Автореферат (1104132), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Показано влияние методики плавления и тепловой обработки сплавовна магнитные и магнитотепловые свойства сплавов.Во второй главе описаны исследуемые образцы: объемные поликристаллы Fe50,4Rh49,6,Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, а также представлен способ их изготовления.
Образцыизготовлены в лаборатории университета Хиросаки (Department of Advanced Physics, HirosakiUniversity, Япония) из высокочистых металлов Fe, Rh, Pd. Исходные материалы имели чистоту99,9 ат. % относительно других элементов Периодической системы. Образец Fe50,4Rh49,6,используемый для измерений МКЭ и нейтронографических исследований, имел формуцилиндра диаметром 6,5 мм и высотой 3,5 мм со скругленными ребрами у оснований. ОбразецFe49,7Rh47,4Pd2,9, используемый для измерений МКЭ, в форме цилиндра диаметром 9 мм ивысотой 2 мм, ребро одного из оснований было скруглено. Образец Fe48,3Rh46,8Pd4,9,используемый для измерений МКЭ, имел форму прямоугольного параллелепипеда размерами7×7×3 мм3, 4 вершины одной из граней были округлены.
Данные формы и размеры образцовобусловлены их резкой из исходных слитков, которые имели форму, близкую к эллипсоидувращения. Образцы для измерения МКЭ были вырезаны таким образом, чтобы они имелимаксимальный размер, позволяющий разместить их на держателе образца установки поизмерению МКЭ. Образцы для измерений намагниченности были вырезаны из тех же слитков,что и образцы для измерения МКЭ. При измерениях намагниченности использовались образцыразмерами 1×1×4 мм3.Исходные металлы были помещены в герметичную плавильную камеру, из которойдалее был откачен воздух до давления 10-3 Па. После откачки камера заполнена аргоном додавления 0,09 МПа. Плавка исходных металлов в плазменной дуговой печи происходит за счетплазменной дуги, возникающей между катодом плазматрона и расплавляемым металлом.Температура плазменной дуги достигает значений до 15 000 К.
В качестве плазмообразующегогаза использован аргон.Слитки сплавов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, полученные в результатеплазменной дуговой плавки имели форму эллипсоидов вращения с полуосями в диапазоне 3 мм8– 5 мм. Из слитков вырезаны образцы, которые отжигались в вакууме при температуре 1273 К втечение 24 ч.
Далее была проведена закалка образцов, при их быстром охлаждении докомнатной температуры. Для этого после отжига в печи образцы, находящиеся при температуре1273 К погружались в воду комнатной температуры.Также, во второй главе описаны экспериментальные методики для исследованияобразцов: рентгенофазовый анализ, нейтронография, измерение намагниченности и МКЭ.Дифрактограммы, использованные для проведения рентгенофазового анализа, получены наизлучении Cu Kα с помощью рентгеновского дифрактометра M18XHF-SRA (MAC Science co.ltd.). Нейтронографические спектры, представленные в настоящей диссертационной работе,получены с помощью спектрометра ДН-12, позволяющем проводить эксперименты в широкойобласти температур 10 К – 350 К и при высоких давлениях до 10 ГПа.
Поток нейтроновсоздается импульсным реактором ИБР-2. Нейтронографические исследования проводились набазе Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка Объединенного института ядерныхисследований (ЛНФ ОИЯИ, г. Дубна). Некоторые результаты исследований, проведенных сиспользованием спектрометра ДН-12, опубликованы в работах [25–27]. Для получения данныхнамагниченности использовался вибрационный магнитометр VSM–5, Toei Industry Co., Ltd(производство Япония). Также эти результаты проверялись при повторном измерении сиспользованием опции вибрационного магнитометра системы для измерения физическихсвойств PPMS-9T «Quantum Design» (производство США).
Температурные и полевыезависимости адиабатического изменения температуры ∆T в исследуемых сплавах получены врезультате прямых измерений в магнитных полях до 1,8 Тл при температурах от 77 К до 360 Кна установке MagEq 801 производства ООО «Перспективные магнитные технологии иконсультации» (Группа компаний AMT&C, Россия).
Необходим отметить, что установкаMagEq 801 позволяет проведение автоматических измерений в динамическом режиме визменяющемся магнитом поле. Таким образом, измерения проводятся при условиях,идентичным условиям при работе магнитного холодильника. Во второй главе представленаразработанная методика воспроизводимых измерений МКЭ в материалах с фазовым переходомпервого рода, проявляющих температурный гистерезис. Для проведения исследований МКЭ поразработанной методике воспроизводимых измерений в автоматическом режиме управляющаяпрограмма была модернизирована.
В компьютерную программу, была добавлена новая опция,при активации которой перед установкой требуемого значения температуры измерения образецвыдерживается при заданной температуре, а затем медленно (со скоростью 2 К/мин)нагревается или охлаждается до температуры измерения.В третьей главе приведены экспериментальные результаты рентгенофазового анализа,нейтронографических исследований, а также представлены экспериментальные температурныезависимости намагниченности образцов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9.На рисунке 1 приведены дифрактограммы сплавов Fe50,4Rh49,6 и Fe49,7Rh47,4Pd2,9.Проведенный рентгенофазовый анализ показал, что в каждом из исследуемых сплавовпреобладает фаза с кристаллической структурой bcc (ОЦК).
Также, присутствуют слабые пики,которые относятся к кристаллической структуре fcc (ГЦК). Получены значения параметрарешетки: a = 2,974 Å ± 0,004 Å для сплава Fe50,4Rh49,6 и a = 2,992 Å ± 0,004 Å для сплаваFe49,7Rh47,4Pd2,9.Проведены нейтронографические исследования образца Fe50,4Rh49,6. Полученынейтронные дифракционные спектры (нейтронограммы) при температурах 293 К, 310 К, 320 К,330 К, 340 К, 350 К (рисунок 2). Значения температур, при которых проводились9нейтронографические исследования выбраны таким образом, чтобы получить данные, которыесоответствуют как АФМ состоянию, так и ФМ состоянию сплава Fe50,4Rh49,6.Рисунок 1 - Результаты рентгенофазового анализа образца: (а) дифрактограмма сплаваFe50,4Rh49,6, (б) дифрактограмма сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9В результате показано, что образец имеет АФМ фазу G-типа при температуре нижеточки перехода (около 330 К), и ФМ фазу при более высоких температурах (рисунок 2(в)).
ВАФМ фазе G-типа все соседние атомы железа в сплаве Fe-Rh имеют противоположныенаправления магнитных моментов, в ФМ фазе магнитные моменты атомов железа направлены водну сторону. АФМ фаза G-типа схематично показана во вставке к рисунку 2(в). В областифазового перехода в сплаве обнаружено сосуществование АФМ и ФМ фаз.Помимо определения типа структуры, на основе данных нейтронографии определенызначения параметра решетки для сплава Fe50,4Rh49,6 в области температур 293 К – 350 К,которые представлены на рисунке 2(б) в виде экспериментальных точек на температурнойшкале. В результате установлено наличие особенности, которая проявляется в резкомвозрастании параметра решетки со значения в 2,973 Å до значения около 2,982 Å (на 0,3 %) всплаве Fe50,4Rh49,6 при переходе АФМ – ФМ в области температур 320 К – 330 К.
Полученноеизменение параметра решетки соответствует изменению объема на 0,9 %. Полученное значениевеличины увеличения объема кристаллической решетки в сплавах Fe-Rh на 0,9 % уточняетрезультаты нейтронографических измерений [28–31], проведенных в 1960-х гг. Значениепараметра решетки при комнатной температуре хорошо согласуется со значением, полученнымиз данных рентгенофазового анализа (a = 2,974 Å), полученных в ходе настоящей работы.В третьей главе также приведены температурные зависимости намагниченностиполикристаллических закаленных образцов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 вмагнитных полях 0,25 Тл, 0,5 Тл, 0,75 Тл и 1 Тл, полученные при измерениях при нагреванииобразцов.
На рисунке 3 показаны температурные зависимости намагниченности в магнитныхполях до 1 Тл, полученные при нагревании образца, а также температурный гистерезис вмагнитном поле 0,4 Тл для сплава Fe50,4Rh49,6. Измеренные кривые M(T) демонстрируют резкиескачки намагниченности в области температур 320 – 330 К для Fe50,4Rh49,6, 295 К – 305 К дляFe49,7Rh47,4Pd2,9, 285 К – 295 К для Fe46,3Rh46,8Pd4,9, которые соответствуют магнитному10фазовому переходу первого рода АФМ – ФМ.
Максимальная величина намагниченности сплаваFe50,4Rh49,6 в магнитном поле 1 Тл достигает значения ~120,9 А*м2/кг.Рисунок 2 - Результаты нейтронографических исследований Fe50,4Rh49,6: (а)нейтронограммы, полученные при температурах T = 310 K, 330 К и 350 К для угловрассеяния 2θ = 90○,(б) температурная зависимость параметра элементарной ячейки, (в)температурная зависимость магнитного момента железа для АФМ и ФМ фазы. Вставка нарисунке (в) демонстрирует АФМ структура G-типа.Рисунок 3 – (а) Температурные зависимости намагниченности в магнитных полях до 1 Тли (б) температурный гистерезис на кривой намагниченности в магнитном поле 0,4 Тл принагревании и последующем охлаждении сплава Fe50,4Rh49,6. Стрелки на рисунке (б)указывают направление хода кривых.
Во вставке к графику (б) показана зависимостьпроизводной намагниченности по температуре в магнитном поле 0,4 Тл. Стрелки навставке указывают температуры максимумов производных намагниченности принагревании и охлаждении.11Свойства исследуемых поликристаллических закаленных образцов сплавов Fe50,4Rh49,6,Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9, полученные в ходе проведенных магнитных исследований,представлены в таблице 1.
В результате измерений было получено, что легирование сплава FeRh небольшими добавками палладия приводит к смещению температуры фазового переходаАФМ – ФМ в сторону низких температур, при этом величина смещения растет с увеличениемпалладия в сплаве. Помимо смещения температуры перехода в сплавах на основе Fe-Rh, врезультате магнитных измерений установлено, что ширина температурного гистерезиса припереходах АФМ – ФМ (при нагревании) и ФМ – АФМ (при охлаждении) в исследуемыхсплавах возрастает при легировании сплава палладием и дальнейшем увеличении егосодержания. Так, для сплава Fe50,4Rh49,6 ширина гистерезиса 13 К, легирование сплавапалладием приводит к уширению гистерезиса до значения 16,4 К для сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9,увеличение содержания палладия в сплаве приводит к дальнейшему росту ширины гистерезисадо значения в 18 К для сплава Fe46,3Rh46,8Pd4,9.
В дополнение, экспериментальные данныемагнитных измерений, выполненных в различных магнитных полях, показали величинусмещения температуры фазового перехода, связанного с действием магнитного поля.Температура перехода АФМ – ФМ в исследованных сплавах смещается в сторону низкихтемператур. Величина смещения - 4 К/Тл для Fe50,4Rh49,6, 5,3 К/Тл для сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и6,6 К/Тл для сплава Fe46,3Rh46,8Pd4,9.
Полученные значения хорошо согласуются с результатами,отмеченными для близких составов сплава Fe-Rh в работах [20,32].Таблица 4. Намагниченность насыщения MS в поле 1 Тл, смещение температурыперехода ∆TH при увеличении магнитного поля от 0,25 Тл до 1 Тл, температура перехода АФМ– ФМ при нагревании TtrАФМ-ФМ, температура перехода ФМ – АФМ при охлаждении TtrФМ-АФМ,ширина температурного гистерезиса намагниченности ∆Ttr в магнитном поле 1 Тл исследуемыхсплавов Fe50,4Rh49,6 и Fe49,7Rh47,4Pd2,9.MS,∆TH, КTtrАФМ-ФМ,TtrФМ-АФМ,∆Ttr, К2А м /кгКК(H = 1Тл)120,93325,8312,813Fe50,4Rh49,6130,14304,528816,4Fe49,7Rh47,4Pd2,9106529327518Fe46,3Rh46,8Pd4,9В четвертой главе представлены результаты измерений МКЭ прямым методом висследуемых сплавах Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9 в магнитных полях до 1,8 Тл.Для каждого из образцов измерено около 150 экспериментальных зависимостей ∆T(H) приразличных температурах в диапазоне 80 К – 360 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
