снижает конечные магнитные характеристики. Вот почему для качественного скачка в достижении новых результатов в системе Nd-Pr-Fe-B необходим глубокий анализ и понимание особенностей формирования микроструктуры.
Настоящая работа направлена на исследование особенностей формирования наноструктуры соединений (Nd,Pr)2Fe14B в процессе интенсивной пластической деформации (ИПД) методами атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии.
Работа выполняется как продолжение более ранних исследований [18, 29], развивающих методы и подходы к анализу наноструктурированных магнитных материалов. Эти подходы планируется применять в дальнейших исследованиях для образцов Nd-Pr-Fe-B, полученных, например, методом селективного лазерного плавления.
Методика измерений
Сплавы (Nd1xPrx)2Fe14B (х = 0,50 и 0,75) были синтезированы с помощью модифицированного метода Чохральского в трехдуговой печи в инертной атмосфере [30]. В результате были получены поликристаллические образцы с направленной кристаллической структурой, а также монокристаллы небольших размеров. Именно поликристаллы использовались нами в данной работе для дальнейших исследований. Процедура интенсивной пла-
стической деформации проводилась на наковальнях Бриджмена путем кручения (число оборотов n = 3) под высоким давлением (6 ГПа), при комнатной температуре. Исследования образцов методами атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии проводились с использованием сканирующего зондового микроскопа SMENA-A, платформа "Solver" (NT-MDT, г. Зеленоград, Российская Федерация). Образцы исследовались в полуконтактном режиме при комнатной температуре с использованием стандартных кремниевых кантилеверов HA_NC ETALON c резонансными частотами от 110 до 235 кГц, с радиусом закругления кончика иглы 10 нм. Для МСМ-исследований были использованы кантиле-веры MFM 01 с магнитным покрытием (Co) c частотами 50 — 85 кГц. Элементный анализ проводили с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) TESCAN Vega 3 (Tescan Analytics, Fuveau, Франция).
Результаты
Проведенные нами ранее исследования [30] показали, что сплавы (Nd Pr)2Fe B кристаллизуются в тетрагональной кристаллической симметрии (пространственная группа P42/mnm) типа Nd2Fe14B. Количество основной фазы в исходных сплавах колебалось от 86 до 98 %. В сплаве с х = 0,75 выявлено большое количество фазы альфа-железа (до 13 %). Методом СЭМ был определен элементный состав зерен. Так, содержание железа в основном зерне составляло около 70,41 мас. %, что соответствует фазе Nd2Fe14B, а содержание железа на границах зерен было значительно (в 30 — 130 раз) ниже. Такие элементы, как Cu и Ni, присутствовали, главным образом, на границах зерен и рассматривались нами как примеси в пограничной области; кислород же присутствовал, в основном, во включениях. Так, небольшое количество кислорода, обнаруженное во включениях, богатых железом, свидетельствует о наличии оксидов в структуре сплавов.
На рис. 1 представлены изображения микроструктуры поверхности сплава (Nd Pr)2Fe B с х = 0,5 до и после ИПД. Эти образцы содержат минимальное количество второй фазы и представляют наибольший интерес для исследования. Столбчатая структура (рис. 1,а), связана с методом синтеза образцов. Этот метод обычно используется для выращивания крупных монокристаллов, однако в настоящей работе, как уже отмечалась выше, монокристаллическая структура не преобладала. Тем не менее, направленный те-плоотвод, присущий этому методу, привел к формированию некоторой одноосной текстуры, которая может выглядеть как столбчатая структура. Столбцы имели ширину около 0,8 мкм и располагались преимущественно перпендикулярно исследуемой поверхности. Структура поверхности исходного образца состояла из слегка вытянутых субзерен (отношение сторон составляло около 1,5) размером порядка 100 — 200 нм. Именно высоким температурным градиентом (а значит, и высокими скоростями охлаждения и кристаллизации) можно объяснить образование столь мелких структурных элементов на поверхности исходного образца в процессе синтеза. Следует также отметить, что наблюдаемые включения, состоящие в основном из атомов железа, из-за более высокой температуры плавления должны кристаллизоваться в первую очередь. Таким образом, включения железа выступали в роли центров зарождения зерен основной фазы.
Микроструктура поверхности Nd1Pr1Fe14B после процедуры ИПД существенно отличается от исходной, что хорошо видно на рис. 1,6. Обнаруживаются скопления кристаллитов в форме «закрученного вихря», в которых столбчатая структура все еще существует. Это лучше видно на рис. 1,с, где показан другой участок поверхности того же образца. Подобные особенности микроструктуры в сплавах типа (Nd,Pr)2Fe14B, полученных по технологии стрип-кастинга (англ. strip casting), наблюдались в работе [31].
Для лучшей визуализации вихревой структуры в направлении, перпендикулярном поверхности, выявления ее формы и типичных размеров основных структурных элементов, образцы полировали и травили 5%-м раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Изображения таких отполированных и протравленных поверхностей представлены на рис. 2. Видно, что закрученный вихрь состоит из концентрических колец толщиной 150 — 300 нм (в одном слое кристаллитов), плотно прилегающих друг к другу. Видны кристаллиты различных размеров и форм, ориентированные преимущественно по окружности вихря.
Возможными причинами такой закрученной вихревой структуры являются разные скорости деформации и неравномерный нагрев образца в разных его точках в процессе про-
о 2 4 6 а 10 12 14 16- Л, пт
|ЛТ1
Рис. 1. АСМ-изображения микроструктуры поверхности сплава Мё1Рг1Ре14Б до (а) и после (Ь,е) интенсивной пластической деформации; с — другой участок поверхности образца (Ь), где лучше видны закрученные вихревые структуры
а) Ь)
о 1.0 2.0 Ъ.О 4.0 е.й Л,пт I |ЛП
Рис. 2. АСМ-снимок образца Мё1Рг1Ре14Б после ИПД (см. рис. 1, с), полировки поверхности и травления кислотой (а), а также его фрагмент (Ь)
ведения процедуры ИПД. Наблюдаемые особенности микроструктуры, вследствие деформации, также можно рассматривать как округлую текстуру, индуцированную внешним воздействием.
Метод МСМ использовался нами для визуализации структуры магнитных доменов на поверхностях образцов. На рис. 3, чтобы показать разницу, связанную с деформацией, представлено МСМ-изображение поверхности сплава М^г^е^В до и после процедуры ИПД. Видна двойная доменная структура, а именно: полосовые домены шириной 5 — 10 мкм на поверхности сплава до ИПД (рис. 3,а) и шириной 5 — 7 мкм для образца после ИПД (рис. 3,6), а также наложенная на эти полосы классическая однородная разветвленная доменная структура на поверхности сплава до ИПД с шириной доменов 1 — 3 мкм (рис. 3,с) и более сложная однородная структура на поверхности сплава после ИПД (рис. 3,^ с доменами шириной 1 — 2 мкм.
С)
d)
Fig. 3. МСМ-изображения двойной доменной структуры поверхности сплава Nd1Pr1Fe14B до (а,с) и после (b,d) интенсивной пластической деформации; видны полосовые домены (а, b), а также классическая разветвленная (с) и более сложная (d) однородные структуры
Наблюдаемая сложная доменная структура образца после ИПД (рис. 3, Ь и d) могла возникнуть вследствие гораздо более неоднородной микроструктуры и возможного присутствия некоторого количества аморфной фазы. В работах [9, 14] показано существование аморфной фазы после процедуры ИПД, объемное содержание которой может превышать 50 %, что делает ее доминирующей фазой в структуре. Наблюдаемая «ямочная» доменная структура может свидетельствовать о том, что базисная плоскость большинства кристаллитов совпадала с поверхностью образца до того, как процедура ИПД способствовала измению текстуры в образцах. В исходном образце наблюдаются в основном равноосные домены (темные области на рис. 3,а). Равномерно темная заливка округлых доменов означает однодоменное состояние соответствующих кристаллитов.
Анализ МСМ-изображений образцов после процедуры ИПД не дает такой же однозначно интерпритируемой доменной структуры, как в случае исходных образцов, что затрудняет описание формы кристаллитов, выявление посторонних фаз, включений и т. п. Однако вполне очевидно, что процедура ИПД нарушает текстуру исходных образцов и, главное, дезориентирует структурные элементы.
Заключение
Образцы типа (Nd,Pr)2Fe14B были синтезированы для изучения особенностей формирования морфологии их поверхности в исходном состоянии и после процедуры интенсивной пластической дефомации. Основная фаза исходных образцов имела структуру тетрагональной симметрии типа Nd2Fe14B с некоторым количеством a-Fe, что характерно для исследуемых материалов. Наименьшее содержание a-Fe (до 2 %) было обнаружено в сплаве Nd1Pr1Fe1B, в то время как в сплаве Nd05Pr15Fe14B количество второй фазы достигало 13 %. Столбчатая структура (состоящая в свою очередь из округлых зерен размером порядка 100 — 200 нм) была характерна для исходного образца Nd1Pr1Fe14B. Напротив, для образцов после процедуры ИПД были обнаружены агломерации в форме «закрученного вихря» (наборы концентрических колец толщиной 150 — 300 нм, состоящих из вытянутых наноразмерных кристаллитов).
Проведение МСМ-исследования и визуализации доменной структуры, с одной стороны, подтвердили результаты АСМ-анализа микроструктуры, а с другой стороны, продемонстрировали основные особенности формирующейся структуры магнитных доменов. В то время как исходный образец имел классическую «ямочную» доменную структуру с монодоменными кристаллитами, образец после процедуры ИПД имел сложную «размытую» доменную структуру, что можно объяснить как особенностями микроструктуры, так и появлением аморфной фазы после интенсивной пластической деформации.
Проведенное исследование демонстрирует удобство и инфомативность использования методов АСМ и МСМ при изучении поверхности нанокристаллических магнитотвердых материалов, в частности, материалов (Nd,Pr)2Fe B, рассмотренных в данной работе, а также позволяет выявить основные особенности формирования их структуры до и после интенсивной пластической деформации. АСМ- и МСМ-исследования морфологии поверхности сплавов позволяют получать сведения о размерах всех основных структурных элементов и их форме на наноуровне, о доменной структуре, позволяют выявить различия в текстурообразовании, в зависимости от методов получения сплавов и их дальнейшей обработки, что чрезвычайно важно для производства высокоэффективных магнитотвердых материалов и изделий из них различного функционального назначения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hara T., Tanaka T., Kitamura H., Bizen T., Maréchal X., Seike T., Kohda T., Matsuura Y.
Cryogenic permanent magnet undulators // Physical Review. ST. Accelerators and Beams. 2004. Vol. 7. No. 5. P. 050702.
2. Huang J. C., Kitamura H., Yang C. K., Chang C. H., Chang C. H., Hwang C. S. Challenges of in-vacuum and cryogenic permanent magnet undulator technologies // Physical Review. ST. Accelerators and Beams. 2017. Vol. 20. No. 6. P. 064801.
3. Neznakhin D. S., Politova G. A., Ivanov L. A., Volegov A. S., Gorbunov D. I., Tereshina I. S., Kudrevatykh N. V. Low-temperature magnetic hysteresis in Nd(Pr)-Fe-B nanostructured alloys with Nd2Fe14B type main phase composition // Defect and Diffusion Forum. 2018. Vol. 386. Pp. 125—130.
4. Herbst J. F. RjFe^B materials: Intrinsic properties and technological aspects // Review of the Modern Physics. 19921. Vol. 63. No. 4. Pp. 819-898.
5. Benabderrahmane C., Berteaud P., Valléau M., Kitegi C., Tavakoli K., Béchu N., Mary A., Filhol J. M., Couprie M. E. Nd2Fe14B and Pr2Fe14B magnets characterisation and modelling for cryogenic permanent magnet undulator applications // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A. 2012. Vol. 669. 21 March. Pp. 1-6.
6. Kim Y. B., Kim M. J., Han-Mina J., Kim T. K. Spin reorientation and magnetocrystalline anisotropy of (Nd1- Pr )2Fe14B // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1999. Vol. 191. No. 1-2. Pp. 133-136. X *
7. Politova G. A., Tereshina I. S., Gorbunov D. I., Paukov M. A., Andreev A. V., Grechishkin R. M., Rogacki K. Magnetic and magnetocaloric properties of single crystal (Nd05Pr05)2Fe14B // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 751. 30 June. Pp. 283-288.
8. Lewis L. H., Panchanathan V., Wang J. Y. Technical magnetic properties of melt-spun (Ndj_ Pr )2Fe14B at low temperature // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1997. Vol. 176. No. 2-3. Pp1 288-296.
9. Tereshina I. S., Pelevin I. A., Tereshina E. A., et al. Magnetic hysteresis properties of nanocrystalline (Nd,Ho)-(Fe,Co)-B alloy after melt spinning, severe plastic deformation and subsequent heat treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 681. 5 October. Pp. 555-560.
10. Gutfleisch O., Harris I. R. Fundamental and practical aspects of the hydrogenation, disproportionate, desorption and recombination process // Journal of Physics D. 1996. Vol. 29. No. 9. P. 2255-2265.
11. Gutfleisch O., Willard M. A., B^ck E., Chen C. H., Sankar S. G., Liu J. P. Magnetic materials and devices for the 21st century: Stronger, lighter, and more energy efficient // Advanced Materials. 2011. Vol. 23. No. 7. Pp. 821-842.
12. Croat J. J. Manufacture of NdFeB permanent magnets by rapid solidification // Journal of the Less-Common Metals. 1989. Vol. 148. No. 1-2. Pp. 7-15.
13. Gabay A. M., Popov A. G., Gaviko V. S., Belozerov Y. V., Yermolenko A. S. The structure and magnetic properties of rapidly quenched and annealed multi-phase nanocrystalline Nd9Fe91xBx ribbons // Journal of Alloys and Compounds. 1996. Vol. 245. No. 1-2. Pp. 119-124.
14. Straumal B. B., Kilmametov A. R., Mazilkin A. A., Protasova S. G., Kolesnikova K. I., Straumal P. B., Baretzky B. Amorphization of Nd-Fe-B alloy under the action of high-pressure torsion // Materials Letters. 2015. Vol. 145. 15 April. Pp. 63-66.
15. Li H., Li W., Zhang Y., Gunderov D. V., Zhang X. Phase evolution, microstructure and magnetic properties of bulk a-Fe/Nd2Fe14B nanocomposite magnets prepared by severe plastic deformation and thermal annealing // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 651. 15 December. Pp. 434-439.
16. Hosokawa A., Takagi K., Kuriiwa T., Inoue Y., Ozaki K. Severe plastic deformation of Nd-Fe-B nanocomposite magnets at room temperature // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. Vol. 473. 1 March. Pp. 51-60.
17. Tereshina-Chitrova E. A., Korneeva Y. V., Ozherelkov D. Y., Dolezal P., Tereshina I. S., Kaminskaya T. P., Gorbunov D. I., Dobatkin S. V., Mi^rik P. Enhanced magnetocaloric effect in distilled terbium and emergence of novel properties after severe plastic deformation // Scripta Materialia. 2020. Vol. 187. October. Pp. 340-344.
18. Pelevin I. A., Ozherelkov D. Y., Kaminskaya T. P., Tereshina I. S. Surface morphology investigations of nanocrystalline R^e^B (R = Y, Nd, Gd, Er) by atomic force microscopy // Materials Research Proceedings. 2022. Vol. 21. Pp. 81-87.
19. Yagodkin Y. D., Lileev A. S., Lyubina J. V., Shingarev E. N., Glebov V. A., Nefedov V. S. Structure and magnetic properties of nanocrystalline alloys based on Nd2Fe14B obtained by various techniques// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2003. Vol. 258-259. March. Pp. 586589.
20. Dempsey N. M., Walther A., May F., Givord D., Khlopkov K., Gutfleisch O. High performance hard magnetic NdFeB thick films for integration into micro-electro-mechanical systems // Applied Physics Letters. 2007. Vol. 90. No. 9. P. 092509.
21. Политова Г. А., Терешина И. С., Каминская Т. П., Пауков М. А., Добаткин С. В. Исследование методом атомно-силовой микроскопии морфологии поверхности сплавов Nd2Fe14B, полученных с помощью различных технологий // Металлы. 2018. № 5. С. 75-82.
22. Li L., Tirado A., Nlebedim I. C., et al. Big area additive manufacturing of high performance bonded NdFeB magnets // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 36212.
23. Paranthaman M. P., Shafer C. S., Elliott A. M., Siddel D. H., McGuire M. A., Springfield R. M., Martin J., Fredette R., Ormerod J. Binder jetting: A novel NdFeB bonded magnet fabrication process // Journal of Minerals, Metals and Materials. 2016. Vol. 68. No. 7. Pp. 1978-1982.
24. Li L., Post B., Kunc V., Elliott A. M., Paranthaman M. P. Additive manufacturing of near-net-shape bonded magnets: Prospects and challenges // Scripta Materialia. 2017. Vol. 135. 1 July. Pp. 100-104.
25. Bittner F., Thielsch J., Drossel W. G. Microstructure and magnetic properties of Nd-Fe-B permanent magnets produced by laser powder bed fusion // Scripta Materialia. 2021. Vol. 201. August.
P. 113921.
26. Jacimovic J., Binda F., Herrmann L. G., Greuter F., Genta J., Calvo M., Tomse T., Simon R. A.
Net shape 3D printed NdFeB permanent magnet // Advanced Engineering Materials. 2017. Vol. 19. No. 8. P. 1700098.
27. Huber C., Sepehri-Amin H., Goertler M., Groenefeld M., Teliban I., Hono K., Suess D.
Coercivity enhancement of selective laser sintered NdFeB magnets by grain boundary infiltration // Acta Materialia. 2019. Vol. 172. 15 June. Pp. 66 -71.
28. Pelevin I. A., Nalivaiko A. Y., Ozherelkov D. Y., Shinkaryov A. S., Chernyshikhin S. V., Arnautov A. N., Zmanovsky S. V., Gromov A. A. Selective laser melting of Al-based matrix composites with Al2O3 reinforcement: Features and advantages // Materials. 2021. Vol. 14. No. 10. P. 2648.
29. Андреева Н. В., Филимонов А. В., Рудской А. И., Бурханов Г. С., Терёшина И. С., Поли-това Г. А., Пелевин И. А. Исследование наноструктурированных магнитотвердых материалов системы Nd-Ho-Fe-Co-B методами атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 9. С. 1798-1805.
30. Politova G. A., Tereshina I. S., Kaminskaya T. P., Viryus A. A., Paukov M. A., Lukin A. A., Andreev A. V. Substituted (Nd,Pr)2Fe14B alloys: Structural features and magnetic properties // Journal of Physics. Conference Series. 2019. Vol. 1236. P. 012016.
31. Kolchugina N. B., Lukin A. A., Kaminskaya T. P., et al. Morphological peculiarities of R-Fe-B (R = Nd, Pr) alloys formed upon solidification by strip-casting // Physics of Metals and Metallography. 2020. Vol. 121. No. 8. Pp. 772-782.
REFERENCES
1. Hara T., Tanaka T., Kitamura H., et al., Cryogenic permanent magnet undulators, Phys. Rev. ST. Accel. Beams. 7 (5) (2004) 050702.
2. Huang J. C., Kitamura H., Yang C. K., et al., Challenges of in-vacuum and cryogenic permanent magnet undulator technologies, Phys. Rev. ST. Accel. Beams. 20 (6) (2017) 064801.
3. Neznakhin D. S., Politova G. A., Ivanov L. A., et al., Low-temperature magnetic hysteresis in Nd(Pr)-Fe-B nanostructured alloys with Nd2Fe14B type main phase composition, Defect Diffus. Forum. 386 (2018) 125-130.
4. Herbst J. F., RjFe14B materials: Intrinsic properties and technological aspects, Rev. Mod. Phys. 63 (4) (1991) 819-898.
5. Benabderrahmane C., Berteaud P., Valleau M., et al., Nd2Fe14B and Pr2Fe14B magnets characterisation and modelling for cryogenic permanent magnet undulator applications, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. 669 (21 March) (2012) 1-6.
6. Kim Y. B., Kim M. J., Han-Mina J., Kim T. K., Spin reorientation and magnetocrystalline anisotropy of (NdlxPrx)2Fe14B, J. Magn. Magn. Mater. 191 (1-2) (1999) 133-136.
7. Politova G. A., Tereshina I. S., Gorbunov D. I., et al., Magnetic and magnetocaloric properties of single crystal (Nd05Pr05)2Fe14B, J. Alloys Compd. 751 (30 June) (2018) 283-288.
8. Lewis L. H., Panchanathan V., Wang J. Y., Technical magnetic properties of melt-spun (Nd1xPrx)2Fe14B at low temperature, J. Magn. Magn. Mater. 176 (2-3) (1997) 288-296.
9. Tereshina I. S., Pelevin I. A., Tereshina E. A., et al., Magnetic hysteresis properties of nanocrystalline (Nd,Ho)-(Fe,Co)-B alloy after melt spinning, severe plastic deformation and subsequent heat treatment, J. Alloys Compd. 681 (5 October) (2016) 555-560.
10. Gutfleisch O., Harris I. R., Fundamental and practical aspects of the hydrogenation, disproportionate, desorption and recombination process, J. Phys. D. 29 (9) (1996) 2255-2265.
11. Gutfleisch O., Willard M. A., Brück E., et al., Magnetic materials and devices for the 21st century: Stronger, lighter, and more energy efficient, Adv. Mater. 23 (7) (2011) 821-842.
12. Croat J. J., Manufacture of NdFeB permanent magnets by rapid solidification, J. Less-Common Met. 148 (1-2) (1989) 7-15.
13. Gabay A. M., Popov A. G., Gaviko V. S., et al., The structure and magnetic properties of rapidly quenched and annealed multi-phase nanocrystalline Nd9Fe91- B ribbons, J. Alloys Compd. 245 (1-2) (1996) 119-124.
14. Straumal B. B., Kilmametov A. R., Mazilkin A. A., et al., Amorphization of Nd-Fe-B alloy under the action of high-pressure torsion, Mater. Lett. 145 (15 April) (2015) 63-66.
15. Li H., Li W., Zhang Y., et al., Phase evolution, microstructure and magnetic properties of
bulk a-Fe/Nd2Fe14B nanocomposite magnets prepared by severe plastic deformation and thermal annealing, J. Alloys Compd. 651 (15 December) (2015) 434-439.
16. Hosokawa A., Takagi K., Kuriiwa T., et al., Severe plastic deformation of Nd-Fe-B nanocomposite magnets at room temperature, J. Magn. Magn. Mater. 473 (1 March) (2019) Pp. 51-60.
17. Tereshina-Chitrova E. A., Korneeva Y. V., Ozherelkov D. Y., et al., Enhanced magnetocaloric effect in distilled terbium and emergence of novel properties after severe plastic deformation, Scr. Mater. 187 (October) (2020) 340-344.
18. Pelevin I. A., Ozherelkov D. Y., Kaminskaya T. P., Tereshina I. S., Surface morphology investigations of nanocrystalline R2Fe14B (R = Y, Nd, Gd, Er) by atomic force microscopy, Mater. Res. Proc. 21 (2022) 81-87.
19. Yagodkin Y. D., Lileev A. S., Lyubina J. V., et al., Structure and magnetic properties of nanocrystalline alloys based on Nd2Fe14B obtained by various techniques, J. Magn. Magn. Mater. 258-259 (March) (2003) 586-589. 2 14
20. Dempsey N. M., Walther A., May F., et al., High performance hard magnetic NdFeB thick films for integration into micro-electro-mechanical systems, Appl. Phys. Lett. 90 (9) (2007) 092509.
21. Politova G. A., Tereshina I. S., Kaminskaya T. P., et al., Atomic-force microscopic study of the surface morphology of the Nd2Fe14B alloys prepared by various techniques, Russian Metallurgy (Metally). 2018 (9) (2018) 859-866..
22. Li L., Tirado A., Nlebedim I. C., et al., Big area additive manufacturing of high performance bonded NdFeB magnets, Sci. Rep. 6 (2016) 36212.
23. Paranthaman M. P., Shafer C. S., Elliott A. M., et al., Binder jetting: A novel NdFeB bonded magnet fabrication process, J. Min. Met. Mater. 68 (7) (2016) 1978-1982.
24. Li L., Post B., Kunc V., et al., Additive manufacturing of near-net-shape bonded magnets: Prospects and challenges, Scr. Mater. 135 (1 July) (2017) 100-104.
25. Bittner F., Thielsch J., Drossel W. G., Microstructure and magnetic properties of Nd-Fe-B permanent magnets produced by laser powder bed fusion, Scr. Mater. 201 (August) (2021) 113921.
26. Jacimovic J., Binda F., Herrmann L. G., et al., Net shape 3D printed NdFeB permanent magnet, Adv. Eng. Mater. 19 (8) (2017) 1700098.
27. Huber C., Sepehri-Amin H., Goertler M., et al., Coercivity enhancement of selective laser sintered NdFeB magnets by grain boundary infiltration, Acta Mater. 172 (15 June) (2019) 66-71.
28. Pelevin I. A., Nalivaiko A. Y., Ozherelkov D. Y., et al., Selective laser melting of Al-based matrix composites with Al2O3 reinforcement: Features and advantages, Materials. 14 (10) (2021) 2648.
29. Andreeva N. V., Filimonov A. V., Rudskoi A. I., et al., A study of nanostructure magnetosolid Nd-Ho-Fe-Co-B materials via atomic force microscopy and magnetic force microscopy, Phys. Solid State. 58 (9) (2016) 1862-1869.
30. Politova G. A., Tereshina I. S., Kaminskaya T. P., et al., Substituted (Nd,Pr)2Fe14B alloys: Structural features and magnetic properties, J. Phys. Conf. Ser. 1236 (2019) 012016.
31. Kolchugina N. B., Lukin A. A., Kaminskaya T. P., et al. Morphological peculiarities of R-Fe-B (R = Nd, Pr) alloys formed upon solidification by strip-casting, Phys. Met. Metallogr. 121 (8) (2020) 772-782.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
ТЕРЁШИНА Ирина Семеновна — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник кафедры физики твердого тела Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова; ведущий научный сотрудник Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов (МИСиС)», г. Москва, Россия. 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1 [email protected] ORCID: 0000-0003-3633-3440
ПОЛИТОВА Галина Александровна — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук, г. Москва; старший научный сотрудник Научно-образовательного центра «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия.
119334 Россия, г. Москва, Ленинский пр., 49
ORCID: 0000-0003-1908-9677
КАМИНСКАЯ Татьяна Петровна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры общей физики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, г. Москва, Россия.
119991, Россия, Москва, ул. Ленинские Горы, 1 [email protected]
ORCID: 0000-0002-3667-0837
ПОПОВ Владимир Викторович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры общей физики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, г. Москва, Россия.
119991, Россия, Москва, ул. Ленинские Горы, 1
ORCID: 0000-0003-1191-3860
ГУНДЕРОВ Дмитрий Валерьевич — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики молекул и кристаллов — обособленного структурного подразделения ФГБНУ — Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук, г. Уфа, Россия.
450075, Россия, г. Уфа, пр. Октября, 151
ORCID: 0000-0001-5925-4513
ФИЛИМОНОВ Алексей Владимирович — доктор физико-математических наук, профессор Высшей инженерно-физической школы, соруководитель Научно-образовательного центра «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия.
195251, Россия, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29
ORCID: 0000-0002-2793-5717
ПЕЛЕВИН Иван Алексеевич — кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов (МИСиС)», г. Москва, Россия.
119049, Россия, г. Москва, Ленинский пр., 4
ORCID: 0000-0003-1592-3062
THE AUTHORS
TERESHINA Irina S.
Lomonosov Moscow State University,
National University of Science and Technology "MISiS"
1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia
ORCID: 0000-0003-3633-3440
POLITOVA Galina A.
Baikov Institute of Metallurgy Materials Science, RAS, Moscow; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg 49, Leninskiy Ave., Moscow, 119334, Russia [email protected] ORCID: 0000-0003-1908-9677
KAMINSKAYA Tatiana P.
Lomonosov Moscow State University
1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia
ORCID: 0000-0002-3667-0837
POPOV Vladimir V.
Lomonosov Moscow State University 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia [email protected] ORCID: 0000-0003-1191-3860
GUNDEROV Dmitry V.
Institute of Molecule and Crystal Physic of the Ufa Federal Research Centre, RAS
151, Oktyabr Ave., Ufa, 450075, Russia
ORCID: 0000-0001-5925-4513
FILIMONOV Alexey V.
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 29 Politechnicheskaya St., St. Petersburg, 195251, Russia [email protected] ORCID: 0000-0002-2793-5717
PELEVIN Ivan A.
National University of Science and Technology "MISiS" 4, Leninskiy Ave., Moscow, 119049, Russia [email protected] ORCID: 0000-0003-1592-3062
Статья поступила в редакцию 19.04.2022. Одобрена после рецензирования 11.05.2022. Принята 11.05.2022.
Received 19.04.2022. Approved after reviewing 11.05.2022. Accepted 11.05.2022.
© Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2022
