наково зависят от температуры отжига и химического состава. Такое сходство, .безусловно, подтверждает правильность предположения о стабилизации праниц доменов, вследствие наведения локальной магнитной анизотропии в собственном магнитном поле.

70ff Та, к

Рис. 5.38. Зависимость потерь на магнитный гистерезис Wk и константы наведенной магнитной анизотропии и от температуры отжига аморфного сплава FessCoSiisBio [91] ,

Рис. 5.39. Зависимость величины константы наведенной магнитной анизотропии Kus и потерь на гистерезис от концентрации кобал;>та х в; сплаве (Fei-xCox)78SiioBi2 (отжиг ъ продольном магиитном поле (Яц ) приводит к тому, что величина ь становится крайне низкой - кривая 3) [91]:

1 - отжиг при 380°С, охлаждение r магнитном поле Яд и Н со скоростью 1,6 С/мин; 2~Hi=Q

5.5.5. Влияние растяжения

Растяжение также является эффективным средством улучшения свойств магнитномягких аморфных материалов. Так как магнитоупругая энергия, например, у ленты с положительной магнитострикцией, в направлении растяжения снижается, намагничивание в этом направлении осуществляется легко. Следовательно, при приложении растягивающей яагрузки форма петли гистерезиса более приближена к прямоугольной. На рис. 5.40 показано изменение коэрцитивной силы и остаточной намагниченности при растяжении аморфного сплава на основе железа с магнитострикцией, равной (30-f-40) 10-6. Влияние растяжения на магнитные свойства кристаллических веществ известно давно. Для аморфных сплавов характерно то, что эффект растяжения может проявляться вплоть до довольно больших значений нагрузки. Связано &то с тем, что предел упругости аморфных лент в несколько раз больше предела упругости кристаллов [100], поэтому закрепление траниц доменов,

воаникающее п*ри пластической деформации, здесь не происходит даже при больших растягивающих усилиях.

Возникающие при кручении сдвиговые напряжения также вли- <У яют на магнитные характеристики 184]. Так, в результате кручения вокруг оси ленты Вг уменьшается, а коэрцитивная сила возрастает. Интересно, что здесь закрепление границ доменов при больших сдвиговых напряжениях приводит к повышению коэрцитивной силы, а вращение вектора намагниченности происходит в сторону, противоположную кручению. Используя это обстоятельство, можно, подбирая подходящее сочетание нормальных растягивающих и касательных напряжений, получить большие значения Вг и практически свести коэрцитивную силу к 0.

1,МН/М

Рис. 5.40. Влияние растягивающего напряжения о на остаточную намагниченность Вт и коэрцитивную силу быстрозакаленной аморфной ленты FegoPisC? [84]

5.5.6. Влияние прокатки

Авторы работ [81, 101] установили, что при прокатке аморфной ленты может появиться одноосная магнитная анизотропия, не совпадающая с направлением прокатки, а перпендикулярная ему (рис. 5.41). Причины возникновения такой магнитной анизотропии можно связать с появлением в аморфной структуре при прокатке своего poдaloлoc скольжения [103], но детали механизма остаются пока не ясными*. Изменения магнитных характеристик при прокатке аморфных сплавов исследовались, например, Люборским [102] и некоторыми другими авторами.

5.6. ХАРАКТЕРИСТИКИ АМОРФНЫХ МАГНИТНО-МЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

До сих пор мы рассматривали только теоретические основы магнитномягких аморфных металлических материалов. Кроме того, поскольку магнитные характеристики реальных быстрозакаленных аморфных лент далеко не всегда близки к идеальным, были рас-

Наиболее распространенная точка зрения на природу магнитной анизотропии, наводимой при прокатке, состоит в том, что этот вид анизотропии представляет собой как бы разновидность структурной анизотропии (см. 5. 4. 4), ио возникающей не под действием сдвиговых напряжений при аморфизации расплава на диске, а в результате формирования анизотропного распределения групп атомов (или атомных пар) при распространении деформации вдоль полос деформации. Полосы деформации располагаются перпендикулярно направлению прокатки, т. е. совпадают с индуцируемой осью легкого намагничивания. Концентрационная зависимость анизотропии прокатки не коррелирует с изменением и Afj, слабо зависит от температуры отжига (см. [9]*). Ярил. ред.

т 180 2io т J60

20е,°/о.

Рис. 5.41. Анизотропия, иаведеииая прокаткой быстрозакалеиной

аморфной ленты Co7o,sFe ,7SiisBio [81, 101] а-кривые показывают величину крутящего момента, исходное направление которого совпадает с осью леиты; К >0 соответствует тому, что ось легкого иамагиичиваиия параллельна оси леиты, /С <0 -ось легкого иамагиичиваиия перпеидикуляриа оси леиты в плоскости леиты; б - влияние степени обжатия г толщины леиты при прокатке на коистаиту иаведеииой магнитной анизотропии Ки\ 1-закаленное состояние; 2 -прокатка в направлении ширины леиты; 3 - прокатка в направлении длины леиты

смотрены способы повышения их магнитных свойств. В этом разделе с позиций практического использования описываются аморфные сплавы конкретного химического состава, режимы их термической обработки, уровень получаемых магнитных характеристик и т. д.

О магнитных свойствах аморфных сплавов на основе железа, кобальта и никеля в настоящее время известно следующее:

1) сплавы на основе железа имеют высокие значения остаточной индукции и низкие потери на перемагничивание;

2) сплавы Fe - Со - Ni с большим содержанием железа характеризуются высокими значениями магнитострикции и магнитной проницаемости; \

3) сплавы Fe - Со - Ni с большим содержанием кобальта имеют близкую к нулю магнитострикцию и очень высокую магнитную проницаемость;

4) сплавы Fe-Со-Ni с большим содержанием никеля имеют низкую температуру Кюри и высокую магнитную проницаемость;

5) сплавы на основе железа, содержащие хром и ванадий, имеют высокие значения остаточной индукции и высокую магнитную проницаемость.

Сказанное иллюстрируется рис! 5.42. Особенно перспективными являются сплавы, указанные в пп. 1 и 3, и сейчас все больше исследователей сосредоточивает на них свое внимание. Сплавы п. 1

Высокое значение Вг этих сплавов отражает осиовиую их особенность - высокую индукцию насыщения В. Прим. ред.

Рис. 5.42. Важнейшие аморфные

магнитные материалы: / -Ре-(Сг, Nb)(Si, В); высокая В высокая ц для высокочастотных трансформаторов; П - Fe-(В, Si, С); низкие потери, высокая Bs для трансформаторов повышенной мощности; 1П - Fe- Со-(В, Si, Р, С); высокая Is, высокая ц, магнитострикционные материалы; /У-Со-(Fe Ni, Mn)- (Si, В или Zr, Nb,.Ti): низкая высокая ц, для магнитных головок, трансформаторов; V - Со- N1-(Si, В, Nb): ?i.<0, высокая ц, для динамических датчиков; VI- N1, Со-(Fe, Сг, Мо): высокая р Гс вблизи комнатных температур, для тепловых датчиков

СО У

могут применяться в качестве материалов для сердечников трансформаторов (низкие потери), а сплавы п. 3 предполагается довольно широко использовать на замену пермаллоям в различных высокочастотных приборах (см. гл. 10).

5.6.1. Сплавы с высокой магнитной проницаемостью и нулевой магнитострикцией

Как уже указывалось в разделе 5.4.3, аморфные металлические материалы с нулевой магнитострикцией характеризуются высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Впервые близкая к нулю магиитострикция наблюдалась на аморфных сплавах в системах (Со - Fe) (Si - В) и (Со -Fe)(P -В) при содержании железа ~5% (см. рис. 5.20). Затем нулевая магиитострикция была обнаружена и в сплавах, легированных никелем [104], что отмечено на рис. 5.42. Кроме того, магиитострикция приближается к нулю при замене железа на марганец [105, 106]. Недавно нулевая магиитострикция обнаружена в аморфных сплавах на кобальтовой основе с цирконием в качестве аморфизирую-щего элемента [107]. Эти сплавы ведут себя аналогично сплавам кобальта с металлоидами. Если в сплавы с цирконием вместо железа и (или) марганца ввести молибден или хром, то свойства сплавов резко меняются. При такой замене компонентов у сплавов кобальта с металлоидами магиитострикция отрицательна, а у сплавов с цирконием она оказывается положительной. Другие аморфные сплавы на основе кобальта, например Со - Та [108] и Со - Nb [109], также имеют отрицательную магнитострикцию, поэтому, добавляя туда железо, можно получить сплавы, имеющие нулевую магнитострикцию, что действительно наблюдается, например, в сплавах Со - Ее - Nb [ПО].

Теперь важно выяснить, какая термическая обработка необходима для сплавов с нулевой магнитострикцией, чтобы обеспечить их высокую магнитную проницаемость. При проведении отжига

здесь в первую очередь важно не допустить стабилизации границ магнитных доменов (см. 5.5.4) и кристаллизации. Первоначально для этих целей предполагалось использовать отжиг и охлаждение в магнитном поле. При такой процедуре действительно удается избежать стабилизации доменов, при этом наводится значительная одноосная магнитная анизотропия и петля гистерезиса (В - Н) становится прямоугольной. Недостатком такой обработки является то, что при высокой максимальной проницаемости начальная проницаемость оказывается низкой. Следовательно, необходимы такие режимы термической обработки, которые устраняли бы стабилизацию границ доменов и не приводили бы к появлению одноосной магнитной анизотропии. Один из способов такой термообработки, как было в свое время предложено, заключается в проведении отжига выше температуры Кюри с последующим быстрым охлаж-дени€м2 (например, закалкой в воду). Однако температура Кюри может лежать выше температуры кристаллизации данного сплава, поэтому во многих случаях такой отжиг становится невозможным. Поэтому необходимо подобрать такой состав сплава, чтобы выполнялось условие Тс<Тх (при этом, разумеется, состав сплава должен быть таким, чтобы магиитострикция равняласьнулю). Совместная реализация этих двух условий - довольно трудная задача и единственный пока возможный путь, приводящий, правда, к снижению наряду с Гс и намагниченности насыщения, состоитв увеличении концентрации металлоидов в сплаве.

В табл. 5.1 приведены характеристики аморфных сплавов на основе кобальта с нулевой магнитострикцией, для которых выполняются оба вышеуказанные условия. Для сравнения приведены характеристики сплавов Fe4,7Co7o,3Sii5Bio, и РезСо72Р1бВбА1з, в которых впервые среди аморфных металлов была обнаружена нулевая магиитострикция.

В других сплавах, кроме выполнения вышеуказанных условий, реализуется дополнительные способы улучшения свойств: регулируется количество кремния и бора; проводится легирование никелем, молибденом и ниобием; в ряде сплавов железо частично заменяется марганцем; вводятся аморфизирующие элементы типа циркония.

Ленты из этих аморфных сплавов имеют приемлемую намагниченность насыщения и высокую магнитную проницаемость и используются как материалы для высокочастотных устройств. Важными характеристиками для этих материалов являются эффективное значение магнитной проницаемости при высокой частоте Ле и индукция насыщения В. Из таблицы видно, что \1е сплавов улуч-

> При высокой прямоугольностн петли гистерезиса проницаемость всегда мала. Это главным образом связано со сравнительно малой площадью границ доменов в материалах с высокой прямоугольностью. Прим. ред.

В сплавах с Xs 0, но с низкой точкой Кюри (~200°С), высокие значения проницаемости можно получить при медленном охлаждении после высокотемпературного отжига [19, с. 167; 41]*. Прим. ред.

Химический состав % (ат.)

сплава

С072резР1бВвА1з <075.3Fe4.7Si4Bie

С0б1 64,2 N14,2*1 2 СОб9бРе4,бМ01,8818 Bie

<66,8Fe4,5N4,5Nb2,2- SiioBi6

€074,32.6 Mns.iSuBie

СО,оМПвВ24 C08i,5M09 5Zr9 o

0,80 0,63 1,10 0,53 0,54 0,63 0,71

110* 0,95 0,73

440 370

147 210 450 420

650 434 498

490 480 420 530 600 517

420 466 570

FC FC FC(R) WQ WQ

[FC(R) WQ WQ

0,48 1,04 1,20 0,48 0,16

0,4 0,24

8500

20000 55000 120000 -10000 -10000

8000 26000 21000

[551 [33]

1111] [112] [104] [113] [114]

[115] 116] 107]

*B электромагнитных единицах грамм вращаю-** f С-охлаждение в магнитном поле, -охлажде н д б щемся магнитном поле; ITQ-закалка в воду от высоких температур, л ный отжиг.

шенных составов всегда выше 10000, а максимальное значение достигает 120000.

На рис. 5.43 приведены данные о величине при высоких частотах, из которых видно, что Не зморфных сплавов значительно -превосходит Не пермаллоев - широко используемых в настоящее время кристаллических металлических сплавов с высокой магнитной проницаемостью. Кроме того, эти аморфные сплавы, наряду с высокой магнитной проницаемостью, обладают также высоким пределом упругости и высокой износостойкостью, что также дает им существенные преимущества перед пермаллоями. Хорошим примером практического использования аморфных сплавов, этого типа является применение их для изготовления магнитных головок.

В настоящее время ведутся интенсивные работы, направленные на улучшение в целом техники магнитной записи, в частности, разработаны металлические магнитные ленты, позволяющие получить запись с высокой плотностью и высокой чувствительностью. Так как эти ленты имеют большуюкоэрцитивную силу, то намагниченность магнитных головок должна быть высокой. Этому требованию отвечают сплавы, содержащие марганец (см. табл. 5.1). Проектируются сплавы с еще более высокой намагниченностью насыщения

К сожалению, автор не указал, в каком магнитном поле определялась эффективная проницаемость Це- Ориентируясь на некоторые из цитируемых работ, можно предположить, что в большинстве случаев это поле меньше илн равно 0,8 А/м. Прим. ред.