Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Статьи / Научная статья на тему "Магнитные свойства фаз Лавеса NiMo"

Научная статья на тему "Магнитные свойства фаз Лавеса NiMo"

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

. Магнитные свойства фаз Лавеса NiMo



1.1. Исследование намагниченности сплава NiMo в области температуры Кюри.

Соединения Ni-Mo представляют для нас значительный интерес в связи с поиском новых магнитных материалов. Соединения этого класса образуют фазы Лавеса типа Ni4Mo (стабильная фаза) и метастабильные фазы Ni3Mo, Ni2Mo и NiMo. В магнитном отношении эти сплавы интересны тем, что являются в большей степени зонными магнетиками. Магнитный момент этих соединений будет очень сильно зависить от электронной структуры сплава. Поэтому мы поставили задачу проверить поведение электронной системы данного сплава в области температуры Кюри.

Температура Кюри – это температура при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства и переходит в парамагнитное состояние. Следовательно , это температура магнитного фазового перехода « порядок - беспорядок». Поведение системы спинов в области этой температуры должно обладать определенными особенностями.

На рис. 7 представлены кривые температурной зависимости намагниченности удельной намагниченности данного сплава при различных значениях внешнего магнитного поля. Измерения намагниченности проводилось в температурном интервале 80-700 К в полях электромагнита до 10 кЭ. Изотермы зависимости намагниченности от поля в области указанных полей и температур на насыщение не выходили .

Нами из данных исследований были построены таблицы зависимости удельной намагниченности от температуры для выбранных значений поля 0, 3 кЭ, 0,78.кЭ, 1,55 кЭ и 7 кЭ. Эти результаты приведены в таблицах 4-7

Таблица 4 (H=0,3)

Таблица 5 (H=0,78)

Таблица 6 (H=1,55)

Таблица 7 (H=7,1)



Потом по этим таблицам мы построили графики зависимости намагниченности от температуры с использованием программы EXCELL на одном графике.

Мы видим, что на кривых не наблюдается точки магнитной компенсации и что Кривые δ(Т) имеют обычный для ферримагнетиков характер типа Q. Кроме того, форма кривых δ(Т) свидетельствует о том, что в указанных соединениях магнитная анизотропия достаточно велика, несмотря на то, что атомы никеля находятся в S-состоянии.

hello_html_3c9a7125.jpg

Рис. 7 Температурная зависимость намагниченности соединения





Экстраполяция кривой δ(Т) на ось температур дает следующее значение для температуры Кюри – 402 К.

Температура магнитного упорядочения ТС, определенная из экспериментальных данных по исследованию удельной намагниченности сплавов определены по методу термодинамических коэффициентов дает значение точки Кюри ТС=400 К . Это очень хорошее соответствие опыта и теории фазовых переходов.

Мы знаем, температура Кюри ТС пропорциональна среднему магнитному моменту подрешетки никеля. Согласно теории косвенного обмена в интерметаллических сплавах обменная энергия определяется двумя факторами: концентрацией электронов проводимости и фактором де Жена (эффективным спином 3d-подрешетки в нашем случае). Поэтому для данного сплава можно утверждать значение Тс определяется только 1 фактором – концентрацией электронов проводимости, число которых меняется при соответствующем замещении.



Индуцированный момент никеля в сплаве NiMo составляет 1,06 μВ. Это означает наличие в 3d-полосе одной вакансии в расчете на один атом Ni . В то же время эксперименты показали наличие у никеля локализованной части спиновой плотности 3d-электронов наряду с коллективизированной.

Наличие локализованной и зонной составляющей магнитного момента дает возможность предположить существование после ферримагнитной точки Кюри переходной области, само существование которой объясняется флуктуациями молекулярного поля.

Наличие переходной области характерно для многих магнитоупорядоченных соединений и сплавов. По-видимому, для объяснения свойств Ni-Mo в переходной области необходимо учесть флуктуации ближнего магнитного порядка. С повышением температуры выше точки Кюри происходит исчезновение дальнего порядка, но еще остаются флуктуации ближнего порядка, которые обеспечивают упорядоченное расположение моментов в небольших объемах, охватывающих сравнительно небольшое число спинов. Кроме того, хотя вещество при переходе через точку Кюри становится парамагнитным, обменные силы не исчезают, но их величина мала для удержания спинов в магнитоупорядоченном состоянии.



1.2 Исследование состояния поверхности сплава NiMo

Мы впервые провели исследование состояния поверхности сплава NiMo на растровом электронном микроскопе Quanta 200i 3D Dual Beam с интегрированной системой микроанализа Genesis Apix 2 EDS от EDAX. Исследования были проведены только при комнатной температуре. Результаты исследования поверхности представлены на рисунке 8 – 10. Известно, что электронная структура сплава очень сильно влияет на многие его свойства, и в том числе на состояние его поверхности [9].



hello_html_m29d9d1f7.jpg

Рис. 8. Состояние поверхности сплава NiMo при увеличении в 280 раз



hello_html_5e044ec.jpg

Рис. 9. Состояние поверхности сплава NiMo при увеличении в 1600 раз.



hello_html_m30e54bc9.jpg

Рис. 10. Состояние поверхности сплава NiMo при увеличении в 6000 раз.





Видно, что поверхность сплава неоднородная и обусловлено это тем, что сплавы системы NiMo [11] могут существовать в виде различных фаз Ni4Mo (равновесная фаза) и Ni3Mo и Ni2Mo, которые относятся к неравновесным (метастабильным) фазам. В этих фазах вследствие хаотического теплового движения атомов в решетке сплавов наблюдается выделение частиц новой фазы из твердого раствора. Еще в 1960 – 1970 гг. во многих сплавах, закаленных в воду от температур, соответствующих областям разупорядоченных твердых растворов, методом просвечивающей электронной микроструктуры были обнаружены либо частицы выделений новой фазы, либо модулированная структура. Такими примерами могут служить сплавы систем AuNi, NiMo, FeBe, AlZn, CuBe, NbZr и другие, имеющие на фазовых диаграммах при высоких температурах области твердых растворов. Считалось, что распад сплавов происходит в самом процессе закаливания, т.е. за очень короткое время, сопоставимое со временем охлаждения сплава в воде. При этом распаде стадия образования критических зародышей отсутствовала.

В работе [10] показано, что при температурах около 1200 С в сплавах Ni4Mo и Ni3Mo происходит фазовый переход упорядочение – расслоение. Это означает, что в сплавах системы NiMo при высоких температурах должна существовать тенденция к расслоению твердого раствора. Такое расслоение начинается уже в жидком состоянии, когда из жидкого раствора выделяются кристаллические частицы, состоящие из атомов Mo [13, 14], имеющих, по- видимому, объемноцентрированную кубическую структуру.

Первые упоминания о микроструктурах расслоения, формирующихся при высоких температурах в области твердых растворов системы FeCr, появились в 1995 – 1996 гг. [15, 16]. После закалки в воду от температуры 1200 С в сплаве Fe50Cr50 наблюдалась структура, которую никак нельзя было отнести к структуре разупорядоченного твердого раствора (рисунок 11) [17-20].

hello_html_m39551fd3.png

Рис. 11. Сплав Fe50Cr50. Закалка в воду от температуры 1200 С, 22 ч.

Основываясь на том, что в сплавах этой системы при высоких температурах (1040 – 1400 С) методом измерения парциального давления паров компонентов ранее были обнаружены положительные отклонения от закона Рауля [21], авторы [15, 16] пришли к заключению, что структуру представленную на рисунке 9, следует отнести к структуре расслоения. Известно также, что в сплавах этой системы при температурах 440 – 830 С обнаруживается химическое соединение – σ-фаза, образование которой возможно только при отрицательных отклонениях от идеальности. Сопоставляя эти данные, авторы [15, 16] пришли к мысли, что на границе областей, где проявляются тенденции как к расслоению, так и к упорядочению, должен происходить фазовый переход упорядочение – расслоение, причем этот переход должен протекать на уровне изменений в электронной структуре, поскольку при таком переходе меняется знак химического взаимодействия между атомами компонентов. Такой переход может происходить благодаря существованию при высоких температурах в системе NiMo тенденции к расслоению [13, 14]. Практически к аналогичным выводам приходят авторы работы [21]: они считают, что образование твердых частиц атомов Mo в сплавах NiMo при высоких температурах происходит как следствие «морфологической нестабильности» во время фазового перехода жидкость – кристалл.



Морфология указанных выделений представляет собой зерна, имеющие различную форму. Исследование морфологии поверхности произведено нами при различных увеличениях от 280 до 6000 раз (рис. 7-9).

С понижением температуры должен наблюдаться структурный переход гранецентрированной кубической (ГЦК) решетки к объемно- центрированной кубической решетке через ряд метастабильных фаз. Однако отсутствие надлежащего оборудования не дало возможности наблюдать для сплава NiMo структурных фазовых переходов и фазовых переходов упорядочение – расслоение.



























1.3. Точечный биохимический анализ поверхности NiMo.

На рис. 12 – 20 представлены результаты проведения биохимического сплава NiMo при комнатной температуре с помощью одного из модулей электронного растрового микроскопа Quanta 200i 3D Dual Beam.

Анализ произведен при одинаковых внешних условиях для различных микрообластей поверхности. Полученные результаты указывают на то, что k-слой поверхности данного сплава содержит целый ряд элементов, которые не входят в состав данной фазы, но являются примесями. Более того, на основе данных результатов можно сделать вывод о том, что k-слой поверхности в любой выбранной ее точке не содержит ни одного атома Mo.

Это является дополнительным свидетельством того, что сплав при комнатной температуре находится в состоянии расслоения «порядок – беспорядок» с одной стороны. С другой стороны, этот результат, хоть и с большим допуском, позволяет утверждать, что атомы Mo в структуре в структуре NiMo расположены либо вдоль оси Z (рис. 21, а), либо в точке пересечения диагоналей куба в объемно-центрированной кубической решетке (рис. 21, б).

Таким образом, из наших исследований следует, что сплавы NiMo в области комнатных температур являются упорядоченными фазами. Это достаточно важная информация для Физики конденсированного состояния.





hello_html_m4ec35f18.pnghello_html_6e8e2b9c.png

а) б)

Рис. 21. Предполагаемая элементарная ячейка фазы Лавеса в области фазового перехода «упорядочение - расслоение».



























Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 26.08.2016
Раздел Физика
Подраздел Статьи
Просмотров50
Номер материала ДБ-166713
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх