Thermal and magnetic properties of nanocrystalline alloys from Fe-Co-Hf-Zr-Cu-B system

• Autorzy: Kowalczyk M. , Ferenc J. , Kulik T.

Warianty tytułu

PL

Termiczne i magnetyczne właściwości nanokrystalicznych stopów z grupy Fe-Co-Hf-Zr-Cu-B

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT 2007 : XVIII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVIII; 18-21.06.2007; Warszawa-Jachranka, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the most rapidly developing groups of magnetically soft materials are the nanocrystalline, iron-based alloys. Special interest concerns the materials obtained by partial crystallization of metallic glasses, with better magnetic properties than those found for the amorphous counterparts. Nanocrystalline magnetically soft materials are divided into three main groups: Finemets, Nanoperms and Hitperms. The first two groups of materials exhibit very soft magnetic behavior, however, their application is limited to relatively low temperatures, due to low situated Curie point of their amorphous matrix. The useful method of increasing the Curie temperature of both phases of the alloys is the addition of cobalt. A partial replacement of Fe by Co results in an extension of application temperature to 500-600°C. The modification with Co is most effective for NANOPERM, and hence these Co-modified alloys bear the name of HITPERM. The disadvantage of this modification is that the excellent magnetically soft properties of Nanoperm's alloys are slightly deteriorated. Magnetically soft nanomaterials for high-temperature applications have to fulfill two basic requirements: (i) very soft magnetic behavior at elevated temperatures, and (ii) stable performance at elevated temperatures for the time of application. This paper describes the results of the study of (Fe0,5Coo,5)93-x(Hfi.vZrv)x Cti|B6 alloys, where x = 5, 6, 7 and 9 (at. %) and v = 0, 0.5 and 1. The influence of Hf and Zr on the crystallization process and magnetic properties was investigated. Differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction |XRD) and quasistatic hysteresis loop tracing were used. Isothermal annealing at various temperatures for 1 h was carried out and magnetic properties of the alloys after such heat treatment were studied. Partial replacement of Hf by Zr reduces the temperature of 2nd crystallization stage, reducing the thermal stability of nanocrystalline alloys. All the alloys, if annealed between 450 and 600°C for 1 h exhibit the desired two-phase structure, and if the annealing temperature exceeds 600°C, other phases appear and magnetically soft properties are lost. The lowest coercive field, W,. of 23 A/m, was obtained for the nanocrystalline alloy containing 7% of Hf. An increase of the Hf or Zr total content increases the coercive field, //"of the nanocrystalline alloys. Zr used instead of Hf also increases Hc of the studied materials. However, the content of Zr or Hf does not have a significant influence on the annealing temperature that enables obtaining the lowest coercive field. Such common optimum annealing temperature is 550°C.

PL

Materiały nanokrystaliczne na bazie żelaza są jedną z nowocześniejszych grup materiałów magnetycznie miękkich. Dużym zainteresowaniem cieszą się materiały uzyskiwane na drodze częściowej nanokrystalizacji szkieł metalicznych. Metoda ta pozwala na wytworzenie materiałów posiadających lepsze właściwości magnetycznie miękkie niż materiał amorficzny. Nanokrystaliczne materiały magnetycznie miękkie dzieli się na trzy grupy: FINEMAT, NANOPERM oraz HITPERM. Materiały należące do pierwszych dwóch grup posiadają bardzo wysokie właściwości magnetycznie miękkie, jednakże ich zastosowanie w podwyższonych temperaturach jest mocno ograniczone. Jest to związane z niską wartością temperatury Curie Tc fazy amorficznej. Jednym ze sposobów ominięcia tego problemu jest dodanie do stopu kobaltu. Częściowa zamiana żelaza kobaltem pozwala na wytworzenie materiału, który może być stosowany w temperaturach z zakresu 500-600°C. Zjawisko to najsilniej jest obserwowane w przypadku materiałów z grupy NANOPERM. Materiały takie nazywamy HITPERM. Wadą tej modyfikacji jest pewna utrata miękkich właściwości magnetycznych typowych dla materiałów z grupy NANOPERM. Nanomateriały o właściwościach typowych dla miękkich materiałów magnetycznych do zastosowań w podwyższonych temperaturach winny spełniać dwa podstawowe kryteria: (i) być "miękkie" magnetycznie w podwyższonych temperaturach oraz (ii) ich struktura powinna być stabilna przez cały okres zastosowania. Artykuł ten opisuje wyniki badań dotyczące stopów opisanych wzorem rekurencyjnym (Fe0,5Coo,s)93-x(Hfi.vZrv)xCuiB6, gdzie x = 7, 9 (at. %) oraz v = 0, 0.5, 1. Badany był wpływ zawartości hafnu oraz cyrkonu w stopach na procesy krystalizacji oraz właściwości magnetyczne. Podczas badań zastosowano różnicową analizę termiczną (DTA), dyfraktometrię rentgenowską (XRD) oraz quasistatyczny pomiar pętli histerezy. Izotermiczne wygrzewanie, trwające jedną godzinę, przeprowadzono w różnych temperaturach, a następnie zmierzono właściwości magnetyczne w ten sposób uzyskanych nanokrystalicznych materiałów. Częściowa zamiana hafnu cyrkonem powoduje przesunięcie do niższych temperatur drugiego etapu krystalizacji, co w sposób bezpośredni obniża stabilność termiczną nanokrystalicznego materiału. Wszystkie stopy wygrzewane w temperaturach z zakresu 450 - 600°C w czasie jednej godziny posiadają strukturę dwufazową, a w przypadku wygrzewania w temperaturach powyżej 600°C pojawiają się inne fazy powodujące utratę miękkich właściwości magnetycznych. Najniższa wartość pola koercji Hc, wyniosła 23 A/m, a została otrzymana dla stopu zawierającego 7% at. hafnu. Wzrost zawartości pierwiastków wysokotopliwych w stopie powoduje wzrost wartości pola koercji Hc. Zmiana zawartości hafnu jak i cyrkonu nie wpływa w sposób znaczący na zmianę temperatury procesu nanokrystalizacji. Stwierdzono, że temperatura wynosząca 550°C jest optymalną temperaturą nanokrysta/izacji badanych stopów.

Słowa kluczowe

PL

materiały magnetycznie miękkie; nanokrystalizacja szkieł metalicznych; stopy z grupy Fe-Co-Hf-Zr-Cu-B; właściwości termiczne; właściwości magnetyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 3-4
• Strony: 283--286
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Kowalczyk M.

autor

Ferenc J.

autor

Kulik T.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Technical University

Bibliografia

• [1] Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K.: J. Appl. Phys., 64 (1988) 6044
• [2] Suzuki K., Kataoka N., Inoue A., Masumoto T.: Mater.Trans. JIM, 31 (1990) 743
• [3] Willard M.A., Laughlin D.E. McHenry, M.E., Thoma D., Sickafus K., Cross J.O., Harris V.G.: J. Appl. Phys., 84 (1998), p. 6773
• [4] McHenry M.E., Laughlin D.E.: Acta. Mater., vol. 48 (2000), p.223
• [5] Iwanabe H., Lu B., McHenry, M.E., Laughlin D.E.:J. Appl. Phys., 85 (1999), p. 4424
• [6] Kulik T., Savage H.T., Hernando, A.: J. Appl. Phys., 73 (1993), p. 6855