Влияние магнитного фазового перехода на распыление и состав поверхности никеля и его сплавов (1102588), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Видно, что основные особенности кривых Y(T) здесь те же, что идля сплава Н35: существует два максимума распыления при температуренесколько ниже точки Кюри сплава (Тс= 325°С) и в точке Кюри никеля.(а)(б)Рис 5. То же, что на рис.4, для грани (111) пермаллоя (40%Ni60%Fe) при углах паденияионов α = 50 (а) и α = 300 (б) в плоскости (110).15Для пермаллоя Н40, так же, как и в случае распыления инвара Н35,наблюдаютсяплоскиеучасткикривойY(T)вферромагнитнойипарамагнитной области, при этом коэффициент распыления в p-состоянииоказывается выше, чем в f-состоянии примерно на 9%.
В отличие от Н35,максимумы на зависимости Y(T) для Н40 менее выражены (рис.5) – онилишь немного превышают значение Y для p-состояния. Это большепроявляется при падении ионов под углом α = 300 (рис.5б), когдараспыленные частицы выходят из кристалла не в плотноупакованномнаправлении, а в произвольном. При температурах от 500 до 6000С, длясплава Н40 проявляются некоторые флюктуации зависимости Y(T). Они,возможно, связаны с образованием на поверхности островков различныхупорядоченных фаз Fe-Ni.Обращает на себя внимание быстрый рост коэффициента распылениясплава Н40, начиная с 7000С, что может быть обусловлено приближением кточке Кюри другой компоненты сплава – железа (Тс = 840°С).
Известно, длясплавовFe-Niхарактернообразованиеобластейстатистическихфлюктуаций намагниченности, центрами которых являются атомы железа,окруженные только атомами того же сорта. Поэтому на поверхности сплававозможно образование островков из атомов железа и, вследствие этого,возникновение максимумов распыления вблизи точки Кюри железа.Представляет интерес структура, появившаяся на грани (111) инвара врезультате облучения ионами неона с энергией 10 кэВ при падении подуглом 450 в плоскости (110), показанная на рис.6. В ряде участковповерхности видны шестигранные образования, обладающие той жесимметрией, что и распыляемая грань.
Ориентированные фигуры на рис.6немного наклонены, что связано с падением ионного пучка на распыляемуюгрань под углом 300 от нормали к поверхности. Изменения структуры примагнитном фазовом переходе сплава не наблюдалось.16Рис.6. Рельеф поверхности грани (111) монокристалла инвара (35%Ni65%Fe) послебомбардировки онами Ne+ с энергией 10 кэВ под углом 450 в плоскости (110)при дозе облучения 1020 ион/см2.Методом электронной оже-спектроскопии проводилось исследованиесостава поверхности сплавов Fe-Ni до, и после распыления.
Исследовалисьсплавы инвар Н35 (35%Ni65%Fe) и молибденовый пермаллой НМ79(79%Ni16%Fe5%Mo). На обзорном энергетическом оже-спектре сплавовбыли хорошо видныхарактерные оже-линии для никеля, железа, а впоследнем случае и молибдена. До очистки поверхности ионнойбомбардировкой линии загрязнений поверхности кислородом и углеродомимели значительную величину. После очистки поверхности линия углеродасущественноуменьшилась,алиниякислородабыланеразличима.Измерения показали, что процентный состав исследованного сплавапрактически не меняется при облучении.
Поскольку данные оже-анализаусреднены по нескольким поверхностным слоям, этот результат непротиворечит предположению о наличии на самой поверхности сплаваостровков Ni и Fe. Отсутствие сегрегации для сплавов Fe-Ni, возможно,связано с близостью масс атомов компонент сплава.Интересный результат получен при измерении концентрации примесей вFe-Ni сплавов в ферро- и парамагнитном состоянии. Оказалось, чтоконцентрация примесей на поверхности сплавов Н35 и НМ79 изменяется стемпературой и имеет особенности вблизи точки Кюри сплавов (рис.7).174040C (271 eV)O (503 eV)C (271 eV)O (503 eV)3020А, отн.ед.А, отн.ед.30201010005010015020025030035040000100200Т, С300400500600Т, С(a)(б)Рис.7.
Температурная зависимость амплитуды оже-пиков кислорода и углерода дляграни (111) монокристаллов инвара Н35 (Ni35%Fe65%) (а) и пермаллоя НМ79(Ni79%Fe16%Mo5%) (б), после облучения поверхности ионами аргона с энергией10 кэВ при дозе 1019 ион/см2.Как видно из рис.7а, инвара для Н35 наблюдается значительноеуменьшение кислорода вблизи точки Кюри сплава (Tc = 275°С). Отчетливыйширокий минимум углерода проявляется немного ниже Tc для Н35. Длямонокристалла пермаллоя НМ79 (Тс=345°С) тоже наблюдается уменьшениекислорода вблизи точки Кюри сплава, как и в случае Н35. Но дляпермаллоя Н79 минимум углерода более узкий и расположен нескольковыше температуры Кюри.
Поведение зависимостей рис.7 может бытьобъяснено особенностями процессов десорбции и диффузии. В сплавах типаFe-Ni основными загрязнениями объёма является углеродные включения. Вотличиеотэтого,кислородоммогутбытьнасыщенылишьприповерхностные слои. Кислород на поверхности может находиться вфизическом и в частично связанном состоянии (хемосорбированныйкислород), т.е. может входить в состав оксидов основных компонент.
Придостаточно низкой температуре (100-6000C) в большинстве случаевдесорбируется лишь слабо связанный кислород, а для разложения оксидовтребуются существенно большие температуры. Поэтому очевидно, чтонекоторый кислородный фон, остающийся при T>3000C, связан с наличиемоксидов.18Более раннее начало десорбции кислорода и меньший остающийсякислородный фон для сплава НМ79 можно объяснить добавкой Mo, котораязатрудняет образование оксида. В то же время, в образце Н35 кислород, восновном, находится в более связанном состоянии, чем в НМ79, поэтомудесорбция начинается позднее.
Для удаления углерода с поверхноститребуютсядостаточновысокиетемпературы,поэтомуобычносповышением температуры происходит диффузия углерода к поверхности,что видно из приведенных рисунков при T>3000C для Н35 и при T>4500Cдля НМ79.Наблюдаемое в настоящей работе резкое падение концентрациикислородаиуглероданаповерхностиисследуемыхсплавовпритемпературах вблизи точек Кюри связано с аномальным ростом десорбции идиффузии в этой области температур. Такой вывод не противоречитимеющимся в литературе данным о локальном росте интенсивности другихпроцессов в области фазового магнитного перехода таких как: сублимация,окисление, термическое расширение, структурная перестройка, уширениепятен Венера.
Эти аномалии во многих случаях связывают со значительнымувеличением амплитуды колебаний поверхностных атомов вблизи точкиКюри. Действительно, анализ экспериментальных и теоретических данных,в частности, показал, что наблюдаемое в нашей лаборатории уширениепятен Венера в окрестности точки Кюри соответствует тому, котороедолжно быть при температуре ~ 1200К. Такой локальный рост амплитудыколебаний атомов мишени при температуре Кюри также может бытьпричиной появления минимума на кривой температурной зависимостиамплитуды оже-пиков С и О.
При этом углерод либо частично десорбирует споверхности, либо диффундирует в глубь кристалла. Более резкоеуменьшение кислорода за счёт десорбции на поверхности сплавов Fe-Ni вобластиTcтакжеможетбытьобъясненоаномальнойраскачкойповерхностных атомов.19Отметим, что обнаруженные особенности температурных зависимостейраспыления и состава примесей на поверхности, необходимо учитывать прианализе поверхности ионными пучками и при практическом использованиижелезоникелевых сплавов в условиях ионного облучения.В заключении приводятся выводы из представленной работы:•Проведеныэкспериментальныеисследованияичисленноемоделирование процессов распыления никеля ионами неона c энергиейE0=10 кэВ при температурах, соответствующих ферромагнитному ипарамагнитному состояниям мишени. Получены абсолютные значениякоэффициентов распыления в ферро- (Yf) и парамагнитном (Yp)состоянии поликристаллического никеля при ионной бомбардировкемишени под углами от 00 до 650 от нормали к поверхности.•Показано, что коэффициент распыления поликристаллическогоникеля в ферромагнитном состоянии Yf (бомбардировка ионами неона cэнергией 10 кэВ) изменяется с углом падения приблизительно по закону2/cos(α).
Для всех углов падения ионов (в диапазоне от 00 до 650)коэффициент распыления никеля в парамагнитном состоянии большечем в ферромагнитном состоянии.•Экспериментально и численным моделированием установлено, чторазница ΔY коэффициентов распыления поликристалла никеля вферромагнитном и парамагнитном состояниях возрастает с ростом углападения ионов; для наклонного падения (α в диапазоне от 450 до 650) ΔYвозрастает в 2 раза по сравнению с нормальным падением и составляет20%. Для монокристаллического Ni возрастание ΔY наблюдается также ипри падении ионов вблизи открытых каналов кристаллической решетки,как показал МД расчет.•Увеличение разницы между коэффициентами распыления никеля вферромагнитном и парамагнитном состояниях при наклонном паденииионов и при падении ионов вблизи открытых каналов кристаллическойрешетки объяснено кумулятивным эффектом в распылении.
В указанных20случаях атомы распыляются в результате более длинных цепочексоударений, и эффект изменения потенциала взаимодействия атомов припереходе из ферромагнитного в парамагнитное состояние накапливается.•ЭкспериментальнокоэффициентовисследованараспыленияY(T)температурнаяисоставазависимостьповерхностидлямонокристаллов железоникелевых сплавов с разной точкой Кюри:инвара Н35 (35%Ni65%Fe) с Тс = 275°C, пермаллоя Н40 (40%Ni60%Fe) сТс=325°C и пермаллоя НМ79 (79% Ni 16% Fe 5% Mo) с Тс = 345°C.Показано, что при переходе исследованных сплавов из ферро- впарамагнитное состояние их распыление увеличивается.•Обнаружено, что температурная зависимость распыления Y(T) грани(111) монокристаллов инвара и пермаллоя, имеет немонотонныйхарактер – с максимумами вблизи точек Кюри сплавов и никеля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
