Структурные фазовые превращения и магнитные свойства интерметаллидов на основе железа, подвергнутых интенсивной пластической деформации, быстрой закалке и гидрированию Сташкова, Людмила Алексеевна

Введение к работе

Актуальность темы. Современные металлические материалы часто представляют собой многокомпонентные сплавы. Их свойства определяются фазовым и структурным строением, сформированным в результате предшествующей обработки. Поэтому проблема управления структурным состоянием занимает важное место в общей стратегии улучшения характеристик существующих и разработки новых функциональных материалов. В последнее время интерес вызывает исследование изменения структуры и магнитных свойств интерметаллидов под действием сильного, нередко экстремального воздействия на них. Как правило, такие воздействия приводят к необратимому изменению свойств вещества. Особое внимание привлекают фазовые превращения в ультрадисперсных системах, в частности, в сплавах, подвергнутых интенсивной пластической деформации, или быстрозакаленных сплавах.

На сегодняшний день по существу не выясненной остается связь между структурными превращениями, вызванными интенсивным воздействием, и магнитными характеристиками материалов. Известно, например, что в соответствии с симметрийными теориями фазовых превращений в сплавах благородных металлов (CoPt, FePt, FePd и др.) в процессе структурного перехода Al^Li₀ может возникать неупорядоченная низкосимметричная тетрагональная фаза (А6) с пространственной группой симметрии I4/mmm. Наличие такой фазы может негативно влиять на эксплуатационные свойства материала. Интерес представляет прямое экспериментальное обнаружение фазы А6 и определение её роли в формировании магнитных свойств эквиатомного сплава FePd.

На протяжении последних десятилетий неуклонно высок интерес к сплавам Nd-Fe-B, в частности, в связи с разработкой обменно- усиленных высокоанизотропных магнитных материалов. В таких материалах гистерезисные магнитные свойства преимущественно управляются микроструктурными особенностями, такими как размер зерен, форма частиц, гомогенное распределение основных фаз и др. Согласно расчетам, оптимальные магнитные свойства достигаются, если размер зерен магнитомягкой фазы не превышает удвоенной ширины доменной границы в магнитотвердой фазе, что для случая Nd₂Fe_i4B составляет около 15 нм [Л1]. В настоящее время прогресс в достижении совершенной нанокристаллической структуры, приближающейся по своим характеристикам к параметрам, заложенным в теоретических моделях, существенно замедлился. В связи с этим необходимы новые подходы, направленные на достижение этой цели.

Целенаправленный поиск и синтез новых материалов с заранее заданными свойствами возможен в случае обратимого изменения свойств материала в результате внедрения легких атомов, или сравнительного исследования системы образцов, имеющих одну и ту же структуру, в которых при изменении состава происходит систематическое изменение тех или иных характеристик материала. Интенсивное развитие исследований взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями переходных металлов определяется как возможностью расширения и углубления фундаментальных знаний в области физики твердого тела, так и широким спектром практического применения гидридов. Значительный интерес в качестве объектов для насыщения водородом представляют редкоземельные фазы Лавеса.

Все это делает актуальным экспериментальное исследование структурных и фазовых превращений в интерметаллидах под влиянием интенсивных воздействий, а также установление взаимосвязи структурных и магнитных свойств.

Основные исследования по теме диссертации выполнены в лаборатории ферромагнитных сплавов Института физики металлов УрО РАН в рамках комплексной бюджетной темы «Магнетизм, спинтроника и технология создания новых объёмных и низкоразмерных, гетерофазных и наноструктурированных материалов и наносистем» (шифр «Спин», № гос. регистрации 01201064333).

Работа выполнена при поддержке: Программ Президиума РАН «Фундаментальные основы развития энергетических систем и технологий» и «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов», гранта РФФИ-Урал 04-02-96060, гранта и программ Агентства по образованию РФ, проекта РФФИ- НЦНИ Франции №07-02-92180-НЦНИ_а «Наноструктурирование металлов методами ИПД для получения перспективных свойств», 04- 02-39008-ГФЕН2004_а, проекта РФФИ № 07-02-00219.

Основной целью работы являлось установление связи магнитных свойств со структурными особенностями ряда магнитных материалов, подвергнутых интенсивному внешнему воздействию. В качестве объектов исследования выбраны сплавы FePd, Nd₉Fe₈₅B₆, ,KFe_11xGa_xC_y (R = Pr, Sm, 0 < x < 5, 0 <у < 2) и RFe2H(D)y (R = Er, Tb, 0 <у < 3.71).

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Получить образцы эквиатомного сплава FePd в различных структурных состояниях. Определить фазовый состав образцов с целью обнаружения метастабильной фазы А6. Провести магнитные измерения и установить корреляцию между структурными и магнитными свойствами.

2. Получить быстрозакаленные и деформированные образцы сплава Nd₉Fe₈₅B₆. Провести комплексные магнитные и структурные исследования образцов. Исследовать механизмы формирования структуры в процессе фазовых превращений под действием быстрой закалки, интенсивной пластической деформации кручением и отжига и установить её роль в формировании магнитных гистерезисных свойств.

3. Синтезировать серию сплавов Pr(Sm)Fe₁₁-XGa₁C_j (0 < x < 5, 0 < у < 2). Исследовать их фазовый состав, влияние концентрации элементов на параметры кристаллической решетки, температуру Кюри, направления осей легкого намагничивания и величину магнитного момента. На однофазных образцах выполнить дифрактометрический полнопрофильный анализ структуры с целью установления распределения атомов разного сорта по узлам элементарной ячейки.

4. Синтезировать гидрид ErFe₂H₃₁ с концентрацией водорода, близкой к критической концентрации фазового перехода а'^Р, для детального исследования этого перехода. Провести рентгенографические и нейтронографические исследования с целью установления распределения атомов водорода по междоузлиям кристаллической решетки. Получить серию сплавов (Er₁^Tb_x)Fe₂ (0 < X < 0.6) и их гидридов с максимальным содержанием водорода. Определить, влияет ли магнитострикционная деформация исходных сплавов на упорядочение водорода в гидридах.

В данной работе были получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты и положения:

4. 1. Экспериментальное обнаружение неупорядоченной объемно- центрированной тетрагональной фазы при фазовых превращениях А1 O L1₀ в эквиатомном сплаве FePd, подвергнутом интенсивной пластической деформации кручением и отжигу. Установление связи невысоких значений Н_с с наличием данной фазы в сплавах FePd.

   2. Установление механизмов формирования нанокристалличес- кой структуры композитного материала Nd₂Fe₁₄B/a-Fe под влиянием комбинированного внешнего воздействия, включающего последовательное применение быстрой закалки, интенсивной пластической деформации и отжига. Показано, что повышение гистерезисных магнитных свойств происходит за счет усиления эффекта межзеренного обменного взаимодействия.

   3. Синтез новых соединений PrFen._xGa_xC_y (0 < x < 5, 0 < y < 2) со структурой типа BaCdn и определение области их гомогенности. Показано, что замещение железа галлием приводит к превращению решетки соединения из тетрагональной в орторомбическую. С помощью дифрактометрического полнопрофильного анализа определено распределение атомов разного сорта по узлам элементарной ячейки. Измерены константы анизотропии и температура Кюри данных сплавов.

   4. Синтез новых соединений Sm(Fe,Ga)nC со структурой типа BaCdii, отсутствующих на равновесной фазовой диаграмме, с использованием метода быстрой закалки из расплава и последующего отжига. Построение неравновесной фазовой диаграммы для этих сплавов. Показано, что фаза Sm(Fe,Ga)₁₁C является магнитоодноосной с высокой энергией магнитокристаллической анизотропии и ответственна за формирование высоких значений коэрцитивной силы.

   5. Определение температурного интервала структурного перехода а'^р и распределения атомов водорода и дейтерия по междоузлиям элементарной ячейки в ErFe₂H(D)₃₁ при температурах выше комнатной. Показано, что «затравочная» магнитострикция соединения (Er_ixTb_x)Fe₂, обусловленная редкоземельными ионами, не влияет на упорядочение водорода в гидридах с максимальным содержанием водорода.

   Научная и практическая значимость работы.

   Данные, полученные в работе, вносят вклад в развитие существующих представлений о структурных фазовых превращениях в ряде интерметаллидов с железом и их взаимосвязи с магнитными свойствами материалов. Полученные результаты по структуре и магнитным свойствам могут быть использованы для разработки новых материалов для постоянных магнитов, улучшения характеристик известных материалов, а также для создания новых магнитных материалов с заранее заданными функциональными характеристиками.

   Соответствие содержания диссертации паспорту

   специальности, по которой она рекомендуется к защите.

   Похожие диссертации на Структурные фазовые превращения и магнитные свойства интерметаллидов на основе железа, подвергнутых интенсивной пластической деформации, быстрой закалке и гидрированию

   

   Электросопротивление и магнитные свойства редкоземельных интерметаллидов на основе RCo2 и R3M со сложной магнитной структуройЕрмаков Алексей Анатольевич

   Магнитные свойства тройных систем на основе 4f-3d интерметаллидов с конкурирующими взаимодействиямиКучин, Анатолий Георгиевич

   

   Особенности магнитной структуры и магнитные свойства редкоземельных интерметаллидов типа R#33#1TГубкин Андрей Федорович

   

   Влияние периодических и нерегулярных локальных кристаллических полей на магнитные свойства 4f-3d интерметаллидов со структурой типа CaCu5Куликов Юрий Александрович

   

   Магнитные свойства, кристаллическая и доменная структуры редкоземельных интерметаллидов R3FexTiy(X=24:33; Y=1:5)Грушичев Антон Геннадьевич

   

   Особенности магнитных, тепловых и электрических свойств R-T(T=Co, Ni) интерметаллидов с большой концентрацией редкоземельного металлаПрошкин Алексей Владимирович

   

   Обменные взаимодействия и спиновая динамика в гетерокластерах и интерметаллидах на основе 3d- и 4f-ионов по данным ЭПРСуханов Андрей Анатольевич

   

   Магнитные свойства и сверхтонкие взаимодействия в системах на основе железаДобышева Людмила Викторовна

   

   Структурные особенности и некоторые магнитные свойства пленок редкоземельных интерметаллидов на основе 3d-металлов Любушкина Людмила Михайловна

   

   Закономерности нанокристаллизации при мегапластической деформации аморфных сплавов на основе железаПлотникова, Маргарита Романовна