в системе Fe-Р-С кристаллы устойчивого химического соединения - РезР, имеют сильно выраженную магнитную анизотропию порядка 100 кДж/мЗ. Обращает на. себя внимание то обстоятельство, что в быстрозакаленных аморфных лентах из сплавов этой системы имеется сильно выраженная одноосная магнитная анизотропия (l кДж/м), возникающая, вероятно, вследствие того, что, хотя объемная доля кристаллов РезР в таких лентах составляет всего лишь 0,01, но они имеют четкую ориентацию. Такие кристаллы и -являются причиной повышения коэрцитивной силы. В работе [77] показано, что размер кристаллитов РсзР должен быть 100 iHM, чтобы коэрцитивная сила соответствовала экспериментально определенной величине, равной 8 А/м. Эти данные хорошо согласуются с результатами Такахаси.

Влияние свободной поверхности

Предполагают, что на свободной поверхности быстрозакаленной ленты всегда имеются небольшие неровности. На рис. 5.27 показаны фотографии поверхности аморфных лент, полученные при помощи оптического микроскопа. Глубина неровностей может достигать 1 мкм. Такая шероховатость поверхности аморфных лент также является причиной повышения их коэрцитивной силы. В работе [79] рассчитана величина коэрцитивной силы с учетом упрощенной

Рис. 5.27. Оптические микрофотографии поверхности быстрозакаленных аморф

ных лент [78];

а - на воздухе (стрелкой показано направление движения расплава); б - в атмосфере аргона; в -в атмосфере гелия; г -в вакууме; д - лента Metglas

КЛИНОВИДНОЙ формы поверхностных неровностей. Эти оценки дают величину коэрцитивной силы 0,08 А/м. Такое значение соответствует наименьшей величине коэрцитивной силы, наблюдаемой ныне на аморфных лентах. Следовательно, улучшение качества поверхности аморфной ленты при ее изготовлении очень важно с Т0Ч1КИ зрения снижения коэрцитивной силы и улучшения магнитных свойств аморфных магнитномягких материалов.

Влияние анизотропного распределения атомных пар

Авторы работы [80] провели электронно-микроскопическое ис-следование доменной структуры и усташвили, что на концах быстрозакаленной ленты домены с 180°-ными стенками весьма причудливо изгибаются*. Образующийся при этом узор отражает течение )асплавленного металла в процессе получения аморфной ленты. Хогда расплав, соприкасаясь с поверхностью быстровращающегося охлаждаемого валка, затвердевает с очень большой скоростью, происходит изменение температуры и одновременно возникают сдвиговые напряжения. Это служит причиной того, что первоначально неупорядоченные атомные конфигурации становятся направленными вдоль течения расплава-возникает одноосная анизотропия. Для объяснения появления такой магнитной анизотропии выдвину то предположение о существовании анизотропии, обусловленной анизотропным распределением атомных пар. В центральных частях аморфной ленты, как показывают результаты измерений крутящего момента [81, 82], также имеет место существенная магнитная анизотропия (0,1-1,0 кДж/м). Этот факт тоже можно объяснить анизотропным распределением атомных пар.

5.5. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ МАГНИТНО-МЯГКИХ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ

Как былопокаэаноранее,вбыстрозакаленных аморфных металлических лентах существенную роль играют закрепление границ доменов и магнитная анизотропия. Ясно, что если устранить причины этих явлений, то можно добиться улучшения магнитных свойств, В этом разделе будут рассмотрены некоторые возможности повышения магнитных авойств аморф;ных металлов, в 1частности, путем проведения термической обработки и приложения растягивающей нагрузки.

5.5.1. Структурная релаксация

Естественно предположить, что поскольку термическая обработка приводит к релаксации аморфной структуры, при которой имевшиеся ранее в аморфном материале .внутренние напряжения могут

в работе [80] исследовали высококобальтовый сплав с нулевой магнитострикцией, что позволило изучить особенности доменной структуры, не усложненные влиянием магнитоупругой энергии Е. Характер доменной структуры в этом сплаве воспроизведен в обзоре [9]*, где также подробно обсужден механизм образования рассматриваемого вида магнитной анизотропии. Прин. ред-

исчезнуть, то в результате магнитная анизотропия и закрепление границ доменов в значительной степени будут устраняться. Рис. 5.28 показывает, как изменяется коэрцитивная сила Не и параметр релаксации напряжений Гв/га в зависимости от температуры термической обработки. Видно, что параметр Гв/га увеличивается с ростом температуры, а Не уменьшается. Увеличивается также остаточная намагниченность [83]. Параметр релаксации определяется следующим образом. Аморфная лента плотно обматывается вокруг кварцевого кольца радиусом г , закрепляется и в таком виде подвергается термической обработке. Затем лента освобождается и измеряется радиус свободного изтиба Гц.Отношениеrs/Гавыражает нечто иное, как степень уменьшения внутренних напряжений при релаксаций. Таким образом, возвращаясь к рис. 5.28, можно сказать.

гоо т mTi!°c

Рис. 5.28. Повышение магнитных свойств быстрозакаленных аморфных лент

при отжиге:

а -релаксация напряжений {г,1га\ и коэффициент (М,.-Л1,)/(М-М,), характеризующий повышение остаточной намагниченности аморфного сплава Ni4oFe )Pi4Be [83]; б - изменение коэрцитивной силы при отжиге сплава FegoPiaC? (время отжига-10 мин) [84]

ЧТО уменьшение Н обусловлено релаксацией внутренних напряжений,

Аналогично ведут себя ленты ПЗ аморфных сплавов других химических составов. Можно считать, что релаксация напряжений при термической обработке Я1вляется эффективным средством улучшения магнитных свойств. Однако при превышении температуры термической обработки выше определенного значения наблюдается сильный рост Не (см. рис. 5.28). Это резкое повышение Не происходит вблизи температуры кристаллизации аморфного сплава, по-

Это не совсем точно. Параметр г,/го в первую очередь отражает степень релаксации напряжений, создаваемых при свивке ленты в кольцо радиусом

Только в том случае, если принять, что релаксация этих напряжений и напряжений, возникающих при закалке из жидкости, протекает одинаково, заключение автора будет обоснованным. В этой связи интерес могут представлять работы [19, 50]*, где обсуждается связь между релаксацией напряжений и изменением магнитных свойств аморфных сплавов разного состава. Ярмл. ред.

этому \наиболее вероятной причиной .закрепления границ доменов здесь является появление кристаллов. Подробное исследование, выполненное в работе [61], 1Показ1ало, что при этом коэрцитивная сила возрастает до величин ~8-10з А/м. Таким образом, кристаллизация вредна для магнитномягких аморфных материалов, но, наоборот, полезна для магнитножестких и с этой точки зрения заслуживает серьезного изучения. Предполагают, что на начальной стадии кристаллизации появляются мельчайшие кристаллиты размером 10 пм, поэтому возникает возможность для образования одно-доменного магнитного материала. Недавно получено сообщение о том, что в аморфных сплавах системы Fe-В, содержащих РЗМ, в подобных условиях получена коэрцитивная сила 5,6-10 А/м [85].

5.5.2. Влияние отжига в магнитном поле

Рис. 5.28 является классическим примером того, как термическая обработка улучшает свойства магнитномягких аморфных материалов. Однако не для всех аморфных магнитных сплавов этот способ является достаточно эффективным. Иногда термическая

а no°C

Ь 290°С -1

-ьо о

н,а/м

Рис. 5.29, Петли гистереза сплава Fe5Co7oSii5Bio(s 0) после отжига при различных температурах [87]

Рис. 5.30. Петли гистерезиса сплава FeTaCosSiisBio (Xs>0,

7,:=460°С<7с) [86]: а - закаленное состояние; б - после отжига при 400°С; в - после охлаждения в магнитном поле

обработка приводит даже к ухудшению магнитных свойств. На рис. 5.29 и 5.30 представлены как раз такие случаи для сплавов на основе кобальта и железа. После проведения отжига петля гистерезиса расширяется и коэрцитивная сила увеличивается по сравнению с закаленным состоянием. Зависимость коэрцитивной силы

Очевидно, имеется в виду магнитный материал, коэрцитивная сила которого определяется механизмом перемагничивання мелких однодоменных частиц кристаллической фазы. Прим. ред.

0,1 0,05

0,01 0,005

OflOl

сплавов на основе кобальта от температуры отжига привеена на рис. 5.31. Заметен рост Яс в области температур от 200 до 300°С. После этого Яс снижается, но при высоких температурах отжига снова возрастает. Этот повторный рост Яс при температурах отжига, близких к температуре кристаллизации Тсту, уже рассматривался ранее.

Таким образом обычный отжиг для релаксации напряжений не предотвращает увеличения коэрцитивной силы при 200-300°С. Следовательно, необходимо изыскать другой способ ее снижения. В первую очередь здесь имеет смысл обратить внимание на такую операцию, как проведение отжига в магнитном поле. На рис. 5.30 и 5.31 показано, как изменяется петля гистерезиса и величина коэрцитив-лой силы при отжиге в магнитном -Чоле. Представляет несомненный интерес вопрос о выяснении причин того, почему отжиг в магнитном поле столь эффективно предотвращает рост Яс. Ниже мы попытаемся дать ответ на этот вопрос.

о т гоо т ттд,

Рис. 5.31. Зависимость коэрцитивной силы, измеренной при комнатной температуре, от температуры отжига Та (штриховая линия соответствует отжигу в магнитном поле) [55]

5.5.3. Магнитная анизотропия, наведенная отжигом в магнитном поле

Хорощо известно, что отжиг кристаллических магнитных материалов (или их охлаждение) в магнитном поле как в случае магнитномягких, так и магнитножестких материалов приближает форму петли гистерезиса к прямоугольной и поэтому является эффективным способом улучшения магнитных свойств. Кроме того, известно также, что это происходит из-за появления наведенной магнитным полем одноосной магнитной анизотропии.

Проведены исследования этого вида магнитной анизотропии в аморфных сплавах [84, 89-92], в результате чего физическая сторона вопроса все более проясняется.

На рис. 5.32 приведены две схемы измерения энергии наведенной магнитной анизотропии в быстрозакаленных аморфных металлических лентах. Они основаны на том, что наведенная магнитная анизотропия является одноосной. Способ, показанный на рис. 5.32, а, состоит в том, что отжиг и охлаждение лроводятся в магнитном поле, совпадающем по направлению с осью ленты, после чего изме-

Механизм влияния отжига в магнитном поле для этих типов материалов различен. Ниже речь будет идти только о механизме этого влияния в магнитномягких сплавах. Прим. ред.

ряет\я намагниченность в направлении оси ленты (кривая намаг-ничиЕния /). Кроме того, проводится отжиг в магнитном поле, прилокенном в направлении, перпендикулярном оси ленты, и также снимается кривая намагничивания вдоль оси ленты (кривая намагничивания 2). Разность между энергиями намагничивания, полученными по этим двум кривым, дает энергию наведенной магнитной анизотропии

Д S = ffd(Mi-M2),

(5.9)

где Д5-площадь, заключенная между кривыми ЦЦ ния М, и М2; Л1з-намагниченность насыщения; Я-напряжен ность магнитного поля.

Рнс. 5.32. Методы измерения энергии магнитной анизотропии, наведенной магнитным полем: а - измерение намагниченности; цщах -энергия наведенной магнитной анизотропии; Н --охлаждение в поперечном магнитном поле в плоскости ленты; Я ц -охлаждение в продольном магнитном поле;

б - измерение крутящего момента; Ей - минимум энергии; / - дисковый образец; 2 - направление приложения магнитного поля при

охлаждении

Метод, представленный на рис. 5.32, б, носит название метода крутящего момента. Диск, вырезанный из аморфной ленты, отжигается и охлаждается в магнитном поле. Измеряется крутящий момент L при повороте такого диска по направлению магнитного поля. В случае одноосной анизотропии L можно выразить как

L = 2/CuSin28. (5.10)

Кроме того, так как L есть производная от энергии анизотропии Ей, L{e)=dEJdQ, то

(8) = - iCa cos е. (5.11)

Величина, равная половине максимальной амплитуды Ьт крутяще-

В данном случае она представляет собой константу наведенной одноосной магнитной анизотропии Ки- Прим. ред.

2 6 -угол между наведенной лрн отжиге s магнитном поле осью легкого намагничивания и направлением вектора М задаваемым внешним магнитным полем (см. рис, 5.32,6). Прим. ред.