Гистерезисные свойства редкоземельных постоянных магнитов и их связь с процессами перемагничивания микрообъемов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ' по высшему ОБРАЗОВАНИЮ .

МОСКОВСКИЙ

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ .

На правах рукописи

УДК 621.318.2:669.80/86.001.573:681.3

ГАБАЙ Александр Моисеевич

ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ И ИХ СВЯЗЬ С ПРОЦЕССАМИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ МИКРООБЪЕНОВ

Специальность 01.04.07 - "Физика твердого тела"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук'

Москва 1994

Работа выполнена в проблемной лаборатории постоянных магнитов Московского института стали и сплавов

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор А.С.ЛИЛЕЕВ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор С.А.НИКИТИН, кандидат технических наук В.А.СЕИН

Ведущая организация: 'Научно-производственное объединение "МАГНЕТОН" (г.Владимир)

Запита' состоится " 1994 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 молено ознакомиться в библиотеке МИСиС.

Автореферат разослан "/Ь " ¿ре&^й/и 1994 года.

Ученый секретарь . специализированного совета . кандидат физико-математических

наук Я.М.Муковский'

ОГДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существующие тенденций развития многочисленных технологий, использующих постоянные магниты (ПМ), предполагают дальнейшее повышение роли высокоэнергетических • материалов. Основой для таких ПМ служат соединения редких земель с ' переходными металлами, сочетающие высокую температуру Кюри и высокую намагниченность насыщения с сильной магнитной кристаллографической анизотропией. При благоприятном сочетании названных* • физических свойств особую важность приобретает проблема устойчивости намагниченного состояния. Между тем, механизмы коэрцитивной силы сплавов ЗшСо^ и Ы(1-Ке-В, основных представителей класса редкоземельных ПМ, по сей день остаются предметом обсуждения., Как показывает анализ литературы, одной из основных причин такого положения является недооТаточность представлений о соотношении макроскопических магнитных свойств материалов с Поведением их отдельных зерен, не позволяющая однозначно связать экспериментальные результаты, полученные для массивных поликристаллических образцов, с теоретическими моделями магнитного гистерезиса отдельных кристаллитов. Более полные и систематические представления о взаимосвязи микроскопических, и макроскопических гистерезисных свойств позволят получить новые данные о деталях процесса пере-м'агничивания и природе магнитного гистерезиса редкоземельных ПМ.

Цель работы состояла в исследовании процессов перемагничи-

вани'я спеченных магнитов БшСо, и Ый-Рв-В, а также быстро закаленных

I °

сплавов ¡Й-Ке-В с использованием количественного моделирования их

гистерезисных свойств. Подлежащие решению за/дачи состояли в

- изучении макроскопических проявлений взаимодействия микрообъемов редкоземельных постоянных магнитов и разработке эффективных методов его адекватного представления при моделировании гистерезисных свойств:

- разработке модели постоянного магнита, адекватно учитывающей индивидуальное гистереэисное поведение его элементарных микрообъемов;

- экспериментальном измерении густерезисных свойств спеченных и быстроэакаленных сплавов,' определении на основании сравнения измерений и результатов моделирования значений параметров, характеризующих перемагничивание элементарных микрообъемов, для их последующего анализа с точки зрения механизма коэрцитивной силы.

Научная новизна проведенного исследования заключается в разработке на основе имеющихся представлений о процессах перемагничивания нового подхода к их детальному исследованию, основанного нг( определении • характеристик' гистерезиса микрообъемов по гисте-резисным свойствам массивного образца .

Практическая значимость работы заключается в возможности , использовать установленные закономерности макроскопических проявлений гистерезиса микрообъемов и результаты исследования процессов перемагничивания магнитов БтСо^ и Я-Ре-В для

-• исследований процессов перемагничивания постоянных магнитов;

- совершенствования технологии производства существующих ма-' териалов; #

- прогнозирования свойств постоянных магнитов в различных. условиях;

- создания магнитов с заданными свойствами.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладыва-

•V '

лись и обсуждались на V Всероссийском координационном совещании

В)гэов' по физике магнитных материалов (Астрахань, 1989), X Всесоюзной конференции по постоянным магнитам (Суздаль, 1991) и Школе-симпозиуме по физике магнитных явлений (Алушта, 1993). По теме диссертации опубликовано 5 статей и тезисы 3 докладов.

Структура и объем работы. Диссертация, состоящая-из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из. 221 наименования, изложена на 170 страницах, включая 45 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЙ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ освещена степень разработанности избранной темы, а также показаны актуальность и практическое значение проведенного исследования.

ГЛАВА 1 представляет собой аналитический _обзор литературы, посвященной исследованиям гистерезисных свойств редкоземельных ПМ. Отмечено, что при общем для всех бтих ПМ механизме перемаг-ничивания - смещении доменных стенок - отдельные материалы харак--териэуются различными механизмами коэрцитивной силы и различными типами гистерезисного поведения. При этом, если тип гистереэисного поведения, характерный для дисперсионно-твердеющих сплавов. Бш-Со-Си и называемый в литературе "типом закрепления", обусловлен закреплением доменных стенок дефектами, однородно распределенными в объеме сплава, то к ги'стереэисному поведению, характерному для спеченных магнитов БшСод и £?-Ке-В и называемому "типом зарожд--ения". может приводить как локальное закрепление доменных стенок вблизи границ зерен, так и трудность зарождения доменов обратной намагниченности. Изложены результаты многочисленных попыток определить механизм коэрцитивной Силы ' магнитов, характеризующихся гистерезнспым поведением типа зарождения. Показано, что эмпирические критерии механизма коэрцитивной силы, сформулированные для спеченных магнитов ЗтСо^, ' оказались непригдны для спеченных магнитов И-Рс-В, и что в литературе имеются взаимоисключающие интерпретации гистерезисных свойств спеченных магнитов БтСо^ и й-Кр-В с точки зрения механизма их коэрцитивной силы. Отмечено

- в -

так*© наличие в литературе разногласий по вопросу о типе гисте-резисного поведения и механизме коэрцитивной силы быстроэакаленных сплавов Л-Ре-В, демонстрирующих гистереэисные свойства, существенно отличающиеся от таковых у спеченных магнитов.

.'Проанализированы различные подходы к моделированию ги стере-зисных свойств редкоземельных ПМ с гистерезисным поведением типа зарождения. Эффективное экранирование обменного взаимодействия границами зерен основной ферромагнитной фазы в спеченных магнитах БтСо^' и 1?-Ре-В позволяет рассматривать их как совокупность элементарных • микрообъемов, взаимодействующих только магнитостатичес-ки. Показано,'что задача количественного описания эксперименталь--нцх.результатов в рамках подобных модельных представлений решалась ранее либо без учета ряда существенных факторов, либо с учетом основных .факторов, но только при расчете предельной петли гистерезиса, и это ограничивало возможности однозначной интерпретации результатов моделирования.

Глава заканчивается Формулированием цели и постановкой конкретных - задач'исследования.

* В ГЛАВЕ 2 приводятся сведения об исследованных материалах, и методиках 'экспериментальных измерений их магнитных свойств,' а также излагаются технические аспекты выполнявшегося в процессе работы компьютерного моделирования.

Гистереэисные свойства магнитов 8тСо^ изучались на образцах спеченного сплава Со - 37 вес. X 8ш, подвергнутых термообработке (10 мин при 900 °С и охлаждение с различной скоростью), обеспе-чивпюй им различные значения коэрцитивной силы. Свойства магнитов И-Ко-В изучались на образцах спеченных тройных сплавов Нв-Рв-В, а тАкхе■сплавов, дополнительно легированных ТЬ, Су, Со; НЬ и ба, и, в некоторых случаях, подвергнутых термообработке (5 мин при 1080 °С, охлаждение вместе с печью и закаляа от температуры 900 или'

550 °С), имевшей целью уменьшить или полностью устранить эффект стандартного отжига при 550 °С. Свойства быстрозакаленных сплавов изучались на образцах лент DD14 7Fa88 gCo7 gMoj gB? g (DD = ди-дим), полученных разливкой расплава на вращающийся .("19 м/с) барабан, и порошков Nd14 bF®75 i^0^1! 0^7 3' П0ЛУченных распылением расплава в струе холодного аргона.' .

Намагничивание образцов осуществлялось импульсным полем до .150 кЭ. Размагничивание образцов постоянным полем, а также измерения гистерезисных свойств (частных и предельных кривых размагничивания , кривых возврата, кривых намагничивания из различных исходных состояний, частных петель гистерезиса) и температуры Кюри выполняли с помощью вибрационного» магнитометра, оснащейного высокотемпературной приставкой.

Моделирование гистерезисных свойств выполняли на персональном компьютере с помощью специально разработанного. программного обеспечения, позволявшего варьировать значения параметров модоли в интерактивном режиме, визуально сравнивая в каждый момент расчета" теоретические -кривые ЩИ) и ЩТ) 'с результатами эксперимента. Самосогласованный расчет намагниченности модельнрго ансамбля осуществлялся методом итераций.

ГЛАВА 3 посвящена исследованию магнитостатического взаимодействия микрообъемов в редкоземельных ПМ. с гистереэисным поведением типа зарождения и разработке способа адекватного представления этого, взаимодействия при моделировании гистерезисных свойств^ Глава, начинается с выработки определения модельного микрообъема (частицы) - элемента, чье магнитное поведение соответствует предполагаемому магнитному поведению отдельного зерна или же группы- обменносвязанных зерен реального массивного образца.

Рассмотрели два способа моделирования магнитостатического взаимодействия частиц при их объединении в ансамбль: приближение

среднего поля взаимодействия и моделирование,, учитывающее взаимное влияние отдельных частиц.

Приближение среднего поля предполагает, что действующее на каждую частицу внутреннее поле складывается из поля, приложенного к ансамблю извне, размагничивающего поля частицы, лорентцевского поля и размагничивающего поля ансамбля. При расчете предполагали, что на равноосную частицу, обозначенную индексом 1 и имеющую намагниченность М^, в ансамбле из л частиц действует поле

п п

И1 = * тк 2 ч - ъ I Ч + • {1>

и)

где-Я - внешнее поле, // - размагничивающий фактор образца, а Я..

в - . II

представляет собой феноменологический параметр, характеризующий локальные отклонения внутреннего поля от среднего значения. Такого приближения при расчете поля взаимодействия оказалось достаточно, чтобы объяснить наблюдаемое у спеченного магнита БтСоб (#с = 22 КЭ), смещение (в сторону увеличения намагниченности) частных петель гистерезиса, Измерявшихся при циклическом изменениии поля, приложенного к образцу, который был предварительно размагничен •обратным полем. Это 'смещение воспроизводится при расчете с использованием (1), н<? отсутствует у частных петель, рассчитанных в предположении Н^И. Были также рассчитаны частные петли спеченных магнитов БтСо^ с #с = 10 и 22 кЭ после термического размагничивания и размагничивания знакопеременным полем. Предполагали, что поле реремагничивания частиц Яо увеличивается пропорционально эффективному намагничивающему полю Яш-' Сравнение результатов расчета с" экспериментом показало, что большей коэрцитивной силе спеченного магнита соответствует большее среднее значение | сУИ /¿И^. Проводить дальнейший анализ гистерезисных свойств в приближении среднего поля сочли нецелесообразным из-за невозможности дать в

рамках этого приближения адекватное представление неоднородности внутреннего поля при перемагничивании. '

В дальнейшем внимание было сосредоточено на моделировании магнитостатического взаимодействия, учитывающем взаимное влияние отдельных частиц. В этом случае эффективное для J-oй частицы поле определялось иэ выражения:

п

V Л + з! 1*1 '1Г <2>

¿=1

где т^ = а значения Я нормированы на величину поля

насыщения намагниченности частицы Н = 4пМ /3. Значения коэф- .

в о

фициента взаимодействия для однс^й и той же пары частиц, в

общем случае, зависят от способа представления последних.. Рассмотрели три способа представление многодоменных соприкасаются частиц, центры которых образуют равнопериодическую прямоугольную пространственную решетку: представления частиц кубическими и•сферическими телами с сосредоточенным в центре дипольным магнитным моментом, а также кубическими телами с однородным распределением намагниченности. Сравнение рассчитанных кривых намагничивания по- ' казало, что только последний способ представления частиц дает результаты, удовлетрорительно соответствующие экспериментальным измерениям. Для того, чтобы учесть внутреннюю доменную структуру реального микрообъема, предполагали, что величина намагниченности; однородно распределенная в объеме модельной частицы, при изменении эффективного' внутреннего поля от О до Я. изменяется от О до 1 .

I • в в

рассмотрели влияние объемной концентрации ферромагнитных

многодомённых частиц « на характер намагничивания ансамбля.' Вопрос

о соотношении ' размагничивающих факторов частицы и образца

(соответственно N и N ) для случая N - О при « = 1 ранее ре в ,

аналитически рассматривался Неелем, получившим АМ") = (1 - «) N ,

а Р

и .Кондорским, согласно которому /М«) = (1 - Эи) N при ч < 1/3 и

в р

= 0, при V > 1/3. Выполненный с использованием (2) расчет начальных кривых'

намагничивания ансамблей различной формы,.показал, что неоднородно • *

намагничивающийся ансамбль можно охарактеризовать двумя размагничивающими факторами: эффективным, . определяющим наклон начального участка кривой намагничивания, и средним, относящимся ко всей этой кривой, который может быть получен усреднением значений внешнего поля, в которых достигается насыщение намагниченности отдельных частиц. При различной объемной концентрации частиц в ансамбле, средний размагничивающий фактор определяется только- внешней формой ансамбля и объемной концентрацией частиц, а эффективный размагничивающий фактор, кроме этого, также соотношением' размагничивающих факторов частицы и сплошного ансамбля: если эффективный фактор сплошного ансамбля больше фактора отдельной частицы или равен ему, то эффективный фактор несплошного ансамбля и фактор, частицы связаны линейно, в противном же случае эффективный ра магничивакяций фактор несплошного ансамбля достигает значения фактора сплошного ансамбля уже при примежуточных объемных концентрациях - частиц. Таким образом, соотношения Нееля . и Кондорекого справедливы соответственно для среднего и эффективного размагничивающих факторов (при условии равенства нулю обоих факторов у сплошного образца).

Расчеты кривых размагничивания показал-1, что магнитоетати-

ческое взаимодействие соприкасающихся частиц, центры которых обра-• V

эуют трехмерную прямоугольную равнопериодическую решетку, приводит к увеличению коэрцитивной силы ансамбля, по сравнению с коэрцитивными силами отдельных частиц. Изменение намагниченности ансамбля происходит в результате последовательногго перемагничивания параллельных направлению намагниченности цепочек частиц. Было

теоретически исследовано влияние на коэрцитивную силу ансамбля геометрии расположения частиц с различной #с.' При увеличении //_ у частиц, расположенных в поверхностных, перпендикулярных направлению намагниченности слоях ансамбля, магнитостатическое взаимодействие приводит к увеличению общей #с без ухудшения прямо-угольности кривой размагничивания', этот результат, демонстрирует принципиальную' возможность создания композиционных постоянных •магнитов, например, путем легирования соответствующих поверхностей изделий иэ спеченного сплава Нс1-Ре-В такими повышающей коэрцитивную силу элементами как ТЬ или Т)у.

В заключительном разделе главы предложен более эффективный, по сравнению с (2), метод моделирования магнитостатиического взаимодействия, основанный на сочетании учета взаимодействия отдельных частиц в пределах трех первых координационных сфер с учетом влияния остальных частиц через среднее лорентцевское.поле. В этом случае, в ансамбле иэ п частиц, частица, обозначенная индексом л, образует вместе со своим ближним окружением кластер одного иэ 6 возможных типов, и поле, действующее на нее, определяется выражением:

\к 1 г(2) 1 £

Н. = Н + ) Р.. + /Г —±—— > М. - N ± > М., (3) 1 С» 1 10 с л — т. и 3 в л о

к ¿=1

где и Г обозначают чис;ло частиц в кластере, соответствующем

и Я*

с •

* Г-Г 1)

частице I. и его эффективный размагничивающий фактор, а ) ' и Г(2) '

) - роответственно суммирование по частицам входящим в этот кластер 11 по частицам за его пределами.

В ГЛАВЕ 4 формулируется феноменологическая модель ПМ с гистерезисным поведением типа зарождений и теоретически исследуется связь макроскопических гистерезисных свойств с характером перемагничивания отдельных частиц. Частицы предполагаются равно-

осными и имеющими одинаковый объем. Их одноосная магнитная кристаллографическая анизотропия, легкая ось которой образует.с направлением внешнего поля угол в, характериэуюется константой К^ или полем Н^ = 2К^/М . Частица может^ быть определена как однодРменная и иметь пе,тлю гистерезиса, изображенную на рис. 1а, или же как многодоменная. (рис.16), и пребывать либо в многодоменном (линия ОА), либо в однодоменном состоянии (участки ВС и 1>Е). Поле необратимого скачка намагниченности У однодоменной

частицы является постоянной величиной, а многодоменной принимает различные значения в зависимости от величины намагничивающего поля Ящ и значения в:

Яо<"п,'?>

где

я < И (в),

ш в

Яв(в) - А [Ят - ^(в)], /ув) < Яш < Ив), И») = /ув) + Л_1[Яа(в) -

Ят> £(в),

(4)

а) М

. Рис.1 Зависимость•намагниченности от'эффективного поля для частицы, определенной как однодоменная' (а) и для частицы, определенной как многодоменная (б)

Величина Н^ в (4) представляет собой поле, в котором.появляется гистерезис, а параметр А характеризует скорость увеличения HQ с ростом Н . Зависимость Я (Я_) для в = о схематично изображена на

m о ш

рис.2. При в * 0 значения Нд и Я^ определяли из выражения

Г cos2e sin2» V1/2

Яв,к(в)"' + f^.k+ У ■ " (5>

j^at

- из выражения:

Л?аЬ(в) = ¿Pat(0)/cos в. (6)

Были также сделаны предположения о влиянии температуры на- Нд1

»

где га (Г) = М(Т)/М(Г), Л (Г) = Н(Т)/Н(Т) ид- феноменоВ В В О , - а о а О

логический параметр. Значения' т (Г) и Л (Г) для выражений (7)

в а

определяли из уравнений

т(Т) = № [от (Т) Т/Т Л, Л (Г) = (1 - Т/Т) О (Л]2.

3 В С а ,, С £р

Необходимость количественного описания гистерезисных свойств реальных постоянных магнитов заставила ввести различные значения .величин Я^ и А в зависимости от магнитной предыстории многодоменной частицы. Если рассматривалось появление магнитного гистерезиса после намагничивания из многодоменного состояния они обозначались. Як1 и 'а если гистерезис появлялся' после

перемагннчиванйя из ■однодоменного состояния с противоположным | .

направлением намагниченности - Я^ и А^.

Для того, чтобы исследовать взаимосвязь микроскопических свойств с поведением микрообъемов, рассчитали кривые М(Н) для .ансамблей частиц с различными ' соотношениями параметров, характеризующих перемагничивание частиц. Показано, что 'форма

частных кривых размагничивания, как это было ранее предсказано Хиросава и Сагава (1987), весьма чувствительна к значениям скорости увеличения величины |Ио\ при намагничивании (рис.3). При А^ ~ 1 форма всех частных кривых размагничивания подобна форме предельной кривой (поскольку постепенное увеличение намагничивающего поля сопровождается постепенным же увеличением |#о| у каждой из частиц), а при А^ » 1 увеличение намагничивающего поля сопровождается изменением соотношения между количеством частиц • с максимальным значением |#о| и количеством частиц, не обладающих 'гистерезисом намагниченности, - частные кривые размагничивания имеют различную форму. Как показывает анализ литературы, А^ ~ 1 должно иметь место при гистерезисе, обусловленном многократным закреплением доменных стенок в приграничных областях намагничивающиеся ..зерен" (доменные стенки попадают в эти области в поле Я^),' а А^ » 1 - при полном исчезновении доменных стенок в поле Д^, после чего гистерезис обуславливается трудностью зарождения доменов обратной намагниченности.

Расчеты показали, что при А^ » 1 значительное влияние на такие "гистерезисные свойства анизотропного ансамбля многодоменных , частиц, как величина' возврата намагниченности и ход кривых намагничивания после размагничивания обратным полем (РОП), оказывает .соотношение поля возникновения гистерезиса при, перемагничивании Н^ и. предельного поля перемагничивания (рис.4). При |Л£аЬ| ' < |возврат намагниченности составляет

около 60% от величины М- и кривая намагничивания, рассчитанная для • в

состояния РОП, подобна кривой намагничивания из термически размагниченного . состояния. По мера увеличения | при неизменном-| /£2|,• наблюдается уменьшение величины возврата, а на кривой намагничивания, рассчитанной для • состояния РОП, появляется перегиб, разделяющий участки перемагничивания частиц, которые не-

О

Н5 О

зз!

¡\ / 1 ; \

Н3 Нк \ - агсЬй л — Ь Нщ

н;

Рис.2. Зависимость поля скачка намагниченности от эффективного намагничивающего поля для частицы, определенной как многодоменная

-30

М/М$

1%аЬ1 < \\г\

О 10 н, кЭ 30

1^1 - \\г\

0 10 н, кЭ 30 > \\г\

0 10 н, кЭ 30

-0.5

Рис.3. Частные кривые размагничивания, рассчитанные для ансамблей ориентированных частиц с Яв = 4 кЭ, = - 10 кЭ при

различных значениях А = -ЛИ /АН

о ш

Н, кЭ Рис-4. Кривые намагничивания, размагничивания и.возврата, рассчитанные для ансамблей частиц с различным соотношением средних зачений и

(---- расчет кривых намаг-

ничивания для термически размагниченного состояния,

— — - то же для циклически размагниченного состояния)

приобрел'' и приобрели гистерезис в отрицательном размагничивающем поле.- Анализ литературы показывает, что различие величин возврата спеченных постоянных магнитов и наличие или отсутствие перегибов на кривых их намагничивания после РОП часто интерпретируется как проявление раэл! чий в механизме коэрцитивной силы. Полученные результаты, однако, дают основание утверждать, что при гистерезисном поведении типа зарождения такие различия связаны не с механизмом, а лишь с величиной коэрцитивной силы.

Еще разнообразнее картина гистереэисных свойств при наличии в ансамбле однодоменньгх частиц (рис.5). Увеличение доли таких частиц в изотропном ансамбле затрудняет намагничивание из термически размагниченного состояния, а при ] Ь| < 1| также уменьшает возврат. Взаиморасположение кривых намагничивания из различных исходных состояний при этом также изменяется: ансамбль многодоменных частиц • легче всего намагничивается из термически раэмагничеенного состояния и труднее всего из состояния РОП, тогда как ансамбль однодоменних частиц - наоборот. Экспериментально наблюдаемые у быстрозахаленных сплавов Ис1-Ре-В различия формы термической кривой намагничивания и взаиморасположения кривых намагничивания из различных исходных состояний, таким образом, отражают не различие механизмов коэрцитивной силы, а различное соотношение об!>емов, занятых частицами, имеющими диаметр меньше и больше критического размера однодоменности.

Детальное исследование процессов перемагничивания микрообъемов реальных постоянных магнитов возможно на основании коли-: чественного анализа • макроскопических гистереэисных свойств. X растеризующие магнитное поведение микрообъемов исследуемого материала величины в, А, и я, а также долю однодомвнных частиц р определяли как феноменологические параметры, подбирая соотьетветствующие дискретные распределения до тех пор, пока не

= 8 ю < 1^21 КаЬ1 = 1в КЭ >

м/м5 • м/м5

Рис. 5. Кривые намагничивания, размагничивания и возврата, рассчитанные для изотропных ансамблей с различно», объемной долей однодоменных частиц р и при различных соотношениях полей и Н^ ■ везде составляет 12 кЭ). ' --- - расчет кривых намагничивания длр термиче и размагниченного состояния,

— —— то хо для циклически размагниченного состояния.

достигалось удовлетворительное количественное соответствие расчета результатам эксперимента. Был разработан алгоритм, обеспечивающий независимое определение параметров. По кривым намагничивания термически размагниченного образца определяли распределение 6 (если исследовался спеченный магнит,, в котором не ожидалось наличие однодоменных частиц) или долю однодоменных частиц р (если исследовался быстрозакапенный сплав с заведомо однородным распределением в). По предельной кривой размагничивания для большого намагничивающего поля определяли распределение . По частным

кривым размагничивания для различных значений намагничивающего поля определяли распределения и Д^. По кривым возврата

намагниченности для различных значений перемагничивающего поля определяли распределения Як2 и А^ (в двух последних случаях фиксировали для всех частиц А^ 2 и подбирали /У^ ) ■ По предельным кривым размагничивания при различных значениях температуры определяли распределение д.

ГЛАВА 5 поссящана исследованию перемагничивания микрообъемов , в спеченных постоянных магнитах БшСо^ и Л-Ре-В, а также в магнитотвердых быстроэакаленных сплавах И-Ре-В.

У четырех спеченных магнитов БтСо^, имеющих И 2.6, 9.4, 19.8 и 24 кЭ были экспериментально измерены кривые намагничивания, частные и продольные кривые размагничивания, кривые возврата .намагниченности и определены распределения параметров, характеризующих гистереэионое поведение микрообъемов. С увеличением Я > с

увеличиваются сравнив значения Н^ и А, причем у высококоэрцитивных магнитов последний параметр принимает бесконечные значения. Сог-л: сно имеющимся представлениям о процессах перемагничивания, это указывает на изменение роли локального закрепления доменных стенок, которое оказывает значительное влияние на гистерезисные свойства магнитов с низкой Я, и практически отсутствует у магнитов

с Я ~ 20 кЭ, чей гистерезис обусловлен трудностью зарождения с

доменов обратной намагниченности. Показано, что если предельная коэрцитивная сила низкокоэрцитивных сплавов также определяется зарождением обратных доменов, то одновременное понижение Нс и усиление локального закрепления доменных стенок вблизи межзеренных границ может объясняться увеличением плотности таких дефектов, как выделения второй фазы вследствие . низкой скорости охлаждения в температурном интервале изменения ее растворимости в, основной фазе.

У 12 образцов спеченных магнитов на основе Nd-Fe-B, имевших коэрцитивную силу от 7.1 до 20.8 кЭ и различавшихся содержанием Nd и легирующих элементов, а также режимом термообработки в температурном интервале 550 - 900 °С, измерили гистерезисные свойства и определили распределения параметров, характеризующих перемагничи-вание микрообъемов. У всех сплавов было получено .Mj 2 —» оо. Значения поля появления гистерезиса Л^ демонстрируют очень слабую зависимость от термообработки и, у магнитов, изготовленных в одной и той же организации, прямо пропорциональны Мд сплава. Это согласуется с представлениями о . том, что гистерезис намагниченности микрообъемов обусловлен только трудностью, зарождения обратных доменов и появляется после исчезновения доменной стенки, которому (исчезновение) препятствуют локальные раэмагничиьгоающие поля. В литературе такие поля часто рассматривают как один, из основных факторов, облегчающих зарождение доменов обратной намагниченности, однако, сильная зависимость коэрцитивной силы исследовавшихся магнитов от термообработки, на фоне постоянства Hj^,

t'

показывает, что зарождение обратных доменов при перемагничивании обусловлено не тем фактором, которым обусловлено позднее

исчезновение остаточных доменов при намагничивании. В качестве

»

первого фактора предполагается пониженная анизотропия областей,

f

прилагаю' их к границе раздела фазы и так называемой "фазы,

обогащенной N<1", а в качестве второго - поля рассеяния, обусловленные особенностями внешней формы зерен фазы Г^Ре^В. Обсуждаются также возможные причины повышенного среднего значения Н¡^ у сплава, легированного ЫЬ и С&, .и причины наблюдаемого в всех спеченных магнитах различия полей появления гистерезиса при намагничивании микрообъемов из многодоменного состояния Н^ и при их перемагничивании Н

Измерение и последующий анализ гистерезисных свойств образцов быстрозакаленных сплавов на основе И-Ре-В показали, что, вопреки высказываемому некоторыми исследователями предположению, что коэрцитивная сила быстрозакаленных сплавов Й-Ре-В обусловлена однородным закреплением доменных стенок, все наблюдаемые отличия гистерезисных свойств этих сплавов от свойств спеченных магнитов могут рассматриваться как следствие отсутствия кристаллографической текстуры и наличия зерен диаметром меньше критического размера однодоменности. Поскольку средние значения предельных полей пере-магничивания, определенных для однодоманных и для многодоменных зерен отличались меннее, чем на 15%, высказано предположение, что перемагничивание однодоменных зерен также определяется процессом зарождения доменов обратной наманиченности. Обсуждаются аргументы сторонников гипотезы закрепления доменных стенок, основанные на результатах электронномикроскопических исследований доменной структуры. ^Показано, что наблюдаемая при этих исследованиях локализация доменных стенок на границах зерен может быть следствием случайной ориентировки осей легкого намагничивания кристаллитов, в следствие чего границы зерен неизбежно являются одновременно и доменными границами. Но эти, наблюдаемые при электронномикроскопических исследованиях доменные стенки, не могут быть отожде-

ф

с.твлены с теми 160-градусными стенками, чье смещение обуславлива-

ет перемагничивание зерен и зарождение которых в действительности определяет коэрцитивную силу сплава.

Исследовали влияние температуры на гистереэисные свойства спеченных магнитов йтСод и 5^1 62^° ' коэР~

цитивные силы которых составляли при комнатной температуре соответственно 19.8 и 20.8 кЭ. Сравнение дисперсий определенных для этих магнитов распределений феноменологического параметра д показало, что влияние температуры на поле перемагничивания микро- -объемов спеченного магнита ЁтСод носит значительно более индивидуальный характер, чем в случае спеченного магнита на основе ЫсЗ-Ке-В. Показано, что предложенная феноменологическая модель позволяет качественно предсказывать явление термического намагничивания, заключающееся в увеличении намагниченности образца, размагниченного обратным полем, при его нагревании в отсутствии внешнего поля. Анализ условий и механизма термического намагничивания показал, что при прочих равных условиях эффект должен быть тем больше, чем больше зерен, перемагниченных размагничивающим полем, останется в однодоменном состоянии после снятия поля. На основании результатов, полученных при теоретическом исследовании связи макроскопических гистерезисных свойств с магнитным поведением микрообъемов, показано, что количество таких зерен определяется соотношением средних значений и | Я^! и на его

уменьшение указывает увеличение возврата намагниченности. Исследование термического намагничивания образцов спеченных магнитов Кй16 1_хкхР'в76 5 уСоуВ7 4, где И = ТЬ или Су, подтвердило предположение о связи максимальной величины термического намагничивания и величины.возврата: соответствующая зависимость близка к линейной.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные выводы по результатам проведенного исследования.

- 22 -ВЫВОДЫ

1) На основаниии теоретического исследования магнитостатичес-кого' взаимодействия микрообъемов редкоземельных постоянных магнитов установлено, что

- взаимодействие микрообъемов проявляется в характере частных петель гистерезиса образцов, размагниченных обратным полем;

- при различной объемной концентрации ферромагнитных частиц средний размагничивающий фактор образца определяется этой концентрацией и формой образца, а эффективный также соотношением размагничивающих факторов частицы и сплошного образца;

- магнитостатическое взаимодействие создает предпосылки для создания композиционных постоянных магнитов путем избирательного повышения коэрцитивной силы торцевых поверхностей.

2) На основании теоретического исследования взаимосвязи процессов перемагничивания микрообъемов и макроскопических гисте-резисных установлено, что

- соотношение средних значений поля появления гистерезиса микрообъемов и предельного поля их перемагничивания определяет величину возврата, а также наличие или отсутствие перегиба на кривой намагничивания из состояния, размагниченного обратным полем;

- доля объема, занятого частицами, имеющими размер меньше критического диаметра однодоменности определяет величину возврата и взаимный ход кривых намагничивания из различных ' исходных состояний.

3) На основаниии экспериментального и теоретического исследования гистерезисных' свойств редкоземельных постоянных магнитов, установлено, что

- на гистереэисные свойства спеченных магнитов БтСо^ с = 2.5 +■ 10 кЭ оказывает влияние локальное закрепление доменных стенок, тогда как гистерезис магнитов с И' * 20 кЭ обусловлен

почти исключительно трудностью зарождения доменов обратной намагниченности;

- гистерезис намагниченности спеченных магнитов R-Fe-B вызван трудностью зарождения обратных доменов, причем задержка появления гистерезиса зерен фазы RgFe^B при намагничивании обусловлена неоднородностью внутреннего поля, а зарождение обратных доменов при перемагничивании - наличием дефектов магнитной крсталлографической анизотропии. * ' .

- процесс перемагничивания быстрозакаленных сплавов R-Fe-B аналогичен таковому в спеченных магнитах, а значительное различие макроскопических гистерезисных свойств обусловлено отсутствием в быстрозакаленных сплавах кристаллографической текстуры и наличием зерен, не имеющих вследствие своего малого размера внутренней доменной структуры после термического размагничивания..

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лилеев A.C., Мельников С.А., Менушенков В.П., Габай A.M. Механизм перемагничивания магнитов Nd-Fe-B // IX Всесоюзная конференция по постоянным магнитам. Тезисы докладов. Суздаль, 1988.- с.15-16.

2. Лилеев A.C., Мельников С.А., Менушенков В.П., Габай A.M. О механизме перемагничивания спеченных магнитов SmCoe // IX Всесоюзная конференция по постоянным магнитам. Тезисы докладов. Суздаль, 1988,- с.16

3. Габай A.M., Лилеев A.C., Мельников С.А., Менушенков В.П. Изменение частных петель гистерезиса спеченных магнитов SmCoe с высокой коэрцитивной силой // Известия вузов. Черная металлургия. -1990.- fcl.- с.61-63. v

4. Gabay A.M., Lileev A.S., Melnikov S.A., Menuehenkov V.P.

i

Magnetostatic interaction in permanent magneto // Journal of

Magnetism and Magnetic Materials.- 1991.- v.97.- p.256-262.

5. Габай A.M., Лилеев А.С., Мельников С.А., Менушенков В.П. Моделирование перемагничивания спеченных магнитов SmCog // Известия вузов. Черная металлургия.- 1991.- »9.- с.72-75.

в. Габай A.M., Зайцев А.А., - Лилеев А.е., Лукин А.А., Мельников - С.А., Менушенков В.П. Гистерезисные свойства быстрозакаленного сплава Nd-Fe-Co-Mo-B // X Всесоюзная конференция по постоянным магнитам. Тезисы докладов. Суздаль, 1991.- с.21-22.

7. Gabay A.M., Lileev A.S., Melnikov S.A., Menushenkov V.P. Simulation of intergranular interaction in sintered magnets // Journal of Magnetism and Magnetic Materials.- 1992.- v.109.-p.213-220.

8. Lileev A.S., Menuehenkov V.P., Gabay A.M. Thermal remagnetization in permanent magnets // Journal of Magnetism and Magnetic Materials'.- 1992.- v.117,- p.270-274.

Заказ fe Объем 1 п.л. Тираж 100 экз.

Типография ЭОЭ МИСиС, ул.Орджоникидзе, Й/9