Неоднородность магнитного состояния в пластически деформированных сплавах никель-медь и некоторых квазибинарных редкоземельных интерметаллидах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

р Г Б ОД 2 7 ПИВ 19Р7-

На правах рукописи ГЕРАСИМОВ ЕВГЕНИЙ ГЕРМАНОВИЧ

НЕОДНОРОДНОСТЬ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ В ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННЫХ СПЛАВАХ НИКЕЛЬ-МЕДЬ И НЕКОТОРЫХ КВАЗИБИНАРНЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИНТЕРМЕТАЛЛИДАХ

01.04.11. - физика магнитных явлений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г. Екатеринбург, 1996 г.

Работа выполнена в лаборатории ферромагнитных сплавов Института физики металлов УрО РАН

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук,

старшин научный сотрудник A.B. Королев.

Официальные оппоненты, - доктор физико-математических наук,

профессор О.А.Иванов;

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник М.А.Уймин

Ведущее предприятие - Уральский государственный университет

им. А.М. Горького

Защита состоится оре ,199 ?г. в "Л " часов на заседании диссертационного совета К002.03.01 в Институте физики металлов УрО РАН (620219, г.Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, д.18).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многие проблемы, касающиеся магнитных, электрических и термодинамических свойств твердых тел, обусловлены наличием в реальных образцах различного типа дефектов и неодно-родносгей микроструктуры. В последнее время большой интерес как для фундаментальной, так и для прикладной физики представляет исследование магнитных свойств поликристаллических металлов и сплавов с субмикрокрнсталлической (характерный размер зерен 0,1-1,0 мкм) и нанокристаллической (0,01-0,1 мкм) структурой. Материалы с такой , структурой можно получить путем сильной пластической деформации и их характерной чертой является большой удельный объем дефектных областей, сконцентрированных преимущественно на межзерекных границах, которые во многом и определяют физические свойства тахих веществ. ,

Предполагается, что величина энергии обменных взаимодействий между атомами находящимися внутри и на границах зерен существенно. различна и в основу описания магнитных свойств ферромагнетиков с субмикрокристаллической структурой можно положить сильные магнитные неоднородности - кластеры (зерна). Следует ожидать, что наиболее сильно неоднородный характер магнитной структуры в таких ферромагнетиках будет проявляться при высоких температурах, когда одна из подсистем (межкластерные границы) переходит в парамагнитное состояние, а магнитное упорядочение будет определяться параметрами собственно кластерной подсистемы. Особенности магнитного состояния в субмикрокристаллических ферромагнетиках в области фазового перехода в парамагнитное состояние, обусловленные их дефектной структурой, в настоящее время мало исследованы, поскольку исследования обычно ведутся на существенно неоднофазных многокомпонентных системах. Подробные же исследования на чистых металлах провести, как правило, не удается вследствие того, что температуры Кюри Тс в них намного превышают типичные температуры рекристаллизации зерен.

Подходящими объектами для такого исследования могут быть сплавы №]-хСи1. Сплавы №1.*Си* представляют собой единственные из известных ферромагнетиков на основе бинарного твердого раствора, неограниченная растворимость компонент в котором исключает возможность образования промежуточных кристаллических фаз в процессе получения образцов с субмикрокристаллической структурой. Магнитные

свойства этих сплавов в крупнозернистом состоянии хорошо изучены ранее, а их температура Кюри варьируется в диапазоне от 0 до 631 К, что позволяет выбрать сплавы с Тс, не превышающими типичные температуры рекристаллизации зерен.

В качестве одного из критериев неоднородного магнитного состояния в магнетиках, по-видимому, можно рассматривать неравенство абсолютной величины магнитной восприимчивости % образца при температурах Т близких к Тс и величины магнитной восприимчивости, обусловленной формой образца. В последнее время измерение соотношения этих величин предложено использовать при определении миктомагнитного упорядочения в сплавах с концентрацией ферромагнитного элемента близкой к перколяционному порогу. Исследования соотношения этих величин в реальных неоднородных ферро- и ферримагнетиках до настоящего времени практически не проводились. Поэтому представляет интерес провести исследование, каким образом неоднородный характер магнитной структуры влияет на абсолютные значения х в области температуры Тс как в деформированных сплавах Щ-хСи* с субмикрокристаллической структурой, так и в других сплавах и соединениях в которых на основании литературных данных присутствуют магнитные неоднородности, обусловленные теми или иными причинами. Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании магнитных свойств пластически деформированных сплавов №-Си с субмикрокристаллической структурой и особенностей поведения амплитудной магнитной восприимчивости в некоторых реальных неоднородных ферро- и ферримагнетиках в области фазового перехода в парамагнитное состояние.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Получение субмикрокристаллических образцов сплавов Ып-хСи* путем сильной пластической деформации. Исследование особенностей магнитных свойств и магнитного фазового перехода в субмикрокристаллических сплавах ЫЬ.хСи,.

2. Изучение влияния пластической деформации с различной степенью интенсивности и последующих отжигов на магнитные свойства сплавов №|*Сих с целью определения особенностей магнитных свойств, обусловленных собственно субмикрокристаллической микроструктурой в образцах.

3. Получение образцов и исследование, каким образом неоднородный характер магнитной структуры влияет на абсолютные значения ампли-

-4-

туднои магнитной восприимчивости в области фазового перехода в ^парамагнитное состояние как в пластически деформированных сплавах Ni-Cu, тйк и в специально выбранных для этой цели сплавах Fe-Cu, Coo.^Pto м и квазибинарных редкоземельных ннтерметаллидах R(Coi-xNix)j (R=Sm,Gd) и Smi.xTbx(Fe,Co)2.

Научная новизна н pt ультаты. выносимые на защиту. В работе впервые путем сильной пластической деформации получены образцы сплавов Nii-xCux с субмикрокристаллической структурой с характерным размером зерен 100-400 нм и исследованы их магнитные свойства.

Впервые проведено систематическое исследование особенностей магннтных свойств сплавов Nii.,Cux, возникающих в результате пластической деформации с различной степенью интенсивности, начиная с малых деформаций и вплоть до чрезвычайно сильных пластических деформаций, приводящих к формированию субмикрокристаллической структуры в сплавах. Показано, что в сплавах Nii-xCux (0,19sx£0,41) в результате пластической деформации происходит значительное уменьшение температурного интервала ферромагнитного упорядочения. Впервые обнаружено появление аномалий на температурных зависимостях коэрцитивной силы, амплитудной магнитной восприимчивости и увеличение парамагнитной температуры Кюри в пластически деформированных сплавах, что указывает на существование в них неоднородного кластерного магнитного состояния, обусловленного кластеризацией одноименных атомов в сплавах под воздействием холодной пластической деформации. Ранее в исследуемой области концентраций меди сплавы рассматривались как полностью неупорядоченный твердый раствор, в котором пластическая деформация способствует более неупорядоченному распределению компонент.

Впервые проведены измерения абсолютных значений амплитудной магнитной восприимчивости в сплавах Ni-Cu, Соо jePto м, Fe-Cu и квазибинарных редкоземельных интерметаллических соединениях R(Co,Ni)s (R=Sm, Gd), Smi-xTbx(Fe,Co)2.

При исследовании магнитных свойств высокоанизотропных магнитоодноосных соединений RC05 (R=Sm, Gd) и сплава Coo«Pto.M впервые обнаружено, что коэрцитивная сила в этих веществах аномально возрастает вблизи температуры Кюри. Обсуждены эзможные причины этого явления.

На защиту выносятся следующие результаты:

- в пластически деформированных поликристаллах сплавах NiuxCu* как с субмикрокристаллической, гак и с мелкозернистой структурой реализуется неоднородное кластерное магнитное состояние.

-в сплавах NiiXu* под воздействием холодной пластической деформации происходит микрорасслоение по составу, приводящее к образованию в них микрообластей, обогащенных и обедненных никелем.

- в однородных ферри- и ферромагнетиках в области температуры Кюри имеет место равенство значений амплитудной магнитной восприимчивости и магнитной восприимчивости, обусловленной формой образца, в то время как в неоднородных ферри- и ферромагнетиках это равенство не выполняется.

- в твердых растворах замещения на основе квазибинарных редкоземельных интермегаллидов R(CoikNu)5 и Smi.*TbA(Fe,Co)2 присутствуют магнитные неоднородности, обусловленные неоднородным по объему образца распределением замещающих атомов в кристаллической решетке.

- в магнитоодноосных соединениях SmCos, GdCos и в сплаве Р1о4бСоо я имеет место аномальное возрастание коэрцитивной силы в области температуры Кюри.

Практическая ценность. Проведенные исследования показывают дополнительные методические возможности для анализа магнитной структуры, которые могут быть получены на основе сравнения абсолютного значения амплитудной магнитной восприимчивости в реальных ферро- и ферримагнитных сплавах и соединениях в области температуры Кюри и значения магнитной восприимчивости, обусловленного формой образца. В однородных ферри- и ферромагнетиках в области температуры Кюри имеет место равенство значений амплитудной магнитной восприимчивости и магнитной восприимчивости, обусловленной формой образца, в то время как в неоднородных ферри- и ферромагнетиках это равенство не выполняется.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 5-ом Всероссийском координационном совещании вузов по физике магнитных материалов (Астрахань, 1989), 19-ой Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Ташкент 1991), 6-ом семинаре с участием иностранных специалистов "Структура, дефекты и свойства сплавов, полученных нетрадиционным легированием" (Екатеринбург, 1993), 11-th lnt.Conf. on Solid Compounds of Transition Elements (July 5-8, 1994, Wroclaw, Poland), International Conference on Magnetism (ICM'94, August,

1994, Warsaw, Poland), International Corference Soft Magnetic Materials 12 (SMMM'12, Krakow, Poland, 1995) и на заседании секции АН СССР и РАН по магнетизму в г. Москве (1993) в числе достижении Института физики металлов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 171 страницу, включая 48 рисунков и 2 таблицы. В списке литературы приведено 124 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность работы. Формулируются цель и задачи исследования. Отмечается новизна и возможность практического использования результатов. В конце приводится список публикаций, положенных в основу диссертации.

В первой главе излагаются имеющиеся в литературе представления о магнитных свойствах ферромагнетиков с субмикрокристаллической микроструктурой, поведении амплитудной магнитной восприимчивости в однородных ферромагнетиках в области фазового перехода ферро-парамагнетизм. На основе литературных данных обосновывается выбор объектов для исследования.

Во второй главе описаны методы проведения экспериментов и получения образцов. Исследуемые сплавы и соединения получены индукционным сплавлением в среде аргона исходных компонент с содержанием примесей не более 1 % для редкоземельных, и не более 0,01 % для других металлов соответственно. Гомогенизирующие отжиги образцов проводили в атмосфере очищенного гелия в основном при температуре Т=1100°С в течении 20 часов с последующим быстрым охлаждением в воде. Однофазность образцов контролировали с помощью рентгеносгруктурного анализа на дифрактометре Д РОН-УМI.

Пластическую деформацию сплавов Nii-*Cu* (0,19 ^ х £ 0,41) осуществляли тремя способами: кручением (на 5-10 оборотов) в условиях квазигидростатнческого давления величиной 6-8 ГПа; волочением проволок в стальных фильерах и прокаткой пластин в стальных валках. Образцы для измерений получали в виде шаров диаметром 3 мм для сплавов в исходном состоянии, дисков диаметром 3-5 мм и толщиной 0,1 -0,14 мм после деформации кручения и прокатки, и цилиндров днамет-

ром 0,2-2 мм, высотой 3-5 мм после деформации сплавов путем волочения проволок.

Измерения магнитных свойств квазибинарных редкоземельных интерметаллических соединений R(Coi-xNix)s R=Sm, Gd (05 х < 1) проводили на шарах диаметром 1-3 мм, приготовленных из монокристаллических зерен. Ориентировку магнитоодноосных монокристаллических образцов проводили в электромагните в постоянном магнитном поле, напряженностью Н=0,8 МА/м. В случае же соединений Smi-jTb*(Feo 2Coo a)2 (0 х 51) и сплавов Fe-Cu измерения выполняли также на сферических образцах, но поликристаллических.

Измерение удельной намагниченности и коэрцитивной силы сплавов в диапазоне температур 77-1000 К и магнитных полей 0-1,5 МА/м проводили на виброиагнитометре, смонтированном на электромагните. В другом диапазоне температур (4,2-220 К) и в магнитном поле, напряженностью до 6,8 МА/м, намагниченность измеряли, используя вибро-магннтометр, смонтированный на сверхпроводящем соленоиде.

Используя метод термодинамических коэффициентов определяли критическую температуру Tf магнитного фазового перехода второго рода, при которой спонтанная намагниченность ферромагнетика обращается в нуль. Парамагнитную температуру Кюри ТР определяли из измерений температурной зависимости парамагнитной восприимчивости Хр сплавов при Т ? Тс, как точку пересечения линейного участка зависимости 1/хр(Т) с осью температур. Зависимости хДТ) измеряли используя метод магнитных весов.

Амплитудную магнитную восприимчивость х. называемую в литературе также ас или же динамической магнитной восприимчивостью, измеряли на частоте первой гармоники в диапазоне температур от 4,2 до 1000 К в переменном синусоидально изменяющемся с низкой частотой f<200 Гц магнитном поле с амплитудой На<8 кА/м, используя метод скомпенсированного трансформатора. Абсолютные значения амплитудной магнитной восприимчивости х вычисляли как x=(mMa)/(pH.) (Ма, т, р - амплитуда изменения магнитного момента, масса и плотность образца). Анализ магнитной структур!, в исследуемых веществах проводили на основе сравнения абсолютных значений х с магнитной восприимчивостью, обусловленной формой конкретного образца ХФ=^М (N-размагничнвающий фактор образца), и во всех случаях абсолютные значения % приводились в единицах х/ХФ=Х^- Во всех исследуемых нами

-8-

образцах величина % при Т близких к Тс не зависела от частоты при Г<200 Гц и соответственно величина х была близка к величине магнитной восприимчивости, определяемой из квазистатической кривой намагничивания.

В третьей главе приведены результаты исследования магнитных свойств пластически деформированных поликрисгаллических сплавов ЫЬ-хСих с субмикрокристаллическон и мелкозернистой структурой.

Субмикрокристаллическая микроструктура с размерами зерен 0,1-0,4 мкм формируется в'поликристаллических образцах сплавов в результате деформации кручения с логарифмической степенью е~б-7. Максимальная величина е, которую удалось получить, используя традиционные способы деформации (прокатку пластин и волочение проволок), не превышала е«2,5 и размеры зерен в таких образцах составляли не менее нескольких микрометров.

В исходных недеформированных крупнозернистых сплавах №-Си зависимость х(Г) имеет типичный для однородных слабоанизотропных магнитомягк^х ферромагнетиков вид (рис.1). Величина х*^', а измеряемые значения температур Кюри и намагниченности насыщения хорошо согласуются с известными из литературы данными.

В деформированных сплавах с субмикрокристаллической микроструктурой значительно снижается температурный интервал существования ферромагнитного упорядочения. Температуры Т„, соответствующие положению максимума на зависимости х(Т) в деформированных сплавах (рис.1), практически совпадают с критическими температурами Тг, при которых согласно термодинамической теории фазовых переходов спонтанная намагниченность обращается в нуль, и оказываются существенно меньше значений Тс в исходных недеформированных образцах. Величина разности температур ДТ=(Тс-Тг) возрастает с увеличением содержания меди в сплаве (ДТ=17, 27 и 50К для х=0,19; 0,235 и 0,33). После длительных высокотемпературных отжигов субмикрокристаллических образцов при Т»1000 °С зависимости х(Т) в них становятся полностью аналогичны зависимостям х(Т) в крупнозернистых недеформированных.

В области критической температуры Тг деформированные сплавы Им-хСих приобретают нехарактерные для однородных ферромагнетиков особенности магнитных свойств. Величина х(Т*Тг) оказывается существенно меньше, чем значение Ы1, в то время как в однородных ферромагнетиках должно выполняться равенство х(Т*Тс)=М-'. В области

-9-

2

к

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 00

^0.76*4.235 | М,0.в,Сио.,9

300

450

Рис.1. Типичные зависимости х(Т) Для сплавов №|-*Си в исходном крупнозернистом (кривые 1) и деформированном субмикрокристаллическом (кривые2) состоянии.

температур Т > Тг в деформированных сплавах существует отличная от нуля коэрцитивная сила Нс> величина которой аномально возрастает при . Т > Тг, в то время как в однородных ферромагнетиках коэрцитивная сила убывает до нуля по мере роста температуры до Т = Тс (рис.2).

Рис.2. Зависимость Н<.(Т) для крупнозернистых (•) и субмикрокристаллических (О) образцов сплава Nio.765Cuo.235. . Штриховой линией аппроксимирована линейная часть зависимости НС(Т) для субмикрокристаллического образца.

2.0-,

1.5

а

1.0^

X 0.6-

0.0

" 1 1 —» 1 • 1 ' М Си

0.765 0.235

т А

\ Т

* 1С ^—1

300

320 340 Т.К.

зво

Несмотря на то, что в деформированных сплавах происходит значительное уменьшение температурного интервала ферромагнитного упорядочения, величина спонтанной намагниченности о в них при низких температурах (Т * 4,2 К) остается такой же как и в исходных недеформи-рованных. По мере нагрева, начиная с некоторой температуры, намагниченность в деформированных сплавах уменьшается более сильно, чем в исходных (рис.3). По мере увеличения напряженности постоянного магнитного поля, в котором проводятся измерения, наблюдается

сближение кривых а(Т), особенно сильное в области температур Тг < Т < Тс.

3 10

о

20

15

5

О

300 320 340 360 380 400 Т. К

Рис.3. Типичные зависимости о(Т) для сплавов Ы![-хСих в исходном крупнозернистом (кривые 1) и деформированном субмикрокристаллическом (кривые2) состоянии, измеренные в постоянном магнитном поле Н=0,16 (сплошные линии) и 0,48 МА/м (пунктирные , линии).

Анализ полученных результатов позволяет полагать, что под действием пластической деформации в сплавах №.*Си* образуются области с существенно различной величиной энергии обменных взаимодействий. Размеры таких областей превышают эффективный радиус обменного взаимодействия в сплавах и сравнимы по величине с критическим размером суперпарамагнетизма. По мере роста температуры до Т = Тг в сплавах происходит постепенный переход областей с пониженной величиной обменного взаимодействия в парамагнитное состояние. Количество н размеры парамагнитных областей постепенно возрастают настолько, что при Т « Тг в образцах возни кает неоднородное магнитное состояние, которое рассматривается как гетерогенная смесь преимущественно суперпарамагнитных, а также однодоменных и многодоменных областей (кластеров)'в парамагнитной матрице. Соответственно уменьшение температурного интервала ферромагнитного упорядочения в деформированных сплавах обусловлено тем, что при Т = Тг в них происходит переход в суперпарамагнитное состояние. Более сильная зависимость о(Т) по мере нагрева, очевидно, обусловлена уменьшением ферромагнитной фазы вследствие постепенного перехода областей с пониженной величиной энергии обменного взаимодействия в парамагнитное состояние. Отличная от нуля коэрцитивная сила и максимум на зависимости ЩТ) при Т > Тг, обусловлены существованием однодо-

менных и многодоменных кластеров и сменой механизма перемагни-чивания в образцах по мере роста температуры от задержки смещения доменных границ на парамагнитных включениях во всем объеме образца при Т < Тг к вращению векторов намагниченности в однодоменных кластерах при X > Тг.

Нарушение равенства х.(Тм) = Ы-' в деформированных сплавах происходит вследствие уменьшения относительного объема п ферромагнитной фазы и отличия величины эффективного размагничивающего фактора Иэфф образца с неоднородной магнитной структурой от значения N. вычисленного для образца в предположении об однородном распределении намагниченности. Зависимость х(Н.) в деформированных сплавах при Н, < Н подчиняется хорошо известному закону Релея. При Н«> Не величина % достигает "насыщения". Величина х в "насыщении" достигает значения Ы"1 при Т « Тг, а по мере роста температуры до Т»Тг для величины х в "насыщении" имеет место соотношение X п(Мэфф )1 < Ы1.

• В субмикрокристаллических ферромагнетиках в качестве областей с пониженной величиной энергии обменного взаимодействия обычно рассматриваются межзеренные границы.

Проведенные нами на основе магнитных данных количественные оценки показали, что размеры суперпарамагнитных кластеров в дефор-. мированных субмикрокристаллических сплавах 1\Н-Си не превышают 10 нм, то есть существенно меньше, чем размеры зерен (100-400 нм), а относительная объемная концентрация парамагнитных областей при Т > Тг достигает значений 0,4-0,6, существенно больших, чем допустимый удельный объем межзеренных границ. Эксперименты по изучению зависимостей магнитных свойств сплавов от относительной степени пластической деформации е также показали, что формирование неоднородной магнитной структуры под воздействием пластической деформации путем прокатки пластин и волочения проволок происходит уже при малых степенях деформации, в образцах со средним размером зерен намного превышающем 0,1-0,4 мкм. Так, например, существенное изменение формы кривых у(Т) начинается уже при относительной степени пластической деформации б « 30%, а в области значений е * 80% отчетливо выявляется существование в сплавах областей с различной величиной энергии обменных взаимодействий, проявляющееся в существовании температурного гистерезиса или двух максимумов на зависимостях х(Т) (рис.4). После

деформации с е«91% размеры зерен в образцах составляют не менее 1-10 мкм, а кривые х(Т) уже практически не отличаются от таковых для субмикрокристаллических образцов с соответствующим содержанием меди и характеризуются теми же величинами Тс, Тм.

1.0 0.8 06 0.4 0.2

00

-,-,-- |-;-1-->----1 ■,

>

N1 Си 059 041 \ Ч:бб8Сио.зз2 1 -

33 I / 1 :

00 3_______ 1 Г \\1

1

80

120

160 200 т,к

240

Рис.4. Зависимости х(Г) для пластически деформированных образцов сплавов №.»Сио41 и Nio.668Cuo.332. Цифры у кривых указывают вели-■ чнну относительной степени деформации е.

280

Восстановление магнитных свойств в деформированных сплавах в процессе отжигов не коррелирует с изменением размеров зерен в образцах. После отжигов деформированных сплавов при Т * 600 °С, приводящих к рекристаллизации зерен до размеров порядка 100-800 мкм, величина Тг все еще остается меньше, чем величина Тс в исходных недеформи-рованных сплавах. Для полного восстановленйя величины Тг до значений Тс требуются продолжительные отжиги при температурах порядка

юоо «с;

Исследования спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах меди в порошках, приготовленных из деформированного сплава с х = 0,332, показали, что спектры ЯМР хорошо описываются как суперпозиция, по-крайней мере, двух подспектров от фаз с различной концентрацией меди.

Совокупность полученных результатов указывает на то, что основной причиной возникновения неоднородного магнитного состояния в сплавах N1 Си является локальное перераспределение (кластеризация) атомов никеля и меди в процессе холодной пластической деформации.

В литературе имеются данные термодинамических расчетов согласно которым при низких температурах (Т < 300 °С) в широкой

области концентраций меди на равновесной фазовой диаграмме сплавов №|.*Сих должна существовать область расслоения исходного твердого раствора с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой на смесь двух ГЦК растворов с различным содержанием никеля и меди. Однако ранее существование такого расслоения было обнаружено лишь для сплавов с х к 0,47-0,6 на основе экспериментов по исследованию их магнитных и электрических свойств. Причем пластическая деформация в сплавах с х»0,47-0,6 приводит к более неупорядоченному распределению компонент. Возможно, что в исследуемой нами области концентраций меди кластеризация одноименных атомов в сплавах инициируется вследствие образования вакансий при пластической деформации, приводящего к повышению коэффициентов диффузии атомов никеля и меди.

Величина разности ДТР между парамагнитной ТР и ферромагнитной температурами Кюри (АТР= Тр-Тс) составляет порядка 10 К в исходных недеформированных сплавах с х < 0,35 и резко возрастает при х * 0,34-0,35 до значения ДТР» 60 К в сплавах с содержанием меди х ^ 0,35, цто указывает на существование в исходных сплавах с х > 0,35 ближнего упорядочения или кластеризации одноименных атомов в пределах первой координационной сферы. Различная степень ближнего атомного порядка в исходных образцах с разным содержанием меди обуславливает разный характер изменения значений ТР в сплавах с х < 0,35 и с х £ 0,35 в результате пластической деформации. Так, кластеризация атомов никеля приводит к увеличению значения ТР в сплавах с х < 0,35. В сплавах же с х£ 0,35, по-видимому, наряду с формированием микронеоднородностей по составу с размерами, превышающими размеры первой координационной сферы, происходит уменьшение количества атомов никеля в первой координационной сфере. Соответственно, в сплавах с х г 0,35 значение ТР уменьшается в результате пластической деформации. В деформированных сплавах с х £ 0,35, по-видимому, существует и сильная дисперсия кластеров по размерам, что приводит к неравенству температур Тм, Тг (Тм < Тг) и существованию аномал, юго температурного гистерезиса на кривых х(Т). обусловленного гистерезисом перестройки доменной структуры в ферромагнитных кластерах (рис.4).

В четвертой главе приведены результаты исследования температурных зависимостей амплитудной магнитной восприимчивости

в квазнбинарных редкоземельных ннтерметаллнческих соединениях Я(С0|-х№х)5 (11=С<1,5т), 5ш|.хТЬх(Ре,Со)2 и сплавах Ре-Си,

COo.46Pto.54.

Известно, что для ряда твердых растворов на основе квазибинарных редкоземельных интерметаллидов оказывается характерным статистически неоднородное распределение замещающих атомов в кристаллической решетке, приводящее к локальным флуктуациям величин намагниченности, энергий обменного взаимодействия и магнито-кристаллической анизотропии. Указанная неоднородность, как было показано ранее в литературе, приводит, в частности, к гигантским значениям коэрцитивной силы при низких температурах в соединениях 1*(Со|-х№,)5 (11*Сс1) в области промежуточных концентраций х и к отсутствию полной компенсации намагниченности в ферримагнитных сплавах 8ш-хТЬх(Ре,Со>2.

Проведенные нами исследования подтверждают изложенные выше представления и показывают, что неоднородность магнитной структуры в названных выше интерметаллидах проявляется вив экспериментах по измерению Абсолютной величины х«=х(Т«Тс) в области температуры Кюри. Величина х^-М"1 в крайних по концентрации интерметаллидах (х = 0; 1), а в области промежуточных концентраций имеет место неравенство х«<^-1 н 113 зависимости /м (х) наблюдается глубокий минимум (Рис.5).

Рис.5. Концентрационная зависимость велнчи-нь Хм в квазибинарных интерметаллидах ^Со^МхК (Я=8т,Сс1) и 8ш|.хТЬ,(Рео.2Соо8)2.

Положение минимума на кривых Хм(х) совпадает с критической концентрацией (хк«0,8) для обменных взаимодействий между атомами кобальта в соединениях ^СомЬПх^, а в ферримагнитных соединениях

8т|-,ТЬх(Ре,Со)2 с концентрацией, при которой должно быть совпадение температур Кюри и температуры компенсации (х * 0,4). Низкие значения Хм в соединениях Я(Со|-х№х)5 обусловлены существованием в них областей с Тс, меньшей, чем значение Тс для основного состава. В соединениях же 5гП|-хТЬх(Ре,Со)2 низкие значения х«. по-видимому, обусловлены существованием в них компенсационных доменных границ, разделяющих антиферромагнитно связанные области с величиной х большей и меньшей, чем х = 0,4.

Во всех рассмотренных выше неоднородных феррн- и ферромагнетиках имеет место неравенство х«< № • Однако в неоднородных ферромагнетиках может иметь место и неравенство х* > М"1- Неравенство Хм > выполняется в том случае, когда магнитная структура в сплавах представляет собой ферромагнитные образования игольчатой или пластинчатой формы в парамагнитной матрице и имеет место, например, в сферических образцах сплавов РевоСизо и РелСим с дендритной микроструктурой (дендриты железа в матрице меди), несмотря на то, что содержание ферромагнитной фазы в таких образцах составляет всего 80 и 50%. Такой результат указывает на то, что величина Хм в неоднородных ферромагнетиках наиболее сильно зависит от величины N44., а не от количества ферромагнитной фазы в обоазцах.

В монокристаллах некоторых ферримагнитных соединений Я(Со,№)5 (Я = Ос1) (предварительно намагниченных до насыщения) по мере роста температуры при некоторой критической температуре Тц,. происходит спонтанное скачкообразное размагничивание. Такой характер размагничивания обусловлен скачкообразным характером пере-магничивания в данных соединениях и возрастанием, по мере роста температуры величины внутреннего размагничивающего поля Нга в ферримагнитных образцау Значение температуры Ткр. можно уменьшать или увеличивать, прикладывая к образцу внешнее постоянное магнитное поле с напряженностью Н < Нс, направленное параллельно или аити-параллельно Нт.

В высокоанизотропных магнитоодноосных ферро- и ферримагне-тиках вёСоз. ЗшСо5, С<1 и Coo.46Pto.54 в области температур, близких к температуре Кюри, наблюдается минимум на зависимостях х(Т) появление которого, как показано, обусловленно аномальным возрастанием величины Не в указанной области температур (Рис.6). Ранее такое аномальное возрастание величины Не наблюдалось лишь в гадолинии, в

котором в области температур близких к Тс происходит спиновая переориентация от конуса к оси легкого намагничивания. Полученные нами результаты позволяют полагать, что возрастание величины Не вблизи Тс - явление довольно часто встречающееся в высокоанизотропных ферромагнетиках. В качестве возможных причин, приводящих к аномальному возрастанию величины Нс в высокоанизотропных соедине-

Рнс.6. Зависимости х(Т) (сплошные линии) I? НС(Т) (пунктирная линия и точки) для упорядоченного магнн-тоодноосного сплава

Соо.-юРь.я, измеренные вдоль осн легкого намагничивания. Кривые х(Т) измерены в переменном магнитном поле с амплитудой Н.=0,02 (1), 3,2 (2) и 1,2 (3) кА/м.

ниях вблизи температуры Кюри, рассматриваются:

■ химические неоднородности, .приводящие к локальным флуктуацням энергии обменных взаимодействий и к увеличению в сплавах при Т~ТС количества парамагнитных дефектов, являющихся центрами задержки :мещения доменных границ;

■ более медленная скорость уменьшения эффективной константы магни-гокристаллической анизотропии К по-сравнению со скоростью уменьшения намагниченности насыщения М* в соединениях по мере роста температуры при Т близких к Тс, поскольку Нс~К/М5.

В области температур Т < Тс величина амплитудной магнитной юсприимчивосги в исследуемых ферро- и ферримагнегнках практически юлностью. определяется соотношением между значениями амплитуды шешнего магнитного поля Н„ в котором проводятся измерения зависи-юстей х(Т), и коэрцитивной силой- образца Нс. При Н,«НС и 1,»Нс, х(Т)»со1т.. Величина х(П * (Нс(Т))-' и наиболее полная [нформация об изменении магнитной структуры в сплавах при Т < Тс на

ТОЭ

основе измерений зависимостей х(Т) может быть получена в том случае, если выполняется условие: На« Нс(см., например, рис.6).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые исследованы магнитные свойства сплавов №|-хСш-х с субмикрокристаллической микроструктурой с размерами зерен порядка 100-400 нм, полученных путем сильной пластической деформации. Установлено, что пластическая деформация приводит к значительному уменьшению температурного интервала существования ферромагнитного упорядочения в сплавах ИЬ-хСш-х, вследствие того, что при некоторой температуре Тг, существенно меньшей, чем температура Кюри в исходных недеформированных сплавах, в образцах реализуется неоднородное магнитное состояние, представляющее собой гетерогенную смесь преимущественно суперпарамагнитных, а также однодоменных и многодоменных кластеров в парамагнитной матрице. Неоднородность магнитного состояния в пластически деформированных сплавах приводит к появлению аномалий на температурных зависимостях амплитудной магнитной восприимчивости, коэрцитивной силы и уменьшению намагниченности насыщения в сплавах при высоких температурах.

2. Исследована зависимость магнитных свойств сплавов №|.хСи* от степени пластической деформации, начиная с малых степеней деформа-ци1. и вплоть до чрезвычайно сильных, приводящих к формированию субмикрокристаллической структуры в сплавах, и от температуры последующего отжига. Проведены исследования ядерного магнитного резонанса в деформированных сплавах. Впервые обнаружено увеличение парамагнитной, температуры Кюри в сплавах с х < 0,35 в результате пластической деформации. На основании полученных результатов впервые показано, что неоднородность магнитного состояния в пластически деформированных сплавах Ыи-хСш может быть обусловлена существованием в них микрообластей, обогащенных и обедненных никелем, образующихся в процессе холодной пластической деформации и имеющих размеры порядка 10 нанометров.

3. Впервые проведены измерения абсолютных значений амплитудной магнитной восприимчивости в сплавах №-Си, РЧ-Со, Ре:Си и в квазибинарных редкоземельных интерметаллидах 5т(Со|.х№х)5, Оё(Со|-хМц)5, БтьхТЬДРе.СоЬ. Показано, что сравнение абсолютных значений магнит- 18-

ной восприимчивости в области температуры Кюри с восприимчивостью формы образца дает дополнительные возможности для анализа магнитной и кристаллической структуры в ферро- и феррнмагнетиках. В однородных ферромагнетиках в области температуры Кюри имеет место равенство значений амплитудной магнитной восприимчивости и восприимчивости формы образца, в то время как в неоднородных ферромагнетиках это равенство не выполняется.

4. Подтверждено, что для твердых растворов замещения на основе квазибинарных редкоземельных интерметаллических соединений R(Coi-*Nix)5 и Smi.xTbx(Fe,Co)2 в области промежуточных концентраций х оказывается характерным неоднородное по объему образца распределение замещающих атомов в кристаллической решетке.

5. Впервые обнаружено аномальное возрастание коэрцитивной силы Нс в высокоанизотропных магнитоодноосных' ферри- и ферромагнетиках SmCos, GdCos, Coo ^Pto.54 вблизи температуры Кюри. В рамках существующих представлений о природе коэрцитивной силы аномальный рост Нс может быть обусловлен увеличением в образцах количества парамагнитных дефектов, являющихся центрами задержки смещения доменных границ, либо более медленным уменьшением эффективной константы магнитной анизотропии по-сравнению с уменьшением величины намагниченности насыщения в сплавах.

Основные результаты диссертации опубликованы п следующих работах:

I. Королев A.B., Герасимов Е.Г., Тейтель Е.И., Щеголева H.H., Пилюгин В.П., Кузнецов Р.И. Особенности магнитного состояния сильнодефор-мированных сплавов Ni-Cu. -ФМ М, 1990, №11, С.98-102. I Korolyov A.Y., Muchnikov N.V., Gaviko V.S., Gerasimov Ye.G., Ermolenko A.S., Chrabrov V.l. Heterogeneous magnetic state of quasi-binary rare earth intermetallic compounds with CaCus- and MgCuj- type structures. -JMMM, 1995, v.140-144, pp.859-860. l. Гавико B.C., Мушников H.B., Королев A.B., Герасимов Е.Г., Лапина Т.П. Влияние неоднородного распределения элементов на магнитные свойства квазибинарных соединений Smi-*Tbx(Fe,Co)2. -ФММ, 1994, т.78, вып.2, с.66-74.

. Королев A.B., Герасимов Е.Г., Казанцев В.А., Дерягин А.И., Завалн-шин В.А. Особенности магнитного фазового перехода в пластически деформированных сплавах Ni-Cu. -ФММ, 1995, т.79, вып.2, с.43-50.

5. Королев А.В., Герасимов Е.Г., Казанцев В.А., Дерягин А.И., • Завалншин В.А. Магнитный фазовый переход в пластически деформированных сплавах Ni-Cu. -Тезисы докладов 19-ой Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. Ташкент, 1991, ч.2, с. 196.

6. Королев А.В., Герасимов Е.Г., Казанцев В.А., Дерягин А.И., Завалишин В.А. Влияние пластической деформации на эффект микрорасслоения сплавов Ni-Cu по данным магнитных измерений. -Тезисы докладов 6-го семинара с участием иностранных специалистов "Структура, дефекты и свойства сплавов, полученных нетрадиционным легированием", Екатеринбург, 1993, ч.2, с.171-172.

7. Korolyov A.V., Muchnikov N.V., Gaviko V.S., Gerasimov Ye.G., Ermolenko A.S., Chrabrov V.I. Peculiar magnetic properties jof 4d-3f quasibinary intermetallics due to heterogeneous distribution of substitu-dents. -Reports on 11-th Int.Conf. on Solid Compounds of Transition Elements.-July 5-8, 1994, Wroclaw, Poland, p.105.

8. Korolyov A.V., Muchnikov N.V., Gaviko V.S., Gerasimov Ye.G., Ermolenko A.S., Chrabrov V.I. Heterogeneous magnetic state of quasi-binary rare earth intermetallic compounds with CaCus and MgCu2 structur -Abstracts of International Conference on Magnetism, August, 1994, Warsaw, Poland, p.573.

9. Gerasimov Ye.G., Korolyov A.V., Kazantsev V.A., Deryagin A.I., Zava-lishin V.A. Magnetic state of cold worked Ni-Cu alloys.-Abstracts of International Conference on Magnetism, August, 1994, Warsaw, Poland, p.794.

10.Korolyov A.V., Gerasimov Ye.G. Clustered magnetic state in Ni-Cu alloys, -international Conference Soft Magnetic Materials 12 (SMMM'12), Krakow, Poland, 1995, PA-10.

11.Korolyov A.V., Gerasimov Ye.G. AC susceptibility in real ferromagnets near the Curie temperature. - International Conference Soft Magnetic Materials 12 (SMMM' 12), Krakow, Poland, 1995, PA-09.

•Отпечатано на ротапринте ИФМ УрО РАН тирах 80 заказ 14?

объем 0,95 печ.л.формат 60x84 1/16 620219 г.Екатеринбург ГСП-170 ул.С.Ковалевской,18