5.3 Хрупкость

Некоторые аморфные сплавы на основе железа склонны к хрупкости, которая связана с различием условий охлаждения при закалке. Некоторые аморфные сплавы пластичные сразу после приготовления, становятся хрупкими при умеренном отжиге в процессе структурной релаксации при температурах значительно ниже Т_хр. Т_хр– температура охрупчивания – температура отжига, после которой материал хрупко разрушается. Экспериментально было установлено, что охрупчивание аморфных сплавов может происходить при температурах на 150-250 К ниже температуры кристаллизации. Хрупкость в простых сплавах возникает в результате развития процессов кристаллизации, за счет образования различного рода фазовых разделений и границ раздела, уменьшающих пластичность аморфных материалов.

5.4 Упругие свойства

Упругие свойства АМ характеризуют силы связи между атомами. Для аморфных материалов значения модуля Юнга Е и сдвига G ниже, чем для кристаллических на 25-30%. Для определения этих свойств используются динамические методы, сущность которых состоит в том, что в исследуемом образце возбуждаются упругие колебания (продольные или поперечные) на заданной частоте f, которая позволяет рассчитать Е и G из соотношения (Е, G) = A*f², где А – постоянная, задаваемая способом возбуждения упругих колебаний и геометрией образца. Уменьшение Е и G связано с наличием свободного объема, возникающего при быстром охлаждении из расплава.

5.5 Неупругие свойства

Реальные твердые тела не являются идеально упругими. Отклонения от закона классической теории упругости получили название неупругости. Неупругость проявляется при весьма малых напряжениях в отсутствии в твердом теле пластической деформации. Наиболее простое проявление неупругости - затухание упругих колебаний, возбуждаемых в твердом теле. По физическому смыслу такие явления обусловлены релаксационными процессами. Поскольку структура АМ термодинамически находится в неравновесном состоянии, в ней должны протекать релаксационные процессы, приводящие аморфную структуру в более равновесное состояние. Изучение релаксационных процессов удобно проводить путем возбуждения упругих волн разной частоты, позволяющих получать определенные характеристики перемещения атомов при низких и умеренных температурах, т.е. использовать метод внутреннего трения. Процессы релаксации, в которых внутреннее состояние АМ релаксирует в прежнее положение после воздействия упругого поля, включает неупругое поведение АМ вследствие наличия дефектов, двухуровневых систем, термически активируемых процессов, а также явлений, связанных с термоупругой релаксацией.

5.6 Магнитные свойства

5.6.1 Ферромагнетизм . Ферромагнетизм аморфных материалов обусловлен наличием в них железа, кобальта и никеля, т.е. типичных ферромагнетиков – элементов с незаполненной d-оболочкой.

Аморфные ферромагнитные сплавы можно разделить на следующие группы:

1. Сплавы, состоящие из переходных элементов: Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Cr;

2. Сплавы, состоящие из переходных и непереходных металлов: (Co, Fe, Ni)-Au, (Fe, Ni)-Pd, (Fe, Ni)-Pt;

3. Сплавы, состоящие из переходных элементов и неметаллов (аморфизаторов): (Co, Fe, Ni)-(B, P, C, Si, Ge);

4. Сплавы, состоящие из переходного металла с одним из редкоземельных элементов: (Co, Fe, Ni)-Gd, Tb, Er, Ho, Nd, Pr, Sm, Y, Dy, Lu, Tm, Yb. Сплавы последней группы обычно являются ферромагнетиками.

Процесс аморфизации, осуществляемый путем закалки из жидкого состояния, дает возможность получать однородные по составу ферромагнитные материалы, которые в кристаллическом состоянии термодинамически существовать не могут. Аморфизация позволяет также значительно расширить область взаимной растворимости элементов, в результате чего можно варьировать свойства АМ в более широких пределах, чем кристаллических материалов. Очень часто отличные магнитные характеристики дополняются другими весьма ценными свойствами: высокими значениями твердости, прочности, электросопротивления, коррозионной стойкости.

В аморфных сплавах на основе железа, кобальта и никеля было обнаружено ферромагнитное состояние. Намагниченность и температура Кюри в этих металлах значительно уменьшаются при переходе из кристаллического в аморфное состояние. Для этих металлов Т_С (тем-ра Кюри) в аморфном состоянии ниже, чем в кристаллическом.

5.6.2 Магнитная анизотропия. В АМ, полученных закалкой из расплава, магнитная анизотропия является следствием закалочных напряжений, возникающих при неравномерном охлаждении. Немалый вклад может внести магнитодистрикционная деформация, обусловливающая локальную магнитную анизотропию. Макроскопические эффекты магнитной анизотропии могут быть уменьшены или даже совсем уничтожены химической гомогенизацией или отжигом с выравниванием структуры и уменьшением напряжений.

Магнитной анизотропией в значительной мере определяется величина коэрцитивной силы Н_С и начальной проницаемости μ_Н.

Для ферромагнетиков справедливы следующие соотношения:

Н_С ~ к_э /J_s; μ_Н ~ J_s²/ к_э,

Где к_э – эффективная константа магнитной анизотропии, J_s - самопроизвольная намагниченность.

Для аморфных ферромагнетиков характерна одноосная анизотропия, энергия которой определяется выражениям

Е_а = - к_а cosφ,

а поле анизотропии – выражением:

Н_а = 2 к_а /J_s,

Где к_а – константа одноосной магнитной анизотропии; φ – угол между вектором намагниченности и осью легкого намагничивания.

Существует 2 основные причины магнитной анизотропии АМ:

1. Магнитоупругая анизотропия.

Возникает в аморфных ферромагнетиках, имеющих нулевую магнитострикцию, если в процессе аморфизации в структуре возникают внутренние или оказывают действие внешние напряжения.

2. Индуцированная анизотропия (анизотропия магнитного отжига).

Этот вид анизотропии обусловлен парным упорядочением соседних атомов вдоль определенного преимущественного направления.

5.6.3 Доменная структура АМ. Большинство аморфных ферромагнитных сплавов на основе железа, кобальта и никеля имеют очень низкую коэрцитивную силу, что связывают с гомогенностью структуры АМ.

Доменная структура ферромагнетика является результатом сложного энергетического равновесия между энергией магнитостатических полей рассеяния, энергией магнитной анизотропии и обменной энергией.

Доменную структуру в АМ изучают с помощью нанесения магнитного порошка на поверхность образца.

Наблюдаются следующие типы доменов:

1. Домены в виде полос (часто с волнообразными границами) шириной 25-100 мкм и длиной 200-300 мкм. Ориентация таких доменов может быть параллельна или перпендикулярна оси образца.

2. Узкие домены шириной 3-5 мкм с зигзагообразными границами (рябь) образуют участки неправильной формы.

Доменная структура, полученных закалкой из жидкого состояния лент, характеризуется сочетанием широких и узких полосовых доменов с осью легкого намагничивания, параллельной или перпендикулярной плоскости ленты. Ось легкого намагничивания широких доменов лежит в плоскости пленки. Узкие домены (участки с рябью) имеют легкую ось, перпендикулярную плоскости ленты.

Модель доменной структуры в аморфной ленте