Анализ влияния магнитной анизотропии различного происхождения на свойства аморфных сплавов с близкой к нулю магнитострикцией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

министерство науки, высшей школы

н технической политики российской федерации

московский

ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

На правах рукописи

удк 669.018.5 : 539.213.27

ВВЕДЕНСКИЙ Вадим Юрьевич

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ С БЛИЗКОЙ К НУЛЮ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ

Специальность 01.04.07 — «Физика твердого тела»

Авторефер ат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре металлографии Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор И. Б. КЕКАЛО

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Л. М. ЛЕТЮК кандидат физико-математических наук В. А. МАКАРОВ

Ведущая организация: НИИ материалов электронной техники (г. Калуга)

Защита состоится 20 мая 1993 года в 15 часов на заседании специализированного совета К-053.08.06 при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС.

Автореферат разослан « » С1пр&4Я 1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета |

кандидат физико-математических наук Я. М. МУКОВСКИЙ

ВВВДЕНИЕ

Актуальность темы. Интерес к вморфным металлическим сплавам вызван уникальный по сравнению с традиционными кристаллическими материалами сочетанием магнитных, механических, электрических, антикоррозионных и других свойств. Применение аморфных сплавов позволяет, повысить качество продукции электронной, электро- и радиотехнической пррмышленности и приборостроения, а также создать приборы и устройства нового поколения.

В настоящее время преобладающая доля выпускаемых промышленностью аморфных сплавов получается в виде ленты методом сверхбыстрой закалки расплава на поверхность вращающегося цилиндрического валка и используется в качестве магнитномягких материалов при изготовлении магнитопроводов различных радио- и электротехнических устройств. Высокие магнитные свойства этих материалов связывают с отсутствием в них дефектов кристаллического строения и кристаллической магнитной анизотропии. Однако аморфные сплавы не являются магнитноиэотропними. В них обнаружено существование различных видов магнитной анизотропии, которые значительно влияют на процессы намагничивания и переыагничивания.

Важную роль в формировании магнитных свойств аморфных сплавов играет магнитоупругая анизотропия, связанная как с внутренними напряжениями, возникающими в материале в процессе закалки из жидкого состояния, так и с приложенными внешний напряжениями. Этот вид. анизотропии имеет наиболее низкий уровень в аморфных сплавах на Основе кобальта, поскольку для них характерны малые значения" . ыагнитострикции (). В таких сплавах доминирующую роль может играть магнитная г'изотропия, обусловленная анизотропией ' самой аморфной структуры, анизотропия (локальная или макроскопическая), наводимая вследствие направленного упорядочения атомов, а также анизотропия формы различных технологических дефектов на

поверхности ленты.

' Варьирование условий получения и термообработки аиорфных сплавов приводит к изменению соотношения между составляющими магнитной анизотропии, имеющими различную природу и происхоадение. Поэтому одновременный учет макроскопической и локальной магнитной анизотропии различного происхождения и обусловленной ими магнитной текстуры необходим .при решении типичной для физического металловедения аморфных сплавов задачи - определении причин, об}с-ловливающих исходный уровень магнитных свойств, а также их изменения в результате термической обработки.

Цель диссертационной работы заключалась в выявлении роли различных видов магнитной анизотропии в формировании гистерезисных магнитных свойств аморфных сплавов с низко:' магнитостринцией. В качестве модельных материалов были выбраны аморфные сплавы на основе кобальта, содержащие и не содержащие металлоиды.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Разработка математической модели для описания влияния различных видов магнитной анизотропии -а магнитные свойства аморфных сплавов, а также применение выводов теории для прогнозирования и анализа экспериментальных результатов.

2. Экспериментальное изучение влияния магнитной текстуры, формирующейся при закалке расплава в различных условиях, на магнитные свойства и анализ полученных закономерностей в рамках предложенной модели. '

3. Теоретический анализ влияния упругого изгиба на гистере-зисные магнитные свойства высококобальтових аморфных сплавов с низкой магнитострикцией в зависимости от характера их исходной магнитной текстуры. Сопоставление выводов теории с результатами экспериментальных исследований.

4. Выяснение роли магнитоупругой и индуцированной вследствие направленного упорядочения магнитной анизотропии в формировании при отжиге магнитных свойств высококобалыовых аморфных сплавов с разной исходной магнитной текстурой.

5. Выяснение влияния магнитной текстуры на закономерности температурно-временной стабильности начальной проницаемости.

6. Экспериментальная проверка предсказаний модели о влиянии термомагнитной обработки на гистерезисные магнитные свойства внсо-

кокобальтовых аморфных сплавов.

На защиту выносятся следующие результаты:

- математическая модель, описывающая совместное влияние макроскопической и локальной одноосной магнитной анизотропии различной природы и происхождения на магнитные свойства аморфных сплавов с низкой магнитострикцией;

- зависимость гистерезисных магнитных свойств от величины лвгнитострикции при разном характере магнитной текстуры аморфных сплавов в исходном состоянии;

- результаты расчетов и опытные данные по влиянию упругого изгиба на магнитные свойства аморфных сплавов;

- модельные представления и экспериментальные результаты по влиянию магнитной текстуры на температурно-вреиенную стабильность

начальной проницаемости аморфных сплавов;

- закономерности влияния отжига в магнитном поле и без поля на магнитные свойства аморфных сплавов.

«. Новизна работы. В работе получены следующие повыэ результаты:

I. Получены аналитические зависимости между пряыоугольностыо петли гистерезиса, начальной проницаемостью и её временный спадом, коэрцитивной силой и работой намагничивания, с одной стороны, и константой макроскопической одноосной магнитной анизотропии ( с осью легкого намагничивания вдоль или поперек направления измере-

ний), магнитострикцией, величиной остаточных и приложенных напряжений, с другой стороны.

' 2. Проведены расчеты прямоугольности петли гистерезиса и начальной проницаемости для случая упругого изгиба аморфных лент. Теоретически и экспериментально показано, что влияние приложенных к аморфной ленте напряжений изгиба на ее магнитные свойства определяется не только величиной ыагнитострикции , но и существующей в ленте магнитной текстурой. В частности, установлен разный характер изменения начальной проницаемости при изгибе для аморфных сплавов с магнитной текстурой и без нее.

3. Теоретически и экспериментально показано, что при варьировании условий термомагнитной обработки начальная проницаемость принимает максимальное значение при пряыоу1 .щьности петли гистерезиса меньше 0,5, а коэрцитивная сила минимальна при прямоуголъ-ности больше 0,5.

4. Показано, что существование магнитной текстуры приводит к изменению температурно- временной стабильности начальной проницаемости и характера ее температурного гистерезиса.

5. Экспериментально обнаружен! , что при отжиге изменяется ' характер полевых зависимостей прямоугольности и коэрцитивной силы частных петель гистерезиса в изученных сплавах. Теоретически и экспериментально установлена связь между смещением частных петель гистерезиса вдоль оси полей и возникновением при отжиге минимума на полевой зависимости коэффициента прямоугольности.

Практическая значимость. Результаты, полз энные в данной работе, могут быть использованы:

- для оптимизации режимов термической обработки амор.фных сплавов на основе кобальта с низкой магнитострикцией;

- для прогнозирования с -учетом исходной магнитной текстуры направления'изменения комплекса гистерезисных магнитных свойств

.при свивке лент в тороиды;

- для прогнозирования роли процессов наведения магнитной анизотропии, структурной релаксации и эффектов магнитного последействия при формировании магнитных свойств в результате варьирования условий получения и термической обработки аморфных сплавов;

- для развития теории процессов намагничивания и перемагничк-вания в аморфных сплавах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, включая обзор литературы, выводов и списка использованной литературы кэ 180 наименований. Работа изложена на . 163 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы и 68 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛВДОВАНИЯ

В работе исследовали аморфные сплавы на основа кобальта сле-

дуюцлх номинальных составов: Со57 Мт Stir Bf7 , Co77Cr,-,г

Co¡0 Mo1Q 2r10 , Coi0 Moe 4 Zrf0, CogQ fifog V,Zr1p , Cog7 Mo6 Zr? .

Соотношение между элементами выбирали с целью получения низких

—fi

значений магнитострикции (меньше, чем 10 ) и изменения в широком диапазоне индукции насыщения (от 0,5 до I Тл) и температуры Кюри (от 200 до 500°С). Образцы в виде лент шириной от 5 до 15 мм и толщиной от 17 до 37 мкм были получены закалкой расплава на внешней поверхности вращающегося валка. Аморфное состояние образцов контролировалось рентгеновским методом. Температуру начала кристаллизации определяли с помощью дифференциального термического . анализа при непрерывном нагреве со скоростью Ю°С/мин. Температу-.ру Кюри определяли по температурной зависимости начальной эффективной проницаемости. Развитиэ охрупчивания в результате отжига оценивали по величина степени деформации разрушения при изгибе ленты. Степень релаксации напряжений изгиба определяли с помощью измерений остаточного радиуса кривизны ленты после ее отжига в i

- а -

изогнутой состоянии. Изучение неоднородностей электронной плотности проводили методой малоуглового рассеяния рентгеновских лучей.

•' Магнитострикцию насыщения определяли методом малоуглового впщения намагниченности. Для этого через прямую аморфную ленту, намагниченную вдоль ее оси до насыщения постоянным магнитным полем Ну ■ , пропускали переменный электрический ток, создавая тем самым периодические отклонения вектора намагниченности от оси ленты на малый угол О . Расчет проводили по величине изменения Ну , необходимого для поддержания постоянства угла в при приложении к ленте растягивающих напряжений.

Измерение гистерезисных магнитных свойств поверхностного слоя аморфных лент осуществляли в квазистатическом режиме на магнитооптической установке с помощью экватор: ;льного эффекта Керра.

Начальную эффективную проницаемость измеряли на тороидальных образцах в поле 0,08 А/м частотой I кГц с помощью установки, собранной по схеме моста Ыаксвелла. Временной спад начальной проницаемости определяли как отношение величины уменьшения проницаемости за 30 минут после размагничивания к начальному значению (через 15 се! "нд после размагничивания).

Статические магнитные свойства витых тороидальных образцов измеряли в коммутационном режиме на баллистической установке, собранной на базе микровеберметра Ф-191. Экспериментально установлено, что внешнее магнитное, поле (поле Земли) приводит к снижению измеряемого значения прямоугольности петли гистерезиса, причем коэффициент прямоугольности линейно зависит от обратной величины числа витков аморфной ленты в торовдалъном сердечнике. Согласно предложенной модели, указанную закономерность можно связать с экранированием наружным витком аморфной ленты составляющей внешнего магнитного поля, перпендикулярной оси тороида. Поэтому для уменьшения влияйия внешних магнитных полей на результаты измерений

использовали торовдалыше образцы с большим числом витков аморфной ленты (не меньше 10).

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

При построении математической модели магнитной анизотропии ограничились рассмотрением случая лент из аморфных сплавов с низкой магнитоотрикцией, в которых, согласно литературным данным, намагниченность расположена в плоскости ленты. Предполагали, что напряженное состояние в любой точке образца является одноосным, причем оси внутренних напряжений, как растягивающих, так и снимающих, расположены параллельно продольной оси ленты, а величина этих напряжений, , распределена по нормальному закону с нулевым средним значением и средним квадратичным отклонением . В результате функция плотности распределения локальных констант магнитной анизотропии, связанной с остаточными напряжениями = = (3/2) ), имеет вид:

) = (291К^У'/гехр(-4/г«*р )\ (I) где (3/2)/^/6р - среднее квадратичное отклонение распре-

деления величины А^. . Макроскопическую одноосную магнитную анизотропию (например, структурную или связанную с приложенными упругими напряжениями) характеризовали величиной ее константы К , предполагая, что ось анизотропии лежит в плоскости образца и либо совпадает с осью ленты (при этом К> 0), либо перпендикулярна оси ленты ( К< 0). С учетом сделанных предположений условие минимума

и

свободной энергии приводит к выводу, что б отсутствие внешнего магнитного поля векторы намагниченности должны быть параллельны оси ленты в областях ^ положительной эффективной константой магнитной анизотропии К^ и перпендикулярна оси ленты в-областях с отрицательными значениями Кэ<р .

Прямоугольность петли гистерезиса /пг рассчитывали, пренебрегая доменами обратной намагниченности, как объемную долю продольно намагниченных областей по формуле

тг = 0,5 + Я>(&) , (2)

где 9(6)^ , ^т^Л^К^-

При изгибе ленты (например, при ее свивке в торовд) коэффициент прямоугольности определяли как среднее по толщине ленты значение объемной доли продольно намагниченных областей с учетом линейной зависимости приложенных напряжений от координаты:

где ^ = ^ - максимальное значение приложенных при изгибе

напряжений (на растянутой поверхности ленты), = Л^/Лл, ,

г

Ки - константа макроскопической одноосной магнитной анизотропии, не связанной £ напряжениями изгиба.

Начальная проницаемость /Иа определялась как сумма вкладов в проницаемость процессов смещения доменных границ ( ) и

процессов вращения намагниченности ( ).

Величину 1 пропорциональную отношению удельной пло-

щади границ между продольно намагниченными доменами £рг к коэффициенту жесткости доменных границ сС (второй производной удельной энергии границ по координате смещения ОС вблизи равновесного положения ОСс ), рассчитывали с помощью выражения

' „от т

Л - ' ( )

где - магнитная постоянная, и €С1 - средние длины волн флуктуаций величины К^ и ее производной 'дК&./дх* соответственно, А - обменная постоянная, (гжу*%!р(-02). При выводе • выражения (4) вычисление среднего по продольно намагниченным областям значения сС проводили с помощью теории напряжений Кондор-

ского и статистической теории потенциалов, модифицированной путем учета влияния макроскопической одноосной магнитной анизотропии на толщину 180-градусных границ доменов и средней величины флуктуаций [дхг в продольно намагниченных областях. Аналитическую зависимость Яу от & находили методами теории вероятностей, исходя из предположения, что определяющее ширину доменов расстояние между местами сосредоточения магнитных зарядов равно длине участка с по лонительными значениями .

Величину ^а^ на*одили в предположении о независимое!'и вращения векторов М$ в разных точках образца друг относительно друга с помощью выражения

аращ _ [о,ь~<Р(&11*

Для расчета относительного временного спада начальной прони-

цаемости получили выражение

4¿к-П + с ^^^^ШтГг'

У/а

(6)

где С= , к[- константа индуцированной одноосной

магнитной анизотропии.

Коэрцитивную силу /-/с рассчитывали с учетом закрепления доменных границ на центрах пиннинга двух типов: флуктуациях остаточных напряжений внутри продольно намагниченных областей и на йопе-речно намагниченных областях малых размеров, расположенных внутри продольно намагниченных доменов. В первом случае коэрцитивная сила равна

// = я'УЩГ 7/ГА. Т* '

а во втором случае определяется выражением

■ (8)

Результирующая коэрцитивная сила согласно статистической теор'"' потенциалов определялась по формуле

Hc-ÍHÜ + Htiy*- (9)

Работа намагничивания согласно предложенной модели равна

w-K6f¡ (p(é) - т?- m)j}. (Ю)

Рассчитанные по формуле (2), (4)-(Ю) зависимости магнитных свойств от нормированной константы магнитной анизотропии А^К/Кв^ представлены на рисунке. С помощью нижнего индекса "О" обозначены значения соответствующих свойств материала при é = 0.

ВЛИЯНИЕ МАГННГНОАНИЗОТРОПНОГО исходного состояния НА СВ0ЧСТВА АМОРФНЫХ ЛЕНТ

Варьирование условий закалки расплава сплавов Co^Cr^Zr^ и Со57М10 SiffBft приводило к получению аморфных лент с различным характером магнитной текстуры. По зеличине прямоугольное-ти петли гистерезиса, характеризующей степень магнитной текстуры, образцы разделены на три типа: образцы типа А с повышенным значением тг (>0,9), образцы типа Б с близким к 0,5 значением прямо-угольности (П7Г= 0,5 + 0,6) и образцы типа В с низким значением /Т)г (меньше 0,5). Типы А и В относятся к лентам с продольной н поперечной магнитной текстурой, соответственно; в образцах типа Б магнитная текстура практически отсутствует. Полученные по различным режимам ленты аморфного сплава, содержащего металлоиды, отличаются по интенсивности малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (относительно слабая и практически одинаковая для образцов типа А и В и высокая в лентах типа Б). В беэметаллоидноя аморфном сплаве мвлоуг-ловое рассеяние рентгеновских лучей в исходном состоянии не проявляется, что свидетельствует об отсутствии иеоднородностей электронной плотности. Еще одним отличием содержащего металлоиды сплава от безыеталлоидного сплава является отсутствие в последней случае зависимости температуры охрупчиваиия 1J от типа образца, в то время как для различных исходных состояний сплава с металлоидами разница

/ к

Теоретические зависимости магнитных свойств от величины к = р- .

/7L Ч

/ CL

fafßao 2/ /0,75 J 0,50 / 0,25 г "Â i- (ЛШсмещ \ 2 - (ßafflao)gpQl4 * 2 VN.

bflafßa 0,35 - 2 / к4 3 6 ~ 1

Ио \ Нсо \ 6 \ 4 \2 L 2 / й / 2 1 „

Ч 2 2 А д

-2 0 2 А

Рис.

. достигала 30°С. Наиболее высокая температура охрупчивания была обнаружена в образцах типа А. Условия получения ленты и, соответственно, тип исходного состояния образцов относительно слабо сказываются на темпе релаксации напряжений изгиба, размерах неод-нородностей электронной плотности (для сплава с металлоидами), температуре Кюри, а также температуре начала кристаллизации. Образцы типа А обладают наиболее низкими значениями магнитострикции (2-ГО-® для сплава Со^ Л^ Ре5и ¿Ю"8 для сплава Со^ Сг^ , что соответствует высоким значениям прямоугольности и величины хреыенного спада проницаемости при относ1нсльно низких значениях печальной проницаемости (100-1100). Ленты с большой магнитострик-цией имеют повышенные значения (несколько тысяч), более низкие значения и находятся практически в май иноизотропном сос-

тоянии. Указанную взаимосвязь между мэгнитострикцией и магнитными свойствами объяснили на основе предложенной математической модели, предполагая существование в ленте макроскопической магнитной анизотропии с осью'легкого намагничивания, параллельной оси ленты. Наличие такой анизотропии экспериментально подтверждено результатами измерений магнитооптическим методом петель гистерезиса поверхностного слоя ленты. Б рамках предложенной модели объяснена также экспериментально обнаруженная корреляция между начальной проницаемостью и прямоугольностью петли гистерезиса тороидальных образцов аморфного сплава Со^ разных плавок (при /т7^>0,5

проницаемость тем меньше, чем больше тг ).

РОЛЬ МАГНИТОУПРУГОЙ АНИЗОТРОПИИ В ФОРМИРОВАНИИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ

Влияние упругого изгиба на магнитные свойства было изучено путем измерений ГПГ, На и ¿Д,//^ в зависимости от диаметра-V тороидальных образцов. Установлено, что для образцов типа А,

• «

имеющих наиболее низкие значения магнитострикции, магнитные свойства практически не зависят от диаметра тороида; наблюдается лишь слабое уменьшение прямоугольности петли гистерезиса при уменьие- . нии Т) , что находится в согласии с результатами расчетов по формуле (3) при учете обратно пропорциональной связи между диаметром тороида и величиной максимальных напряжений изгиб0 б^ .'Расчет . начальной проницаемости, проведенной с помощью усреднения, аналогично формуле (3), выражений (4) и (5) по величине константы магнитной анизотропии, связанг й с напряжениями изгиба, позволил объ*-яснить известный из литературы немонотонный характер ^висимости от 1) для низкомагнитострикционного аморфного сплава с продольной магнитной текстурой. Показано, что приложение к аморфной ' ; ленте малых напряжений изгиба ) в зависимости от знака

второй производной^ по £ ) может как уменьшить, так и увеличить начальную проницаемость. В материалах с сильно выраженной магнитной текстурой, 1710(согласно расчетам, это-условие выполняется при /77^> 0,84 или при >^¿0,16), рост напряжений изгиба должен приводить вначале (при плых ) к увели- . чению, а затем к уменьшению . В противном случае (в частности, для магнитноизотропных материалов) должно наблюдаться монотонное снижениес уменьшением диаметра тороида, что и было, экспериментально обнаружено во всех изученных материалах типа Б л В-( /77л= 0,20-0,69). '

Экспериментально подтвержден следующий из формулы (3) вывод о независимости прямоугольности ¡. ;тли гистерезиса'-от диаметра то- • роидального образца ля материала, находящегося в. м'агнйтноизотроп-. ном состоянии (тип^ Б). • ■ ,

Проведено оравнение эффективности влияния.изгиба на магнитные свойства аморфных сплавов различного химического состава. Показано, что влияние приложенных к аморфн й ленте напряжений гаги-

. ба на ее магнитные свойства определяется не только величиной ма-гнитострикции, но и магнитноанизотропным состоянием сплава, дру-, гиыи словами, степенью существующей в нем магнитной текстуры. Это проявляется, в частности, в отсутствии обычно наблюдаемой корреляции между Нс и ., а также в различии тензочувствитольнос-ти на^аль^ой проницаемости для сплавов с"различной величиной коэффициента прямоугольности при прочих равных условиях.

Роль магнитострикции. При отжиге аморфных сплавов Со^С^^Г^ и независимо от их исходного состояния обнару-

жено увеличение магнитострикции, начиная с температуры 160°С для

• Созметалловдцого сплава и 175°С для сплава с металлоидами. Экспе-рйментально подтверждены следующие закономерности влияния изменения магнитострикции на магнитные свойства аморфных сплавов, пред-

• сказанные с помощью предложенной наЪш математической модели. Во-первых, рост приводит в полном соответствии с результатами расчетов по формулам (2) и (3) к уменьшению прямоугольности петли 'гистерезиса до 0,5 для образцов с продольной магнитной текстурой (типа А) и увеличению /71р. до 0,5 для образцов с поперечной магнит-, ной текстурой'(.типа В); в ыагнитноизотропных образцах (типа Б) величина Ь1Г не изменяется. Во-вторых, существование в исходной состоянии продольной магнитной текстуры приводит к тому, что началъ-

. ная1проницаемость образцов типа А. с ростом $$ пе уменьшается, как в изотропном ь._1териале.'(типа Б), а увеличивается, что также нахо-. дится в полном соответствии с результатами расчетов с помощью предложенной математической модели. В-третьих, различие между магнитно..зотропным состоянием й состоянием с высокой прямоуголышстъю петли гистерезиса проявляется также в том, в первом случае росту коэрцитивной силы при отжиге соответствует уменьшений начальной проницаемости, а во втором случае наблюдается одновременное увеличение' На и Ма . Это означает, что в зависимости от во-'

личины tf)r в исходном состоянии формирование J'a при отжиге обусловлено разными причинами - изменением коэффициента жесткости доменных границ для образцов типа Б и изменением удельной площади -доменных границ для образцов типа А.' В-четвертых, на примере сплава с металлоидами показано, что увеличение'«^ при отжиге приводит к резкому уменьшению относительного временного спад, проницаемости образца с исходной высокой прямоугольностьп петли гисторезиса ( /77г = 0,93) и практически не изменяет величину AjMa/jHx в пучае магнитноизотропного образца иша Б, кате это и следует из результа- • тов расчетов'по формуле (6).

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ НАЧАЛЬНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ.

Исследования аморфного сплава ^O^M^fiegSi^ß^ покоя а ли, что температурные зависимости начальной проницаемости имеют различный характер для образцов с магнитной текстурой и без нее. При нагреве образцов типа А величина ^^ резко возрастает одновременно с уменьпением коэффициента прямоугольности, "этем происходит замедление роста JHq. (в раде случаев образуется максимум начальной проницаемости, отличающийся от максимума Гопкинсона точки Кюри). Образование максимума JHa при нагреве характерно также для образцов типа В с поперечной магнитной текстурой.,В магнитноизотроп- . нга образцах (типа Б) начальная проницаемость монотонно уменьшается с ростом температуры, образуя минимум ниже точки Кюри.

Расчеты с помощью формул (4) (5) температурного коэффициента начальной проницаемости Ciß =flä'' clßa/dT<- показали, что существование в сплаве магнитной текстуры приводит к увеличению cLjh на тем большую величину, чем. сильнее прямоугольное^ петли гисторезиса отклоняется от 0,5. При нагреве магнитноанизотропшв: образцов (типа А и В) происходит, • согласно экспериментальным данным,

, разрушение магнитной текстуры ( !71;- стремится к 0,5), в результате чего температурный коэффициент уменьшается. В сплаве с ые-.таллоидами влияние на: о^ магнитной текстуры, с од&ой стороны, и температурных зависимостей спонтанной намагниченности и магнитострикции, с другой сторгны, противоположно, что приводит к смене знака _ при нагреве и эксперимента'льно~наблюдаеиому максимуму на кривой (Т). в отожженном выше 280°С сплаве с металлоидами, "а также в сплавах 'и ¿Ьр?'^ < в отличие

от рассмотренного выше слу.чая, величина уже в магнитноизотроп-ном состоянии имеет положительный знак, что не позволяет ввделить •однозначно влияние магнитной текстуры на фоне действия двух других факторов - .стабилизации доменной структуры и изменения с температурой Я5 и /И? .

Показано, что наблюдающийся температурный гистерезис начальной проницаемости обусловлен в основном двумя факторами: пере-, ¿тройкой доменной структуры и ее стабилизацией вследствие направленного упорядочения. Первый процесс играет доминирующую роль в ' формировании начальной проницаемости для образцов типа А и Б, в которых удельная площадь границ доменов изменяется наиболее сильно вследствие разрушения магнитной текстуры. В образцах типа Б величина определяется главным образом процессом стабилизации . доменной структуры, включающим в себя стабилизацию границ доменов и стабилизацию локальных направлений намагниченности доменов.

; ФОРМИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПРИ 0Т1ЙГЕ

"эмимо рассмотренного выше изменения уровня магнитоупругой анизотропии, при отжиге ниже точки Кюри -происходит также наведение локальной магнитной анизотропии вследствие направленного упорядочения. Этот-процесс приводит к стабилизации доменной структу-' ' ры, что проявляется.в существовании ниже минимума проницае- ,

мости и максимума коэрцитивной силы на зависимостях свойств от температуры отжига ^ . После предварительного высокотемпературного отжига (400-500^0) степень стабилизации доменной структуры уменьшается, то есть отжиг ниже Тс приводит к меньшим изменениям магнитных свойств по сравнению с предварительно не отжигавшимися образцами, что можно связать с известным из литературы уменьшени- ■ ем крнстанты наведенной мэгнитной анизотропии после высокотемпературного отжига.

В сплаве .Со^Мос2г7 с .лсокой температурой Кюри (500°С) тем- ' пературные интервалы протекания стабилизации доменной структуры'и кристаллизации перекрываются. Первый процесс определяет формирование магнитных свойств при 300°С. Кристаллизация играет'-главную роль при отжиге выше 400°С, что проявляется в резком (на порядок) возрастании Не с ростом от 400 до 500°С.

В сплавах (Ъ^^/е^В^, Со77 и Со&аМою2г}0

с относительно низкими % (<£330°С).на формировании магнитных свойств при отжиге выше 7с сказывается также усиление неоднородности аморфных сплавов. Это проявляется, в частности, в существовании максимума На при ^^ 350°С и одновременном замедлении роста с повышением . Причиной увеличения коэрцитивной силы в результате термообработки могут быть неоднородности электронной плотности, об образовании которых после отжига при 300-450°С свидетельствует повышение интенсивности малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. На усиление пиннинга границ доменов с увеличением ^ указывает также значительное возрастание'(на порядок и больше) коэрцитивной силы поверхностного, слоя ленты опре-

деленной с помощью экваториального эффекта Керра, в то вреия как объемная коэрцитивная сила На при отжиге выше 350°с уменьшается. После отжига при 400°С величина Н^ достигает.значений I кА/м, что на три порядка больше На ( « 0," А/м). . .

' • После отжигов сплава Со57Л/СюРе5Вс11 В>1? при 180-200°С и

сплава ПРИ 250-360°С процесс перемагничивания при-

. обретает аномальный характер. Это проявляется в возникновении на полевых зависимостях параметров частных петель гистерезисе двух

I

максимумов прямоугольнс сти вместо одного и двух участков слабого изменени. ("насыщения") Нс , а также в смещении частных петель . гистерезиса как вдоль оси полей на величину д// , так и вдоль оси индукции. Полевая зависимость &Н имеет максимум при значении поля," примерно соответствующем минимуму пряыоугольности. В отожжэн-■ ном сплаве ^ОздМомЗС/р аномальный характер намагничивания про' является в существовании двух максимумов на полевой зависимости

• проницаемости. Все указанные выше экспериментальные закономерности объяснены на основе.предположения о возникновении в сплавах

' после отжигов двух типов областей,'сильно различающихся по своей •'магнитной жесткости.

• _ ' ' РОЛЬ ИНДУЦИРУЕМОЙ ПРИ ТЕРМ0МАПШН0Й ОБРАБОТКЕ

ОДНООСНОЙ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ В ФОРМИРОВАНИИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ

На-примеое сплава проведена проверка предсказа-

< ний описанной выше математической подели магнитных свойств магнит-нотекстурованных аморфных сплавов применительно к случаю наведения макроскопичесой одноосной магнитной анизотропии с помощью отжига в магнитном поле.'В результате терыомагнитных обработок при 175 и 200°С в продольном или поперечном поле с выдержками до 15 часов , получали образцы-с прямоугольностью петли гистерезиса от 0,02 до 0,9..Показано, что независимо от направления прикладываемого в-процессе термомагнитной обработки магнитного поля, а также от прследовательности проведения таких обработок коэрцитивная сила

• изменяется в зависимости'от коэффициента прямоугольном« по кри~

вой с минимумом при 0,6-0,7, а начальна 1 проницаемость -

по кривой с максимумом при 0,2-0,4, как и было предсказано

теоретически при описании влияния магнитной текстуры на магнитные -свойства.

ВЫВОДЫ .

1. Разработана математическая модель, описывающая влияние од-юосной магнитной анизотропии на прямоуголх.юсть петли гистерезиса ППГ , начальную'проницаемость и величину ее дез аккомодации,

I/ .

коэрцитивную силу Нс и работу намагничивания аморфных сплавов с низкой магнитострикцией. Установлены аналитические зависимости между указанными магнитными свойствами, с одной стороны,, магнитострик- . цией, приложенными и остаточными напряжениями, константой одноосной магнитной анизотропии и направлением ее оси, с другой стороны.

2. Показано, что в рамках предложенной теории различие в гис-терезисных магнитных свойствах, аморфных лент, пол./ченных путем закалки расплава по различным режимам, является следствием разного ■характера магнитной текстуры в этих лентах. В частности, дано объяснение экспериментально' наблюдающейся корреляции между прямоуголь-ностью петли гистерезиса и магнитострикцией, а также обнаруженному' уменьшению начальной проницаемости с ростом коэффициента прямо-угольности.

3. Теоретически и экспериментально показано-, что влияние приложенных к аморфной ленте напряжений изгиба на ее магнитные свойства определяется не только величиной магнитострикции, но и существующей в ленте магнитной текстурой. Получено опытное подтверждение отсутствия в случае магнитноанизотропного материала однозначной корреляции между изменениями при изгибе, начальной проницаемости и коэрцитивной силы - характер связи между и На определяется особенностями исходной магнитной текгтуры.

I • 4. Предложенная модель позволила объяснить закономерности влияния наведенной при термомагнитной обработке одноосной магнитной анизотропии на магнитные свойства, а именно,'наличие максимума . начальной проницаемости и минимума коэрцитивной силы в зависимости от коэффициента прямоугольности, а также различие значений , при котогых наблюдаются эти экстремумы ( максимум при тг , меньше 0,5 и минимум Нс при -^больше 0,5).

5. В рамках предложенной модели объяснены полученные в работе экспериментальные результаты о меньшей температурно-временной ста-

■ бильности начальной проницаемости аморфных сплавов с острой маг' нитной текстурой по сравнению со стабильностью в магнитноизо-

т'ропных сплавах. Показано, что в зависимости от исходного состояния сплава температурный гистерезис начальной проницаемости может ' быть в основном обусловлен или перестройкой доменной структуры из-за необратимого изменения магнитострикции (сплавы с высокими .'исходными значениями прямоугольности петли гистерезиса), или стабилизацией доменной структуры вследствие направленного упорядоче-

4 '

ния (магнитноизотропные сплавы).

6/. Показано, что закономерности формирования магнитных свойств при ныкотемпиратурном отжиге в сплавах с близкой к нулю ыагнито-. стрикцией, независимо .от их состава ( Со5Г? ^е*;В17 ,

■ . Со77 Сг^2 ), определяются одними и теми же причинами, а

именно': в сплавах.с высокой прямоугольностью петли гистерезиса (^/-^0,9) и в сплавах с низкой'прямоугольностью (П)г <£ 0,5) ведущую роль.играет разрушение исходной магнитной текстуры вследствие > »

роста магнитострикции, а в магнитноизотропных сплавах 0,5)

* ■ у

изменение свойств обусловлено стабилизацией исходной доменной структуры вследствие направленного упорядочения. "

7. Показано, что после низкотемпературного отжига (^ 350°С) перемагничивание аморфных сплавов приобретает аномальный характер.

- ЁЗ -

Это проявляется в сильной различии магнитных сзойств в поверхностной слое (по данным экваториального эффекта Керра) и в объеме, аморфных лент,- а также в особенностях полевых зависимостей пара- . метров частных петель гистерезиса, в том числе'величины их смещения! Выявленные закономерности могут быть объяснены.на основе предположения о существовании в сплаве двух типов г властей, сильно различающихся по своей магнитной жесткости.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: . ' •

1. Кекало И.Б., Введенский В.Ю., Тараничев В.Е., Клычева В.А.,' Цветков В.Ю., Чернов B.C. Влияние исходного состояния аморфного •

сплава Со- с близкой к нулю магнитострикцией на ха- '

.рактер изменения магнитных свойств при отжиге. /'/ ФММ. - I9S9. -Т. 68, вып. 3. - С. 492-498.''

2. Кекало И.Б., Введенский В.Ю., Рыбин Д.С. Особенности температурной зависимости начальной проницаемости аморфного сплава'с . почти нулевой магнитострикцией. // Сб. материалов 1 Всес. школы- . семинара "Эффект Баркгаузена и его использовани- в технике". -Ижевск: ИМИ, 1989. - С. 66-73.

3. Кекало И.Б., Жалнин Б.В"., Введенский В.Ю. Об особенностях магнитных свойств аморфных ^плавов с высокой прямоугольностьн, измеренных на тороидальных образцах. // Тезисы докладов Всес. симпо- • зиума по физике аморфных магнетиков.Красноярск, 1989. - С. 91.

4. Кекало И.Б., Тараничев В.Е., Введенский В.Ю. Влияние исходного состояния на особенности эволюции магнитных-свойств в аморфных сплавах fie-Cp-M-Si-З. и Cb-Cr'-Zr с близкЬ'й к нулю магнитострикцией..// Тезисы докладрв Ш Всес..совещания,"Физико-химия аморфных (стеклообразных) металлических сплавов".^- М.: ИМИ

АН СССР, 1989. -С. 107-108.

5. Введенский В.Ю., Кекало И.В., Тарг 'ичев В.Е. Кластерооб-

' - гч -

разование в аморфных сплавах. // Тезисы докладов I Всес. конферен ции "Кластерные материалы". - Ижевск: УрО АН СССР, 1991.- С. 20.

6. .Введенский В.Ю., Кекало И.Б. Влияние изгиба на магнитные .свойства аморфных лент в зависимости оа уровня закалочных напряжений и макроскопической магнитной анизотропии. // Тезисы докладов ПятоР Всес. конференции "Аморфные прецизионные сплавы: техно. логия, свойства, применение", г М., 1991. - Ci74-75.

. 7. Введенский В.Ю., Кекало И.Б., Левин Ю.Б., Чириков Н.В. Процессы кластеризации и изменение магнитных свойств при отжиге ■ аморфных лент сплава Со-Fe-Ai-Si-В , находящихся в разных ис-• ходных состояниях. // Тезисы докладов 1У Всес. конференции "Проблемы 'исследования структуры аморфных материалов". - Ижевск, 1992. -- С. 118.

Введенский В.Ю., Кекало И.Б. Анализ влияния магнитной •анизотропии на прямоугольность петли гистерезиса аморфных спла-.■ 'вов«- // ФММ. - 1992. - Н. - С. 99-110.

Материалы диссертационной работы доложены на: I'. Ш- Всесоюзной школе-семинаре "Эффект Баркгаузена и его использование в технике", Ижевск, 1989 г.

с. Всесоюзном симпозиуме по физике аморфных магнетиков, Красноярск, 1989 г. .

' 3. i Всесоюзном совещании "физикохимия аморфных (стеклообразных) металличерких .Сплавов", Москва, 1989 г.

4. I Всесоюзной конференции "Кластерные материалы", Ижевск, 199I г. .

5. Пятой Всесоюзной койференции "А"орфные прецизионные'спла-

ф • "

вы: ¡технология,-свойства, применение", Poctoí:'Великий, 1991 г.

. Закаэ^ Объем I- п.л. Тираж 100 экз.

Типография ЭОЗ МЙСиС, ул. Орджойикидзе, 8/9