3. 2. Cтруктурная чувствительность магнитных свойств

Один из важнейших признаков структуры – это дефекты кристаллического строения, то есть вакансии, дислокации, дефекты упаковки, примесные атомы в небольших количествах. Значительное количество атомов, введенных в металл, изменяет его состав и не может рассматриваться как дефект структуры. В этом случае следует говорить о легировании, которое изменяет фазовое состояние металла. Кроме того, внутренние напряжения и границы зерен также могут влиять на физические свойства металла. Однако современное модельное описание напряжений и границ зерен сводит их к совокупности дефектов кристаллического строения. Таким образом, рассматривая влияние структуры на свойства, мы прежде всего подразумеваем их зависимость от дефектов строения. К структурным особенностям поликристаллических тел, влияющим на свойства, относится и кристаллическая текстура. Степень ее совершенства или отсутствие текстуры влияют на значение свойств, чувствительных к анизотропии кристалла. Кроме текстуры, связанной с кристаллической анизотропией, на структурно чувствительные свойства двух- и многофазных сплавов влияет также текстура, связанная с относительным расположением фазовых составляющих.

Таким образом, структурная чувствительность свойств – это их зависимость от кристаллических дефектов и текстуры. Однако некоторые свойства так мало зависят от структуры, что могут быть признаны структурно нечувствительными. Примером является намагниченность насыщения ферромагнетика, которая равна сумме атомных магнитных моментов в единице объема вещества.

Все свойства, как структурно чувствительные, так и структурно нечувствительные, зависят от фазового состояния, то есть от состава, количественного соотношения и кристаллической структуры фаз, из которых состоит металл. Например, однофазный ферромагнитный сплав, представляющий собой твердый раствор, может быть неупорядоченным или в различной степени упорядоченным, то есть находиться в различном фазовом состоянии. В зависимости от степени упорядочения изменяется такое свойство, как намагниченность насыщения , хотя оно структурно нечувствительно. Состав сплава – это характеристика фазового состояния. Часто трудно отделить влияние структуры от влияния фазового состояния на то или иное свойство, однако при сочетании структурного анализа и измерения этого свойства такое разделение возможно. Отсюда следует, что после того как определены свойства и выполнен структурный анализ, измерением данного свойства в некоторых случаях можно пользоваться как косвенным методом структурного анализа. Особенно полезно сочетание измерений различных свойств – структурно чувствительных и структурно нечувствительных. Оно позволяет решать многочисленные задачи, сводящиеся к анализу фазового и структурного состояния металлов и сплавов и к анализу изменения этого состояния при различных видах обработки.

В случае магнитных свойств к структурно нечувствительным свойствам относятся следующие: самопроизвольная намагниченность , температура Кюри, константа естественной кристаллографической магнитной анизотропии. Эти свойства определяются сортом атомов и типом кристаллической решетки и не зависят (или слабо зависят) от микроструктуры. На эти свойства не влияют также ни форма, ни размеры образца. Поскольку структурно нечувствительные свойства, как и все другие, зависят от фазового состава материалов, то их еще принято называть фазочувствительными.

Структурно чувствительными свойствами являются: начальная и максимальнаямагнитные проницаемости, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность(остаточная индукция), потери на гистерезис и т. д. Эти свойства чрезвычайно резко зависят от условий изготовления и термической обработки (то есть от микроструктуры), а также от размеров образца. Наибольшее влияние на эти свойства оказывают атомы растворенного элемента, дислокации, границы зерен, наличие второй фазы и ее дисперсность.

Из сказанного следует, что, изменяя фазовое состояние и структуру сплавов, можно воздействовать на их свойства в широком диапазоне величин. Изменять фазовое состояние можно, подбирая состав сплавов, а структуру – путем соответствующей обработки: термической, пластической, термомагнитной и др. При изучении связи магнитных свойств со структурой и механическими свойствами именно структурно чувствительные свойства и представляют непосредственный теоретический и практический интерес. При этом необходимо отметить, что главным элементом структуры ферромагнитных материалов, в основном определяющим все их магнитные свойства, является доменная структура.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов, не содержащих границ доменов, являются структурно нечувствительными. Магнитная проницаемость и коэрцитивная сила в этом случае определяются лишь свойствами самого материала и взаимодействием между электронами и положительными ионами в образце.

В настоящее время имеются сравнительно достаточные сведения о структуре доменов и элементарных процессах намагничивания, однако современное состояние теории не позволяет еще получить однозначные количественные соотношения между величинами магнитных параметров и различными структурными характеристиками материалов. Правда, некоторые общие закономерности этой связи нашли свое качественное объяснение. Так, например, выяснен общий характер зависимости такого важного магнитного параметра, как коэрцитивная сила, от величины и неоднородности внутренних напряжений и их дисперсности, от количества и распределения немагнитных включений. Аналогичные соотношения получены для некоторых других структурно чувствительных магнитных параметров (,). Однако для установления конкретной связи между магнитными свойствами и структурным состоянием ферромагнитного материала нельзя обойтись без дальнейшего исследования этой связи.