Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

к формированию в аморфной матрице нанокристаллов a-Fe со средним размером 18 ± 1 нм и объемной долей 0,64 ± 0,03, что является необходимым условием для существенного снижения коэрцитивной силы и повышения намагниченности насыщения. Ключевые слова: аморфный сплав, термическая обработка, кристаллизация, нанокомпозитная структура, размеры нанокристаллов, объемная доля, коэрцитивная сила, индукция насыщения. FORMATION OF THE NANOCOMPOSITE STRUCTURE IN THE AMORPHOUS Fe70|8CoiaBiaSii|5P7Cuai7 SOFT MAGNETIC ALLOY UNDER THE HEAT TREATMENT S. V. Vasiliev12, K. A. Svyrydova1, T. M. Mika3, V. I. Tkatch1 1A. A. Galkin Donetsk Institute for Physics & Engineering, Donetsk, Ukraine 2Donbas National Academy of Engineering and Architecture, Makеyеvka, Ukraine 3G. V. Kurdymov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine Abstract The results of the experimental studies of crystallization of the amorphous soft-magnetic Fe70,8Co10B10Sh,5P7Cu0,7 alloy under isothermal conditions and at constant rate heating are presented in the paper. We determined the heat treatment regimes which result in formation in amorphous matrix of a-Fe nanocrystals with the size of 18 ± 1 nm and the volume fraction of 0.64 ± 0.03 which is necessary condition for essential lowering of the coercive force and enhancement of the saturation magnetization. Keywords : amorphous alloy, heat treatment, crystallization, nanocomposite structure, size of nanocrystals, volume fraction, coercive force, saturation induction. Oдним из направлений в решении актуальной проблемы энергосбережения является разработка материалов с улучшенным комплексом физических свойств. К числу таких материалов относится новый класс металлических сплавов с аморфно-нанокристаллической (нанокомпозитной) структурой [1], которые в настоящее время нашли промышленное применение, прежде всего, в качестве магнитно-мягких материалов. Oсновным преимуществом сплавов на основе железа с нанокомпозитной структурой по сравнению с наиболее широко используемыми в настоящее время трансформаторными кремнистыми сталями является низкая магнитокристаллическая анизотропия и, следовательно, низкие значения коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание. В свою очередь, низкие значения магнитной анизотропии обусловлены особенностями двухфазной нанокомпозитной микроструктуры, состоящей из нанокристаллов a-Fe с размерами менее 20 нм и объемной плотностью порядка 1023-1024 м-3, диспергированных в аморфной матрице. Oднако индукция насыщения используемых магнитно-мягких нанофазных композитов типа «Файнмет» (Fe-Si-B-Nb-Cu) и «Наноперм» (Fe-Zr-B) не превышает 1,3 [2] и 1,57 Т [3] соответственно. Эти значения заметно ниже индукции насыщения трансформаторной стали (1,8-2,0 Т), что при заданной мощности требует увеличения размеров магнитных сердечников. По этой причине актуальной задачей является разработка новых магнитно-мягких сплавов с нанокомпозитной структурой с повышенными значениями индукции насыщения. Oчевидно, что для повышения индукции насыщения сплав с нанокомпозитной структурой должен иметь достаточно высокую концентрацию железа (не менее 80 ат. %) и обладать рядом взаимно противоречивых свойств — сочетать высокую склонность к аморфизации и высокую скорость зарождения. В результате проведенных недавно исследований на основе системы Fe-B-Si-P-Cu была разработана новая группа сплавов, получившая название «Наномет» [4, 5]. В частности, сплав Fe85Si2B8P4Cu1 обладает высокой индукцией насыщения (Bs = 1,85 T), близкой к плотности текстурированной кремнистой стали (Fe-3 мас. % Si), но имеет примерно в три раза более низкие потери в сердечнике [4]. Oднако структура и свойства сплавов этой группы весьма чувствительны к концентрации металлоидов, к условиям закалки из расплава и режимам термообработки для формирования однородного нанокристаллического состояния. Например, для достижения оптимального уровня магнитно-мягких характеристик сплава Fe 8 sSi 2 B 8 P 4 Cu образцы необходимо нагревать до температуры отжига (698 K) со скоростью не ниже 400 K/мин [4]. Ввиду того что большинство магнитно-мягких свойств нанофазных композитов являются структурно-зависящими, важным элементом разработки новых составов сплавов является установление закономерностей процесса формирования нанокристаллов a-Fe в зависимости от режимов термической обработки. Целью настоящей работы являлось установление связей между условиями термической обработки образцов аморфного сплава Fe 70 , 8 Co 10 B 10 Si 1 . 5 P 7 Cu 0,7 и параметрами нанокомпозитной структуры — средним размером нанокристаллов a-Fe и их объемной долей. По сравнению с приведенным выше составом сплава «Наномет» в исследованном сплаве увеличена концентрация B и P (для облегчения условий аморфизации), а для компенсации влияния более низкого содержания Fe на индукцию насыщения часть атомов железа была заменена атомами кобальта, что, как показано в ряде работ (например, [6]), приводит к повышению Bs. 566