Исследование влияния межзеренного взаимодействия на коэрцитивную силу порошковых постоянных магнитов SmCo5 , Sm(ZrCoCuFe) z и NdFeB

• Автор: Коряковский, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 135 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Интерметаллические соединения редкоземельных металлов (РЗМ) с Зй-переходными металлами являются основой для создания магнитотвердых материалов с уникальными магнитными характеристиками. Удачное сочетание в этих соединениях свойств, присущих редкоземельным металлам (большая намагниченность насыщения, гигантская магнитокристаллическая анизотропия) и Зй-металлам (высокие значения температуры магнитного упорядочения и намагниченности насыщения), позволяет получать постоянные магниты с высоким максимальным энергетическим произведением (ВН)тах, экстремально высокими значениями коэрцитивной силы и повышенной температурной стабильностью магнитных характеристик [1-13].
Наибольшее внимание специалистов, занимающихся синтезом новых магнитотвердых материалов и разработкой теоретических представлений о высококоэрцитивном состоянии вещества, связано с материалами на основе сплавов БтСо, 8т(ХгСоСиРе)2, 18йРеВ, которые сегодня являются основными для производства высокоэнергоемких постоянных магнитов [3-13].
Несмотря на то, что данные группы магнитотвердых материалов активно исследуются в течение нескольких десятилетий, существует ряд проблем, не позволивших до настоящего времени реализовать на практике теоретически предсказываемые значения энергетического произведения (ВН)тах для всех названных типов постоянных магнитов на основе Я-Зй интерметаллидов [12]. Дальнейшее совершенствование данных материалов и поиск новых магнитотвердых материалов с экстремальными свойствами связан с более глубоким пониманием природы их фундаментальных магнитных констант и выявлением взаимосвязи реальной структуры материалов и их микромагнитно-го состояния. В частности, весьма сложной задачей является оценка влияния магнитостатического и обменного взаимодействия зерен в порошковых постоянных магнитах в процессе их перемагничивания. Хотя в работах различных авторов данный вопрос затрагивался [9, 12,14], эта проблема не

нашла должной проработки, поскольку рассматриваемые объекты представляют собой весьма сложные многофазные системы, для которых количественное теоретическое описание невозможно без опоры на корректные экспериментальные данные. Отдельные попытки оценок размагничивающих полей в объеме постоянных магнитов делались методами наблюдений магнитной доменной структуры [11,15], однако такие наблюдения, как правило, выполнялись на плоскостях магнитов, перпендикулярных оси текстуры, что, как показано позднее в работах [16,17], не является корректным для данных групп материалов.
В связи с этим, целью данной работы стало исследование влияния меж-зеренного взаимодействия в порошковых постоянных магнитах 8тСо5, 8т(7гСоСиРе)2 и ШРеВ на их гистерезисные свойства.
В качестве объектов исследования были выбраны порошковые постоянные магниты 8тСо5, Зт^ГодгСооддСиодоРео, 10)7,4 и Ш15Ре77В8. В настоящее время промышленно изготавливаются редкоземельные постоянные магниты всех трех перечисленных классов. Обладая различной микроструктурой и механизмами магнитного гистерезиса, каждый из этих составов является базовым для своего класса магнитотвердых материалов, что и определяет актуальность проблематики исследования.
Основной задачей работы было проведение сравнительного анализа процессов перемагничивания в порошковых магнитотвердых материалах 8шСо5, 8гп(7го,о2Соо,79Сио,о9реоло)7.4 и N6;зРе77В§ с различной микроструктурой и механизмами магнитного гистерезиса на основании комплексного исследования на одних и тех же объектах магнитных и гистерезисных свойств методами интегральных магнитных измерений и исследований процессов перемагничивания в отдельных зернах и группах зерен по наблюдениям магнитной доменной структуры.
В работе решена задача исследования магнитной доменной структуры на поверхностях порошковых постоянных магнитов, параллельных оси текстуры, в интервале полей 0-30 кЭ и проведено систематическое изучение ее

перестройки в отдельных зернах и группах зерен в процессе намагничивания и перемагничивания магнитов составов БтСоэ, Зт^ГодгСоо^Сио^ео^о^д и Ш)5Ре77В8. На основании данных магнитных измерений и исследований магнитной доменной структуры построены кривые намагничивания, петли магнитного гистерезиса и угловые зависимости коэрцитивной силы, как для постоянных магнитов, так и для отдельных зерен исследуемых образцов. Выявлены индивидуальные особенности и общие закономерности во влиянии характерных особенностей микроструктуры (фазовый состав, неверная ориентация зерен и т.п.) на процессы перемагничивания отдельных зерен в постоянных магнитах, доминирующими механизмами магнитного гистерезиса в которых являются задержка образования и роста доменов обратного знака и задержка смещения доменных границ на структурных неоднородностях. На основе теории фаз Нееля [18] предложена хорошо согласующаяся с полученными в работе экспериментальными данными модель, которая описывает основные механизмы магнитного гистерезиса - задержку образования и роста доменов обратного знака и задержку смещения доменных границ, учитывающая взаимное влияние отдельных зерен на процессы перемагничивания.
В работе сформулированы и выносятся на защиту следующие основные положения:
- закономерности в поведении магнитной доменной структуры в отдельных зернах порошковых постоянных магнитов 8тСо5, Зт^ГодгСоо^СиодоРео.шЬд и Ш15Ре77В8 с учетом влияния соседних зерен и особенностей микроструктуры;
- количественные оценки полей, в которых происходят намагничивание и перемагничивание отдельных зерен в магнитах 8шСо5, 8т(гГо.02СОо.79Сио,09Рео.1о)7.4 И Ndl5Fe77B8;
- данные об угловых зависимостях полей перемагничивания отдельных зерен и влиянии на характер данных зависимостей микроструктуры магнитов, их коэрцитивности и степени взаимодействия зерен;

1.5. Выводы по обзору и постановка задачи исследования
Как следует из обзора основных магнитных характеристик интерметал-лидов трех ведущих групп редкоземельных магнитотвердых материалов, до настоящего времени не найдены соединения альтернативных составов, которые бы позволили получить постоянные магниты с более высокими значениями энергетического произведения, намагниченности и коэрцитивной силы. Потребности современной техники в высокоэнергоемких постоянных магнитах для высокотемпературных применений также удовлетворяются, в основном, за счет редкоземельных магнитотвердых материалов на основе РЗМ и кобальта. Вместе с тем, выполненный анализ показывает, что до сих пор потенциальные возможности рассматриваемых материалов далеко не достигнуты на практике [3,11-13,17,57,77], что сдерживает прогресс в разработке новых приборов устройств на основе постоянных магнитов нового поколения. Таким образом, задача совершенствования постоянных магнитов с экстремальными свойствами является весьма актуальной. Она не может быть решена без более глубокого понимания механизмов магнитного гистерезиса в данных группах сплавов и фундаментальных основ формирования в них высококоэрцитивного состояния.
Как следует из обзора, существует ряд проблем и в развитии модельных представлений, использующихся при описании гистерезисных свойств постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с 36- металлами. В частности, отмечалось, что весьма сложной задачей является оценка влияния магнитостатического и обменного взаимодействия зерен в порошковых постоянных магнитах на процессы перемагничивания постоянных магнитов. До сих пор эта проблема не нашла должного экспериментального и теоретического осмысления, поскольку рассматриваемые объекты (постоянные магниты) представляют собой весьма сложные многофазные системы, для которых количественное теоретическое описание невозможно без опоры на корректные экспериментальные данные.