Введение к работе
Актуальность темы. Многие проблемы, касающиеся магнитных,
электрических и термодинамических свойств твердых тел, обусловлены
наличием в реальных образцах различного типа дефектов и неодно-
родностей микроструктуры. В последнее время большой интерес как для
фундаментальной, так и для прикладной физики представляет исследо
вание магнитных свойств поликристаллических металлов и сплавов с
субмикрокрнсталлической (характерный размер зерен 0,1-1,0 мкм) и
нанокристаллической (0,01-0,1 мкм) структурой. Материалы с такой
, структурой можно получить путем сильной пластической деформации и
их характерной чертой является большой удельный объем дефектных
областей, сконцентрированных преимущественно на межзерекных грани
цах, которые во многом и определяют физические свойства тахих
веществ. ,
Предполагается, что величина энергии обменных взаимодействий между атомами находящимися внутри и на границах зерен существенно. различна и в основу описания магнитных свойств ферромагнетиков с субмикрокристаллической структурой можно положить сильные магнитные неоднородности - кластеры (зерна). Следует ожидать, что наиболее сильно неоднородный характер магнитной структуры в таких ферромагнетиках будет проявляться при высоких температурах, когда одна из подсистем (межкластерные границы) переходит в парамагнитное состояние, а магнитное упорядочение будет определяться параметрами собственно кластерной подсистемы. Особенности магнитного состояния в субмикрокристаллических ферромагнетиках в области фазового перехода в парамагнитное состояние, обусловленные их дефектной структурой, в настоящее время мало исследованы, поскольку исследования обычно ведутся на существенно неоднофазных многокомпонентных системах. Подробные же исследования на чистых металлах провести, как правило, не удается вследствие того, что температуры Кюри Тс в них намного превышают типичные температуры рекристаллизации зерен.
Подходящими объектами для такого исследования могут быть сплавы Nii-xCu*. Сплавы NiixCux представляют собой единственные из известных ферромагнетиков на основе бинарного твердого раствора, неограниченная растворимость компонент в котором исключает возможность образования промежуточных кристаллических фаз в процессе получения образцов с субмикрокристаллической структурой. Магнитные
-3- .
свойства этих сплавов в крупнозернистом состоянии хорошо изучены ранее, а их температура Кюри варьируется в диапазоне от 0 до 631 К, что позволяет выбрать сплавы с Тс, не превышающими типичные температуры рекристаллизации зерен.
В качестве одного из критериев неоднородного магнитного состояния в магнетиках, по-видимому, можно рассматривать неравенство абсолютной величины магнитной восприимчивости % образца при температурах Т близких к Тс и величины магнитной восприимчивости, обусловленной формой образца. В последнее время измерение соотношения этих величин предложено использовать при определении миктомагнитного упорядочения в сплавах с концентрацией ферромагнитного элемента близкой к пфколяционному порогу. Исследования соотношения этих величин в реальных неоднородных ферро- и ферримагнетиках до настоящего времени практически не проводились. Поэтому представляет интерес провести исследование, каким образом неоднородный характер магнитной структуры влияет на абсолютные значения х в области температуры Тс как в деформированных сплавах Nii.*Cu, с субмикрокристаллической структурой, так и в других сплавах и соединениях в которых на основании литературных данных присутствуют магнитные неоднородности, обусловленные теми или иными причинами. Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании магнитных свойств пластически деформированных сплавов Ni-Cu с субмикрокристаллической структурой и особенностей поведения амплитудной магнитной восприимчивости в некоторых реальных неоднородных ферро- и ферримагнетиках в области фазового перехода в парамагнитное состояние. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Получение субмикрокристаллических образцов сплавов Nii-xCiu путем сильной пластической деформации. Исследование особенностей магнитных свойств и магнитного фазового перехода в субмикрокристаллических сплавах Nii.xCu*.
-
Изучение влияния пластической деформации с различной степенью интенсивности и последующих отжигов на магнитные свойства сплавов NiixCux с целью определения особенностей магнитных свойств, обусловленных собственно субмикрокристаллической микроструктурой в образцах.
-
Получение образцов и исследование, каким образом неоднородный характер магнитной структуры влияет на абсолютные значения ампли-
туднон магнитной восприимчивости в области фазового перехода в ^парамагнитное состояние как в пластически деформированных сплавах Ni-Cu, тйк и в специально выбранных для этой цели сплавах Fe-Cu, Coo4<.Ptn54 и квазибинарных редкоземельных ннтерметаллидах R(Coi-xNix)j (R=Sm,Gd) и Smi.xTbx(Fe,Co)2.
Научная новизна и pt ультаты. выносимые на защиту. В работе впервые путем сильной пластической деформации получены образцы сплавов Nii-xCux с субмикрокристаллической структурой с характерным размером зерен 100-400 нм и исследованы их магнитные свойства.
Впервые проведено систематическое исследование особенностей магнитных свойств сплавов Nii.xCiu, возникающих в результате пластической деформации с различной степенью интенсивности, начиная с малых деформаций и вплоть до чрезвычайно сильных пластических деформаций, приводящих к формированию субмикрокристаллической структуры в сплавах. Показано, что в сплавах Nh-xCiix (0,19sx0,41) в результате пластической деформации происходит значительное уменьшение температурного интервала ферромагнитного упорядочения. Впервые обнаружено появление аномалий на температурных зависимостях коэрцитивной силы, амплитудной магнитной восприимчивости и увеличение парамагнитной температуры Кюри в пластически деформированных сплавах, что указывает на существование в них неоднородного кластерного магнитного состояния, обусловленного кластеризацией одноименных атомов в сплавах под воздействием холодной пластической деформации. Ранее в исследуемой области концентраций меди сплавы рассматривались как полностью неупорядоченный твердый раствор, в котором пластическая деформация способствует более неупорядоченному распределению компонент.
Впервые проведены измерения абсолютных значений амплитудной магнитной восприимчивости в сплавах Ni-Cu, Coo 4ePto м, Fe-Cu и квазибинарных редкоземельных интерметаллнческих соединениях R(Co,Ni)s (R=Sm, Gd), Smi-xTbx(Fe,Co)2.
При исследовании магнитных свойств пысокоаннзотропных магнитоодноосных соединений RC05 (R=Sm, Gd) и сплава CoowPtow впервые обнаружено, что коэрцитивная сила в этих веществах аномально возрастает вблизи температуры Кюри. Обсуждены эзможные причины этого явления. На защиту выносятся следующие результаты:
- в пластически деформированных поликристаллах сплавах NinCu»
как с субмикрокристаллической, так и с мелкозернистой структурой
реализуется неоднородное кластерное магнитное состояние.
-в сплавах Nii.,CuI под воздействием холодной пластической деформации происходит микрорасслоение по составу, приводящее к образованию в них микрообластей, обогащенных и обедненных никелем.
- в однородных ферри- и ферромагнетиках в области температуры
Кюри имеет место равенство значений амплитудной магдштной воспри
имчивости и магнитной восприимчивости, обусловленной формой образ
ца, в то время как в неоднородных ферри- и ферромагнетиках это
равенство не выполняется.
-в твердых растворах замещения на основе квазибинарных редкоземельных интерметаллидов R(Coi.xNu)5 и Smi.*TbA(Fe,Co)2 присутствуют магнитные неоднородности, обусловленные неоднородным по объему образца распределением замещающих атомов в кристаллической решетке.
- в магнитоодноосных соединениях SmCo5, GdCos и в сплаве
Ріо4бСооя имеет место аномальное возрастание коэрцитивной силы в
области температуры Кюри.
Практическая ценность. Проведенные исследования показывают дополнительные методические возможности для анализа магнитной структуры, которые могут быть получены на основе сравнения абсолютного значения амплитудной магнитной восприимчивости в реальных ферро- и ферримагнитных сплавах и соединениях в области температуры Кюри и значения магнитной восприимчивости, обусловленного формой образца. В однородных ферри- и ферромагнетиках в области температуры Кюри имеет место равенство значений амплитудной магнитной восприимчивости и магнитной восприимчивости, обусловленной формой образца, в то время как в неоднородных ферри- и ферромагнетиках это равенство не выполняется.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 5-ом Всероссийском координационном совещании вузов по физике магнитных материалов (Астрахань, 1989), 19-ой Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Ташкент 1991), 6-ом семинаре с участием иностранных специалистов "Структура, дефекты и свойства сплавов, полученных нетрадиционным легированием" (Екатеринбург, 1993), 11-th lnt.Conf. on Solid Compounds of Transition Elements (July 5-8, 1994, Wroclaw, Poland), International Conference on Magnetism (ICM'94, August,
1994, Warsaw, Poland), International Corference Soft Magnetic Materials 12 (SMMM'12, Krakow, Poland, 1995) и на заседании секции АН СССР и РАН по магнетизму в г. Москве (1993) в числе достижении Института физики металлов.
Струеттра и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 171 страницу, включая 48 рисунков и 2 таблицы. В списке литературы приведено 124 наименования.