книги из ГПНТБ / Лившиц Б.Г. Высококоэрцитивные сплавы на железоникельалюминиевой основе

неразрешимые с помощью примененной методики электронно­ микроскопического исследования субструктурные выделения [3-

фазы (образующиеся при дораспаде (Зг-фазы) или изменение со­ става и, следовательно, свойств матрицы (увеличение магнитной изолированности частиц [3-фазы). Несомненно также, что боль­ шое значение для повышения коэрцитивной силы может иметь возможное увеличение напряженного состояния фаз в процессе

дораспада (см. стр. 53).

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫХ Fe-Ni-Al-СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ КОБАЛЬТ, ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ВМАГНИТНОМ ПОЛЕ

В1938 г. Оливер и Шедден опубликовали [24] первые свои

результаты термической обработки сплава алнико 2 (18% Ni; 12% Со; 10% А1; 6% Си; остальное железо) в магнитном поле.

Было показано, что при охлаждении сплава от 1200° с критичес­

кой скоростью в магнитном поле 4400 эрст остаточное намагни­ чивание (4л/,.) в направлении приложенного при термической обработке поля увеличилось от 6950 до 8000 гс, т. е. приблизи­ тельно на 20%. Коэрцитивная сила при этом получилась почти

такой же, как и при обработке без магнитного поля, и равна была 520 эрст. Величина максимальной магнитной энергии увеличи­ лась от 1,5-106 до 1,8-106, т. е. примерно на 20%.

Для объяснения найденного эффекта авторы использовали представления, высказанные Бозортом и Дилингером [85] в связи с аналогичным явлением, обнаруженным последними на Fe-Ni-Al сплавах с высокой магнитной проницаемостью. На этом основа­ нии было сделано предположение, что причина возрастания оста­ точного намагничивания в направлении приложенного при тер­

мической обработке магнитного поля, так же как и в случае маг­ нитномягких материалов, например типа пермаллой, заключает­ ся в создании магнитной текстуры. Однако в последующих рабо­ тах [86, 87] было показано, что в высококоэрцитивных сплавах магнитная текстура имеет принципиально отличный характер от магнитной текстуры магнитномягких материалов.

Увеличением содержания кобальта до 25% был получен

[25, 88] новый сплав алнико 5, магнитная энергия которого в дватри раза больше, чем у алнико 2.

Наиболее полное и систематическое исследование подобного сплава (13,5% Ni; 8% Al; 24% Со; 3% Си; остальное железо)

было проведено А. С. Займовским и Л. М. Львовой [26], разрабо­ тавшими технологию изготовления и термической обработки постоянных магнитов из сплава магнико. Путем термомагнитной обработки были получены очень высокие магнитные свойства, а

именно: ВГ = 11 000-4-13 500 гс, 77с =5004-650 эрст и максималь­

ная магнитная энергия до 4,5- 106 эрг)см5.

В этой работе было высказано предположение, что для соз­ дания магнитной текстуры и, следовательно, для успеха термо­ магнитной обработки необходимы два условия:

6S

1. Высокая точка Кюри, когда металл еще имеет высокую пластичность, достаточную для деформаций доменов. Точка Кю­

ри должна быть выше температуры начала распада fh-* + ■>> приводящего сплав в высококоэрцитивное состояние, так как для создания магнитной текстуры необходимо, чтобы коэрцитивная сила была низкой и сплав оставался еще мапнитномягким.

2. Малая критическая скорость охлаждения, необходимая для образования магнитной текстуры.

Малый эффект при термомагнитной обработке сплавов, не со­

держащих кобальта, авторы объясняют тем, что в данном случае эти условия не выполняются и только добавка 25% Со создает необходимые условия. Известно, что кобальт является единствен­ ным элементом, повышающим точку Кюри железа. Поэтому до­ бавкой кобальта за счет никеля и алюминия можно значительно повысить точку Кюри сплава и добиться выполнения первого условия.

Сравнением температурной зависимости коэрцитивной силы сплавов алии и алнико с 25% Со было показано, что последний имеет в точке Кюри низкую Нс и только при температуре на 100° ниже точки Кюри начинается заметный рост коэрцитивной силы. Это несомненно создает благоприятные энергетические ус­ ловия для возникновения магнитной текстуры. Подобные пред­ ставления подтверждаются также данными Бозорта [89], сог­ ласно которому точка Кюри у этого сплава 870—900° и действие магнитного поля является эффективным в процессе охлаждения на 100—150° ниже этой температуры. По тем же причинам для сплавов алии с низкой точкой Кюри магнитная термическая об­ работка вообще неэффективна. Введение в сплав кобальта значи­ тельно снижает критическую скорость охлаждения. Еще большее различие в скорости возрастания Нс между алии и алнико на­

блюдается при отпуске этих сплавов. Так, сплав алнико с 10%

Со достигает максимального значения Нс в 17 раз медленнее, чем алии. Медленное возрастание Нс в сплаве магнико указан­ ного выше состава существенно облегчает образование магнит­ ной текстуры, так как в этом случае имеется достаточно време­ ни для пластических деформаций доменов под действием маг­ нитного поля.

Термическую обработку следует рассматривать как охлаж­ дение с критической скоростью и с последующим отпуском при

600°. Это подтверждается [26] тем, что образец, охлажденный в магнитном поле от 1300° в печи, нагретой на 600°, за 10 мин. и затем отпущенный на 600°, получил даже несколько лучшие свой­

ства. Кроме того, замечено, что если образец охладить в магнит­

ном поле в печи, нагретой на 500°, и затем отпустить его при 600°, то и в этом случае результаты получаются близкими к по­ лученным после охлаждения до 600°.

Так как из-за магнитной текстуры кривая размагничивания сплава магнико более выпуклая, чем у сплавов алии (рис. 61),

70

предлагается для приближенной оценки максимальной энергии в первом случае формула

(ВЯ)иакс«0,7ВЛс

и во втором

(ВЯ)макс«(0,38_’40)ВА-

Вследствие этого, а также благодаря более высокой остаточ-

Рис. 61. Кривые размагничивания и максимальной магнитной энергии сплава магнико в сравнении с алии, алнико, и алниси и кобальтовой сталью. (А. С. Займовский и Л. М. Львова)

1—магнико; 2 — алниси; 3 — алии; 4. 5 — кобальтовая сталь; 7 — алнико

Изучением [27] магнитных свойств сплавов с содержанием от 12 до 24% Со было показано (рис. 62, 63), что после термо­

(рис. 64), если подобрана такая скорость охлаждения, что коэр­

цитивная сила почти не изменяется, остаточная индукция воз­ растает всего лишь до 8300 гс при 24% Со.

Очевидна необходимость термической обработки в магнит­ ном поле сплавов, содержащих больше 12% Со.

Л. А. Шубина и Я. С. Шур [86] на основании анализа кри­ вых намагничивания и размагничивания сплава (51 % Fe;

71

ров намагниченности, которые расположены вдоль этих пласти­ нок.

Если сплав охлаждается с критической скоростью без поля,

то векторы намагничивания доменов располагаются беспоря­ дочно. При охлаждении в магнитном поле они располагаются

преимущественно под небольшими углами к направлению поля,

т. е. создается магнитная текстура.

При намагничивании образца полем, направленным перпен­ дикулярно оси текстуры (кривая 3, рис. 65), векторы намагни­ чивания, расположенные преимущественно перпендикулярно к полю, будут плавно поворачиваться при постепенном его воз­ растании. Поэтому наблюдается почти линейная зависимость между намагниченностью и полем.

Если намагничивать образец параллельно оси текстуры

(кривая 2, рис. 65), то до определенного значения поля из-за трудности перемагничивания доменов антипараллельных полю, процесс вращения протекает слабо и намагничивание увеличи­ вается мало, но при достижении полем определенной величины

произойдет скачкообразный поворот векторов Is этих доменов,

что приведет к резкому росту намагниченности. Поэтому на кривой намагничивания всегда наблюдается перегиб, и чем более совершенна магнитная структура, тем он резче выражен.

На этом основании авторы приходят к выводу о принципи­ ально отличном характере магнитной текстуры у высококоэр­ цитивных сплавов по сравнению с магнитномягкими сплавами,

в которых текстурование увеличивает 180°-соседства между доменами, и таким образом облегчает процесс смещения границ доменов. Поэтому у таких сплавов магнитная текстура приводит

Рассмотренные представления о магнитной текстуре хорошо подтверждаются также и кривыми размагничивания (рис. 65). Термическая обработка в продольном магнитном поле приводит к повышению остаточной индукции и коэрцитивной силы (кри­

вая 2), обработка в поперечном поле приводит к снижению этих величин (кривая 3).

Несомненный интерес представляет попытка [41] установить связь между анизотропией магнитных свойств и микрострукту­ рой сплава после термической обработки. В работе изучалось электрическое сопротивление и его изменение в магнитном по­

ле на сплаве того же состава, что и в работе [86], после терми­

ческой обработки без магнитного поля, в продольном и попе­ речном полях. Было показано, что сопротивление после терми­ ческой обработки в продольном магнитном поле уменьшилось приблизительно на 5%, а после обработки в поперечном поле немного увеличилось (<1%).

При измерении электросопротивления на образцах, обрабо-

74

данных без поля, оказалось, что в обоих случаях оно умень­ шается приблизительно на 1%. Поэтому уменьшение сопротив­ ления после термической обработки в продольном поле (на 5%), а также небольшое его увеличение после обработки в по­ перечном поле нельзя объяс­

нить только поворотом векто­

ров намагниченности доменов вдоль поля.

По мнению авторов, это можно объяснить только тем,

что термомагнитная обработка

приводит к ориентированному

расположению пластинчатых

■выделений, образующихся при

распаде высокотемпературного

твердого раствора, преимуще­ ственно вдоль оси образца при продольном магнитном поле или перпендикулярно оси

[87]. Согласно этой теории, в поликристаллическом бруске спла­ ва плоскости пластинчатых выделений образуются параллельно приложенному во время термической обработки магнитному

полю. В результате объем образца разделяется пластинами выделений и стержнеподобными элементами матрицы. Экспери­ ментальное подтверждение этой теории было получено Несбит том и Гейденрайхом [40, 90]. В работе [40] применяли метод электронной металлографии, представляющий собой комбина­ цию электронномикроскопического и электроннодифракционного методов. С помощью этих методов было показано, что высо­ кая коэрцитивная сила и магнитная анизотропия вызваны очень

тонкими выделениями, имеющими гранецентрированную куби­

ческую решетку с Оо = 10А, которые авторы считают переход­ ной структурой. Выделения имеют вид брусков, растущих

вдоль направлений [100] и так, что плоскости (110) выделений параллельны плоскостям (100) матричного кристалла (рис. 66).

75

вание местных магнитных полей вблизи выделений. Эти местные поля действуют на электронный пучок подобно плохим линзам,

Рис. 69. Изменение магнитной энергии сплава ални­ ко 5 при обработке в магнитном поле в зависимости от получаемой текстуры

Электроннодифракционные рисунки позволили также судить об ориентации выделений не только по расположению пятен,

78