Ярмощук Євгеній Ігорович Формування структури, магнітні та електричні власти­вості аморфних сплавів Fе-В-Р-Nb-Сr та деяких легова­них сплавів на основі Со та Fе

Краткое описание

Ярмощук Євгеній Ігорович, тимчасово не працює: «Формування структури, магнітні та електричні власти­вості аморфних сплавів Fе-В-Р-Nb-Сr та деяких легова­них сплавів на основі Со та Fе» (01.04.13 - фізика мета­лів). Спецрада Д 26.001.23 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
Ярмощук Євгеній Ігорович
УДК 539.213::[537.62+537.31]
ДИСЕРТАЦІЯ
Формування структури, магнітні та електричні властивості аморфних
сплавів Fe-B-P-Nb-Cr та деяких легованих сплавів на основі Co та Fe
01.04.13 - фізика металів
Подається на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело.
________________Ярмощук Є.І.
Науковий керівник:
Семенько Михайло Петрович,
доктор фіз.-мат. наук, професор
Київ – 2019

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ .......................................15
ВСТУП......................................................................................................................18
РОЗДІЛ 1. ОГДЯЛ ЛІТЕРАТУРИ...........................................................................26
1.1 Схильність сплавів до аморфізації. Отримання аморфних металічних
сплавів.......................................................................................................................26
1.2 Загальні особливості аморфних та нанокристалічних сплавів ...................29
1.3 Аморфні металеві сплави..............................................................................35
1.4 Сучасні магнітом’які нанокристалічні матеріали........................................36
1.5 Пошуки нових сплавів та способів покращення їх характеристик.............41
1.6 Електротранспортні властивості аморфних та нанокристалічних
матеріалів..................................................................................................................44
РОЗДІЛ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ....................................47
2.1 Методи одержання аморфних сплавів та зразки для дослідження.............47
2.1.1 Отримання швидкозагартованих стрічок сплавів................................47
2.1.2 Зразки для дослідження.........................................................................49
2.2 Методи дослідження структурно-фазового стану та термічної
стабільності аморфних сплавів................................................................................50
2.2.1 Рентгенівська дифрактометрія..............................................................50
2.2.2 Рентгенівське малокутове розсіювання................................................51
2.2.3 Скануюча електронна мікроскопія .......................................................52
2.2.4 Диференційна скануюча калориметрія ................................................52
2.3 Дослідження фізичних властивостей АМС .................................................55
2.3.1 Вимірювання питомого електроопору .................................................55
2.3.2 Вимірювання петель перемагнічування АМС .....................................58
2.3.3 Метод експрес-контролю початкової магнітної проникності за
фактором індуктивності...........................................................................................60
2.3.4 Дослідження магнітних властивостей АМС методом Фарадея ..........61
13
РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ, ТЕРМІЧНОЇ СТАБІЛЬНОСТІ ТА
ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЛАВІВ СИСТЕМИ
Fe-B-P-Nb-Cr ............................................................................................................64
3.1 Структура вихідних аморфних стрічок сплавів системи Fe-B-P-Nb-Cr.....64
3.2 Вплив термічної обробки на структуру стрічок сплавів системи
Fe-B-P-Nb-Cr ............................................................................................................69
3.2.1 Вплив термічної обробки на структуру сплавів за даними
рентгенівської дифракції .........................................................................................69
3.2.2 Вплив термічної обробки на структуру сплавів за даними
рентгенівської малокутова дифракції .....................................................................72
3.2.3 Вплив термічної обробки на структуру сплавів за даними
скануючої електронної мікроскопії ........................................................................78
3.3 Термічна стабільність та кристалізація аморфних сплавів системи
Fe-B-P-Nb-Cr ............................................................................................................83
3.4 Магнітні властивості аморфних сплавів системи Fe-B-P-Nb-Cr ................92
ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 3...................................................................................97
РОЗДІЛ 4. ОСОБЛИВОСТІ КЛАСТЕРИЗАЦІЇ АМС ТИПУ «SENNTIX» ТА У
ДЕЯКИХ АМС НА ОСНОВІ КОБАЛЬТУ ТА ЗАЛІЗА.........................................99
4.1. Кластери та їх роль у визначенні властивостей АМС................................99
4.2. Магнітні та електричні властивості сплавів типу «SENNTIX» ...............101
4.2.1. Температурні залежності магнітної сприйнятливості сплавів
системи Fe-B-P-Nb-Cr............................................................................................101
4.2.2 Електричні властивості аморфних сплавів системи Fe-B-P-Nb-Cr...107
4.3. Структура, магнітні та електричні властивості аморфних сплавів
системи Fe-Cu-Si-B(-Nb)........................................................................................116
4.3.1 Дослідження магнітних характеристик та структури аморфних
сплавів Fe-Cu-Si-B(-Nb) та вплив на них термообробки .....................................116
4.3.2. Особливості електричних властивостей аморфних сплавів
Fe-Cu-Si-B(-Nb)......................................................................................................124
14
4.4. Структура, магнітні та електричні властивості сплавів на основі
кобальту..................................................................................................................126
4.4.1 Дослідження магнітних характеристик та структури вихідних АМС
системи Co-Fe-Mo-Si-B..........................................................................................126
4.4.2 Дослідження магнітних характеристик та структури термічно
оброблених АМС системи Co-Fe-Mo-Si-B ...........................................................129
4.4.3 Особливості електричних властивостей АМС системи
Co-Fe-Mo-Si-B........................................................................................................136
ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 4.................................................................................138
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ .......................................................................................140
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ...............................................................143
ДОДАТКИ ..............................................................................................................160

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Методом рентгенівської дифракції встановлено параметри структури
аморфних сплавів системи Fe-B-P-Nb-Cr та визначено вплив на них вмісту
бору та інших складових. Спостерігається зростання структурного
розупорядкування у сплавах зі збільшенні вмісту бору, що проявляється у
розширенні першого дифракційного гало та збільшення середнього
координаційного числа першої координаційної сфери. Інші структурні
параметри визначаються не лише вмістом бору, а й умовами гартування
сплаву та незначними варіаціями вмісту інших складових.
2. Встановлено, що процес кристалізації у сплавах системи Fe-B-P-Nb-Cr
відбувається у дві стадії, починається з утворенням кристалів α-Fe з
подальшим утворенням Fe3B0,82P0,16 з енергіями активації, типовими для
АМС на основі заліза. Побудовано фрагмент діаграми стану, що розглядає
процес кристалізації як псевдо-одностадійний процес кристалізації
двоевтектоїдних сплавів з малою різницею між температурою першої та
другої стадії кристалізації.
3. Емпірично встановлено оптимальні режими термообробки, при яких стрічки
сплавів Fe-B-P-Nb-Cr демонструють гарні магнітом’які властивості,
намагніченість насичення BS до 1,37 Тл, значення початкової магнітної
проникності μi до 7800 од., низькі значення динамічної коерцитивної сили
та малі питомі втрати на перемагнічування: P10/1000  5 Вт/кг та
P10/400  1,5 Вт/кг. Виявлено, що значення ТAO є значно нижчими за
температури початку кристалізації TX, порівняно з більшістю аморфних
сплаві схожого складу.
4. На основі розвинутих раніше уявлень про процеси кластеризації в аморфних
сплавах, показано, що значення локалізованих магнітних моментів в
141
парамагнітному стані можуть бути пояснені з точки зору існування
магнітних неоднорідностей з характером впорядкування, що визначається
складом сплаву та характером легувальних домішок. У сплавах Fe-B-P-NbCr такі неоднорідності є антиферомагнітно впорядковані атоми заліза
навколо хромових домішок, в аморфних сплавах типу Fe-Cu-Si-B(-Nb) – це
ізольовані в аморфній матриці нанокристали заліза, в Со сплавах – це атоми
з паралельною орієнтацією магнітних моментів атомів навколо атомів
домішки.
5. Вперше досліджено температурну поведінку електроопору сплавів системи
Fe-B-P-Nb-Cr. Виявлено наявність нелінійного характеру температурної
залежності електричного опорупри,нижчихза характеристичні(Дебая,Кюрі)
температурах, який єнаслідкомдодаткового внеску. Причиною появи даного
внеску є ефекти слабкої локалізації, його температурна залежність
пропорційна Т
1/2
.
6. Встановлено, що сплавам Fe-B-P-Nb-Cr притаманні малі величини
температурного коефіцієнту опору  (менше ніж 10-4 К
-1
) та значення
питомого електроопору 170-190 мкОмсм, які є вищими за типові значення
для більшості аморфних сплавів на основі заліза (100-150 мкОм·см).
Показано, що отримані результати добре накладаються на узагальнені
кореляційні залежності для аморфних сплавів, а зальні закономірності
особливостей температурної поведінки узгоджуються з закономірностями
поведінки електроопору легованих аморфних сплавів на основі Fe.
7. Показано, що стрічки досліджених сплавів Fe-Cu-Si-B(-Nb) у вихідному
стані містять певну кількість кристалічної фази (приблизно до 10-40%) для
яких спостерігається гостра текстура кристалів твердого розчину -Fe(Si).
Термообробка сплавів при температурі TAO приводить до виділення
кристалів α−Fe(Si) та суттєвого зменшення динамічної коерцитивної сили,
142
питомих втрат на перемагнічування та помітного збільшення індукції
насичення BS при від 0,82 Тл до 1,55 Тл для сплаву М-8 та від 0,85 Тл до 1,46
Тл для сплаву М-9.
8. Встановлено, що на структурний стан, а отже, і на функціональні властивості
АМС на основі системи Co-Fe-Mo-Si-B суттєво впливають як температурнокінетичні умови гартування, так і термічна передісторія зразків. Показано,
що для зразка #1 важливу роль відіграє фазове розшарування у межах
існування аморфного стану, викликане особливостями умов гартування.