Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование магнитной доменной структуры наноструктурированных магнитных материалов методами оптической и магнитно-силовой микроскопии

Сведения об участнике
ФИО
Макушкин Алексей Львович
Вуз
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение
Тема
Исследование магнитной доменной структуры наноструктурированных магнитных материалов методами оптической и магнитно-силовой микроскопии
Резюме
Установлено, что по типу наноструктуры зерна постоянного магнита SmZrCoCuFe можно разделить на два вида: 1) с плотноупакованной структурой «ячеек» округлой формы и 2) зерна в которых в процессе отжигов сформировалась регулярная ламельная структура и ячейки имеют форму близкую к ромбической. Методами полярного эффекта Керра и МСМ выявлены особенности поведения магнитной доменной структуры постоянного магнита, подвергнутого воздействию высоких температур. Определены особенности процесса термического размагничивания в различных зернах.
Ключевые слова
магнитные материалы, постоянный магнит, наноструктура, магнитная доменная структура, температурная стабильность
Цели и задачи
Цель: Исследование поведения магнитной доменной структуры постоянных магнитов на основе сплавов SmZrCoCuFe в области высоких температур.
Задачи:
Провести магнитные измерения петель гистерезиса образцов при различных температурах и построить температурные зависимости остаточной намагниченности и коэрцитивной силы.
Методами оптической и магнитно-силовой микроскопии получить изображения магнитной доменной структуры образцов сплавов и постоянных магнитов, подвергнутых температурному воздействию в интервале от 300 до 973 К после намагничивания до насыщения.
Провести анализ поведения магнитной доменной структуры с учетом данных магнитных измерений и результатов исследования микро- и наноструктуры.
Введение

Высокоанизотропные наноструктурированные постоянные магниты SmZrCoCuFe являются наиболее перспективными для высокотемпера­турных применений [1-4]. Исследование магнитной доменной структуры является уникальным методом определения ряда локальных микромагнитных параметров магнитного материала. Поскольку магниты этого типа являются гетерогенными на микро- и наноуровне, то анализ доменной структуры является важным инструментом для определения их локальных характеристик. В частности, позволит определить температурную стабильность отдельных структурных составляющих.

Методы и материалы

Исходные сплавы SmZrCoCuFe были получены методом индукционной плавки. Изготовление постоянных магнитов осуществлялось по стандартной технологии. Температурные обработки выполнялись в печах TZF 15/610 (Carbolite) и СНВЭ.

Магнитные измерения проведены в температурном диапазоне 4.2 - 1000 K на вибрационном магнитометре 7400-SSeries VSM в магнитном поле до 70 кЭ.

Исследование микроструктуры и элементного состава выполнено на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6610LV . 

Исследование наноструктуры проводилось на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47 (NT MDT).

Исследование магнитной доменной структуры проводилось методом полярного эффекта Керра на оптическом металлографическом микроскопе Neophot 30.

Описание и обсуждение результатов

В результате исследования микроструктуры постоянных магнитов типа SmZrCoCuFe методами растровой электронной микроскопии показано, что интегральный элементный состав зерен магнита на микроуровне совпадает.

Методом контактной атомно-силовой микроскопии выявлена наноструктура зерен. Установлено, что по типу наноструктуры зерна магнита можно разделить на два вида: 1) зерна в с плотноупакованной «ячеистой» структурой где «ячейки» имеют округлую формуи 2) зерна в которых в процессе отжигов сформировалась регулярная ламельная структура и ячейки имеют форму близкую к ромбической. Размер «ячеек»  варьируется от 50 до 80 нм.

Методом магнитных измерений показано, что коэрцитивная сила магнита при комнатной температуре составляет 34 кЭ и с ростом температуры она экспоненциально убывает. Температурная зависимость остаточной намагниченности также нелинейно убывает и изменяется от 87 до 9emu/g в температурном интервале 300–973 К.

Выявлены особенности поведения магнитной ДС наноструктуриро­ванного постоянного магнита типа SmZrCoCuFe, подвергнутого воздействию высоких температур. Показано, что при нагревании в зернах магнита начинают формироваться домены обратного знака, на начальном этапе имеющие округлую  форму.

Установлено, что процесс термического размагничивания в зернах происходит по-разному: 1) в зернах первого типа происходит рост доменов обратного знака, вследствие чего в зерне присутствуют два-три крупных сплошных домена обратного знака; 2) в то же время имеются другие зерна, в которых под действием высокой температуры формируется множество мелких доменов обратного знака, плотность которых увеличивается с ростом температуры и постепенно они сливаются и образуют область сплошного домена. Такое поведение обусловлено тем, что локальная коэрцитивность в зернах второго типа выше, поэтому образовавшиеся при нагревании домены обратного знака не разрастаются, а остаются локализованы в области возникновения.

Используемые источники
Ray, A.E. Metallurgical behavior of Sm(Co,Fe,Cu,Zr)z alloys / A.E. Ray // J. Appl. Phys. – 1984. – V.55. – 2094–6.
Goll, D. Micromagnetism and the microstructure of high-temperature permanent magnets / D. Goll H., H. Kronmuller, H. H. Stadelmaier // J. Appl. Phys. – 2004. – V.96 – P.6534–45.
Hadjipanayis, G.C. High temperature 2:17 magnets: relationship of magnetic properties to microstructure and processing / G.C. Hadjipanayis, W. Tang, Y. Zhang, S.T. Chui , J.F. Liu , C. Chen // IEEE. Trans. Magn. – 2000. – V.36 – P.3382–7.
Lyakhova, M. B. High-Temperature Behavior of Hard Magnetic Alloys (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z (R = Sm, Gd) / M. B. Lyakhova, E. M. Semenova, R. P. Ivanov // Metal Science and Heat Treatment. – 2015. – V. 56. – I. 11-12. – P. 602-608.
Information about the project
Surname Name
Makushkin Alexey
Project title
Investigation of the magnetic domain structure of nanostructured magnetic materials by optical and magnetic force microscopy
Summary of the project
It is found that the nanostructure grain SmZrCoCuFe permanent magnet type can be divided into two types: 1) a close-packed structure "cells" rounded and 2) in which the grains during annealing regular season formed cell structure and have a rhombic form close to. The methods of the polar Kerr effect and MSM peculiarities of behavior of the magnetic domain structure of a permanent magnet is subjected to high temperatures. The features of thermal demagnetization process in different grains.
Keywords
magnetic materials, permanent magnet, nanostructure, magnetic domain structure, temperature stability