Магнитоупругие явления в аморфных и нанокристаллических сплавах на основе железа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ5 М

Ц »293

воронежский политехнический институт

На правах рукописи СЫЧЕВ Игорь Валерьевич

МАГНИИ) УЛРУП® ЯВЛЕНИЯ В АМОРСНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Воронеж 1593

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Воронежского политехнического института

НАУЧйШ РЖОВО^ЩЫЬ - доктор технических наук,

профессор И.В.ЗОЛОТУХИН

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор'технических наук,

профессор Л.М.БЕЛИКОВ

- кандидат физико-математических наук,доцент В.'С.ЖЕЛЕЗНЦЙ

БЕДУИ[АЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Киевский политехнический институт

Защита состоится " 20 " апреля 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д) 63.81.01 при Воронежском политехническом институте (394026 г.Воронеж, Московский пр.,14, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского политехнического института.

Автореферат разослан "_" "аР'га 1993 г.

УЧЕНИЙ СЕКРЕТАРЬ. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА

ДО63.81.01 ' Ц.И.ПЗРЛОВ

д~|; техн. на,ук , профессор ^¿Л-

ОНДАЯ ХАРЖТЕгеСТЖА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время внимание исследователей привлечено к изучению структуры и свойств неупорядоченных магнитных сред, к которым относятся ферромагнитные аморфные металлические сплавы. (АМС). Такого рода материалы привлекают к себе виима -ние как вследствие тех перспектив, которые открываются в сфере практического применения, так и вследствие нерешенности рлд^. проблем фундаментального характера, имеющих принципиальное значение для физики неупорядоченных сред.

При рассмотрении магнитных АМС особо выделяются свойства, связанные со структурной неупорядоченностью атомов. (Явственное влияние на величину магнитных свойств оказывают прежде всего магнитсупругие явления, определяемые магкитострикцней, явления, обусловленные магнитной анизотропией, а также особенности формирования доменной структуры аморфных ферромагнитных пленок. Перечисленные явления изучены недостаточно и в этом направлении имеется большое число нерешеькых задач.

Новой областью, представляющей интерес для исследователей, являются также ианокристаллические материалы - одно- или многофазные кристаллические структуры с размером кристалликов порядка нескольких нанометров (1-10 нм), в которых около 50 % материала представляют собой границы зерен или меафазные границы. Недостаточно разработаны технологии получения нанокристаллическцх материалов. Нет сведений по магнитоупругему затуханию г. Д Е - эффекту в этих окзотических материалах. Следует добавить, что этот интерес усиливается также тем обстоятельством, что ферромагнитные ианокристаллические материалы имеют большое будущее как магнито-мягкие материалы, используемые на высоких частотах.

Целью предлагаемой работы является выяснение закономерностей ыагнитоупругого затухания и Д Е - аффекта в аморфных и на-нокристаллических сплавах на основе железа з зависимости от доменной структуры и микроструктурного состояния материала.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

I. Получить аморфные и ианокристаллические сплавы на основе железа с высокими ыагнитострикционными свойствами (Д^-20 + + 35"10"®), используя методы ионно-плаэменного напыления и за -'капку из жидкого состояния.

2. Установить механизмы, ответственные за магнитоупругое

з атташе и й Е - эффект на низких < 10^-10'^ Гц) и на высоких. (10^-10° Гц) частотах в исследуемых сплавах.

3. Выяснить условия и причины появления кроссовер-эффекта в

А5л1;.

Научная новизна. Б работе были получены новые научные ре -зультаты:

I. При изучении магнитоупругого затухания и Д Е - эффекта в аморфном сплаве Рсц0Со50 С(Х<| обнаружены ыаксицуиы затухвмия, обусловленные релаксацией микро- и макровихревых токов.

Р.. Впервые получены данные о магнитоупругом затухании и Д Е - эффекте в нанокристаллических сплавах ?ецо Со^^ТдСиц к Ре^з ^См^ 5 еЦ в диапазоне частот 10^-10^ Гц. ,

3. Впервые в ферромагнитных аморфных сплавах системы Ре ~ РI исследовался кроссовер-эффехт модуля упру-

гости, Предложена модель, объясняющая эффект кросс-релахсацки и обратимость физических свойств при циклической термообработхе АМС;

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Обнаруженные релаксационные явления в аморфном сплаве

Ре

• обусловленные вихревыми токами.

2. Высокие значения магнитоупругих характеристик нанокрис-таллического сплава Рс<1вСо50 2.Хд Си.^ в области частот 10^-10® Гц, обуслог енные низкой средней макроскопической ани -зотролией.

3. Кроссовер-зффект модуля упругости в АМЗ, объясняемой на оснозе п^одставлсния о перераспределении свободного обгема при циклической термообработке в приповерхностных слоях исследуемых аморфных сплавов.

Практическая значимость. Получены высокие значения Д -эффекта на частоте I МГц {23 % и 27 % для АЬС Ре^у^.? Р^ и Рчб соответственно). Эти сплавы могут быть рекомендованы в качестве матеп"чла для управляемых магнитным по -леы ультразвуковых линий з^сряки.

Отработан способ термомагнитноЯ обработка А4С и нанокриетал-лическю; сплавов, увеличивающий магнитоупругие характеристики этих ма-гнриалоь в носколько(в 3-10) раз в зависимости от частота измерения.

Апробация работы.Основные результаты работы были доложени и обсуждены на У1 Республиканской научно-технической конференции "Демпфирующие металлические материалы"(Киров,1991).Республиканской научно-технической конференции "Новые материалы и процессы деформации'' (Саранск,1991).Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы производства аморфных и микрокристаллических маториэлов'ЧЧеллбинск, 1991), 1У Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных материалов"(Ижевск, 1992) ,ХШ Всесоюзной школе-^минарз "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)"(Астрахань, 1992),конференций"Разработка и освоение аморфных и микрокристаллических материалов,технология их получения"(Москйа,1992).

Публикации.По материала, диссертации опубликовано 12 работ в виде статей и ^езисов докладов.

Цель исследования была поставлена научным руководителем д.т.н., профессором И.В.Золотухиным. Во всех работах,выполненных в соавторстве 1Т,2,3,4;5,5,7,3,9] ^автором самостоятельно проведены эксперименты и принято участие г написании статей.Идея проведения эксперимента [2,3] принадлежит д-ру .физ.-мат'.'неук Ю.Е.Калинину.

Структура и объем работы.Диссертация состоит ио введения, четырех, глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 133 страницы текста,включая 52 рисунка к библиографию из 136 наименований.

» ОСНОВНОЕ (ЛдаРЯАЭДЕ РАБОТЫ

Во взедекии обоснована актуальность диссертации, сформулированы' цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена литературному обзору по теме дис -сертации. Отмечено, что большой интерес к исследованию аморфных ферромагнитных сплавов в значительной степени определяется тем обстоятельством, что в них наиболее ярко внраяены такие магни-тоугтругие явления как элинварность, магнитоупругое затухание и Д Е - эффект. Рассмотрены механизмы, ответственные за магнитоупругое затухание в аморфных ферромагнетиках. Показано, что потери энергии упругих колебаний как в кристаллических, так и в аморфных ферромагнетиках возникают за счет магнитомеханическо-го гистерезиса, макро- и микровихревых токов. Зеличина затухания и доминирующая составляющая магнитоупругого затухания зависят от типа доменной структуры материала'и условий измерения (частоты и амплитуды механических колебаний, ориентации при-

хсжеш'ого к-зхачическаго напряжения относительно векторов ьаыаг-ничгнчости доменов). 3 AMC, вследствие меньшего значения Магниткой шизогропш н отсутствия дефектов структуры, присущих крис -талдичс-оксй рошзтке, основными факторами, влияющими на магнито-упуугое затухание, яоляются внутрокние напряжения, возникавшие ' при закалке аморфных сплавов. Отмечено, что вопросам затухания упругих колебаний в AMC в диапазоне частот 10^-10® ГЦ посвящено небольшое число работ.

В ферромагнитных металлических стеклах Д £ - эффект ис -ключительно велик, «ели сравнивать его с кристаллическими материалами. Эта особенность Д Е - эффекта является следствием аномальной магнигномягкости AMC и указывает на отсутствие в структуре препятствий для движения доменных границ.Рассмотрены мода -ли, позволяющие оценить величину ДЕ - эффекта с учетом факто -рог., ограничивающих смещение доменных стенок. Отмечено, что экспериментальные значения Д Е - эффекта на частотах выше I ИГц невелики: порядка единиц процентов. Поэтому важно, с научной и практической точек зрения, получить материалы со г 'чительной величиной Д Е - э<6фекта на высоких частотах.

Среди факторов, влияющих на взличину магнитоупругих эффектов ¿выделены магнитная анизотропия и доменная структура аморфных ферромагнетиков. Обсуждается модель хаотичной локальной анизотропии, позволяющая объяснить необычно высокие магнитнемягкие' ' свойства нанокристаллического сплава •

полученного отжигом гз аморфного состояния. Данные о магнитоупругих явлениях в нанокристаллических сплавах в литературе отсутствуют. ' • .

Термическая обработка оказывает существенное влияние на все физические свойства AMC. В этой связи процессы, происходящие при структурной релаксации,заслуживают особого внимания. ?с.с -смотрен кроссовзр-зффскт различных физических свойств в AMC. Показана ограниченность физических моделей, привлекаемых рядом авторов для объяснения этого явления. Отмечается, что отсутствие теоретической модели, связывяитей изменения в измеряемых свойствах при отжиге.с перегруппировками на атомарном уровне, при -годит к отсутствию однозначного и непротиворечивого объяснения кроссовер-аффекта. В конце главы обосновывается постановка задачи исследования.

' Во второй главе описаны метод и экспериментальная установка с помощью которой получены образцы для исследования, а так*е приводится данные о методиках, использозанншс з работе. Дик исследования были выбраны аморфные сплавы на основе железа с величиной магнитоотрикции насьзцения ~ £0 т 35' 10"^.Сплавы Fe^V^; ?

Р 1в ,^7,Мп5Р(6 и Fe^Co^Zi^Cu., получены методом ионно-плазменного напыления. В качестве рабочего газа использовался аргон. Еезмасляная система откачки полво-ляла перед напылением создавать вакуум не хуже,чем I'I0~J Па.Применяемые оптимальные режимы напыления обеспечивали скорость осаждения материала до 20 мкм/ч. Для формирования аморфной структуры подложки охлаждались проточной водой. Осаздение проводилось на кремниевые полированные подложки, которые крепились к лодлояко-держателю с помощь» вакуумной смазки. Распыляемая мишень охлаждалась водой и крепилась на держатель с помощью эвтектики -G»C(. Образцы различной толщины (1-50 мкм) получали распылением двух видов мипекей - сплавных и составных. Исследования магнитоупру-гих свойств проводились на образцах, отделенных от подложки, т.е. находящихся в свободном состоянии. АМС Fe - р-Su и

Fctj^Cm^ Sl^s Bg были приготовлены методом спин-

нингования из расплава в виде лент. Аморфность сплавов контролировалась методами рентгенографии и просвечивающей электронной микроскопии. Сплавы ^е^Со^ЕтдСи^ и Fe-^sCu^ S'hj s&д в нанокристаллическом состоянии были получены отжигом исходник аморфных 'образцов.

Температурные зависимости внутреннего трения (ВТ) GC* и модуля упругости Е , а также магнитоупругие свойства в диапазоне частот I0--I03 Гц исследовались методом свободно затухающих изгибных колебаний консольно закрепленного образца. Значения температуры кристаллизации определялись по максимуму внутреннего трения и резкому увеличению модуля упругости исследуемых сплавов при скорости нагрева 2 К/мин. Амплитудные и полевые зависимости О-^ и Е измерялись при комнатной температуре. Погрет -ность измерения внутреннего трения составляла не более 3 %, а ДЕ - эффекта не более 1-2 %. Стабилизация температуры при изотермических отжигах образцов осуществлялась терморегулятором' ВРТ-3 с точностью 0,5 К. Все эксперименты по измерению GT* и Е. , а также термическая и термомагнитная обработки проводились в вакууме с остаточным давлением не хуже 1,3"10"^ Па.

Измерение ыагнитоупругих свойств в диапазоне частот 10^-- I0b hi осуществлялось методом резонанса-антирезонанса. Возбуждение образцов осуществлялось на основной частоте колебаний. Погромкооти при определении модуля Юнга Е. , ДЕ - эффекта, внутреннего трения ОТ*, коэффициента магнитомеханическоа связи составили 3 %; 0,1 %; I %; 5 % соответственно. По значению внешнего магнитного поля, давщего минимум резонансной частоты (максимум ДЕ - эффекта) f была определена величина поля анизотропии Ид . Все измерения . выполнены на размагниченных образцах при амплитуде деформации порядка I'IO-7.

Доменная структура сплапоп была исследована методом порошковых фигур Акул оба-Биттера. Фотографирование и наблюдение структуры доменов производилось с помощью металлографического микроскопа LSiP-2P. Размеры доменов устанавливались путем сопоставления фотоснимков домеьных структур и фотоснимков объект-микрометра при одинаковом увеличении.

В третьей главе представлены результаты исследования магни-тоупругого затухания и Д £ - эффекта в аы'^фных и нанокрис-талличееких сплавах на основе железа.

Для анализа ыагнитоупругих явлений в магнитострикцио.чных сплавах необходимо иметь дачные о доменной структуре ис.следуе -ыых материалов. Доменная структура изучалась на напыленных на кремниевую подлокку аморфных пленках , Feg(is fye

FeT<jMMSP16 , Fe^COjjiLTg Сьц свободных от под-

ложки фольгах тех же- сплавов, а также на ленточных образцах AMC, полученных закалкой из жидкого состояния.Наличие напряжений,возникавших при получении AMC методом закалки из жидкого состояния, и напряжений пл«нка~подложка з неотделенных аморфных пленках, полученных напылением, приводит, вследствие магнитоупругой связи, к формированию лабиринтной доменной структуры. После термообработки, площадь, занимаемая лабиринтными доменами сокращается, -fvo связано с. релаксацией внутренних напряжений в процессе отжига.

В отделенных от подложки фольгах AMC, полученных конно-плаз-менным напылением, напряжен..., на границе пленка-подложка отсут -сгвуют к лабиринтная доменная структура исчезает. Свободные пленки аморфных сплазоз, полученных напылением, имеют полосовую домшшу® структуру со 180-градусными доменами. Напболыкая . аи-

рина' полосовых доменов наблюдалась у безметаллоидного сплава

Fe^pCiOjo С.1Ц . При толщине аморфной фольги 5 мкм ширин . доменов составила 50-60 мкм.

Изучение процесса форгаровакия доменкой структуры напыленных сплавов показало, что в тонких (до 0,2 мкм) аморфных пленках образуется монодомен с зектором намагниченности, лекащиы в плоскости пленки и совпадающим с направлением напряженности внешнего магнитного поля, которое использовалось при напылении. Анализ данных мессбауэрозской спектроскопии, полученных нами, подтвердил, что для исследованных в работе напыленных фольг AMC ось легкого намагничивания леаи'т в плоскости образцов. С увеличением толщины пленки на ее краях зарождаются и растут клинончдные домены, форма которых определяется геометрией подложки, направлением внешнего магнитного поля и характером распределения внутренних напряжений в материале и на границе "пленка-подложка". По мере увеличения толщины пленки образуется все большее число доменов, растущих от края пленки к ее центральной части и формируются полосовые домены. Размер полосовых доменов определяется толщиной пленки, расстоянии от края пленки до ее середины и изменяется в пределах 2-€0 мкм для разных сплавов.

Установлено, что тип доменной структуры в исследуемых AMC с ненулевой магнитострихцией определяется магнитоупругой и индуцированной анизотропией. Лабиринтная доменная структура быстро-закаленных аморфных лент и неотделенных от подложки пленок, полученных :ион.чо-плазменным напылением, связана с наличием магни-тострикционных напряжений. Свободные фольги AMC, полученные напылением, имеют полосовую доменную структуру, обусловленную магнитной анизотропией, индуцированной во время получения сплавов.

В зависимости от типа доменной структуры аморфных сплавов рассмотрены относительные вклады механизмов внутреннего трения магнитной природы в общое магкитоупругое затухание.

Исследовано затухание упругих колебаний в AMC полученном закалкой из жидкого состояния и имеющем лабиринтную доменную структуру. Характерной чертой магнитомеханического затухания QT1 магнитоетрикционных AMC, полученных закалкой из жид -кого состояния, в диапазоне частот 10^-10^ Лц является зависи -мость QT1 от' амплитуды деформации. Экспериментальные результаты показывают,что затухание упругих колебаний в исходном состоянии Pli SL6 изменяется по кривой с максимумом.

Амшш'гуднак зависимость ВТ. к уменьшение г затухания при'налокОйии м2Г!!И'П«сго 1!оля свидетельствуют о том, что основным-механизмом затухания и данном случае является матактомеханическИй гистерезис -и^обрг^шмое смещение 90-градусннх доменных.границ.'Наиболее су-щос?в*ниш фактором, .определяющим подвижность доменных 'границу*, следовательно, величину ыагнитомеханического затухания'в: AUßV яьляится внутренние напряжения <>t которые.свозникают при Sa - • калке аморфных сплавов. Изотермические отжиги AMC приводят к-сна-читольному возрастанию, величины затуханиям При этом: максимум смещается в сторону меньших значений -ашлитудьгдеформации.1 Оценка уровня внутренних напряжений в■предположении,;что" функция рас-nptделения внутренних напряжений -имеет; мшссвелловский вид,' дает , енкконие величины после, отжига, при;-,Т. - ЬкЗ К в тачение ЗО . минут для ЛЫС F«7£ P<g S>6 .■-... примерно-®;2,5.раэа^-.х.ь'з ¡-о

В отличие от аморфных. ?плаБОЧ,-;пол^енньк;,эш:алкой.из:жид -кого состояния, ЛЫС, полученные ионногплазменным'.напылением^ имеют полосовую доменную , структуру.Исследования магнитоупругого;за-тухаикя в образцах AMC ; Fc^otOjßZXgCu.^ " .дзной;:толщины.показали преобладающую рольрелаксационных. механизмов затухания потерь на микро- и макро- вихревые токи,. Обнаружен максимум ВТ при напряженности магнитного поля Н= ^О^А/м;: обусловленный релаксацией ыикровихревнх токов. Появление-.в.-сплаве,-: ре^оСОед^гдСи^ максимума потерь, связанного с микповихревыш^токаш.-от-носитедь-ный вклад которых в общее., магнитоупругре - затухадие невелик-.обусловлено большой шири--ой полосовых.доменов. (пдрдака, .50.-60 мкм),. что приводит к возрастанию, скорости смещени^гдоменнж;.стенокс11ри приложении механических напряжений,, и росту микровэдревых.потерь. При увеллчения толщина образца, отношение cge$iero.размера.,дог. ме;.и,к толщине образца уменьшается,' у.то, .ведет .к хнтаению,[относительного вклада микровихревых токов.. В -образинах.¡голвршойcsSO.чикм на полевой зависимости ВТ нахдзяжем^ос-

ти магнитного поля Н = 4 кА/м,,, обусловленный релаагсадчей; макро' вихревых токов. Исследование частотной.зависимости ВТ показало, что максимум макровкхревого яячухания.,,(ЦТ* ~ Дб* наблюдается при частоте f ® 300 кГц. лйремагничивание''при мата '( до. . 400 А/м) напряжонностях магнитного поля .8 ''сплаве Fe4eCojo£i3 СЦ| происходит обратимым смещением 180-градускых доменных границ. 3 леслодуомом диапазоне аыгчитуд'деформаций < £•» IG"®) аавкья,-мость £ ) отсутствует, чт ''.видетельствует о, преобладало Я роли релаксационных моу.ы'/.'.ялон „атухаии; ; '

Г ¿1

Устанозлеьо, что в диапазоне частот 10-10 Гц основным механизмом затухания в АХ являются потери на впхрезие токи. Ис- _ след вания АМС ^«41,5^2,? Р« и Мог)5 Р16 ,по-

лученных ионно-плазменн;.г( напылением, показали, что при намагничивании материала до уровня, составляв шего примерно половину от величины намагниченности насыщения 7ц .наблюдается максимум ВТ, высота и положение которого зависят как от толцины образца,так и • от частоты механических колебаний. При том же значении напряженности внешнего магнитного поля наблюдается максимальное значении Л £ - эффекта.Отличительной особенностью Л Е. -эффекта «¿льется то, что при всех значениях напряженности внешнего магнитного поля Н , приложенного перпендикулярно оси легкого намагничивания образца, наблюдается отрицательный Д Е - эффект. Отрицательный Д £ - эффект обусловлен благоприятно созданной доменной структурой и механострккционной деформацией, возникающей при прило-.ении внешнего магнитного поля.

Показано, что увеличение температуры приводи? к снижению величины магнитоупругих эффектов вследствие ослабления обменного взаимодействия.

Отметим, что основной причиной снижения магнитоупругого затухания к ДЕ - эффекта в АМС на высоких ( 10°-10° Гц) частотах является скин-зффект. В этом случае величина ВТ и дЕ - эффекта с' увеличением частоты механических колебаний f уменьшается пропорционально f 1/2 .

Для исследования влияния ни груктуры на магнитоупругие свойства сплавов при высоких (10^-10® Гц) частотах, А1!С

РеЧ0Со50'2.ад0и.1 и Ре75 5Си,, йЬзБЦ^ Ц были переведены в нанокристаллическое состояние.Оба сплаэа под -пергали серии кратковременных отжигов ( в течение 60 с) в уело -виях быстрого нагрева (со скоростьэ к/с) в диапазоне температур 600-1200 К и последующего охлаждения иг $¿¿<1 . Для сохранения доменной структуры образцов термообработка проводилась в магнитном поле напряженностью 6 кА/м,направленном перпендикулярно продольной оси образцоз. После отжига при комиггноЯ температуре игмерялась величина Д £ - эффекта и поля анизотропии Нд .Увеличение температуры отжига Т сопровождалась ростом Д Е - эффекта до значения 30 % при Т = 1070 К для сплава Ре^Сои1г»Си1 и ~ 20 % при Т = 620 К для сплава Ре^^С^ N£5 •• Величина ДЕ - эффекта н сплаве РсчлСо50?гцСк.^ ■

кристаллизации продолжала роста, в то время как в сплаве Fefj sCMjWbj Sl<j 5&g после кристаллизации значения магнито-

упругих характеристик резко уменьшались.Различный характер из -мен^чия магнитоупругих сеойств обусловлен тем, что в нанокристал-лииеском состоянии магнитострикция насыщения сплава

Fe^j^C-u^ WbjSL^s bq уменьшается на порядо::, а сплав t"t40Co50 Сьц сохраняет магнитострикционные свойства.

С помощью электронно-микроскопических исследований установлено, что уменьшение Д £"- эффекта при отжиге Т = 1200 К в сплаге Fe4oCo$0I.l3 C.U., обусловлено ростом размера зерна. Рост константа кристаллографической анизотропии при этом затрудняет вращение векторов намагниченности доменов и снижает Д Е - эффект.

Показано, что величина -эффекта и магнитоупругого .затухания в диапазоне частот 10^ - 10^ Гц для нанокристаллического сплава FeSftC0S0 Нт<з Сьц выше в 2-3 раза по сравнении с аморфным состоянием. Уменьшение магнитоупругих свойств с увеличением частоты, как и в.AUG, вызвано скин-эффектом. По полеле -нию максимума на частотной зависимости ВТ оценена магнитная проницаемость материала. Для аморфного состояния сплава получено JM = 3700, в нанокристаялическоч состоянии j« > 10000.

Выяснено влияние кратковременного отжига в поперечном магнитном поле на. магнитоупругие свойства исследуемых сплавов.Для аморфного состояния кратковременный отжиг в поперечном магнитном поле проводит к наведению одноосной магнитной анизотропии и создает условия для реализации высоких значений магнитоупругого эа -тухания и дЕ - эффекта. После кристаллизации сплава

при Т « 760 К, кратковременность отжига не позволяет резко вырасти константе кристаллографической анизотропии, т.к. кристаллическое зерно остается ультрамелким.

Таким образом,показано, что кратковременный отжиг в поперечном магнитном поле приводит к значительно^ ( в 3-10 раз, в зависимости от частоты механических колебаний) увеличению Д Е - эффекта и магнитоупругого затухания в аморфных сплавах Fe^Ca^il^Cu^ и i Си., WbjSL^Bg вследствие индуцирования в них при

термомагнитноЯ обработке одноосной магнитной анизотропен. При сохранении магнитострикционных свойств после кристаллизация нано-кристаллическцй сплав Рец0 Со^ ¿'C<j Си^ имеет более высокие значения магнитоупругих характеристик по сравнению с. аморфным сос-

'оянием, что связано с низкой макроскопической анизотропией на-юкристаллического состояния.Частотная зависимость нагнитоупру-■их характеристик в исследуемом диапазоне частот (0,к-1,2 МГц) и меньшение ВТ и Д Е. - эффекта пропорционально-f'Uz вследствие кин-эффекта для аморфного и нэ.нокристаллического состояний спла-ов указывает на единый релаксационный механизм потерь-вихре-вые оки.

Четвертая глава посвящена изучении кроссовер-эффекта модуля пругости б А),С системы Ре - Р ~ ^ I . Предложена модель для "'тиснения наблюдаемых изменений модуля Юнга.

В процессе термической обработки для аморфных сплазов еТ6 Р-18 , Рст8Р1г$Чо « наблюдался

ост приведенного значения модуля Юнга Е/£0 ( Е0 - значение одуля в начальный момент времени) с увеличением времени изотерического отжига, обусловленный процессом структурной релаксации, бгцее изменение модуля упругости зависит ст состава сплава. Ка -Золее высокая скорость увеличения / Е.0 наблюдалась в сплаве Рет& Р<8 $ I^ , имеющем температуру кристаллизации Тх= 713 К, наиболее низкая-в сплаве Р^ао , имущем Тя=743 К.

зеле предварительной изотермической выдержки при более низкой эмпературе Т = 493 К сплавы- отжигались при Т 523 К и Т «=573 К. ои этом наблюдался резкий спад £ / , который сменялся поселенным ростом Е-/ Е0 с увеличением времени отжига, т.е. на -тюдался »россозер-зфс;.::;:т модуля '"чугости после отлига сплазоа ул различных температурах. Увел. не времени предварительной грмообработки при более низких температурах приводит к смешению шимума на зависимости Е/Е-о ~ Ь ( измеренной после отжига ул более высокой те?лпературе) в сторону больших времен.

Предложено объяснение кросссвер-зффекта в рамках модели ¡ободного избыточного объема. Поскольку аморфное состояние не чь-¡зтея разновесны!.!, то в процессе термообработки А11С релаксирует состояние метастабилъного равновесия. Процесс структурной релак-;ции межет быть обусловлен изменением неравновесной (заморожен-¡Й при температуре стеклования) концентрации дефектных конфигу-щий ( вакансиоподоб.чых дефектов) до определенного значения,ргч-|Бесного при данной температуре отжига. Поскольку стоками для ¡кансиолодобных дефектов является поверхность аморфной пленки, > концентрация их, вследствие замедленного протекания процессов ффузии при понижении температуры ниже Т^. ( Т^. - температур;.

стеклования),будет разной на поверхности и в глубине. Если оцепить среднеквадратичное смещение в результате диффузии дефекта, то за время 100 часов при Т = 500 К № = ~ Х0"'м,т.е.

окат,ителъно меньше, чем толщина аморфной ленты.

Распределений концентрации вакансиоподобных дефектов от толщины образца после предварительного отжига при Т << ^подчиняется нормальному закону

-ертг -уг^нтет) 1 '

гдо Сис^ цС(£)~ концентрация вакансиоподобных дефектов на поверхности, в центральной части образца и на глубине X от поверхности через время ^ ; А - константа, 3> • коэффициент диффуоии.Если в центральной части шорфней ленты заморожена не -равновесная концентрация дефектов, то на поверхности образца, вследствие релаксации, для каждой температуры существует своя равновесная концентрация (соответствующая состоянию метастабиль-кого равновесия).которую можно описать соотношением

С = с0еоор (-и/кт> ,

где Со - константа, И -онергия образования дефектов; -постоянная Больцмана; 'Г - абсолютная температура. После про -должительного отжига при Т » Т^ концентрация вакг-юиоподобных дефектов на поверхности образца будет соответствовать значению С< , причем С^ < С-^, .

При нагреве аморфного сплава до температуры Т^ , более высокой, чем Тр равновесное значение концентрации вакансиоподобных дефектов на поверхности образца должно соответствовать значению

С г. »превышающему значение С^ .Следовательно, при быстром нагреве приповерхностные слои предварительно ото'кженного аморфного сплава будут иметь меньшую, чем равновесная, концентрацию вакансиоподобных дефектов и в процессе релаксации будут .тремиться ее повысить до значения С^ . Увеличение свободного объема в приповерхностном слое может происходить как за счет диффузии ваксн-сиоподобных дефектов из глубины образца, так и путем их захвата с поверхности, т.е. протеканием "обратимой"структурчой релаксации. Второй процесс является более быстрым, и на начальном этале отжига является доминирующим,что отражается в снижении приведенного значения модуля Юнга. Через- более длительное время отжига распределение вакансиоподобных дефектов по глубине образца изменится

и приведенное значение модуля E/Eç на поверхности вновь повысится до исходного, а затем буд*т медленно возрастать по мере в: хода избыточного свободного обгема.

Таким образом, каблэдаемый в AMC кроссовер-эффект модуля упругости можно связать с процессами структурной релаксации за счет пзрераспределения свободного объема.При этом уменьсение модуля Dira на начальном этапе отжига (быстрый процесс) обусловлено протеканием "обратимой" структурной релаксации в приповерх -ностных слоях аморфного сплава, а увеличение модуля Шга при больших временах отаига (медленный процесс) необратимой структурой релаксацией во всем объеме материала.

ВЫВОДЫ

1. Методом внутреннего трения в аморфном сплаве Fet«)Co5o£igCi4.{ обнаружены максицумы магнитоупругого затухания, обусловленные ■ релаксационными нроцзссами - потерями на мш<-ро- и макрозихревые токи. Основной вклад в затухание упругих колебаний в ЛШ Fe-fj Pii^ig связан с магнитомеханическим гистерезисом. Различие механизмов, ответственных за магкитоупругое затухание, обусловлено разной доменной структурой исследуоиих сплавов. Доменная структ!"?^ сплвва F^mjCoso iTq Си^ , полученного ионнс-плазменным напипением, состоит из полосовых 160-гра -дусных доменов. В этом случае потери на ыагнитоупругсе затухание обусловлены вихревыми токами, которые индуцируются в образце в результате изменений магнитной w дии при обратимом смешении доменных границ и вращешп! вектори., намагниченности доченсв. Аморфный сплав P^jSt^ , полученный методой ЗЖС, имеет лабиринтную ДО « потери на магнитомеханичэский гистерезис обусловлены необратимым движением 90-градусных доменных стенок.

2. Показано, что кратковременная термическая обработка при Т « 700-1000 К для сплава Fe^Co^T^Cu^ и "Р" Т « 600 -800 К для сплава F€73 çCu^ Ц в поперечном магнитном поле приводит к формированию одноосной магнитной анизотропии, вследствие чего иагнйгоупругое затухание и Л t. - эффект увели-чиааатся в 3-10 раз.

3. Обнаружено, что путем соответствующая термообработки аморфные сплавы и FeTî ç C.u4 Nbj SLjj ç

мояно перевести в нанокриоталлическое состояние с размером зерна порядка 8-НО нм. Начлкрпслмлличесхий сплав Fe46 Со^0 Zï^ Cu^

характеризуется высокими величинами Д Е - эффекта и магнитоущ./-гого затухания, что связано с низкой макроскопической анизотропией нанокристаллического состояния.Сплав Wbj SL^ ç üq в к~ногристаллическом состоянии обладает низкой магнитострикцией ( и вследствие этого величина магнитоупругих эффектов в нем уменьшается по сравнению с аморфным состоянием.

4. Зясрске получены высокие значения Д Е - эффекта для AMC v2,ï Р(6 И Р16 на частоте I МГц (23 £ и

27 % соответственно), обусловленные достаточно высокой магнито -стрикцией {~35'10"^) и низкой магнитной анизотропией аморфной структуры, оказывающей основное влияние на процессы вращения векторов намагниченности при высоких частотах. Данные сплавы могут быть рекомендованы для управляемых магнитным полем ультразвуковых линий задержки.

5. Наблюдаемая лабиринтная ДС исследуемых сплавов обусловлена магнитоупругой анизотропией, а полосовая доменная структура наведенной магнитной анизотропией. Лабиринтная ДС отражает су -цествование магнитной анизотропии, обусловленной закалочными напряжениями, с осью перпендикулярной плоскости аморфной пленки,в то время как полосовая ДС связана с магнитной анизотропией в плоскости пленки, индуцированной магнитным полем в процессе получения AMC.

6.Исследовано влияние структурной релаксации на ВТ и модуль Dira AMC » процессе циклических термообработок. В сплавах системы Fe-P-SL при циклической термообработке наблюдался кроссовер-эффект модуля упругости. Предложена модеЛь, основанная на перераспределении свободного объема в амор<|лом сплаве при отжигах, позволяющая объяснить наблюдаемые обратимые и необратимые изменения модуля упругости. Величина свободного объема, полученная при закалке AMC, неравномерно распределена по глубине образца, В приповерхностном слое концентрация свободного объема ниже, так как часть вакансиоподобных дефектов во время закалки выхо -дит через поверхность. При циклической термообработке меняется равновесная концентрация свободного объема на поверхности и происходит обратимое перераспределение свободного объема путем диффузии, в связи с чем наблюдается кроссовер-эффект.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Брыкин В.Г..Золотухин И.В..Калинин Ю.Е., Кондусов В.Л., Сычев И.В. Демпфирующие и магнитоупругие свойства амср^чых сплавов Fe-V-p и Fe-MO-P // Демпфирующие металлические материалы: Тезисы докладов У1 Республиканской конференции.- Киров: КГИ, 1991.— С.10.

2. Золотухин И.В..Калинин D.E.,Сычев И.В. Измерение упругих и неупругих свойств при циклической термообработке аморфного сплава Р^Тб // Проблемы исследования структуры аморфных материалов: Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции. -Ижевск: УдГ'У, 1992.- С.63.

3. Калинин D.E..Суходолов Б.Г.,Сычев И.Ь. Магнитоупругие свойства аморфного сплава Р^ть Pig SL^ // Проблемы исследования структуры аморфных материалоз: Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции.- Ижевск: УдГУ, 1992.- С.118.

4. Сычев И.В..Золотухин И.В..Вавилова В.В. Магнитике свойства аморфных сплавов P«ji(s Р^б Vz.j и

полученных ионно-плазменныы напылением //Металлофизика,- 1992. - Т.14.- » б.- С.53-55.

5. Калинин Ю.Е..Суходоле^ Б.Г.,Сычев И.В. Магнитоупругие явления в аморфных металлических сплавах // У1 Всероссийское совещание вузов по физике магнитных материалов: Тезисы докла -дов.- Иркутск: ШЛИ, 1992.- С.82.

6. Суходолов Б.Г.,Сзчев К.Б аршакоа Д.И.Магнитоупругое затухание и дЕ- эффект в нанокристаллических сплавах на ре-Со основе // У1 Всероссийское совещание вузов по физике магнитных материалов: Тезисы докладов.- Иркутск: ШЛИ, 1992.- С.63.

7. Калинин Ю.Е, .Суходолов Б.Г.,Сычев 11.3. .Супонина О.В. Доменная структура аморфных сплавов Fe-V-P и Pe-Mo-V //Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки): Тезисы докладов Х1Л Всесоюзной школы-семинара.- Астрахань: АПТИ, 1992.- Часть 2.- C.IjSI. . *

8. Золотухин И.В.,Калинин D.S.,Знаков 1).Д. ,CFf4ee И.В. Кроссовер-эффект модуля упругости в аморфных сплавах Pe-P-Sl // Разработке и освоение аморфных и: микрокристаллических материалов, технология их получения: Тездеы докладов конференции.-Москва: Инфортехника,199'\- С.?0.

9. Калинин Ю.Е.,Смирнов Б.В.,Сычев И.В. Ыагнитоупругие яь-ления ь аморфном и нанокристаллическом сплаве

//Разработка и освоение аморфных и микрокристаллических материале, технология их получения: Тезисы докладов конференции.-Москва: Ипформтс-хиика,1992.- С.21.

10. Сычев Я.В. Термическая устойчивость аморфных сплавов ре - V - Р и Ре-Мо - Р // физика и технология материалов электронной тохники.- Воронеж: ВПИ, 1992.- С.1Э0-132.

Подписало к печати С2.0ДЧЬ. .Усл.печ.л.1,0.Уч.-иэд.л.1,С

Тираж 100 экз. Заказ № У)

Воронежский политехнический институт

394026 Воронеж, Московский пр.,14

Участок оперативной полиграфии

Воронежского политехнического института