П. А. КУЗНЕЦОВ, О. В. ВАСИЛЬЕВА, А. С. ШАДЧИН,
О. С. СЕРГЕЕВА, А. И. БЕЛЯЕВА, М. С. МИХАЙЛОВ
Центральный научно-исследовательский институт конструкционных
материалов ЦНИИ КМ «Прометей», С.-Петербург
СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАГНИТОМЯГКОГО СПЛАВА
СИСТЕМЫ Fe-Cu-Nb-Si-B
В статье приводятся результаты исследования влияния термической обработки на магнитные свойства и структуру ленточных образцов нанокристаллического магнитомягкого сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B.
В настоящее время прогресс в области развития электронных устройств выдвигает жесткие требования к защите от негативного воздействия электромагнитного излучения. В связи с этим применение традиционных материалов становится невозможным в силу недостаточности их магнитных и эксплуатационных характеристик.
Одним из перспективных направлений исследования материалов магнитного класса является поиск оптимального состава и способа обработки нанокристаллических и наноструктурных материалов, обладающих существенно лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с традиционными.
Наиболее перспективным в этом направлении является наноструктурный сплав Fe73,5Cu1Nb3Si13,5B9 (АМАГ-200). Создание в аморфном сплаве АМАГ-200 нанокристаллической структуры позволяет получить в нем более высокие, по сравнению с магнитомягкими крупнокристаллическими и аморфными материалами, начальную и максимальную магнитную проницаемость и низкую коэрцитивную силу.
Формирование высоких магнитных свойств в этом сплаве происходит в два этапа. На первом этапе путем сверхскоростной закалки расплава на быстровращающемся диске-холодильнике получается аморфная лента. На втором этапе эта лента термообрабатывается при температуре выше или ниже температуры кристаллизации. В итоге получается материал с ультрамелким зерном в оставшейся аморфной матрице, структура зерен которого отвечает фазовому составу (a-Fe, Si).
Были изготовлены тороидальные образцы в соответствии с разработанной методикой и проведена их термическая обработка при температуре 430÷590°C и времени изотермической выдержки от 10 мин до 8 ч.
На основании полученных экспериментальных зависимостей определен оптимальный режим термической обработки аморфного сплава
АМАГ-200,при котором величина коэффициента магнитного экранирования составляет не ниже 200. Для обеспечения данного коэффициента экранирования необходимо получить наивысшие значения начальной и максимальной магнитной проницаемости. При выбранном оптимальном режиме термической обработки значения магнитной проницаемости составляют: μнач = 31∙103, μmax = 380∙103, а значения коэрцитивной силы не превышают 1,2 А/м.
Рекомендовано при изготовлении экранов сочетать несколько слоев с различными свойствами: внешние слои – с высокой начальной магнитной проницаемостью, а внутренние – с высоким значением максимальной магнитной проницаемости.
Дифракционным методом определено количество кристаллической составляющей в образцах. С ростом температуры и времени термической обработки сплава оно увеличивается. Максимальная доля кристаллитов не превышает 60 %. С увеличением содержания кристаллической фазы в аморфной матрице магнитная проницаемость растет, а коэрцитивная сила уменьшается, причем зависимости имеют экспоненциальный характер.
Методом просвечивающей электронной микроскопии обнаружено, что с ростом температуры отжига с 470 до 550 °C при выдержке 1 ч происходит увеличение средних размеров кристаллитов с 4 до 8 нм. При индицировании электронограмм обнаружено, что выделившиеся кристаллиты представляют собой промежуточную фазу между α-Fe (a = 2,866 Å) и химическим соединением Fe3Si, имеющим параметр ОЦК решетки a = 2,841 Å, причем анализируемая фаза (α-Fe, Si) более близка к соединению Fe3Si.
Таким образом, увеличение магнитной проницаемости и снижение коэрцитивной силы исследуемых образцов сплава связаны с выделением в аморфной матрице нанокристаллитов (a-Fe, Si) и последующим их ростом.
В дальнейшем представляет научный интерес более подробное изучение процесса кристаллизации сплава АМАГ-200, анализ изменения его структуры и химического состава по толщине ленты в зависимости от параметров термической обработки и нахождение взаимосвязи полученных структурных характеристик сплава с его магнитными свойствами. Также предполагается проведение аналогичных исследований других магнитомягких сплавов на основе железа.
