Bs. При легировании марганцем сплавов на основе кобальта их температура Кюри непрерывно уменьшается с ростом 1онцентра-ции марганца, а магнитный момент после начального повышения также снижается (см. рис. 5.8 и 5.9). При этом температура кри-

o,of 0,1 f Частота, Щ

г ll 10 г ll юч 4 101 ll

Vacmama кГц

Рис. 5.43. Зависимость магнитной проницаемости сплавов Со-Fe-Si-В с низкой магнитострикцией от частоты: а - особенности влияния охлаждения во вращающемся магнитном поле сплава Fe4,7Co75,3Si4Bie с высокой температурой Кюри [ИЗ]; У -после отжига при 400°С, 5 мин; 2 - после отжига при 400°С, 40 мин (новый метод термообработки); 3 -состояние непосредственно после изготовления ленты; б - влияние отжига при температурах выше точки Кюри с последующей закалкой в воду на магнитную проницаемость аморфного сплава Coe7Fe4Sii9Bio с низкой Тс\ 1 - после закалкн; 2 - после отжига при 450°С; 3 - пермаллой [55]

сталлизации повышается. Следовательно, для аморфных сплавов Со - Мп при высокой Bs может удовлетворяться условие Тс<Тх. Тогда становится возможной термическая обработка, о которой шла речь выше, устраняющая стабилизацию границ доменов. В результате при высокой Bs можно получить высокую магнитную проницаемость [106].

Однако для расширения сортамента сплавов с высокой магнитной проницаемостью и высокой Bs необходимы и другие способы, позволяющие устранить стабилизацию границ доменов. Один из таких способов, на котором хотелось бы остановиться, состоит в охлаждении сплава во вращаюш,емся магнитном поле.

5.6.2. Охлаждение во вращающемся магнитном поле

Ранее уже говорилось о том,что если проводить термическую обработку в магнитном поле ниже температуры Кюри, то магнитные домены не существуют и, следовательно, стабилизации границ доменов не происходит. Однако, поскольку обычно магнитное поле в этом случае имеет постоянное направление, то возникает одноосная магнитная анизотропия, и в результате максимальная проницаемость получается большая, а начальная магнитная проницаемость не улучшается, на что мы уже обращали внимание. Для устранения этого недостатка предложен специальный метод термической обработки, в котором направление магнитного поля постоян-

но меняется, а именно отжиг и охлаждение во вращающемся магнитном поле. Этот метод, е одной стороны, позволяет предотвратить появление магнитных доменов и, с другой стороны, устраняет появление одноосной магнитной анизотропии. Он особенно эффективен для сплавов, у которых Т5с<Гс и используется для получения аморфных материалов с высокой Bs и высокой магнитной проницаемостью.

На рис. 5.44 приведены результаты, полученные авторами [II7I при охлаждении образцов аморфного сплава Co72,9Fe5,iiSiiiBii во вращающемся магнитном поле. Быстрозакаленная аморфная лента из этого сплава, имеющего Тх<Тс, после обычного отжига характеризуется сильными скачками Баркгаузена. Охлаждение в магнитном поле, приложенном в направлении оси ленты, приводит к тому, что петля гистерезиса в большей степени приближается к прямоугольной, но скачки сохраняются. При охлаждении же во вращающемся магнитном поле скачки исчезают, петля становится

Рис. 5.45. Улучшение магнитной проницаемости прн охлаждении во вращающемся магнитном поле [111] аморфного сплава FesCozsSiiBie. (7 = 370°С, ia=10 мин, Я= = 190 кА/м):

---- теоретический расчет;

ц~(2 ят Rl\sin2 я То R l)/2/(/Ci )

Рнс. 5.44. Улучшение характеристик намагничивания при отжиге во вращающемся магнитном поле аморфного сплава Co72,9Fe5,iSiiiBii (В.= = 1,0 Тл, 7-х=440°С, П=1510°С [117]: а - петля гистерезиса материала, ие подвергнутого термообработке (/), после отжига в продольном (2) и поперечном (3) магнитном поле; б - после отжига во вращающемся магнитном поле

гладкой и начальная магнитная проницаемость существенно возрастает. В сплаве с Га: = 440°С, Гс 510°С, 5з = 1,1 Тл описываемая термическая обработка дает высокие значения эффективной магнитной проницаемости р,е= 12000 (1 кГц, 0,24 А/м). Применение этого способа к другим сплавам также весьма эффективно. Авторы работы [111] выяснили, что период вращения магнитного поля и;

Автор не дает расшифровки кривой 3. По характеру кривой можно предположить, что имеется в виду отжнг в поперечном поле. Прим. ред.

величина магнитной проницаемости связаны между собой: чем больше частота вращения R магнитного поля по сравнению со скоростью возникновения и уничтожения наведенной магнитной анизотропии (временем релаксации т), тем выше магнитная проницаемость. На рис. 5.45 приведены результаты экспериментов и расчетов, полученных в работе В целом магнитная проница-

емость увеличивается пропорционально Rk Однако интересно, что рассеяние магнитной проницаемости за один период sin (2m:R) также увеличивается с ростом

5.6.3. Изменение магнитной проницаемости во времени и явление дезаккомодации

Аморфные сплавы на основе кобальта с нулевой магнитострикцией, имеющие тщательно подобранный химический состав и подвергнутые оптимальной термической обработке по соответствующему режиму, как магнитномягкие материалы превосходят пермаллои по таким параметрам; как Bs и р,е. Однако и для этих материалов стоит проблема поддержания постоянной магнитной проницаемости в течение всего срока службы устройства, в котором они использованы. В частности, это касается и применения аморфных сплавов для изготовления магнитных головок. Это серьезная физическая проблема и решение ее надо искать в самой природе сплавов.

На рис. 5.46 приведены результаты работы [118], показывающие, как изменяется во времени величина Не сплава типа CoFeSiB

Рис. 5.46. Изменения магнитной проницаемости аморфного сплава Fe5Co7oSiioBi5 во времени [118]: а - принципиальная схема измерений; б - результаты измерений (см. текст); / - размагничивание; 2 - измерение

после размагничивания переменным током. Размагничивание переменным током проводили с повторением через равные промежутки времени. По результатам эксперимента можно видеть, что есть два типа временных изменений Ле. В одном случае р,е быстро уменьша- ется после размагничивания, в другом случае - р. изменяется более медленно. Первый тип изменений происходит с одинаковой скоростью во всем временном промежутке при отсутствии воздействия размагничивающего переменного поля. В этом случае наблюда-

ется обратимость по отношению к размагничиванию. Второй тип изменения \ке является необратимым по отношению к размагничиванию переменным током, но обратимым по отношению к термической обработке (иными словами, проведение повторной термической обработки, даже по происшествии длительного времени приводит к тому, что р,е возвращается к исходному значению). Авторы [118] назвали первый тип изменений р,е Дезаккомодацией I ро-да а второй - дезаккомодацией II рода и определили их зависимость от температуры. Величина дезаккомодации, %,

D= [(n,-H2)/)ii] 100. (5-16>

где р,1 и Л2 - магнитная проницаемость, соответствующая моментам времени (сразу после размагничивания) и ti, в течение которого производятся измерения. На рис. 5.47 показано влияние температуры на величину D. Дезаккомодации I рода соответствует появлению пика D при низких температурах, дезаккомодации II ро-

-200-т о т 200 г,°с

Рис 5 47 Температурные зависимости дезаккомодации D в аморфном сплаве:

FesCozoSiioBis [118]:

а - дезаккомодации I рода (магнитная проницаемость восстанавливается в результате размагничивания переменным током); б - дезаккомодации II рода (магнитная проницаемость не восстанавливается); / - после закалки; .2 - после

отжига

ла - появлению пика D при более высоких температурах Кроме того, видно, что после термической обработки величина £> в обоих случаях снижается.

Имеется в виду термическая обработка, заключающаяся в нагреве выше-точки Кюри с последующим быстрым охлаждением, предотвращающим стабилизацию границ доменов. Прим. ред.

2 Дезаккомодации I рода отвечает всем признакам, характерным для эффектов магнитного последействия (см. примечание на с. 156). Прим. ред.

3 Величина и температурные интервалы проявления дезаккомодации II рода зависят от способа размагничивания [51, 52]* и от характера доменной структуры, регулируемого отжигом в магнитном поле [42]*. Оба типа дезаккомодации обратимы по отношению к отжигу во вращающемся магнитном поле [53] . Прим. ред.

* Из1вестны случаи (сплавы с Xs 0), когда величина D в результате высокотемпературного отжига с последующим быстрым охлаждением увеличивается [54]*. Обычно те термические обработки (без магнитного поля), которые увеличивают Це, приводят одновременно к росту D. Прим. ред.

7616

Известно, что в ферритах и в железе с примесью углерода причиной дезаккомодации является локальная магнитная анизотропия, возникающая в результате перемещения ионов основы или атомов углерода, соответственно. Возникает вопрос, действует ли такой же механизм дезаккомодации и в аморфных сплавах, где также имеет место стабилизация границ доменов? Недавно авторы [39] экспериментально показали, что температурно-временные закономерности дезаккомодации аналогичны температурно-временным изменениям магнитной анизотропии, наведенной магнитным полем. Этот экспериментальный факт подтверждает существование стабилизации границ доменов при дезаккомодации. Можно предположить, что те сплавы, в которых магнитная одноосная анизотропия наводится с трудом, должны обладать низкой дез аккомодацией и, соответственно, повышенной временной стабильностью магнитной проницаемости.

KaiK следует из раздела 5.5.3, сплавы с малой иаведенной магнитной анизотропией должны иметь низкую температуру Кюри и не должны содержать атомные пары разных сортов. К таким сплавам относятся, например, сплавы системы Со - Si - В и ряд других. Хотя при низкой температуре Кюри сплавы Со - Si - В имеют сравнительно невысокую Bs и отличную от нуля магнитострикцию, они все же представляют интерес, как материалы с высокой и -стабильной магнитной проницаемостью.

Существо проблемы стабильности магнитной проницаемости сводится к тому, что в аморфных структурах перемещение атомов происходит сравнительно легко. В настоящее время ведутся интенсивные фундаментальные исследования физических механизмов диффузии, обусловливающих релаксацию аморфной структуры. Вероятно, решением проблемы стабильности магнитной проницае-тиости во времени будет отыскание такой обработки, которая могла бы привести к затруднению перемещений атомов в аморфных металлах:

5.6.4. Сплавы с низкими потерями и высокой намагниченностью

Высокой индукцией насыщения, как видно из рис. 5.42, обладают сплавы на основе железа. Изучение магнитно-мягких аморфных сплавов подобного типа постоянно привлекает к себе большое внимание. Так, сравнительно недавно Люборский [125] указал на то, что аморфные сплавы на основе железа можно успешно использо-

1 Эти перемещения атомов, обусловливающие направленное упорядочение, происходят под действием внутреннего магнитного поля. Прим- ред.

2 Отжиг в поперечном магнитном поле, проводимый по определенно.му температурно-временному режиму, может не только увеличить (Хе, но и снизить . е временную нестабильность [42, 551 *. Прим. ред.

3 Вопрос усложняется тем, что атомы металлоидов также могут упорядочиваться под действием внещних и внутренних полей. Прим. ред.

вать как материалы для сердечников трансформаторов. Он обосновал это следующими соображениями:

1) потери на гистерезис и потери на вихревые токи у аморфных сплавов на основе железа примерно на порядок ниже, чем у листовых кремнистых сталей;

2) благодаря аморфной структуре коэрцитивная сила у этих сплавов мала, а максимальная эффективная магнитная индукция Вт довольно велика - до 1,5 Тл, вследствие чего и по этим параметрам аморфные сплавы на основе железа не уступают листовым кремнистым сталям;

3) аморфные Материалы можно получать сравнительно простыми и дешевыми способами.

За сравнительно короткое время, прошедшее после выхода в свет этой работы, использование аморфных сплавов в качестве трансформаторных материалов повсеместно признано целесообразным. В настоящее время разработки, проводимые в этом направлении, надежно обеспечены фундаментальными исследованиями. Поэтому необходимо в общих чертах рассмотреть некоторые принципиальные вопросы, касающиеся аморфных трансформаторных материалов.

Говоря о трансформаторах, нужно помнить, что они бывают самыми разнообразными: от мощных крупногабаритных трансформаторов, работающих на частоте 50-60 Гц, до слаботочных микротрансформаторов, рассчитанных на частоты порядка 10 кГц и применяемых в приборостроении. Основные требования, предъявляемые к материалам для сердечников, сводятся к следующему: 1) высокая магнитная индукция; 2) высокая магнитная проницаемость и низкая коэрцитивная сила; 3) низкие потери на перемагг ничивание; 4) низкая магиитострикция; 5) высокое электросопротивление; 6) постоянство толщины листа; 7) стабильность работы в течение нескольких десятков лет; 8) дешевизна и простота массового поточного производства.

Как указывалось в разделе 5.3, индукция насыщения Bs аморфных сплавов на основе железа мала по сравнению с индукцией насыщения у кремнистых сталей (Fe - 3% Si). Это в основном связано с тем, что суммарный магнитный, момент аморфных сплавов вследствие присутствия металлоидов сравнительно мал, а также с тем, что их температура Кюри довольно низка. До сих пор до конца не выяснено, каким образом магнитный момент и температура Кюри зависят от типа и количества металлоидов в сплаве. Детально изучается также влияние температуры на намагниченность. Здесь подробно рассматриваются главным образом четверные сплавы системы- Fe-- (В, Si, С). Основные особенности этих сплавов состоят в следующем.

1. Величина Bs максимальна при содержании железа в сплаве ~80%(если концентрация железа >80%, то 5 в присутствии

металлоидов снижается в большей степени, чем точка Кюри).

2. При фиксированном содержании железа в сплаве (80%) введение углерода увеличивает магнитный момент. Если одновре-

е Зав. 307!