Введение к работе
Актуальность темы. Редкоземельные металлы (РЗМ, R) и ігх сплавы занимают важное место в современном металловедении. Сплавы РЗМ составляют обширный класс магнетиков и обладают широким спектром уникальных магнитных характеристик, благодаря которым они эффективно используются в ряде отраслей промышленности — металлургии, приборостроении, авиационной и космической технике, атомной энергетике, электронике и других.
На основе сплавов РЗМ с металлами группы железа разработан ряд современных магнитотвердых материалов: SmCo5, (Sm,Zr)(Co,Cu,Fe)z и Nd-Fe-B. Наиболее перспективными для высокотемпературных применений являются постоянные магниты типа (Sm,Zr)(Co,Cu,Fe)z, которые наряду с высокими значениями максимального энергетического произведения (BH)max = 30-38 МГс-Э характеризуются высокой температурной стабильностью благодаря величине температуры Кюри более 800С.
Исследованиям структуры и магнитных свойств сплавов и порошковых постоянных магнитов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z посвящено большое число работ. Однако целый ряд вопросов, касающихся кинетики формирования структуры, особенностей процессов перемагничивания и механизмов магнитного гистерезиса остаются до конца не выясненными.
Долгое время общепринятым было мнение, что в сплавах типа (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z и порошковых магнитах на их основе высококоэрцитивное состояние реализуется за счет задержки смещения доменных границ на выделениях вторичных фаз [1, 2]. В рамках этого механизма хорошо описываются процессы перемагничивания данных сплавов в магнитных полях, направленных вдоль оси легкого намагничивания (ОЛН) образцов. Однако, проведенные в последние годы исследования процессов перемагнігчивания сплавов в полях, ориентированных под углом к ОЛН образцов, выявили новые закономерности [3, 4]. Обнаружено, что угловые зависимости коэрцитивной силы не подчиняются закону Нс(ф) = Hc(0)/coscp, который должен выполнятся для механизма задержки смещения доменных границ. Такое поведение сплавов может быть связано со смешанным механизмом их магнитного гистерезиса: задержкой смещения доменных границ и необратимым вращением вектора спонтанной намагниченности Is.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось проведение систематических исследований процессов перемагничивания образцов сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z с R = Sm, Gd в произвольно ориентированных полях и анализ полученных результатов в рамках модели о смешанном механизме их магнитного гистерезиса.
В качестве объектов исследования выбраны две группы сплавов:
(Smo,85Zro,i5)(Coo,7oCu0jo9Feo>2i)z, где z = 6,1; 6,4; 6,7.
(Gdo,85Zr0,i5)(Coo,7oCuo,o9Fe0)2i)z, где z = 5,2; 5,6; 6,0; 6,4; 6,7. Были поставлены следующие задачи:
подготовить образцы сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z с широкими интервалами изменения структурного состояния и коэрцитивной силы;
исследовать процессы перемагничивания образцов в произвольно ориентированных внешних магнитных полях и построить угловые зависимости магнитных характеристик;
выполнить теоретические расчеты угловых зависимостей коэрцитивной силы для модельных гетерогенных систем с двумя механизмами перемагничивания: задержкой смещения доменных границ и необратимым вращением вектора Is;
провести анализ результатов в рамках модели о смешанном механизме магнитного гистерезиса сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z.
Научная новизна. Впервые проведены систематические исследования процессов перемагничивания сплавов (Ro,85Zro,i5)(Co0j7oCuo,o9Fe0)2i)z, где R = Sm, Gd; z = 5,2-6,7; в произвольно ориентированных полях.
Выявлены особенности угловых зависимостей намагниченности образцов он(ф) в постоянных по величине магнитных полях Н. Показано, что ход кривых он((р) может быть описан только с учетом, как процессов смещения доменных границ, так и вращения вектора спонтанной намагниченности Is.
На основе анализа зависимостей остаточной намагниченности ог(Н) и перестройки доменной структуры показано, что поворот вектора магнитного поля Н относительно ОЛН образцов сопровождается процессами необратимого вращения вектора. Is в низкоанизотропных областях структурной составляющей В.
Впервые получены спеченные гетерогенные композиции на основе порошков сплавов Sm(Co,Cu)6i0 и Nd2Fei4B. Установлена возможность реализации в данных системах высококоэрцитивного состояния, обусловленного смешанным механизмом перемагничивания.
Проведены теоретические расчеты угловых зависимостей коэрцитивной силы для модельных микрогетерогенных систем со смешанным
механизмом магнитного гистерезиса: задержкой смешения доменных границ и необратимым вращением вектора 1$. Полученные модельные зависимости удовлетворительно согласуются с экспериментальными кривыми Нс(ф) для сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z.
На основе анализа обнаруженных особенностей процессов пере-магничивания и известных данных о микроструктуре сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z показано, что в них реализуются как задержка смещения доменных границ, так и необратимое вращение вектора Is в центральных областях «ячеек» тонкой микроструктуры составляющей В, которые имеют состав R2(Co,Fe)I7 и низкую величину поля анизотропии.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты исследования процессов перемагничивания образцов сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z и спеченных гетерогенных композиций на основе порошков сплавов Sm(Co,Cu)60 и Nd2Fei4B в произвольно ориентированных внешних полях, а также методика численного расчета угловых зависимостей магнитных характеристик при смешанном механизме магнитного гистерезиса.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке постоянных магнитов на основе многокомпонентных сплавов типа (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z с заданными магнитными характеристиками.
Апробация результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в научной печати, докладывались на XVI Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (г. Москва, 1998 г.), Московском международном симпозиуме по магнетизму, посвященном памяти Е.И. Кондорского (г. Москва, 1999 г.), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-99» (МГУ, 1999 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано девять печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 7 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 112 наименований.
